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(共18张PPT)
7．激光
物体发光的微观机理
物质中的原子受到激发以后，原子能量增加，处于不稳定状态，要向低能态跃迁。在向低能态跃迁的过程中，会发出光。
普通光源（白炽灯、日光灯、高压水银灯）的发光过程为自发辐射。各原子自发辐射发出的光彼此独立，频率、振动方向、相位不一定相同——为非相干光。
一、激光及其产生
1、概念：
激光准确内涵是“辐射的受激发射的光放大”。
英文全称为
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
缩写为Laser，中文也常音译为“镭射”。
2、产生机理：
原子受激辐射后发生跃迁
某些物质的原子中的粒子受光或电刺激，使低能级的原子变成高能级原子，在向低能态跃迁时辐射出相位、频率、方向等完全相同的光，这种光叫作激光。
激光的特性
（1）方向性好．
激光束的光线平行度极好，从地面上发射的一束极细的激光束，到达月球表面时，也只发散成直径lm多的光斑，因此激光在地面上传播时，可以看成是不发散的．
（2）单色性强．
激光器发射的激光，都集中在一个极窄的频率范围内，由于光的颜色是由频率决定的，因此激光器是最理想的单色光源．
（3）相干性好．
由于激光束的高度平行性及极强的单色性，因此激光是最好的相干光，用激光器作光源观察光的干涉和衍射现象，都能取得较好的效果．
（4）亮度高．
所谓亮度，是指垂直于光线平面内单位面积上的发光功率，自然光源亮度最高的是太阳，而目前的高功率激光器，亮度可达太阳的1万倍．
二. 激光的特性及应用
1.相干性应用：光纤通讯、激光全息技术
2.平行度好：测距、测速（激光雷达测速）
信息存储和阅读（DVD、CD唱
机、计算机光盘
3.亮度高（能量高）：
工业切割、焊接； 医学“光刀”、焊接。利用强激光产生的高压引发核聚变。
死弹--19枚
卫星跟踪测距仪
激光测距
空间激光通信
Laser
激光光纤通信
50 m
100
m
皮
心子（石英）
光导纤维
光缆
光放大器
光
缆
郑州
传导原理：全反射
2）高能激光武器（强激光武器、激光炮）
利用高功能激光摧毁敌方卫星、导弹、飞机、坦克等大型目标的武器。（现仍在研制阶段）
历史与现状：
魟鱼（Stingray）系统
美国洛克希德.桑德斯公司
开发的AN/PLQ--5激光对抗装置。也是一种致盲兼软杀伤武器
激光对抗装置
（谐振腔有选频作用）
4、单色性好
全息照相：
参考光
照相底片
反射光
物光
物
同一激光束被分成两束，参考光直接照到底片上，物光也到达底片。两者干涉，在底片上形成复杂的干涉条纹，各点的明暗程度反映了叠加的加强和减弱的情形。
照明光
全息照片
人眼
全息照片的观看：
用激光照射全息照片，在照片的另一侧观看原物体的立体的像。
3. 激光器的种类
A. 气体激光器:最常见的是氦氖激光器,另一种典型代表是氩离子激光器
B.固体激光器:红宝石激光器,钇铝石榴石激光器
C. 液体、化学和半导体激光器隐身”和“变色”激光器:二氧化碳激光器，可 称“隐身人”，因为它发出的激光波长为10.6微米，“身”处红外区，肉眼不能觉察; 确实能变色,只要转动一个激光器上的旋钮，就可以获得红、橙、黄、绿、青、蓝、紫各种颜色的激光。
特点 作用 应用实例
相干光 可进行调制、传递信息 光纤通信
平行度非常好 传播很远距离能保持一定强度，可精确测距测速 激光雷达
可会聚于很小的一点，记录信息密度高 DVD、CD、VCD机，计算机光驱
亮度高 可在很小空间短时间内集中很大能量 激光切割、焊接、打孔、医疗手术
产生高压引起核聚变 人工控制聚变反应(共39张PPT)
6．光的衍射与偏振
复习提问
问题1.什么是波的衍射现象？
问题2.发生明显衍射的条件是什么？
波在它传播的方向上遇到障碍物或孔时，波绕到障碍物阴影里去继续传的现象叫波的衍射
障碍物或孔的尺寸跟波长差不多或比波长小。
光的干涉现象反映了光的波动性，而波动性的另一特征是波的衍射现象，光是否具有衍射现象呢？如果有衍射现象，为什么在日常生活中我们没有观察到光的衍射现象呢？
水波、声波都会发生衍射现象，它们发生衍射的现象特征是什么？
光的衍射
一切波都能发生衍射，通过衍射把能量传到阴影区域，能够发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸跟波长差不多．
取一个不透光的屏，在它的中间装上一个宽度可以调节的狭缝，用平行的单色光照射，在缝后适当距离处放一个像屏 ．
激光束
调节狭缝宽窄
像屏
光的衍射
单缝衍射条纹的特征
光的衍射
1、中央亮纹宽而亮．
2、两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗．
光的衍射
观察下列衍射图样，分析衍射规律：
不同缝宽的单缝衍射
不同色光的单缝衍射
光的衍射
1、波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大．
2、单缝不变时，光波波长的（红光）中央亮纹越宽，条纹间隔越大．
3、白炽灯的单缝衍射条纹为中央亮，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色．
单缝衍射规律
单缝衍射与双缝干涉条纹和区别
各明纹或暗纹宽度、亮度基本相等.
