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第四章 光
（复习与提升）
主讲老师：
20XX.XX.XX
目录
01
02
重点突破
知识清单
第一部分：知识清单
（一）光的折射与全反射
光的折射
折射
定律
入射角、折射角
折射定律：n＝______，光从真空射入任何介质
时θ1____θ2
折射率与传播速度的关系：n＝___
＞
光路可逆
实验：测量玻璃的折射率
全反射
条件：________________________________________
__________
临界角C的计算公式：sin C＝___
光从光密介质斜射向光疏介质、入射角大于或等于临界角
（二）光的干涉
光的干涉
光的双缝干涉
条件：两列频率____、相位差____、振动情况____的光
实验装置：双缝干涉仪
干涉图样：单色光是_________、_________的条纹
明暗条纹的
产生条件
亮条纹：Δr＝_____________________
暗条纹：Δr＝________________________
条纹间距：Δx＝__λ
实验：用双缝干涉测量光的波长
薄膜干涉及应用
相同
恒定
相同
明暗相间
间隔均匀
kλ(k＝0，1，2，3，…)
(2k－1) (k＝1，2，3，…)
（三）光的衍射、偏振和激光
光的衍射
发生明显衍射的条件：障碍物或狭缝的尺寸_______
衍射图样：单色光是明暗_____、间隔_______的条纹
(与干涉图样进行区分)
实例：_________、_________、_________
偏振光与自然光的区别
偏振现象说明光是_____
光的
偏振
激光
特点：_________、_________、_______
应用：光纤通信、激光测距、激光雷达、
医疗、全息照相等
足够小
相间
不均匀
单缝衍射
圆孔衍射
泊松亮斑
横波
相干性好
平行度好
亮度高
足够小
相间
不均匀
单缝衍射
圆孔衍射
泊松亮斑
横波
相干性好
平行度好
第二部分：重点突破
（一）光的折射和全反射
光的折射和全反射分别遵循折射定律和反射定律，这部分知识主要集中在以下几点：折射定律、折射率n=sinθ1sinθ2，临界角公式sin?C=1n、光学元件（如平行玻璃砖、全反射棱镜、半圆形玻璃砖等）的光学性质等，需注意问题：
?
1.入射角θ1和折射角θ2都是光线与法线的夹角，在折射现象中，光路是可逆的。
2.介质折射率n=sinθ1sinθ2。任何介质的折射率都大于1；折射率取决于介质的光学特性和光的频率。当光由光疏介质射入光密介质时，折射角θ2小于入射角θ1；当光由光密介质射入光疏介质时，折射角θ2大于入射角θ1，此时n=sinθ2sinθ1。
?
（一）光的折射和全反射
3.全反射现象在现代科技和生活中有着广泛的应用，解决此类问题时要理解全反射的条件和临界角的定义。
4.解题时要根据两个定律作出光路图，再根据几何关系找出各个物理量之间的关系，根据n=sinθ1sinθ2=cv和λ=cf进行分析求解。
?
（一）光的折射和全反射
【典例1】如图所示，一救生艇停在平静的水面上，艇前部上端有一标记P，在其正前方A处有一浮标，测得P、A连线与竖直方向的夹角为53°。潜水员下潜至水下B点时，看到P刚好被浮标挡住，且恰好看到艇尾端后方水面上的景物，已知水的折射率n=43，真空中的光速c=3×108m/s,B点到艇尾部的水平距离L=6?m，忽略救生艇的吃水深度。
（1） 求光在水中的传播速度的大小v；
（2） 求B点到水面的竖直距离H；
（3）若潜水员从B点竖直上升至B′时
（图中未标出），水面上方所有的景物
都出现在顶角为2∠AB′D的圆锥里，求B′点到水面的竖直距离h。
?
（一）光的折射和全反射
[答案] ????.????????×???????????? m/s ???????? m 3.5m
?
[解析]
（2）根据题意作出光路图，如下图所示
由图可得sin?C=1n=34H=Ltan?C=637m=27?m
?
（2） 由图可知，根据折射定律n=sin?53?sinθ=43
所以sinθ=0.6又因为tanθ=ADH，tan?C=ADh
由此可得B′点到水面的竖直距离h=3.5?m
?
(1)v=cn=3×10843m/s=2.25×108m/s
?
（一）光的折射和全反射
【典例2】　一湖面上有一伸向水面的混凝土观景台，图示是其截面图，观景台下表面恰好和水面相平，A为观景台右侧面在湖底的投影，水深h＝4 m．在距观景台右侧面x＝4 m处有一可沿竖直方向移动的单色点光源S，在该光源从距水面高3 m处向下移动到接近水面的过程中，观景台水下被照亮的最远距离为AC，最近距离为AB，且AB＝3 m．求：
(1)该单色光在水中的折射率；
(2)AC的距离．

