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4.1 光的折射
知识点1：折射定律与折射率
一、折射定律
1、光的反射和折射现象
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。光在反射时遵从反射定律，在折射时遵从折射定律。
2、折射定律
（1）内容：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，即，式中n12是比例常数，它与入射角、折射角的大小无关，只与两种介质的性质有关。
（2）光的方向和传播速度
光从一种介质斜射入另一种介质，传播方向变化，传播速度变化；光垂直两种介质界面入射，传播方向不变，传播速度变化。
（3）光路的可逆性
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。也就是说，在光的折射现象中，光路是可逆的。
二、折射率
1、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，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，用符号n表示。真空的折射率为1，空气的折射率近似为 1。
2、折射率与光速的关系
某种介质的折射率n等于光在真空中的传播速度c与光在介质中的传播速度v之比，即。由于光在真空中的传播速度c大于光在任何介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率n都大于1。所以，光从真空射入任何介质时，都大于，即入射角总是大于折射角。
3、折射率的决定因素
介质的折射率的大小由介质本身及光的性质共同决定，不随入射角、折射角的变化而变化。不同颜色的光通过相同的介质时，折射率不同，在可见光中，红光的折射率最小，紫光的折射率最大
【题型1 对光的折射的理解和应用】
1.下列现象中，属于光的折射的是（　　）
A．湖中倒影 B．小孔成像
C．插入水中部分的筷子看上去弯了 D．日食
【答案】C
【解析】A．湖中的倒影是光的反射，故A错误；
B．小孔成像是光的直线传播，故B错误；
C．插入水中部分的筷子看上去弯了是光的折射，故C正确；
D．日食是光的直线传播形成，故D错误。
【题型2 折射率问题的分析与计算】
1.某透明材料制成的管道的横截面如图所示，a、b为同心圆。用一束单色光P沿与直径平行的方向射向管道，光束P进入材料的折射光线恰好与圆a相切，并与直径交于A点。已知b的半径是a的两倍，则该材料对单色光P的折射率为（　　）
A．1.25 B．1.5 C． D．
【答案】D
【解析】连线如图所示，已知b的半径是a的两倍，且根据几何关系可知，光线入射点与O点、B点组成正三角形，所以P光线入射角为，折射角为，折射率为
故选D。
【题型3 视深与视高问题】
1.一潜水员自水下目测站立于船头的观察者距水面高为，而观察者目测潜水员距水面深，则（　　）
A．潜水员实际深度大于，观察者实际高度大于
B．潜水员实际深度小于，观察者实际高度小于
C．潜水员实际深度大于，观察者实际高度小于
D．潜水员实际深度小于，观察者实际高度大于
【答案】C
【解析】光线从空气射入水中时，入射角大于折射角，如图
则潜水员看到立于船头的观察者的位置偏高，而船头的观察者看到潜水员偏浅，所以潜水员的实际深度大于h2，观察者实际高度小于h1。
故选C。
2.在水中同一深度并排放着红、蓝、紫三种颜色的球，若在水面正上方俯视这三个球，感觉最深的（ ）
A．紫色球 B．蓝色球 C．红色球 D．三个球同样深
【答案】C
【解析】光源在水中视深与实际深度的关系是
在视深公式中，为看到的深度，为实际深度，n为折射率，由于三种颜色球的实际深度相同，而水对红光的折射率最小，所以看到最深的是红色球。
故选C。
3.赫哲族是我国古老的少数民族之一，世居东北，赫哲族擅长叉鱼，抛叉取鱼，十拿九稳。如图，某次捕鱼时，湖水深约，湖面点左侧均被浮萍遮盖，渔民站在点右侧的湖水中，眼睛在A点，恰好通过点看到点处有一条鱼静止不动，点离浮萍距离，点离点水平距离。（已知湖水的折射率，）问：忽略鱼在人眼中成像沿水平方向稍微靠近的因素，鱼在浮萍下方的实际深度是多少？
【答案】80cm
【解析】由题意可知，B点为人所观察到的鱼的虚像，即B、O、A三点在一条直线上，鱼的实际位置应在B点下方，设为C，设鱼发出的光线在O点的入射角为i，折射角为r，如图所示，根据几何关系可得
①
根据折射定律有
②
联立①②解得
③
所以鱼在浮萍下方的实际深度是
④
【题型4 玻璃砖对光的折射问题】