中央条纹最宽最亮,两侧条纹宽度、亮度逐渐减小．
干涉条纹
衍射条纹
观察下列衍射图样，分析衍射规律：
单缝衍射规律
1、波长一定时，单缝越窄,中央 条纹越宽，各条纹间距越大．(衍射越明显)
2、单缝不变时，波长大的中央亮纹越宽，条纹间隔越大(衍射越明显)
3、白光（白炽灯）的单缝衍射 条纹为中央亮,两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色．
改变缝宽
改变波长
光的衍射
1 衍射图样：明暗相间且不等距条纹 （中央亮纹）?
2 单缝衍射规律?
3．衍射条件：缝的尺寸接近波长或比波长还要小 ?
一、单缝衍射
1)波长一定时，单缝越窄,中央条纹越宽，各条纹间距越大．
2)单缝不变时，波长大的中央亮纹越宽，条纹间隔越大
3)白光的单缝衍射条纹为中央亮,两侧为彩色条纹，
且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色．
A
B
S
1、 孔较大时——屏上出现清晰的光斑
圆孔衍射
二　　圆孔衍射
A
B
S
2、 孔较小时——屏上出现衍射花样（亮暗相间
的不等间距的圆环，这些圆环的范围远远超过了
光沿直线传播所能照明的范围）
原因:来自单缝或圆孔上不同位置的光,在屏上叠
加的结果.
圆孔衍射
S
光的衍射
1 衍射图样：明暗相间且不等距条纹 （中央亮纹）?
2 单缝衍射规律?
3 衍射条件：缝的尺寸接近波长或比波长还要小 ?
一、单缝衍射
二、圆孔衍射
1 衍射图样：明暗相间且不等距的同心圆环．（中央亮斑）
2 衍射条件：孔的尺寸接近波长或 比波长还要小 ?
三　　光绕过障碍物的衍射
不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能使光发生衍射，历史上曾有一个著名的衍射图样——泊松亮斑．
实验：在光束中放一个不透明圆盘
现象：在不透明圆盘的阴影后面，出现了一个亮斑。
圆屏衍射
泊松亮斑
圆屏衍射图样
泊松亮斑
在其影子的中心有
一个亮斑
小圆盘和小圆孔做衍射图样特点
圆孔衍射
圆盘衍射
光的衍射现象
不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能
使光发生衍射，以至使影的轮廓模糊不清，其原因是光通过物体的边缘而发生衍射的结果．
圆屏衍射
圆孔衍射
钢针的衍射
光的衍射
一、单缝衍射
二、圆孔衍射
三、圆屏衍射
1 衍射图样：明暗相间的不等距的同
心圆环，中心有一个亮斑
（泊松亮斑）
2 衍射条件：屏的尺寸接近波长或 比波长还要小 ?
透射光棚:在玻璃片上刻有许多等宽而又间距相等的平行刻痕，刻痕产生漫反射而不太透光，未刻的部分相当于透光的狭缝,一般每毫米有几十到几千个狭缝。
反射光栅:在高反射率的金属上刻痕.
六 衍射光栅
N=1
N=2
N=3
N=4
复习回忆
1.横波：质点振动方向与波的传播方向垂直的波.
