资源简介 实验十三 测量玻璃的折射率目标要求 1.掌握测量折射率的原理及方法.2.会用插针法测量玻璃的折射率．实验技能储备1．实验原理如图所示，当光线AO以一定的入射角θ1透过一块两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B，从而画出光从空气射入玻璃后的折射光线OO′，求出折射角θ2，再根据n＝________________或n＝________计算出玻璃的折射率．2．实验器材木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔．3．实验步骤(1)用图钉把白纸固定在木板上．(2)在白纸上画一条直线aa′，并取aa′上的一点O为入射点，作过O点的法线MM′.(3)画出线段AO作为入射光线，并在AO上插上P1、P2两根大头针．(4)在白纸上放上玻璃砖，使玻璃砖的一条长边与直线aa′对齐，并画出另一条长边的对齐线bb′.(5)眼睛在bb′的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向，使P1的像被P2的像挡住，然后在眼睛这一侧插上大头针P3，使P3挡住________________，再插上P4，使P4挡住________________．(6)移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线O′B及出射点O′，连接O、O′得到线段OO′.(7)用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2.(8)改变入射角，重复实验．4．数据分析(1)计算法用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2.算出不同入射角时的________________，并取平均值．(2)图像法改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sin θ1－sin θ2的图像，由n＝可知图像应是过原点的直线，如图所示，其________为折射率．(3)“单位圆”法以入射点O为圆心，以一定的长度R为半径画圆，如图所示，sin θ1＝，sin θ2＝，OE＝OE′＝R，则n＝＝_______.只要用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n.5．注意事项(1)实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O、P3与O′之间距离要稍大一些．(2)入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)．(3)操作时手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，也不能把玻璃砖界面当尺子画界线．(4)实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变．(5)玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm以上，若宽度太小，则测量误差较大．考点一 教材原型实验例1 某小组做测量玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸．(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度______．A．选用两光学表面间距大的玻璃砖B．选用两光学表面平行的玻璃砖C．选用粗的大头针完成实验D．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些(2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如图所示，其中实验操作正确的是________．(3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如图甲所示，则玻璃的折射率n＝________.(用图中线段的字母表示)(4)在用插针法测量玻璃的折射率的实验中，甲、乙两位同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系分别如图乙中①、②所示，其中甲同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖．他们的其他操作均正确，且均以aa′、bb′为界面画光路图．则甲同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“不变”)；乙同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．例2 用圆弧状玻璃砖做测量玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中O为两圆弧圆心，图中已画出经P1、P2点的入射光线．(1)在图甲上补画出所需的光路．(2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角和折射角，请在图甲中的AB分界面上标出这两个角，分别用i和r表示．(3)为了保证在光线从弧面CD上射出，实验过程中，光线在弧面AB的入射角应适当____________(选填“小一些”“无所谓”或“大一些”)．(4)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n＝________.考点二 探索创新实验例3 (2023·江苏淮安市模拟)某同学用半圆柱玻璃砖做测量玻璃的折射率实验，他的操作步骤如下：A．用毫米刻度尺量出半圆柱玻璃砖的直径d，算出半径r＝，然后确定圆心的位置，记在玻璃砖上；B．在白纸上画一条直线作为入射光线，并在入射光线上插两枚大头针P1和P2；C．让入射光线与玻璃砖的直径垂直，入射光线经过圆心O；D．以圆心O为轴，缓慢逆时针转动玻璃砖，同时调整视线方向，直到从AB下方恰好看不到P2和P1的像，然后沿半圆柱玻璃砖直径画一条直线AB，并作出光路图，如图所示．(1)看不到P2和P1的像是因为发生了________；(2)只使用毫米刻度尺，还需要测量________(选填“OD”或“CD”)的长度，记作l；(3)玻璃砖折射率的表达式n＝________.例4 (2023·河南平顶山市龙河实验高级中学模拟)实验室有一块长方体透明介质，截面如图中ABCD所示．AB的长度为l1，AD的长度为l2，且AB和AD边透光，而BC和CD边不透光，且射到这两个边的光线均被全部吸收．现让一平行光束以入射角θ1射到AB面上，经折射后AD面上有光线射出，甲、乙两同学分别用不同方法测量该长方体介质的折射率．(1)甲同学的做法是：保持射到AB面上光线的入射角不变，用遮光板由A点沿AB缓慢推进，遮光板前端推到P时，AD面上恰好无光线射出，测得AP的长度为l3，则长方体介质的折射率可表示为n＝____________________；(2)乙同学的做法是：缓慢调节射到AB上光线的入射角，使AD面恰好无光线射出，测得此时射到AB面上光线的入射角为θ2，则长方体介质的折射率可表示为n＝________________；(3)θ1和θ2的关系为：θ1______θ2(填“<”“>”或“＝”)．实验十三 测量玻璃的折射率目标要求 1.掌握测量折射率的原理及方法.2.会用插针法测量玻璃的折射率．实验技能储备1．实验原理如图所示，当光线AO以一定的入射角θ1透过一块两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B，从而画出光从空气射入玻璃后的折射光线OO′，求出折射角θ2，再根据n＝或n＝计算出玻璃的折射率．2．实验器材木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔．3．实验步骤(1)用图钉把白纸固定在木板上．(2)在白纸上画一条直线aa′，并取aa′上的一点O为入射点，作过O点的法线MM′.(3)画出线段AO作为入射光线，并在AO上插上P1、P2两根大头针．(4)在白纸上放上玻璃砖，使玻璃砖的一条长边与直线aa′对齐，并画出另一条长边的对齐线bb′.(5)眼睛在bb′的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向，使P1的像被P2的像挡住，然后在眼睛这一侧插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，再插上P4，使P4挡住P1、P2的像和P3.(6)移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线O′B及出射点O′，连接O、O′得到线段OO′.