1.如图所示，一束复色光从空气射到一块长方体玻璃砖上表面后分成两束单色光a、b，光束a与玻璃砖上表面的夹角为α，光束b与玻璃砖上表面的夹角为β。光束a与光束b在玻璃砖中的折射率比值为（　　）
A． B． C． D．
【答案】D
【解析】设两束单色光的入射角为θ，由折射定律得
所以
故选D。
2.如图所示，横截面为半圆的玻璃砖放置在平面镜上，直径AB与平面镜垂直。一束激光a射向半圆柱体的圆心O，激光与AB的夹角为，已知玻璃砖的半径为12cm，平面镜上的两个光斑之间的距离为，则玻璃砖的折射率为（ ）
A． B． C．2 D．
【答案】B
【解析】光路如图所示
由题意可得，激光在AB面上发生折射时的入射角
在直角△OBD中，根据数学知识
根据题意
设半圆玻璃砖的折射率为n，折射角为，则
解得
根据折射定律，折射率
二、实验器材
白纸，图钉，大头针，直尺，铅笔，量角器，平木板，长方体玻璃砖。
三、实验步骤
（1）在木板上面铺一张白纸，把玻璃砖放在纸上，描出玻璃砖的两个边a和a'。
（2）在玻璃砖的一侧插两个大头针 A、B，AB 的延长线与直线a的交点就是O。眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使B把A挡住，这样大头针A、B就确定了射入玻璃砖的光线。
（3）在眼睛这一侧再插第三个大头针C，使它把 A、B都挡住，插第四个大头针D，使它把前三个大头针都挡住，那么后两个大头针就确定了从玻璃砖射出的光线。
（4）在白纸上描出光线的径迹，测量相应的角度，计算玻璃的折射率n。
（5）改变入射，重复上面的步骤三、四次，量出相应的入射角和折射角。
四、数据处理
（1）平均值法：用量角器量出入射角θ1和折射角θ2。算出不同入射角时的值，并取平均值。
（2）图像法：根据，有，以为横轴，为纵轴，建立直角坐标系，描点画线得到一条过原点的直线，求解图线的斜率k，则 ，故玻璃砖折射率。
五、实验注意事项
1、所用玻璃砖要厚一些。
2、实验中，玻璃砖在白纸上的位置不可更改。不能用手触摸玻璃砖光学面，更不能把玻璃砖当尺子用。
3、尽可能将大头针竖直插在纸上，且玻璃砖同一侧的两枚大头针间的距离应适当大些，以减小确定光路方向时造成的误差。
【题型5 测量玻璃折射率实验】
1.某实验小组在用插针法“测玻璃的折射率”实验中，画出的光路，如图甲所示。
（1）以下措施可以提高实验准确程度的是（　　）
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．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间距尽量大一些
D．图甲中不能太大，避免发生全反射
（2）该实验小组的同学在甲图的基础上，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、反射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线的垂线，垂足分别为C、D点，如图乙所示，则玻璃的折射率 （用图中线段的字母表示）。
（3）若该组的同学在正确画出两界面后，不小心将玻璃砖平移了一些，如图丙所示（虚线表示玻璃砖边界），其他操作无误，则他测得的折射率将 （选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
【答案】（1）AC （2） （3）不变
【解析】（1）AC．采用插针法测定光的折射率的时候，应选定光学表面间距大一些的玻璃砖，这样光路图会更加清晰，减小误差，同时两枚大头针的距离尽量大些，保证光线的直线度，故AC正确；
B．两光学表面是否平行不影响该实验的准确度，故B错误；
D．光从空气中射入玻璃中不会发生全反射，为了减小测量时的误差，入射角应适当偏大，故D误。
故选AC。
（2）玻璃的折射率为
（3）如图所示
实线表示玻璃砖平移后实际的光路，虚线表示实验中得到的光路，可知实验中得到的入射角、折射角与实际的入射角、折射角分别相等，由折射定律可知，测出的折射率不变。
2.某小组的甲、乙两位同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，如图1所示。
（1）为了减小实验误差，下列操作正确的是 。
A．必须选择边界平行的玻璃砖
B．选择的入射角应尽量小些
C．没有刻度尺时，可以将玻璃砖界面当尺子画界线
D．大头针和之间的距离应适当大些
（2）甲同学手头有圆规和刻度尺但没有量角器，在完成了光路图以后，以点为圆心，为半径画圆，交延长线于点，过点和点作垂直法线的直线，与法线的交点分别为点和点，如图2所示。用刻度尺测得的长度为的长度为，则玻璃砖的折射率 （用表示）。