2.纵波：质点振动方向与波的传播方向在同一直线上的波
※机械波的分类：
开始
上下抖动绳：
左右推弹簧：
开始
问题：横波（或纵波）的振动方向与传播方向之间的这种关系能不能够通过实验体现出来呢？
思考：
※波的振动形式没有受到木板的阻碍，全部通过了狭缝。
问题1：让一根绳穿过带有狭缝的木板，当狭缝与振动方向平行时，你看到了什么现象？
问题2：让一根绳穿过带有狭缝的木板，当狭缝与振动方向垂直时，你看到了什么现象？
※波的振动形式受到木板的阻碍，不能通过狭缝。
※波的振动形式受到木板一部分的阻碍，有一部分通过了狭缝。
问题3：让一根绳穿过带有狭缝的木板，当狭缝与振动方向既不垂直又不平行时，你看到了什么现象？
问题4：让一根弹簧穿过带有狭缝的木板，将木板缓慢旋转，你看到了什么现象？
※无论狭缝怎样放置，木板对波的振动形式都没有阻碍，都能全部通过狭缝。
偏振现象：
1.定义：同一列横波的振动方向一定处在与波传播方向垂直的平面内的某一确定的方向，这种现象叫偏振现象．
2.说明：只有横波才能产生偏振现象，偏振现象是横波特有的一种现象 。
偏振片：
1.定义：能够将自然光变成偏振光的一种光学仪器．
2.特点：
①由特殊的晶体材料制成，将晶体按一定的方向排列，这个排列的方向叫“透振方向”。
②教材中给出的偏振片上的狭缝是用来形象地描述它的“透振方向”，实际上根本不存在。
偏振片：一种由高分子薄膜制成的光学器件，每个偏振片都有一个特定的
方向，只有沿着这个方向振动的光波才能通过偏振片，这个方向叫做
“透振方向”。
实物
示意图
箭头表示透振方向
1．观察光的偏振现象要用偏振片
线偏振光的图示
在纸面内振动
垂直纸面的振动
光的偏振现象
P
Q
a.通过一块偏振P看太阳的
透射光。
（转动P，亮度有无变化？）
实验：观察阳光通过偏振片后透射光的强度变化
P
b. 在偏振片P 的后面再放
置另一个偏振片Q，转动Q，
观察通过两块偏振片的透
射强度有无变化？
甲
乙
现象：
甲图：转动偏振片P，透射光的强度不变
乙图：转动偏振片Q，透射光强度变化：
P、Q偏振片平行时，透射光最强；
P、Q偏振片垂直时，透射光最暗。
自然光：
1.定义：一般的普通光源发出的光，包含了垂直于传播方向上沿一切振动的光，且各个方向振动的光的强度都相同．
2.说明：
①自然光不能显示出光的偏振现象 。
②第一个偏振片叫做起偏器，作用是使只有振动方向与透振方向相同的光能够全部通过，产生偏振光。
3．偏振光---在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的
方向振动的光叫偏振光。
P
Q
自然光
偏振光
起偏器
检偏器
光振动沿各个方向均匀分布的光就是自然光。
光振动沿着特定方向的光就是偏振光。
通过起偏器P 的光是偏振光。
P
明
甲
P Q
（弱）
乙
明
暗
丙
P Q
当只有一块偏振片时，以光的传播方向为轴旋转偏振片，透射光的强度不变。
当两块偏振片的透振方向平行时，透射光的强度最大，但是，比通过一块偏振片时要弱。
当两块偏振片的透振方向垂直时，透射光的强度最弱，几乎为零。
光的偏振现象并不罕见。除了从光源（如太阳、电灯等）直接发出
的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是偏振光。
自然光射到两种介质的界面上，如果光入射的方向合适，使反射光
与折射光之间的夹角恰好是90°，这时反射光和折射光就都是偏振的，
并且偏振方向互相垂直。
光振动垂直于纸面
光振动在纸面内
光是一种横波
光的偏振现象的应用：
1.完全偏振：
光的偏振现象并不罕见．除了从光源（如太阳、电灯等）直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是偏振光．自然光射到两种介质的界面上，如果光入射的方向合适，使反射光与折射光之间的夹角恰好是90°，这时，反射光和折射光就都是偏振光，叫完全偏振．
光的偏振现象的应用：
如在拍摄日落时水面下的景物、池中的游鱼、玻璃橱窗里的陈列物的照片时，由于水面或玻璃表面的反射光的干扰，常使景像不清楚．如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使景像清晰．
2.减弱反射干扰：
用偏光镜消除了反射偏振光 使玻璃门内的人物清晰可见
玻璃门表面的反光很强
用偏光镜减弱了反射偏振光(共28张PPT)
§5 实验：用双缝干涉测量光的波长
高二物理（教科版2019）
选择性必修 第一册
复习与回顾：
新课讲授
M
1.干涉条件：频率相同、振动情况相同的光
2.明暗条件
n=0、1、2、3……
明纹：
暗纹：
n=0、1、2、3……
3.条纹间距：
实验思路
01
物理量的测量
02
学习目标
进行实验
03
数据分析
04
一、实验思路
新课讲授
1.实验装置：
滤光片
一、实验思路
新课讲授
2.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）纹间的距离 x与双缝间的距离d、双缝到屏的距离L、单色光的波长λ之间满足：
二、物理量的测量
新课讲授
1.l 的测量：双缝到屏的距离l可以用刻度尺测出。
滤光片
l
二、物理量的测量
新课讲授
2. x的测量：相邻两条亮条纹间的距离 x需用测量头测量。
两种测量头都由分划板、目镜、手轮等构成。
二、物理量的测量
新课讲授
2. x的测量：相邻两条亮条纹间的距离 x需用测量头测量。
a为n条亮条纹的间距
三、进行实验
新课讲授
1.将光源、透镜、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示：
滤光片
三、进行实验
新课讲授
2.接好光源，打开开关，使灯丝正常发光。
3.调节各元件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。
4.安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，两者间距5～10 cm，这时可观察白光的干涉条纹。
5.在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。
6.用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l(d是已知的)。
7.调节测量头，使分划板中心刻线与某条(记为第1条)亮纹中心对齐，记下此时测量头刻度x1，再记下第 n 条亮纹中心位置x2；则第1条亮纹与第 n 条亮纹中心间距为a=x2-x1，则相邻亮纹间距为：
四、数据分析
新课讲授
1.数据采集：
双缝干涉（红光）
d l x1 x2 a λ
d1= l1
l1
l2
d2= l1
l1
l2
四、数据分析
新课讲授
1.数据采集：
双缝干涉（蓝光）
d l x1 x2 a λ
d1= l1
l1
l2
d2= l1
l1
l2
四、数据分析
新课讲授
2.思考与讨论：
(1)同一单色光，双缝间距d相同，双缝到屏的距离l不同，条纹间距大小情况怎样？
(2)同一单色光，双缝间距d不相同，双缝到屏的距离l相同，条纹间距大小情况怎样？
(3)根据所测得的数据如何求出干涉光的波长？
四、数据分析
新课讲授
2.思考与讨论：
(4)双缝间距d相同，双缝到屏的距离l相同，蓝光和红光条纹间距大小有何不同？
(5)通过实验，对比上节课《4.3光的干涉》中所学不同单色光干涉条纹宽度规律是否一致？
四、数据分析
新课讲授
3.误差分析：
(1)l 的测量误差:
本实验中双缝到光屏的距离较长,l的测量误差不太大,但也应选用毫米刻度尺测量.并用多次测量求出平均值的办法减小实验误差.