(7)用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2.(8)改变入射角，重复实验．4．数据分析(1)计算法用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2.算出不同入射角时的，并取平均值．(2)图像法改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sin θ1－sin θ2的图像，由n＝可知图像应是过原点的直线，如图所示，其斜率为折射率．(3)“单位圆”法以入射点O为圆心，以一定的长度R为半径画圆，如图所示，sin θ1＝，sin θ2＝，OE＝OE′＝R，则n＝＝.只要用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n.5．注意事项(1)实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O、P3与O′之间距离要稍大一些．(2)入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)．(3)操作时手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，也不能把玻璃砖界面当尺子画界线．(4)实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变．(5)玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm以上，若宽度太小，则测量误差较大．考点一 教材原型实验例1 某小组做测量玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸．(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度______．A．选用两光学表面间距大的玻璃砖B．选用两光学表面平行的玻璃砖C．选用粗的大头针完成实验D．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些(2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如图所示，其中实验操作正确的是________．(3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如图甲所示，则玻璃的折射率n＝________.(用图中线段的字母表示)(4)在用插针法测量玻璃的折射率的实验中，甲、乙两位同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系分别如图乙中①、②所示，其中甲同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖．他们的其他操作均正确，且均以aa′、bb′为界面画光路图．则甲同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“不变”)；乙同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．答案 (1)AD (2)D (3) (4)偏小 不变解析 (1)为了使作图误差更小，应选用两光学表面间距大的玻璃砖，A正确；根据折射定律可知，如果两个光学面不平行，不影响入射角与折射角的值，所以对折射率的测定结果不产生影响，B错误；为了准确测量光路图，应选用较细的大头针来完成实验，选用粗的大头针完成实验时，容易出现观察误差，使光线实际并不平行，C错误；插在玻璃砖同侧的大头针之间的距离应适当大些，引起的角度误差会减小，D正确．(2)由题图可知，选用的玻璃砖两光学表面平行，则入射光线应与出射光线平行，B、C错误；又光线在玻璃砖中与法线的夹角应小于光线在空气中与法线的夹角，A错误，D正确．(3)由折射定律可知n＝＝＝.(4)如图，甲同学在测定折射率时，作出的折射光线如图中虚线所示，实线表示实际光线，可见折射角偏大，则由折射定律n ＝可知，折射率n偏小．用题图②测折射率时，只要操作正确，折射率的测量值与玻璃砖形状无关，故乙同学测得的折射率与真实值相比不变．例2 用圆弧状玻璃砖做测量玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中O为两圆弧圆心，图中已画出经P1、P2点的入射光线．(1)在图甲上补画出所需的光路．(2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角和折射角，请在图甲中的AB分界面上标出这两个角，分别用i和r表示．(3)为了保证在光线从弧面CD上射出，实验过程中，光线在弧面AB的入射角应适当________________(选填“小一些”“无所谓”或“大一些”)．(4)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n＝________.答案 (1)(2)见解析图 (3)小一些 (4)1.5解析 (1)(2)连接P1、P2表示入射光线，连接P3、P4表示出射光线，连接两光线与玻璃砖的交点，即为折射光线，测量的入射角i、折射角r及光路图如图所示．(3)为防止光线在弧面CD发生全反射，光线在弧面AB的入射角应适当小一些．(4)根据题图乙得玻璃的折射率n＝＝1.5.考点二 探索创新实验例3 (2023·江苏淮安市模拟)某同学用半圆柱玻璃砖做测量玻璃的折射率实验，他的操作步骤如下：A．用毫米刻度尺量出半圆柱玻璃砖的直径d，算出半径r＝，然后确定圆心的位置，记在玻璃砖上；B．在白纸上画一条直线作为入射光线，并在入射光线上插两枚大头针P1和P2；C．让入射光线与玻璃砖的直径垂直，入射光线经过圆心O；D．以圆心O为轴，缓慢逆时针转动玻璃砖，同时调整视线方向，直到从AB下方恰好看不到P2和P1的像，然后沿半圆柱玻璃砖直径画一条直线AB，并作出光路图，如图所示．(1)看不到P2和P1的像是因为发生了________；(2)只使用毫米刻度尺，还需要测量________(选填“OD”或“CD”)的长度，记作l；(3)玻璃砖折射率的表达式n＝________.答案 (1)全反射 (2)CD (3)解析 (1)看不到P2和P1的像是由于光线在AB面上发生了全反射．(2)(3)只要测出“CD”的长度l，就相当于测出了临界角的正弦值，即sin C＝，而sin C＝，可得折射率n＝.例4 (2023·河南平顶山市龙河实验高级中学模拟)实验室有一块长方体透明介质，截面如图中ABCD所示．AB的长度为l1，AD的长度为l2，且AB和AD边透光，而BC和CD边不透光，且射到这两个边的光线均被全部吸收．现让一平行光束以入射角θ1射到AB面上，经折射后AD面上有光线射出，甲、乙两同学分别用不同方法测量该长方体介质的折射率．(1)甲同学的做法是：保持射到AB面上光线的入射角不变，用遮光板由A点沿AB缓慢推进，遮光板前端推到P时，AD面上恰好无光线射出，测得AP的长度为l3，则长方体介质的折射率可表示为n＝________；(2)乙同学的做法是：缓慢调节射到AB上光线的入射角，使AD面恰好无光线射出，测得此时射到AB面上光线的入射角为θ2，则长方体介质的折射率可表示为n＝________；(3)θ1和θ2的关系为：θ1________θ2(填“<”“>”或“＝”)．答案 (1) (2) (3)>解析 (1)设折射角为r1，如图所示．在△APD中，由几何关系得sin r1＝，光在AB面上发生折射，由折射定律可得介质的折射率为n＝＝.(2)射到AB面上的光线的入射角为θ2时，在AD面上发生全反射，说明在AD面上的入射角等于临界角，设在AB面上的折射角为r2，由折射定律得＝n，临界角计算公式为sin C＝，由几何关系可得r2＋C＝90°，sin r2＝sin(90°－C)＝cos C＝＝，联立以上各式可得n＝.(3)设在AB面上的折射角为r，由几何关系可知在AD面上的入射角为i＝90°－r，在AB面上的折射角越小，则在AB面上的入射角越小，在AD面上的入射角越大，越容易发生全反射，则有θ1>θ2.实验十四 用双缝干涉测量光的波长目标要求 1.掌握由Δx＝λ测量光的波长的原理，并会测单色光波长.2.观察单色光的双缝干涉图样，掌握测量头测量条纹间距的方法．实验技能储备1．实验原理单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)条纹间距Δx与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光波长λ之间满足λ＝________.2．