（3）若该同学在确定位置时，不小心画得偏左了一些，则测出来的折射率 （选填“偏大”“偏小”“不变”）。
【答案】（1） D （2） （3）偏小
【解析】（1）[1]A．用插针法测折射率时，玻璃砖上下表面不一定要平行，故A错误；
B．入射角较小，折射现象不明显，误差较大，故B错误；
C．用玻璃砖界面当尺子画界线会增大实验误差，且容易损坏玻璃砖，故C错误；
D．大头针P1、P2和P3、P4之间的距离适当大一些，引起的角度误差会减小，故D正确。
故选D。
（2）[2]折射率为
（3）[3]若该同学在确定P4位置时，不小心把P4位置画得偏左了一些，则画出的光路图出射点向右移动，光入射时的折射角偏大，测出来的折射率偏小。
4.2 全反射
知识点1：全反射
一、光疏介质和光密介质
对于折射率不同的两种介质，我们把折射率较小的称为光疏介质，折射率较大的称为光密介质。
光疏介质与光密介质是相对的。根据折射定律，光由光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角；光由光密介质射入光疏介质，折射角大于入射角。
二、全反射现象
1、全反射现象
当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射。如果入射角逐渐增大，折射光离法线会越来越远，而且越来越弱，反射光却越来越强。当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫作全反射。这时的入射角叫作临界角。
2、发生全反射的条件
（1）光从光密介质射入光疏介质；
（2）入射角等于或大于临界角。
3、发生全反射现象时光的能量变化
光从光密介质射入光疏介质，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，亮度减弱。当入射角增大到临界角时，折射光的能量实际上已经减为零（此时折射角为90°），此时已经发生了全反射。
三、临界角
（1）定义：折射角为 90°时的入射角称为全反射的临界角，简称临界角，用C表示。
（2）表达式：光由某介质（折射率为n）射向真空（或空气）时，若刚好发生全反射，则，即。
【题型1 全反射现象】
1.（多选）下述现象哪些是由于全反射造成的（　　）
A．露水珠或喷泉的水珠，在阳光照耀下格外明亮
B．直棒斜插入水中时呈现弯折现象
C．口渴的沙漠旅行者，往往会看到前方有一潭晶莹的池水，当他们喜出望外地奔向那潭池水时，池水却总是可望而不可及
D．在盛水的玻璃杯中放一空试管，用灯光照亮玻璃杯侧面，在水面上观察水中的试管，看到试管壁特别明亮
【答案】ACD
【解析】全反射是光线由光密介质传到光疏介质中，入射角大于全反射的临界角所形成的。
A．露水珠或喷泉的水珠，在阳光照耀下格外明亮，属于全反射现象，故A正确；
B．直棒斜插入水中时呈现弯折现象，这是光的折射现象，故B错误；
C．口渴的沙漠旅行者，往往会看到前方有一潭晶莹的池水，这是光的全反射造成的现象，故C正确；
D．在盛水的玻璃杯中放一空试管，灯光照射试管时，看到试管壁特别明亮，这是由于光的全反射造成的，故D正确。
故选ACD。
2.将塑料水瓶的一侧开个小孔，并灌入清水，水从小孔流出用激光灯把激光水平射向瓶子，发现光能沿着水流传播。这是光的（　　）
A．折射现象 B．全反射现象 C．行射现象 D．色融现象
【答案】B
【解析】光在水流与空气的接触面发生多次全反射。
故选B。
3.如图是一张风景照片，湖水清澈见底，近处湖面水下的景物都看得很清楚，而远处则只看到对岸山峰和天空彩虹的倒影，水面下的景物则根本看不到.下列说法中正确的是（ ）
A．水下的石头看起来的深度比实际深一些
B．彩虹的成因是光的衍射
C．远处对岸山峰和天空彩虹的倒影十分清晰，是由于光的干涉所引起的
D．远处水面下景物看不到，是由于光线发生了全反射
【答案】D
【解析】A．水下石头反射的光线由水中进入空气时，在水面上发生折射，折射角大于入射角，折射光线进入人眼，人眼会逆着折射光线的方向看去，就会觉得石头位置变浅了，所以水下的石头看起来的深度比实际浅一些，故A错误；
B．彩虹的成因是光的折射，故B错误；
C．远处对岸山峰和天空彩虹的倒影十分清晰，是由于光在水面上发生了反射，故C错误；
D．远处水面下景物的光线射到水面上，入射角很大，当入射角大于等于临界角时光线不能射出水面，因而看不见，故D正确。
故选D。
【题型2 全反射发生的条件】
1.如图所示，扇形为透明玻璃砖截面示意图，圆心角，为的角平分线，平行于的单色光在空气中由边射入玻璃砖，经边折射后的光线恰平行于边。则下列说法正确的是（　　）
A．该玻璃砖的折射率为2
B．经边折射后的光线射到边都将发生全反射
C．该入射光在空气中的波长与在玻璃砖中的波长相等