(2)测量条纹间距Δx带来的误差:
①干涉条纹没有调到最清晰的程度.
②分划板刻线与干涉条纹不平行,中心刻线没有恰好位于条纹中心.
③测量多条亮条纹间距时读数不准确.
四、数据分析
新课讲授
4.注意事项:
(1)放置单缝和双缝时,必须使缝平行.
(2)要保证光源 滤光片 单缝 双缝和光屏的中心轴在遮光筒的轴线上.
(3)测量头的分划板中心刻线要对准条纹的中心.
新课讲授
拓展学习：用光传感器做双缝干涉的实验
课堂小结
操作：调共轴、平行
观察：干涉图样
测量
测光波长原理
双缝到屏距离：l
条纹间距：
双缝宽度：d（已知）
光的波长
1．利用如图所示的实验装置研究双缝干涉现象并测量光的波长，正确的有（　　）
A．实验装置中的①②③元件分别为滤光片、单缝、双缝
B．将滤光片由紫色换成红色，干涉条纹间距变窄
C．将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽
D．测量过程中误将5个条纹间距数成6个，波长测量值偏大
A
课堂练习
【答案】A
【详解】A．滤光片的作用是使入射光变成单色光，单缝的作用是使入射光变成线光源，双缝的作用是形成相干光源，其排列顺序合理，故A正确；
B．将滤光片由紫色换成红色，波长λ变长，根据双缝干涉条纹的间距公式
条纹间距Δx增大，故B错误；
C．将单缝向双缝移动一小段距离后，Δx与此距离无关，干涉条纹间距不变，故C错误；
D．测量过程中，把5个条纹间距数成6个，导致Δx变小，则波长测量值偏小，故D错误。故选A。
课堂练习
B
课堂练习
2．在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中（实验装置如图），下列正确的是（ ）
A．调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝
B．测量某条干涉亮条纹位置时，应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐
C．为了减小测量误差，可用测量头测出n 条亮条纹间的距离a，求出相邻两条亮条纹间距
D．某同学用黄光作为入射光，为了增大干涉条纹的间距，可以采用的方法是改用蓝光作为入射光
课堂练习
3．用双缝干涉测量光的波长实验装置如图所示，得到不同色光、不同双缝的干涉条纹，如图甲、乙、丙所示。甲、乙为不同单色光通过相同双缝产生的条纹，乙、丙为同种单色光通过不同双缝产生的条纹，则（　　）
A．若单缝和双缝不平行，毛玻璃上没有干涉条纹
B．在遮光筒中没有干涉现象发生
C．甲图单色光波长小于乙图单色光波长
D．乙图双缝间距小于丙图双缝间距
C
课堂练习
课堂练习
4．在“用双缝干涉测光的波长”实验中（实验装置如图）:下列说法哪一个是错误的（　　）
A．调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝
B．测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐
C．为了减小测量误差，可用测微目镜测出条亮纹中心间的距离，求出相邻两条亮纹间距
A
课堂练习
课堂练习
5．在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将所用器材按要求安装在如图甲所示的光具座上，然后接通电源使光源正常工作。实验时调节测量头，使分划板中心刻线与一条亮条纹中心对齐，记录为第一条亮纹，此时手轮上的示数如图乙所示，然后同方向转动测量头，使分划板中心线对准第六条亮条纹的中心，记下此时图丙中手轮的示数，已知双缝间距d为1.5×10-4m，双缝到屏的距离L为0.800m，下列说法正确的是（　　）
CD
课堂练习
A．用两束单色光A、B分别做干涉实验，若A光的条纹间距比B光的大，则A光折射率更大，在水中的传播速度更大
B．减小实验中的双缝间距，目镜中的条纹数会增加
C．图丁中的亮条纹间距表示正确
D．该单色光的波长约为430nm
课堂练习(共11张PPT)
教科版 高中物理 选择性 必修一
第 2 课 实验：测定玻璃的折射率
玻璃是一种透明介质，光从空气入射到玻璃的界面上会发生折射，如何把玻璃的折射率测出来？
探究思考
三、实验器材
长方形玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器、三角板(或直尺)、铅笔。
一、实验目的
测定玻璃的折射率。
二、实验原理
用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的出射光线，用量角器测入射角θ1和折射角θ2，根据折射定律计算出玻璃的折射率
实 验
四、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的法线NN′.