实验步骤(1)观察双缝干涉图样①将光源、遮光筒、毛玻璃依次安放在光具座上，如图所示．②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光．③调节各器件的高度和角度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏．④安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝________，二者间距约为5～10 cm.⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹．(2)测量单色光的波长①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹．②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至第n条亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数an.③用刻度尺测量双缝与光屏间距离l(d是已知的)．④改变双缝间的距离d，双缝到屏的距离l，重复测量．3．数据分析(1)条纹间距Δx＝________________.(2)波长λ＝Δx.(3)计算多组数据，求λ的平均值．4．注意事项(1)安装时，注意使光源、透镜、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且间距适当．(2)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近．(3)调节的基本依据：照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴；干涉条纹不清晰，一般原因是单缝与双缝不平行．考点一 教材原型实验例1 如图所示，在“用双缝干涉测量光的波长”实验中：(1)在光具座上放置的光学元件依次为：①光源、②滤光片、③________、④________、⑤遮光筒、⑥光屏(含测量头)．(2)利用图中装置研究双缝干涉现象时，下列说法中正确的是________．A．将光屏移近双缝，其他条件不变，干涉条纹间距变小B．将滤光片由蓝色的换成红色的，其他条件不变，干涉条纹间距变大C．将单缝向双缝移动一小段距离后，其他条件不变，干涉条纹间距变大D．换一个两缝之间距离更大的双缝，其他条件不变，干涉条纹间距变小E．去掉滤光片，其他条件不变，干涉现象消失(3)在某次测量中，将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该亮条纹记为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图甲所示．然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，此时手轮上的示数如图乙所示，则此示数为______ mm，由此可求得相邻亮条纹的间距Δx为________ mm.(4)已知双缝间距d为2.0×10－4 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式λ＝__________，求得所测红光波长为________ nm.例2 (2023·浙江省镇海中学模拟)(1)如图所示，小王同学做在“用双缝干涉测量光的波长”实验中发现目镜中干涉条纹与分划板中心刻线始终有一定的角度，下列哪个操作可以使得分划板中心刻线与干涉条纹平行________．A．仅拨动拨杆B．仅旋转单缝C．仅前后移动凸透镜D．仅旋转毛玻璃处的测量头(2)小王同学将分划板中心刻线与干涉条纹调平行后，将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图所示，手轮上的示数是________ mm.考点二 探索创新实验例3 洛埃德在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置．如图所示，单色光从单缝S射出，一部分入射到平面镜后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹．单缝S通过平面镜成的像是S′.(1)通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致．如果S被视为其中的一个缝，________相当于另一个“缝”．(2)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h＝0.15 mm，单缝到光屏的距离D＝1.2 m，观测到第3条亮条纹中心到第12条亮条纹中心的间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ＝________ m．(结果保留1位有效数字)(3)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离________．A．将平面镜稍向上移动一些B．将平面镜稍向右移动一些C．将光屏稍向右移动一些D．将光源由红色光改为绿色光实验十四 用双缝干涉测量光的波长目标要求 1.掌握由Δx＝λ测量光的波长的原理，并会测单色光波长.2.观察单色光的双缝干涉图样，掌握测量头测量条纹间距的方法．实验技能储备1．实验原理单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)条纹间距Δx与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光波长λ之间满足λ＝Δx.2．实验步骤(1)观察双缝干涉图样①将光源、遮光筒、毛玻璃依次安放在光具座上，如图所示．②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光．③调节各器件的高度和角度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏．④安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝平行，二者间距约为5～10 cm.⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹．(2)测量单色光的波长①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹．②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至第n条亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数an.③用刻度尺测量双缝与光屏间距离l(d是已知的)．④改变双缝间的距离d，双缝到屏的距离l，重复测量．3．数据分析(1)条纹间距Δx＝.(2)波长λ＝Δx.(3)计算多组数据，求λ的平均值．4．注意事项(1)安装时，注意使光源、透镜、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且间距适当．(2)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近．(3)调节的基本依据：照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴；干涉条纹不清晰，一般原因是单缝与双缝不平行．考点一 教材原型实验例1 如图所示，在“用双缝干涉测量光的波长”实验中：(1)在光具座上放置的光学元件依次为：①光源、②滤光片、③________、④________、⑤遮光筒、⑥光屏(含测量头)．(2)利用图中装置研究双缝干涉现象时，下列说法中正确的是________．A．将光屏移近双缝，其他条件不变，干涉条纹间距变小B．将滤光片由蓝色的换成红色的，其他条件不变，干涉条纹间距变大C．将单缝向双缝移动一小段距离后，其他条件不变，干涉条纹间距变大D．换一个两缝之间距离更大的双缝，其他条件不变，干涉条纹间距变小E．去掉滤光片，其他条件不变，干涉现象消失(3)在某次测量中，将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该亮条纹记为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图甲所示．然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，此时手轮上的示数如图乙所示，则此示数为________ mm，由此可求得相邻亮条纹的间距Δx为________ mm.