D．该入射光在空气中的频率与在玻璃砖中的频率相等
【答案】D
【解析】A．由题意可得光路图如图所示，由几何知识得入射角，折射角，由折射定律得
A错误；
B．设发生全反射的临界角为，由可知，光在此介质中发生全反射的临界角大于30°，经边折射后照射到边这一范围的光线可能发生全反射，经边折射后照射到边这一范围的光线不能发生全反射，B错误；
D．光在不同介质中的频率不变，D正确；
C．若光在真空中的传播速度为，则光在玻璃砖中的传播速度为
由可知，该入射光在空气和在玻璃砖中的波长不同，C错误。
故选D。
【题型3 全反射问题的分析与计算】
2.如图所示，直角三角形为某种透明介质的横截面，，P为边上的一点。若某单色光从点垂直射入介质，在边恰好发生全反射，则介质对该光的折射率为（ ）
A． B． C．2 D．
【答案】C
【解析】单色光从P点垂直BD射入介质，在AB边恰好发生全反射，光路图如图所示
根据几何关系可知，该光在AB边上发生全反射的临界角
由，解得
故选C。
3.如图所示，某光学元件是一个截面半径为R的圆柱，O点为截面圆心。截面内侧S处有一单色点光源，其发出的一条光线射到截面上的A点，该光线恰好不从元件内射出。已知，光在真空中的传播速度为。下列说法正确的是（ ）
A．该光学元件的折射率
B．该光线从S点发出到第一次回到S点的时间
C．改变光线的颜色，该光线一定不会从元件内射出
D．将光线改为与水平方向夹角方向入射，光线将从元件内射出
【答案】BD
【解析】A．根据题意，结合几何关系可知，临界角
则该光学元件的折射率
故A错误；
B．根据折射率与光速的关系有
根据几何关系可知，该光线从S点发出到第一次回到S点的路程为
则该光线从S点发出到第一次回到S点的时间
解得
故B正确；
C．改变光线的颜色，当光对该元件的临界角大于60°时，该光线会从元件内射出，故C错误；
D．将光线改为与水平方向夹角方向入射，根据几何关系可知，入射角等于，小于临界角60°，此时不能够发生全反射，光线将从元件内射出，故D正确。
故选BD。
【题型4 确定全反射中的光线范围】
1.如图，在水池底中部放一线状光源，光源平行于水面，则水面观察到的发光区域形状为（ ）
A．B．C．D．
【答案】B
【解析】取线状光源左右两侧上一点光源，点光源发出的光在水面上有光射出的水面形状为圆形。设此圆的半径为R，点光源发出的光恰好发生全反射的光路图如图1所示。设全反射的临界角为，根据几何关系可得
线状光源发出的光在水面上有光射出的水面形状如图2所示。
故选B。
【题型5 光的极值问题】
1.如图所示，有一个长为12cm的线光源AB，其表面可以朝各个方向发光，现将AB封装在一个半球形透明介质的底部，AB中点与球心O重合。半球形介质的折射率为1.5，为使AB发出的所有光都能射出球面，不考虑二次反射，则球半径R至少为（　　）
A． B．6cm
C． D．9cm
【答案】D
【解析】如图所示
在半球面上任选一点P，根据几何关系可知，若此时线状光源B点发出的光能够射出P点，则线状光源其他点发出的光也一定能够射出P点，所以只要B点发出的所有光线能够射出球面，则光源发出的所有光均能射出球面，在中，根据正弦定理有
解得
当时，有最大值
为使光线一定能从P点射出，根据全反射应有
所以
故选D。
知识点2：全反射的应用
一、全反射棱镜
1、定义：截面为等腰直角三角形的棱镜称为全反射棱镜。
2、作用：利用全反射改变光的方向。
3、光路特点
（1）图甲：垂直于直角边的入射光线出射方向改变 90°。
（2）图乙：垂直于斜边的入射光线出射方向改变180°。
（3）图丙：平行于斜边的入射光线在斜边发生全反射，且从另一直角边出射时的方向与入射方向平行（也有可能与人射光线的传播方向重合）。
4、优势与应用：与平面镜相比，它的反射率高，几乎可达 100%。这种棱镜在光学仪器中可用来改变光的方向，应用十分广泛。例如自行车尾灯、双筒望远镜中的全反射棱镜等。
二、光导纤维
1、定义：用光密介质制成的用来传导光信号的纤维状的装置。
2、原理：全反射原理。
3、优势与应用：携带着图像、声音及各种数字信号的光信号沿着光纤传输到很远的地方，实现光纤通信，光纤通信有容量大、衰减小、抗干扰性强等优点。
【题型7 全反射的实际应用问题】
1.自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车。尾灯由透明介质制成，其外形如图甲所示，下列说法正确的是（　　）
A．汽车灯光从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射
B．汽车灯光从左面射过来，在尾灯的右表面发生全反射