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P3和P1、P2的像．
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，算出不同入射角时的，并取平均值．
五、数据处理
1．平均值法
算出不同入射角时的比值,最后求出在几次实验中所测的平均值，即为玻璃砖的折射率。


2．图像法
以sinθ1值为横坐标、以sinθ2值为纵坐标，建立直角坐标系，如图所示。描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线。求解图线斜率k，斜率k即为玻璃砖的折射率。


3．作图法
在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO交于C点、OO′(或OO′的延长线)交于D点，过C、D两点分别向NN′作垂线，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的长，如图所示,由于 ， ，且CO＝DO，所以折射率 。
六、实验需注意的事项
①实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间，P2与O点之间，P3与P4之间，P3与O′点之间距离要稍大一些。
②入射角θ1应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大，也不宜太小。
③在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁面。更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。
④在实验过程中，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。
七、误差分析
①入射光线和出射光线确定得不够精确，因此要求插大头针时，两大头针间距应适当大一些。
②入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差。
例2.（2022·湖北·武汉市武钢三中高二期中）在“测定玻璃砖的折射率”实验中：
（1）下列做法正确的是____________。
A．入射角越大，误差越小
B．画出玻璃砖边界面后，实验过程中玻璃砖就可以任意移动了
C．插大头针时，要尽量让针处于竖直状态且间距适当远一些
D．所用玻璃砖必须是平行玻璃砖，若上下两表面不平行将无法准确测得其折射率
（2）甲同学用的插针法，在插第三枚大头针时，在视线中看到、两枚大头针“断”成了a、b、c、d四截，如图所示。正确的做法是让同时挡住____________。
A．a、b B．c、d C．a、c D．b、d
（3）乙同学先正确记录好了玻璃砖的两个分界面，之后却因操作不慎将玻璃砖的位置稍微向下平行移动了一小段距离，如图所示，其他操作完全正确，则玻璃砖折射率测量值与真实值相比____________（选填“变大”“变小”或“不变”）。
典型例题
典型例题
【答案】C B 不变
【详解】（1）A．入射角不宜太大也不宜太小，入射角过大，会使折射光线亮度变暗，入射角太小则测量的相对误差较大。故A错误；B．实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。故B错误；C．插大头针时，让针处于竖直状态且间距适当远一些，有利于减小误差。故C正确；D．除了平行玻璃砖其他形状的砖也能测出折射率。故D错误。故选C。（2）在本实验中，P3应挡住P1、P2透过玻璃砖的像而不是P1、P2，图中a、b为P1、P2两枚大头针，c、d为P1、P2透过玻璃砖的像，即应让P3同时挡住c、d。故B正确；ACD错误。
故选B。（3） 如图所示，黑线表示将玻璃砖向下平移后实际的光路图，而红线是作图时所采用的光路图，通过比较发现，入射角和折射角没有变化，则由折射定律得知，该同学测得的折射率将不变。
5.（2022·全国·高二课时练习）如图所示，水平面上有一个激光光源P，通过调整角度可朝水平面上方各个方向发射一束单色光。现有一个半径为R的透明半球体，其直径与水平面平行，O点为半球体的球心，O点到水平面的距离，从光源P发射的一细束单色光经过半球体后，恰好从半球体上表面上的B点竖直向上射出，，已知光源P与Q点的距离，O、P、Q三点位于同一竖直平面内。求：
（1）光线从P射向半球体的方向与水平面的夹角；
（2）透明半球体对该单色光的折射率。
【答案】 （1）60°；（2）
【详解】（1）据光路可逆做出如下光路图，可知激光射入透明半球体入射点为B1，BB1的延长线交水平面于B2。由几何关系可得 , ,设入射光PB1与水平面的夹角为θ，则根据几何关系有 ,光线从P射向半球体的方向与水平面的夹角为60°.