(4)已知双缝间距d为2.0×10－4 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式λ＝__________，求得所测红光波长为________ nm.答案 (1)单缝 双缝 (2)ABD(3)13.870 2.310 (4) 660解析 (1)由题图可知，③为单缝，④为双缝．(2)将光屏移近双缝，l减小，则由Δx＝λ可知，在其他条件不变时，干涉条纹间距变小，故A正确；将滤光片由蓝色的换成红色的，则波长λ变大，所以其他条件不变时，干涉条纹间距变大，故B正确；将单缝向双缝移动一小段距离后，其他条件不变时，干涉条纹间距不变，故C错误；换一个两缝之间距离更大的双缝，则d变大，在其他条件不变时，干涉条纹间距变小，故D正确；去掉滤光片，其他条件不变，会形成彩色干涉条纹，故E错误．(3)由题图乙可得读数为x2＝13.5 mm＋37.0×0.01 mm＝13.870 mm，由题图甲可得读数为x1＝2 mm＋32.0×0.01 mm＝2.320 mm，则相邻亮条纹的间距Δx＝＝ mm＝2.310 mm.(4)由Δx＝λ可得λ＝Δx，代入数据解得，波长为λ＝ m＝6.6×10－7 m＝660 nm.例2 (2023·浙江省镇海中学模拟)(1)如图所示，小王同学做在“用双缝干涉测量光的波长”实验中发现目镜中干涉条纹与分划板中心刻线始终有一定的角度，下列哪个操作可以使得分划板中心刻线与干涉条纹平行________．A．仅拨动拨杆B．仅旋转单缝C．仅前后移动凸透镜D．仅旋转毛玻璃处的测量头(2)小王同学将分划板中心刻线与干涉条纹调平行后，将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图所示，手轮上的示数是________ mm.答案 (1)D (2)50.15解析 (1)若要使得分划板中心刻线与干涉条纹平行，则仅旋转毛玻璃处的测量头即可，故选D.(2)手轮上的示数是50 mm＋0.05 mm×3＝50.15 mm.考点二 探索创新实验例3 洛埃德在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置．如图所示，单色光从单缝S射出，一部分入射到平面镜后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹．单缝S通过平面镜成的像是S′.(1)通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致．如果S被视为其中的一个缝，________相当于另一个“缝”．(2)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h＝0.15 mm，单缝到光屏的距离D＝1.2 m，观测到第3条亮条纹中心到第12条亮条纹中心的间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ＝________ m．(结果保留1位有效数字)(3)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离________．A．将平面镜稍向上移动一些B．将平面镜稍向右移动一些C．将光屏稍向右移动一些D．将光源由红色光改为绿色光答案 (1) S′ (2)6×10－7 (3)AC解析 (1)通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致．如果S被视为其中的一个缝，S′相当于另一个“缝”．(2)第3条亮条纹中心到第12条亮条纹中心的间距为22.78 mm，则相邻亮条纹间距为Δx＝ m≈2.53×10－3 m，等效双缝间的距离为d＝2h＝0.30 mm＝3.0×10－4 m，根据双缝干涉条纹间距Δx＝λ，则有λ＝Δx＝ m≈6×10－7 m.(3)根据双缝干涉条纹间距Δx＝λ可知，仅增大D、仅减小d或仅增大波长λ都能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离，所以A、C正确．第2讲 光的干涉、衍射和偏振目标要求 1.知道什么是光的干涉、衍射和偏振.2.掌握双缝干涉中出现亮、暗条纹的条件.3.知道发生明显衍射的条件．考点一 光的干涉现象光的干涉(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现________条纹，某些区域相互减弱，出现________条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象．(2)条件：两束光的频率________、相位差恒定．(3)双缝干涉图样特点：单色光照射时，形成明暗相间的等间距的干涉条纹．1．光的颜色由光的频率决定．( )2．频率不同的两列光波不能发生干涉．( )3．在“双缝干涉”实验中，双缝的作用是使白光变成单色光．( )4．在“双缝干涉”实验中，双缝的作用是用“分光”的方法使两列光的频率相同．( )1．双缝干涉(1)条纹间距：Δx＝λ，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大．(2)明暗条纹的判断方法：如图所示，相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1.当Δr＝nλ(n＝0,1,2，…)时，光屏上P′处出现明条纹．当Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2，…)时，光屏上P′处出现暗条纹．2．薄膜干涉(1)形成原因：如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．光照射到薄膜上时，从膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加．(2)明暗条纹的判断方法：两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于薄膜厚度的2倍，光在薄膜中的波长为λ.在P1、P2处，Δr＝nλ(n＝1,2,3，…)，薄膜上出现明条纹．在Q处，Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2,3，…)，薄膜上出现暗条纹．(3)应用：增透膜、检查平面的平整度．考向1 双缝干涉例1 在图示的双缝干涉实验中，光源S到缝S1、S2距离相等，P0为S1、S2连线的中垂线与光屏的交点．用波长为400 nm的光实验时，光屏中央P0处呈现中央亮条纹(记为第0条亮条纹)，P处呈现第3条亮条纹．当改用波长为600 nm的光实验时，P处将呈现( )A．第2条亮条纹 B．第3条亮条纹C．第2条暗条纹 D．第3条暗条纹听课记录：_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________考向2 薄膜干涉例2 (2023·江苏省前黄高级中学检测)关于薄膜干涉现象及其应用，下列说法正确的是( )A．如图甲所示，竖直放置的肥皂液膜，来自前后两个面的反射光发生干涉，形成明暗相间的竖直条纹B．如图乙所示，照相机的镜头表面常常镀一层透光膜，膜的外表面和玻璃表面反射的光发生干涉使镜头看起来有颜色，膜的厚度为光在膜中波长的C．如图丙所示，利用光的干涉检查平整度，用单色光从上面照射，空气膜的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，图中条纹弯曲说明此处是凹下的D．如图丁所示，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方射入，从上往下看凸透镜，可以看到等间距的明暗相间的圆环状条纹听课记录：_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________例3 (2021·江苏卷·6)铁丝圈上附有肥皂膜，竖直放置时，肥皂膜上的彩色条纹上疏下密，由此推测肥皂膜前后两个面的侧视形状应当是( )听课记录：_______________________________________________________________________考点二 光的衍射和偏振现象1．光的衍射发生明显衍射现象的条件：只有当障碍物或狭缝的尺寸足够________的时候，衍射现象才会明显．2．光的偏振(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿________________振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都________．(2)偏振光：在________于光的传播方向的平面上，只沿着某个________的方向振动的光．(3)偏振光的形成①让自然光通过__________形成偏振光．