（一）光的折射和全反射
【解析】(1)如图所示，点光源S在距水面高3 m处发出的光在观景台右侧面与水面交接处折射到水里时，被照亮的距离为最近距离AB，则：

（一）光的折射和全反射
（二）光的干涉、衍射和偏振
1.光的干涉
(1)频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两个相干光源发出的光相遇，才能产生稳定的干涉现象。
(2)产生明暗条纹的条件
若用单色光，屏上将出现明暗相间的条纹，当两个光源到屏上某点的路程
差为波长的整数倍，即Δs=nλ(n=0,1,2,…)时，两列光在这点相互加强，这里出现亮条纹；当两个光源到屏上某点的路程差为半波长的奇数倍，即Δs=(2n+1)?λ2(n=0,1,2,…)时，两列光在这点相互削弱，这里出现暗条纹。
?
（二）光的干涉、衍射和偏振
(3)薄膜干涉的明暗条纹由薄膜的前后两个表面反射的两列光波叠加而成。劈形薄膜干涉可产生等间距的条纹。
(4)波长的测量
亮条纹之间或暗条纹之间的距离总是相等的，根据公式Δx=ldλ，在狭缝间距离和狭缝与屏距离都不变的条件下，条纹的间距跟波长成正比。
?
（二）光的干涉、衍射和偏振
2.光的衍射
(1)光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象，叫光的衍射。
(2)产生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸跟光的波长差不多甚至比光的波长还要小。
3.光的偏振
(1)光只沿着某一特定的方向振动，称为光的偏振。
(2)平时我们所看到的光，除直接从光源射来的以外都是不同程度的偏振光。
(3)光的偏振也证明了光是一种波，而且是横波。
（二）光的干涉、衍射和偏振
【典例3】下列说法中正确的是 (　　)
A．光的偏振现象说明光是纵波
B．人耳能听见的声波比超声波更易发生衍射
C．光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为紫光，则相邻亮条纹间距一定变大
D．拍摄玻璃橱窗内的物体时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度

【答案】B
【解析】光的偏振现象说明光是横波，故A错误；人耳能听见的声波波长比超声波的波长更长，所以人耳能听见的声波比超声波更易发生衍射，故B正确；光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为紫光，则相邻亮条纹间距一定变小，故C错误；拍摄玻璃橱窗内的物体时，往往在镜头前加装一个偏振片是为了滤去玻璃反射的光，故D错误．

（二）光的干涉、衍射和偏振
【典例4】(多选)利用光的干涉，两台相距很远(几千公里)联合动作的射电望远镜观察固体的射电恒星，可以精确测定大陆板块漂移速度，模型可简化为如图所示的双缝干涉，射电恒星看成点光源S，分别在地球上不同大陆的两个望远镜相当于两个狭缝S1、S2，它们收到的光满足相干条件，汇集两望远镜信号的接收器相当于光屏，设某时刻光屏上P点到S1、S2的距离相等，S到S1、S2的距离也相等，当S2向上远离S1时，下列说法中正确的有( )
?
BC
A. P点接收到的干涉信号先变强
B. P点接收到的干涉信号先变弱
C. 干涉条纹间距发生改变
D. 干涉条纹间距不变
?
（二）光的干涉、衍射和偏振
【答案】BC
【解析】 在双缝干涉实验中，若当S2向上远离S1时，则经过S1、S2的光波到P点的路程差由0逐渐变成半个波长再到一个波长，亮度先变暗再变亮，故A错误，B正确；根据公式Δx=Ldλ，当S2向上远离S1时，即d增大，则干涉条纹间距变小，故C正确，D错误。

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