（2）分析B1处，设折射角为β，入射角为α，根据几何关系有 ,所以
由几何关系可知入射角为 ,则根据折射率公式可得透明半球体对该单色光的折射率为(共15张PPT)
教科版 选择性必修一
第四节 光的干涉
阳光下的泡泡为什么是彩色的？
1、观察到了什么样的图样？2、透镜移开，观察图样的变化，思考透镜的作用。3、把单缝移开，观察图样的变化，思考单缝的作用。4、双缝的作用是什么？
思考：
一、探究光干涉的条件
明暗相间的条纹
聚光
获得两个完全相同的光源
获得线光源
托马斯.杨双缝干涉实验是“十大经典物理实验”之一
一、探究光干涉的条件
现象：等间距明暗相间的干涉条纹
结论：光是一种波
光的干涉需要什么条件？
频率相同，振动方向相同，相位差恒定。
回顾：
机械波干涉的振动加强和振动减弱条件
探究二：形成明暗相间条纹的原因和条件
加强区
减弱区
亮条纹（光能量较强）
暗条纹（光能量较弱）
S1
S2
中央亮纹：0
P1 第一级亮纹：λ
λ
P1 第一级亮纹：λ
2λ
P2 第二级亮纹：2λ
P2 第二级亮纹：2λ









路程差：波长的整数倍或半波长的偶数倍
路程差：半波长的奇数倍
零级亮纹
探究二：形成明暗相间条纹的原因和条件
P0
出现亮暗条纹的条件：
①亮条纹：路程差为半波长的偶数倍。
②暗条纹：路程差为半波长的奇数倍。
光的路程差:δ = r1－r2
光程差 δ = kλ（ k= 0，±1， ± 2， ……）
光程差 δ =（2k-1)λ/2 (k=0， ± 1， ± 2，……）
探究三：条纹间距与哪些因素有关？
猜想与假设：
实验设计：
实验：
实验结论：
双缝
S1
S2
屏幕
△x
△x
L
d
定性探究：条纹间距与哪些因素有关
条纹间距：任意相邻两条亮条纹(或暗条纹)中心之间的间距
波长越长，双缝间距越短、双缝到光屏的距离越大得到的干涉条纹间距越大。
理论探究：干涉条纹间距与波长、双缝距离、缝到光屏距离的关系？
M
O
当角度θ很小的时候，用弧度表示的θ与它的正弦值sinθ、正切值tanθ,三者近似相等。
当d＜＜L，r1+r2近似等于2L。
设 P 为某条亮纹的中心，它到光屏中心的距离为 x
d l
P1M＝P1 S1
P为亮纹，则：
P亮纹到屏中心的距离：
设 P 为某条亮纹的中心，它到光屏中心的距离为 x
理论探究：干涉条纹间距与波长、双缝距离、缝到光屏距离的关系？
d l
P1M＝P1 S1
M
O

探究四：薄膜干涉的成因和应用
由于重力的作用，肥皂薄膜将形成上薄下厚的楔形。
光在薄膜的前后两个表面发生反射，这两列光的频率相同，相遇时产生干涉。
（一）、薄膜干涉的成因
1、薄膜厚度一样吗
2、泡泡膜的两束相干光源是什么？
由于重力的作用，肥皂薄膜上薄下厚．
前表面
后表面
光程差为波长的整数倍，形成亮条纹。
光程差为半波长的奇数倍，形成暗条纹。
白光照射时是彩色条纹
（3）哪些地方会形成亮条纹，哪些地方会形成暗条纹？
(4)薄膜干涉的光程差与膜厚度的近似关系
5、若膜的厚度一样还能形成明暗相间的条纹吗？
2、薄膜干涉的应用
劈尖平板玻璃
劈形空气薄层
标准样板
被检测平面
同一条纹上对应的膜的厚度相同（等厚干涉）
思考：检查平面的玻璃不是平整的会出现怎样的条纹呢？
干涉条纹和光的波长之间的关系
光的双缝干涉
光的干涉
薄膜干涉

干涉原理
应用
检查平面的平整度
步调相同
实验现象
干涉条件
相干光源
亮暗条纹条件
路程差为半波长偶数倍
——亮条纹
路程差为半波长奇数倍
——暗条纹
频率相同、振动方向相同、相位差恒定
课堂小结(共17张PPT)
教科版 高中物理 选择性 必修一
第 1 课 光的折射定律
导入与思考
射水鱼在水中能准确射中水面上不远处的小昆虫。水中的鱼看到小昆虫其实是在什么位置？是在昆虫的上方还是下方？
为什么泳池水看起来比实际的浅呢？
海市蜃楼是怎么形成的？
这些都与光的折射有关。
学习目标
知道折射率，及其与光速的关系，并能进行相关的计算。
01
02
理解折射定律的确切含义，知道折射光路是可逆的，并能用来进行有关的计算。
探究思考
光在反射时遵从反射定律，光在折射时遵从什么规律呢？
光的反射和折射同时发生
光从第 1 种介质射到该介质与第 2 种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质，这个现象叫作光的反射；另一部分光会进入第2种介质，这个现象叫作光的折射。
知识点 1
折射定律
演 示
现象：
1.折射光线、入射光线、法线在同一平面内。
2.折射光线和入射光线分居法线两侧。
3.当光从空气斜射入玻璃中时，入射角大于折射角。
4.在光的折射现象中，光路也是可逆的。
入射角与折射角有什么定量关系呢？
入射角i 折射角r i / r sini/sinr
10 6.6 1.51 1.51
30 19.5 1.54 1.50
40 25.4 1.57 1.50
50 30.7 1.63 1.50
60 35.3 1.70 1.50
70 38.8 1.80 1.50
折射角和入射角的关系
分析实验数据可得：入射角的正弦和折射角的正弦成正比。
注意：n12与入射角、折射角大小无关，与两种介质的性质有关。
1621 年，荷兰数学家斯涅耳在分析了大量实验数据后，找到了两者之间的关系，并把它总结为光的折射定律（refraction law）：折射光线与入射光线、法线在同一平面内，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，即 。
荷兰数学家斯涅耳
深入理解
1.折射现象中光路是可逆的；
2.光的传播方向:光从一种介质进入另一种介质时,传播方向一般要发生变化。并非一定变化,当光垂直界面入射时,传播方向就不发生变化。
3.光的传播速度:光从一种介质进入另一种介质时,传播速度一定发生变化,当光垂直界面入射时,光的传播方向虽然不变,但也属于折射,光传播的速度发生变化。
知识点 2
折射率
定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率。用符号 n 表示。
定义式:
决定式:
深入理解
1.n的大小与θ1和θ2无关，与介质和入射光的频率有关，对于确定的介质，n是定值.