②让自然光在两种介质的界面发生反射和________，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光．(4)偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等．(5)光的偏振现象说明光是一种________波．1．阳光下茂密的树林中，地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的．( )2．泊松亮斑是光的衍射形成的．( )3．光遇到障碍物时都能产生衍射现象．( )4．自然光是偏振光．( )1．单缝衍射与双缝干涉的比较单缝衍射 双缝干涉不同点 条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等条纹间距 各相邻亮条纹间距不等 各相邻亮(暗) 条纹等间距亮度情况 中央条纹最亮，两边变暗 条纹清晰，亮度基本相同相同点 干涉、衍射都是波特有的现象，都属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹2.光的干涉和衍射的本质从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，光的干涉和衍射都属于光波的叠加，干涉是从单缝通过两列频率相同的光在屏上叠加形成的，衍射是由来自单缝上不同位置的光在屏上叠加形成的．考向1 单缝衍射与双缝干涉的比较例4 如图所示的4种明暗相间的条纹分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹)．在下面的4幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是( )A．红黄蓝紫 B．红紫蓝黄C．蓝紫红黄 D．蓝黄红紫听课记录：______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________考向2 光的偏振例5 奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量．偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了．如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间．(1)偏振片A的作用是___________________________________________________．(2)偏振现象证明了光是一种________．(3)以下说法中错误的是________．A．到达O处光的强度会减弱B．到达O处光的强度不会减弱C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最强，偏振片B转过的角度等于αD．将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最强，偏振片A转过的角度等于α考点三 几何光学与物理光学的综合应用例6 (2023·江苏常州市模拟)如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的复色光从空气射向AB边的中点D，入射方向与边AB的夹角为θ＝30°，经三棱镜折射后分为a、b两束单色光，单色光a折射到BC边的中点E，单色光b折射到F点，则下列说法中正确的是( )A．在棱镜中传播，a光的传播速度较大B．a光的频率大于b光的频率C．a、b光分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距大D．入射方向与边AB垂直时，BC边射出光线为a光听课记录：_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________例7 如图所示，截面为等腰直角三角形ABC的玻璃砖，∠B＝90°， 一束频率为f＝6×1014 Hz的光线从AB面中点处垂直射入棱镜，在AC面发生全反射，从BC面射出后，进入双缝干涉装置．已知AC长度L＝0.3 m，双缝间距d＝0.2 mm，光屏与双缝间距离l＝1.0 m，光在真空中的传播速度为c＝3.0×108 m/s.求：(1)玻璃砖对该光线的折射率的最小值n；(2)光线在玻璃砖中传播的最短时间t；________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(3)光屏上相邻亮条纹的间距Δx.________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________第2讲 光的干涉、衍射和偏振目标要求 1.知道什么是光的干涉、衍射和偏振.2.掌握双缝干涉中出现亮、暗条纹的条件.3.知道发生明显衍射的条件．考点一 光的干涉现象光的干涉(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象．(2)条件：两束光的频率相同、相位差恒定．(3)双缝干涉图样特点：单色光照射时，形成明暗相间的等间距的干涉条纹．1．光的颜色由光的频率决定．( √ )2．频率不同的两列光波不能发生干涉．( √ )3．在“双缝干涉”实验中，双缝的作用是使白光变成单色光．( × )4．在“双缝干涉”实验中，双缝的作用是用“分光”的方法使两列光的频率相同．( √ )1．双缝干涉(1)条纹间距：Δx＝λ，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大．(2)明暗条纹的判断方法：如图所示，相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1.当Δr＝nλ(n＝0,1,2，…)时，光屏上P′处出现明条纹．当Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2，…)时，光屏上P′处出现暗条纹．2．薄膜干涉(1)形成原因：如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．光照射到薄膜上时，从膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加．(2)明暗条纹的判断方法：两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于薄膜厚度的2倍，光在薄膜中的波长为λ.在P1、P2处，Δr＝nλ(n＝1,2,3，…)，薄膜上出现明条纹．在Q处，Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2,3，…)，薄膜上出现暗条纹．(3)应用：增透膜、检查平面的平整度．考向1 双缝干涉例1 在图示的双缝干涉实验中，光源S到缝S1、S2距离相等，P0为S1、S2连线的中垂线与光屏的交点．用波长为400 nm的光实验时，光屏中央P0处呈现中央亮条纹(记为第0条亮条纹)，P处呈现第3条亮条纹．当改用波长为600 nm的光实验时，P处将呈现( )A．第2条亮条纹 B．第3条亮条纹C．第2条暗条纹 D．第3条暗条纹答案 A解析 由公式Δx＝λ可知＝λ1，当改用波长为600 nm 的光实验时，则有＝λ2，即＝＝，解得n＝2，即P处将呈现第2条亮条纹，A正确．考向2 薄膜干涉例2 (2023·江苏省前黄高级中学检测)关于薄膜干涉现象及其应用，下列说法正确的是( )A．如图甲所示，竖直放置的肥皂液膜，来自前后两个面的反射光发生干涉，形成明暗相间的竖直条纹B．如图乙所示，照相机的镜头表面常常镀一层透光膜，膜的外表面和玻璃表面反射的光发生干涉使镜头看起来有颜色，膜的厚度为光在膜中波长的C．如图丙所示，利用光的干涉检查平整度，用单色光从上面照射，空气膜的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，图中条纹弯曲说明此处是凹下的D．如图丁所示，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方射入，从上往下看凸透镜，可以看到等间距的明暗相间的圆环状条纹答案 C解析 竖直放置的肥皂液膜，来自前后两个面的反射光发生干涉，由于同一水平线上的薄膜厚度近似相同，所以干涉后能产生水平的明暗条纹，故A错误；照相机的镜头表面常常镀一层透光膜，从薄膜前后两表面反射的光发生干涉使镜头看起来有颜色，膜的厚度为光在膜中波长的，故B错误；利用光的干涉检查平整度，用单色光从上面照射，空气膜的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，题图丙说明此处是凹下的，故C正确；把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方射入，从上往下看凸透镜，由于凸透镜下表面是曲面，所以空气膜厚度越往外越厚，所以看到的明暗相间的圆环状条纹越往外越密，故D错误．