2.折射率无单位，任何介质的折射率皆大于1。
3.折射率反映介质对光的偏折作用，n越大光线偏折越厉害。
4.光从一种介质进入另一种介质时,折射角与入射角的大小关系不要概而论,要视两种介质的折射率大小而定。
5.当光从折射率小的介质斜射入折射率大的介质时,入射角大于折射角,当光从折射率大的介质斜射入折射率小的介质时,入射角小于折射角。
几种介质的折射率
介 质 折射率 介 质 折射率
金刚石 2.42 岩 盐 1.55
二氧化碳 1.63 酒 精 1.36
玻 璃 1.5-1.8 水 1.33
水 晶 1.55 空 气 1.00028
真空的折射率为 1，空气的折射率近似为 1。
射水鱼在水中看到小昆虫像其实是在昆虫的上方。
例1.（2022·广东广州·高三阶段练习）如图所示，一束可见光穿过玻璃三棱镜后，变为三束单色光。如果光束b是黄光，则以说法正确的是（　　）
A．这是光的干涉现象
B．光束c可能是红光
C．玻璃对单色光a的折射率最小
D．三种光在玻璃中传播的速度大小相同
典型例题
【答案】C
【详解】A．这是光的折射现象，故A错误；B．红光的折射率小于黄光的折射率，则光束c不可能是红光，故B错误；C．由图可知，玻璃对单色光a的折射率最小，故C正确；D．根据 可知，三种光折射率不同，则在玻璃中传播的速度大小不相同，故D错误。故选C。
变 式
【答案】C
【详解】由图根据几何知识可知光线在AC边入射角为 ，此时折射角为 ，则玻璃对红光的折射率为
，故选C。
2　（2022·四川·南部县东辰学校高一开学考试）小桂正在研究光折射时的特点。如图所示是一束光从空气射入水中时的光路，多次实验得到如下表数据：
分析表格数据可知：
（1）光从空气斜射入水中时，折射角随入射角的增大而______（选填“增大”“减小”或“不变”）。
（2）当光从空气垂直射到水面时，传播方向______。
（3）小桂让一束光沿着图中BO方向入射向水面时，发现光线沿着OA方向折射进入空气，这表明：光的折射现象中，光路是_________。
（4）小桂接着又完成了光从空气斜射进玻璃和从玻璃斜射入空气的实验，他这样进行多次实验的目的是为了__________。
变 式
典型例题
【答案】增大 不变 可逆的 实验中多次测量可以防止偶然性的发生，获得普遍规律
【详解】（1）光从空气斜射入水中时，折射角随入射角的增大而增大。（2）当光从空气垂直射到水面时，传播方向不变。（3）小桂让一束光沿着图中BO方向入射向水面时，发现光线沿着OA方向折射进入空气，这表明：光的折射现象中，光路是可逆的。（4）实验中多次测量可以防止偶然性的发生，获得普遍规律。
1.（2022·广东·茂名市电白区第一中学高三阶段练习）游泳池中，红色泳镜和蓝色泳镜在池边附近沉入了池底，站在池边观察两泳镜距离水面的高度会有所不同，现就红色泳镜和蓝色泳镜比较，下列说法正确的是（　　）
A．红色泳镜看起来距离水面较近 B．蓝色泳镜看起来距离水面较近
C．两泳镜看起来距离水面高度相同 D．两泳镜看起来都比实际位置更低
课堂练习
【答案】B
【详解】CD．根据题意可知，池底的两个泳镜反射的光线由水中射到空气中，发生折射现象，折射角大于入射角，折射光线进入人眼，人眼逆着折射光线的方向看去，看起来两泳镜都比实际位置高，故CD错误；AB．由于红光在水中的折射率小于蓝光在水中的折射率，则当池底的两个泳镜反射的光线由水中射到空气中，发生折射现象时，蓝光的折射角大一些，则蓝色泳镜看起来比实际位置更高，即距离水面较近，故A错误，B正确。
2.（2022·全国·高二单元测试）如图所示，一根筷子竖直放置于圆柱形薄玻璃杯中，现向薄玻璃杯内注入清水，保持观察方向不变，可能观察到的现象是（　　）
A． B． C． D．
【答案】B
【详解】图为筷子在盛水后玻璃杯内的俯视图，A处为筷子，根据折射定律可知，ABP表示由筷子发出穿过玻璃杯壁的一条光线。A'是通过光线逆向看到的像，相对筷子往右偏离了一定距离。故ACD错误，B正确。(共31张PPT)
美丽的光纤装饰
晶莹剔透的露珠
在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的。
折射定律
1.折射光线位于入射光线与法线所决定的平面内，折射光线和入射光线分别位于法线两侧.