例3 (2021·江苏卷·6)铁丝圈上附有肥皂膜，竖直放置时，肥皂膜上的彩色条纹上疏下密，由此推测肥皂膜前后两个面的侧视形状应当是( )答案 C解析 薄膜干涉为前后两个面反射回来的光发生干涉形成干涉条纹，当入射光为复色光时，出现彩色条纹．由于重力作用，肥皂膜前后表面的厚度从上到下逐渐增大，从而使干涉条纹上疏下密，由于表面张力的作用，使得肥皂膜向内凹陷，故C正确，A、B、D错误．考点二 光的衍射和偏振现象1．光的衍射发生明显衍射现象的条件：只有当障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候，衍射现象才会明显．2．光的偏振(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同．(2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光．(3)偏振光的形成①让自然光通过偏振片形成偏振光．②让自然光在两种介质的界面发生反射和折射，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光．(4)偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等．(5)光的偏振现象说明光是一种横波．1．阳光下茂密的树林中，地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的．( × )2．泊松亮斑是光的衍射形成的．( √ )3．光遇到障碍物时都能产生衍射现象．( √ )4．自然光是偏振光．( × )1．单缝衍射与双缝干涉的比较单缝衍射 双缝干涉不同点 条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等条纹间距 各相邻亮条纹间距不等 各相邻亮(暗) 条纹等间距亮度情况 中央条纹最亮，两边变暗 条纹清晰，亮度基本相同相同点 干涉、衍射都是波特有的现象，都属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹2.光的干涉和衍射的本质从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，光的干涉和衍射都属于光波的叠加，干涉是从单缝通过两列频率相同的光在屏上叠加形成的，衍射是由来自单缝上不同位置的光在屏上叠加形成的．考向1 单缝衍射与双缝干涉的比较例4 如图所示的4种明暗相间的条纹分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹)．在下面的4幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是( )A．红黄蓝紫 B．红紫蓝黄C．蓝紫红黄 D．蓝黄红紫答案 B解析 双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽、最亮之外，两侧条纹亮度、宽度都逐渐减小，因此1、3为双缝干涉条纹，2、4为单缝衍射条纹．相邻亮条纹间距Δx＝λ，红光波长比蓝光波长长，则红光干涉条纹间距大于蓝光干涉条纹间距，即1、3分别对应红光和蓝光．而在单缝衍射中，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射越明显，即中央条纹越宽越亮，黄光波长比紫光波长长，即2、4分别对应紫光和黄光．综上所述，1、2、3、4四幅图中亮条纹的颜色依次是：红、紫、蓝、黄，B正确．考向2 光的偏振例5 奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量．偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了．如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间．(1)偏振片A的作用是________________________________________________________．(2)偏振现象证明了光是一种________．(3)以下说法中错误的是________．A．到达O处光的强度会减弱B．到达O处光的强度不会减弱C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最强，偏振片B转过的角度等于αD．将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最强，偏振片A转过的角度等于α答案 (1)把自然光变成偏振光 (2)横波(3)B解析 (1)自然光通过偏振片后变为偏振光，故A的作用是把自然光变成偏振光．(2)偏振现象证明光是一种横波．(3)偏振片只能让一定偏振方向的光通过，没有样品时，要使到达O处的光最强，偏振片A、B的透光方向应相同；当放入样品时，由于样品的“旋光度”是α，即偏振方向不再与B的透光方向平行，到达O处光的强度会减弱，A正确，B错误；偏振片B转过的角度等于α，并使偏振片B的透振方向与偏振光的偏振方向平行时，光到达O处的强度将再次最大，C正确；同理，D正确．选B.考点三 几何光学与物理光学的综合应用例6 (2023·江苏常州市模拟)如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的复色光从空气射向AB边的中点D，入射方向与边AB的夹角为θ＝30°，经三棱镜折射后分为a、b两束单色光，单色光a折射到BC边的中点E，单色光b折射到F点，则下列说法中正确的是( )A．在棱镜中传播，a光的传播速度较大B．a光的频率大于b光的频率C．a、b光分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距大D．入射方向与边AB垂直时，BC边射出光线为a光答案 B解析 由光路可知，棱镜对a光的偏折程度较大，可知a光的折射率较大，根据v＝可知，在棱镜中传播，a光的传播速度较小，频率较大，选项A错误，B正确；因a光的频率较大，波长较短，根据Δx＝λ可知，分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距小，选项C错误；因a光的折射率为n＝＝，则临界角sin C＝＝<＝sin 60°，即C<60°，若入射方向与边AB垂直时，a光射到BC边时的入射角为60°，则a光将在BC边发生全发射，则a光将不能从BC边射出，选项D错误．例7 如图所示，截面为等腰直角三角形ABC的玻璃砖，∠B＝90°， 一束频率为f＝6×1014 Hz的光线从AB面中点处垂直射入棱镜，在AC面发生全反射，从BC面射出后，进入双缝干涉装置．已知AC长度L＝0.3 m，双缝间距d＝0.2 mm，光屏与双缝间距离l＝1.0 m，光在真空中的传播速度为c＝3.0×108 m/s.求：(1)玻璃砖对该光线的折射率的最小值n；(2)光线在玻璃砖中传播的最短时间t；(3)光屏上相邻亮条纹的间距Δx.答案 (1) (2)1×10－9 s (3)2.5 mm解析 (1) 由几何关系知，光线在AC面发生全反射的入射角为45°，可知临界角C≤45°时，折射率有最小值，由sin C＝得n≥，即最小折射率为.(2) 由几何关系可知，光线在玻璃砖中传播距离s＝L，光线在玻璃砖中的传播速度v＝传播时间t＝代入数据解得最短时间t＝1×10－9 s(3) 由λ＝，Δx＝λ联立代入数据解得Δx＝2.5 mm.第十四章 光考情分析 光的折射 2022·湖北卷·T14 2022·浙江1月选考·T11 2022·江苏卷·T12 2021·湖南卷·T16(2) 2021·浙江6月选考·T12光的折射与全反射的综合应用 2022·重庆卷·T16(2) 2022·山东卷·T7 2022·浙江6月选考·T8 2021·广东卷·T16(2) 2021·河北卷·T16(2) 2021·辽宁卷·T4 2020·浙江7月选考·T13 2020·山东卷·T3光的干涉和衍射 2022·浙江6月选考·T4 2022·山东卷·T10 2021·江苏卷·T6 2021·浙江6月选考·T16 2020·山东卷·T3 2020·北京卷·T1 2019·北京卷·T14几何光学与物理光学的综合应用 2021·湖北卷·T5 2021·北京卷·T2实验：测量玻璃的折射率 2019·天津卷·T9(2)实验：用双缝干涉测量光的波长 2021·浙江6月选考·T17(2)试题情境 生活实践类 全反射棱镜、光导纤维、增透膜、偏振滤光片、激光等学习探究类 折射定律、全反射、测量玻璃的折射率、光的干涉现象、光的衍射、光的偏振现象、用双缝干涉测量光的波长第1讲 光的折射 全反射目标要求 1.理解折射率的概念，掌握光的折射定律.2.掌握发生全反射的条件并会用全反射的条件进行相关计算．考点一 折射定律 折射率1．折射定律(1)内容：如图所示，折射光线与入射光线、法线处在________________内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成________比．(2)表达式：________________＝n12(n12为比例常数)．2．折射率(1)定义式：n＝________________.(2)计算公式：n＝________.因为v1．无论是光的折射，还是反射，光路都是可逆的．( )2．入射角越大，折射率越大．( )3．若光从空气射入水中，它的传播速度一定增大．( )4．根据n＝可知，介质的折射率与光在该介质中的传播速度成反比．( )1．对折射率的理解(1)折射率的大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在该介质中传播速度的大小v＝.(2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关．①同一种介质中，频率越大的光折射率越大，传播速度越小．②同一种光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同．2．光路的可逆性在光的折射现象中，光路是可逆的．如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射．3．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制特点平行玻璃砖 三棱镜 圆柱体(球)对光线的作用 通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移 通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折 圆界面的法线是过圆心的直线，光线经过两次折射后向圆心偏折例1 如图所示，两细束平行的单色光a、b射向同一块上、下表面平行的玻璃砖的上表面，最终都从玻璃砖的下表面射出．已知玻璃对单色光b的折射率较小，那么下列说法中正确的有( )A．a光束在玻璃砖中传播速度比b光大B．从玻璃砖下表面射出后，两束光不一定平行C．从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离一定增大了D．从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离可能和射入前相同听课记录：_______________________________________________________________________例2 (2023·江苏省联考)如图所示，等腰三棱镜ABC的顶角∠A＝30°，一束单色光与AB成30°角射入三棱镜，恰能垂直AC射出，则三棱镜的折射率为( )A. B.C. D．2听课记录：_______________________________________________________________________例3 (2022·江苏卷·12)如图所示，两条距离为D的平行光线，以入射角θ从空气射入平静水面，反射光线与折射光线垂直，求：(1)水的折射率n；(2)两条折射光线之间的距离d.________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________考点二 全反射1．光密介质与光疏介质介质 光密介质 光疏介质折射率 大 小光速 小 大相对性 若n甲＞n乙，则甲相对乙是________介质 若n甲＜n丙，则甲相对丙是________介质2.全反射(1)定义：光从______介质射入______介质时，当入射角增大到某一角度，折射光线______，只剩下反射光线的现象．(2)条件：①光从________介质射向________介质．②入射角________________临界角．(3)临界角：折射角等于90°时的入射角．若光从介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，由n＝，得sin C＝________.介质的折射率越大，发生全反射的临界角越________．3．光导纤维光导纤维的原理是利用光的全反射(如图)．1．光密介质和光疏介质是相对而言的．同一种介质，相对于其他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质．( )2．只要入射角足够大，就能发生全反射．( )3．光线从光疏介质进入光密介质，入射角大于等于临界角时发生全反射现象．( )分析综合问题的基本思路(1)判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质．(2)判断入射角是否大于或等于临界角，明确是否会发生全反射现象．(3)画出反射、折射或全反射的光路图，必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图，然后结合几何知识推断和求解相关问题．例4 (2023·江苏南通市高三检测)“水流导光”实验装置如图所示，长直开口透明塑料瓶内装有适量清水，在其底侧开一小孔，水从小孔流出形成弯曲不散开的水流，用细激光束透过塑料瓶水平射向该小孔，观察实验现象．则( )A．减小激光的强度，“水流导光”现象更明显B．改用频率更低的激光，“水流导光”现象更明显C．改用折射率较大的液体，“水流导光”现象更明显D．随着瓶内清水高度的降低，“水流导光”现象更明显听课记录：_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________例5 (2023·江苏苏州市模拟)以光纤通讯为基础，我国千兆宽带已经进入很多家庭，在进入小区的光纤控制箱中，光纤绕成图示形状，已知光纤的折射率为n＝，其直径为d.(1)求该光纤的临界角；________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2)若平行轴线射入的一束光通过圆弧部分不发生漏光，求内圆弧半径的最小值．________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________考点三 光的折射和全反射的综合应用例6 (2022·河北卷·16(2))如图，一个半径为R的玻璃球，O点为球心．球面内侧单色点光源S发出的一束光在A点射出，出射光线AB与球直径SC平行，θ＝30°.光在真空中的传播速度为c.求：(1)玻璃的折射率；(2)从S发出的光线经多次全反射回到S点的最短时间．________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例7 (2022·全国甲卷·34(2))如图，边长为a的正方形ABCD为一棱镜的横截面，M为AB边的中点．在截面所在的平面，一光线自M点射入棱镜，入射角为60°，经折射后在BC边的N点恰好发生全反射，反射光线从CD边的P点射出棱镜，求棱镜的折射率以及P、C两点之间的距离．________________________________________________________________________________________________________________________________________________第十四章 光考情分析 光的折射 2022·湖北卷·T14 2022·浙江1月选考·T11 2022·江苏卷·T12 2021·湖南卷·T16(2) 2021·浙江6月选考·T12光的折射与全反射的综合应用 2022·辽宁卷·T5 2022·河北卷·T16(2) 2022·广东卷·T16(2) 2022·重庆卷·T16(2) 2022·山东卷·T7 2022·浙江6月选考·T8 2021·广东卷·T16(2) 2021·河北卷·T16(2) 2021·辽宁卷·T4 2020·浙江7月选考·T13 2020·山东卷·T3光的干涉和衍射 2022·浙江6月选考·T4 2022·山东卷·T10 2021·江苏卷·T6 2021·浙江6月选考·T16 2020·山东卷·T3 2020·北京卷·T1 2019·北京卷·T14几何光学与物理光学的综合应用 2021·湖北卷·T5 2021·北京卷·T2实验：测量玻璃的折射率 2019·天津卷·T9(2)实验：用双缝干涉测量光的波长 2021·浙江6月选考·T17(2)试题情境 生活实践类 全反射棱镜、光导纤维、增透膜、偏振滤光片、激光等学习探究类 折射定律、全反射、测量玻璃的折射率、光的干涉现象、光的衍射、光的偏振现象、用双缝干涉测量光的波长第1讲 光的折射 全反射目标要求 1.