2.数学表达式:入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即
提问：折射定律的内容是什么？
4.3 光的全反射
1.定义:
（1）光疏介质:两种介质中折射率较小的介质叫做光疏介质.
（2）光密介质:两种介质中折射率较大的介质叫做光密介质.
对光疏介质 n较小 同一频率的光在其中传播的 V 较大
对光密介质 n较大 同一频率的光在其中传播的 V 较小
一、光疏介质和光密介质
注意：光密介质和光疏介质的概念与物质的密度的概念无关。
3、光密介质和光疏介质是相对的。
例如，当界面为空气和水时，水为光密介质；当界面为水和玻璃时，水为光疏介质。
提问：水是光疏介质还是光密介质？酒精呢？
光从光疏介质射入光密介质时，
入射角______折射角
光从光密介质射入光疏介质时，
入射角______折射角
＞
＜
思考
光进入不同介质时的角度大小关系：
实验观察
光从玻璃射向空气，当入射角逐渐增大时
角
度
反射角
折射角
增大
增大
临界
90°
强
度
反射光
折射光
增强
减弱
最强
消失
只有反射光
全反射
量变
质变
转折
θ1
θ2
N
N'
A
O
B
光疏介质
光密介质
B
θ1
θ2
N
N'
A
O
光密介质
光疏介质
逐渐增大入射角，当入射角增大到某一角度，折射角接近90°时，继续增大入射角，这时会发生什么情况？
θ1
θ2
θ3
θ1
θ2
θ3
θ1
θ2
θ3
θ1
θ2
θ3
θ1
θ2
θ3
θ1
θ2
θ3
θ1
θ2
θ3
θ1
θ2
θ3
θ1
θ2
θ3
θ1
θ2
θ3
θ1
θ2
θ3
θ1
θ2
θ3=900
二、全反射
1、全反射：光从光密介质射入到光疏介质时，若入射角增大到某一角度，折射光线就会完全消失，只剩下反射光线的现象。
2、临界角：折射角等于90°时的入射角（刚好发生全反射时的角）。用符号C表示。
3、全反射的条件：
（1）光从光密介质进入光疏介质
（2）入射角大于等于临界角（i≥C）
临界角的计算
A.当光由某种介质射入真空或空气时:
B.任意两种介质:n密、n疏
故临界角C =
= arcsin( )
其中, n密、n疏分别为光密介质和光疏介质的绝对折射率.
n密对疏=
思考2：
是不是所有的介质临界角都相同？临界角和什么因素有关？
4、临界角与折射率的关系：
推导：
当n=90°时，r=C，则有
例：某介质的折射率为根号2，一束光从介质射向空气，入射角为60°，图中光路图正确的是（ ）
D
三、对全反射现象的解释
1、小魔术：在手掌上放一枚硬币，然后放上一个透明的瓶子/杯子，还可以看到掌心的硬币。然后往瓶子里注水，发现硬币不见了。
2、浪花呈白色：日光照射到海水的气泡上，在气泡表面发生全反射。
光疏介质
光密介质
3、海市蜃楼
海市蜃楼常在海上、沙漠中产生，海市蜃楼是光线在延直线方向密度不同的气层中，经过折射造成的结果。
海市蜃楼的种类很多：根据它出现的位置相对于原物的方位，可以分为上蜃、下蜃和侧蜃；根据它与原物的对称关系，可以分为正蜃、侧蜃、顺蜃和反蜃；根据颜色可以分为彩色蜃景和非彩色蜃景等等。
（1）海市蜃楼：正立、虚像，上现蜃景
海面空气较冷，折射率大；高空中空气较暖，折射率小。光在由海面射向上空时，被折射率小的热空气层发生折射和全反射，人们逆着光线看过去就会看到正立的虚像。
（2）马路蜃景、沙漠蜃景：倒立、虚像，下现蜃景
沙面和阳光暴晒下的柏油路面附近的下层空气较热，折射率小；上层空气较冷，折射率大。从远处物体射向地面的光线，进入折射率小的热空气层发生折射和全反射，人们逆着光线看过去就会看到倒立的虚像。
4.光导纤维—光纤通讯
一种利用光的全反射原理制成的能传导光的玻璃丝，由内芯和外套组成，直径只有几微米到100微米左右，内芯的折射率大于外套的折射率.
当光线射到光导纤维的端面上时，光线就折射进入光导纤维内，经内芯与外套的界面发生多次全反射后，从光导纤维的另一端面射出，而不从外套散逸,故光能损耗极小.
光导纤维在医学上的应用 :内窥镜

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