理解折射率的概念，掌握光的折射定律.2.掌握发生全反射的条件并会用全反射的条件进行相关计算．考点一 折射定律 折射率1．折射定律(1)内容：如图所示，折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比．(2)表达式：＝n12(n12为比例常数)．2．折射率(1)定义式：n＝.(2)计算公式：n＝.因为v1．无论是光的折射，还是反射，光路都是可逆的．( √ )2．入射角越大，折射率越大．( × )3．若光从空气射入水中，它的传播速度一定增大．( × )4．根据n＝可知，介质的折射率与光在该介质中的传播速度成反比．( √ )1．对折射率的理解(1)折射率的大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在该介质中传播速度的大小v＝.(2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关．①同一种介质中，频率越大的光折射率越大，传播速度越小．②同一种光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同．2．光路的可逆性在光的折射现象中，光路是可逆的．如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射．3．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制特点平行玻璃砖 三棱镜 圆柱体(球)对光线的作用 通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移 通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折 圆界面的法线是过圆心的直线，光线经过两次折射后向圆心偏折例1 如图所示，两细束平行的单色光a、b射向同一块上、下表面平行的玻璃砖的上表面，最终都从玻璃砖的下表面射出．已知玻璃对单色光b的折射率较小，那么下列说法中正确的有( )A．a光束在玻璃砖中传播速度比b光大B．从玻璃砖下表面射出后，两束光不一定平行C．从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离一定增大了D．从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离可能和射入前相同答案 C解析 玻璃对单色光b的折射率较小，那么光路图如图所示，光在介质中的传播速度为v＝，因为玻璃对单色光b的折射率较小，所以a光束在玻璃砖中传播速度比b光小，故A错误；根据光路的可逆性可知：下表面出射角等于上表面的入射角，即两束光下表面的出射角相等，故从玻璃砖下表面射出后，两束光仍然平行，故B错误；由于a光的折射率大，偏折程度大，从下表面射出后沿水平方向侧移的距离大，故两束光从下表面射出后，两束光之间的距离一定增大，故C正确，D错误．例2 (2023·江苏省联考)如图所示，等腰三棱镜ABC的顶角∠A＝30°，一束单色光与AB成30°角射入三棱镜，恰能垂直AC射出，则三棱镜的折射率为( )A. B.C. D．2答案 B解析 恰能垂直AC射出，则在AB界面的折射角为r＝∠A＝30°，在AB界面的入射角为i＝90°－30°＝60°，三棱镜的折射率n＝＝，故选B.例3 (2022·江苏卷·12)如图所示，两条距离为D的平行光线，以入射角θ从空气射入平静水面，反射光线与折射光线垂直，求：(1)水的折射率n；(2)两条折射光线之间的距离d.答案 (1)tan θ (2)Dtan θ解析 (1)设折射角为γ，根据几何关系可得γ＝90°－θ根据折射定律可得n＝联立可得n＝tan θ(2)如图所示根据几何关系可得d＝·sin θ＝Dtan θ.考点二 全反射1．光密介质与光疏介质介质 光密介质 光疏介质折射率 大 小光速 小 大相对性 若n甲＞n乙，则甲相对乙是光密介质 若n甲＜n丙，则甲相对丙是光疏介质2.全反射(1)定义：光从光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到某一角度，折射光线消失，只剩下反射光线的现象．(2)条件：①光从光密介质射向光疏介质．②入射角大于或等于临界角．(3)临界角：折射角等于90°时的入射角．若光从介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，由n＝，得sin C＝.介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小．3．光导纤维光导纤维的原理是利用光的全反射(如图)．1．光密介质和光疏介质是相对而言的．同一种介质，相对于其他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质．( √ )2．只要入射角足够大，就能发生全反射．( × )3．光线从光疏介质进入光密介质，入射角大于等于临界角时发生全反射现象．( × )分析综合问题的基本思路(1)判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质．(2)判断入射角是否大于或等于临界角，明确是否会发生全反射现象．(3)画出反射、折射或全反射的光路图，必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图，然后结合几何知识推断和求解相关问题．例4 (2023·江苏南通市高三检测)“水流导光”实验装置如图所示，长直开口透明塑料瓶内装有适量清水，在其底侧开一小孔，水从小孔流出形成弯曲不散开的水流，用细激光束透过塑料瓶水平射向该小孔，观察实验现象．则( )A．减小激光的强度，“水流导光”现象更明显B．改用频率更低的激光，“水流导光”现象更明显C．改用折射率较大的液体，“水流导光”现象更明显D．随着瓶内清水高度的降低，“水流导光”现象更明显答案 C解析 减小激光的强度，激光全反射的临界角不变，现象不会改变，故A错误；改用频率更低的激光，激光全反射的临界角变大，“水流导光”现象减弱，故B错误；改用折射率较大的液体，激光全反射的临界角变小，“水流导光”现象更明显，故C正确；随着瓶内清水高度的降低，则从孔中射出的水流速度会变小，水流轨迹会变得弯曲，激光在水和空气界面处的入射角会变小，“水流导光”现象会减弱，故D错误．例5 (2023·江苏苏州市模拟)以光纤通讯为基础，我国千兆宽带已经进入很多家庭，在进入小区的光纤控制箱中，光纤绕成图示形状，已知光纤的折射率为n＝，其直径为d.(1)求该光纤的临界角；(2)若平行轴线射入的一束光通过圆弧部分不发生漏光，求内圆弧半径的最小值．答案 (1)45° (2)(＋1)d解析 (1)根据临界角公式sin C＝＝，则该光纤的临界角为C＝45°(2)如图所示最内侧光线最容易漏光，则根据几何知识有sin θ＝sin C＝＝，故内圆弧半径的最小值为r＝(＋1)d.考点三 光的折射和全反射的综合应用例6 (2022·河北卷·16(2))如图，一个半径为R的玻璃球，O点为球心．球面内侧单色点光源S发出的一束光在A点射出，出射光线AB与球直径SC平行，θ＝30°.光在真空中的传播速度为c.求：(1)玻璃的折射率；(2)从S发出的光线经多次全反射回到S点的最短时间．答案 (1) (2)解析 (1)光路图如图所示，根据几何关系可知i1＝θ＝30°，i2＝60°根据折射定律有n＝解得n＝(2)设全反射的临界角为C，则sin C＝＝光在玻璃球内的传播速度有v＝根据几何关系可知当θ＝45°时，即光路为圆的内接正方形，从S发出的光线经多次全反射回到S点的时间最短，则正方形的边长x＝R，则最短时间为t＝＝.例7 (2022·全国甲卷·34(2))如图，边长为a的正方形ABCD为一棱镜的横截面，M为AB边的中点．在截面所在的平面，一光线自M点射入棱镜，入射角为60°，经折射后在BC边的N点恰好发生全反射，反射光线从CD边的P点射出棱镜，求棱镜的折射率以及P、C两点之间的距离．答案 a解析 设光线在AB面的折射角为θ，则有sin 60°＝nsin θ，由题知，光线经折射后在BC边的N点恰好发生全反射，则有sin C＝，C＝90°－θ联立解得tan θ＝，n＝根据几何关系有tan θ＝＝解得NC＝a－BN＝a－再由tan θ＝，解得PC＝a. 展开更多...... 收起↑ 资源列表 第十四章 实验十三 测量玻璃的折射率.docx 第十四章 实验十四 用双缝干涉测量光的波长.docx 第十四章 第1讲 光的折射 全反射.docx 第十四章 第2讲 光的干涉、衍射和偏振.docx
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