C．汽车灯光从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射
D．汽车灯光从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射
【答案】B
【解析】汽车灯光应从左面射向自行车尾灯，光在尾灯内部右表面发生全反射，使自行车后面的汽车司机发现前面有自行车，避免事故的发生。
故选B。
4.3 光的干涉
4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长
知识点1：光的双缝干涉
一、光的干涉
1、干涉现象：若两列相干光在空间传播时相遇，将在相遇区域发生波的叠加，如果在某些区域加强，而在另一些区域减弱，且加强区域和减弱区域是相互间隔的，这种现象称为光的干涉现象。产生的图样叫作干涉图样。
2、干涉条件：两列光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同能发生干涉的两列光称为相干光，两个光源称为相干光源。相干光源可用同一束光分成两列而获得，称为分光法。
二、光的干涉图样
1、振动加强的地方出现亮条纹，振动减弱的地方出现暗条纹。
2、亮条纹和暗条纹相互间隔。
3、亮条纹的位置和暗条纹的位置不随时间的变化而变化。
三、决定条纹亮暗的条件
狭缝S1和S2相当于两个频率相位和振动方向都相同的波源，它们到屏上P点的距离相同。P0是S1S2的中垂线与屏的相交点，P1为屏上一点，光的波长为λ。
1、出现亮条纹的条件
当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时（即恰好等于波长的整数倍时），两列光波在这点相互加强，这里出现亮条纹。即。
2、出现暗条纹的条件
当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时，两列光波在这点相互削弱，这里出现暗条纹。即。
【注】k=0时，，此时P1点位于屏上的P0处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹。
【题型1 干涉条件及干涉图样的特点】
1.（多选）关于光的干涉，下列说法中正确的是（ ）
A．在双缝干涉现象中，相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的
B．在双缝干涉现象中，入射光波长变长，相邻两个亮条纹间距将变大
C．只有频率及振动方向相同的两列光波才能产生干涉
D．频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定
【答案】BC
【解析】A．在双缝干涉现象中，相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的，故A错误；
B．在双缝干涉现象中，根据
可知入射光波长变长，相邻两个亮条纹间距将变大，故B正确；
CD．要使两列光波产生干涉，两列光波的频率和振动方向必须相同，故C正确，D错误。
故选BC。
2.如图所示，挡板上有两条方向竖直、距离很近的狭缝，当用单色光垂直照射双缝时，与挡板平行的光屏上出现的条纹形状是（　　）
A．B． C． D．
【答案】C
【解析】单色光经过双缝后发生干涉现象，会得到如图C的干涉条纹。
故选C。
知识点2：干涉条纹和光的波长之间的关系
相邻两个亮（暗）条纹的中心间距 x与入射光的波长λ，双缝S1S2中心之间的距离d，及双缝到屏的距离l有关，其关系式为，由此可知，只要测出 x、d、l，即可求出波长。
【题型2 干涉现象中亮、暗条纹间距的定性分析】
1.在如图所示的双缝干涉实验中，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹，要使光屏的干涉图样条纹个数减少，可以（　　）
A．增大与的间距 B．减小双缝到光屏的距离
C．将绿光换为红光 D．将整个装置放在水中
【答案】C
【解析】要使光屏的干涉图样条纹个数减少，可增加条纹间距，根据可知，可减小与的间距d，或者增加双缝到光屏的距离l；或者将绿光换为红光（红光波长大于绿光）；将整个装置放在水中时，光的波长减小，则条纹间距会减小。
故选C。
2.将一半径极大的球形玻璃体，弧面朝下压在表面平整的标准板上，其截面如图所示。一束单色光从上方垂直玻璃上表面射向玻璃体，顺着入射光线可以观察到干涉条纹，这就是著名的“牛顿环”。下列有关牛顿环的说法正确的是（　　）
A．产生干涉的两束光来自于玻璃体上、下表面的反射光
B．产生的干涉条纹是一系列以顶点为圆心等间隔的同心圆
C．若换用半径更大的球形玻璃体，干涉条纹间距将变大
D．若换用频率更大的单色光照射，干涉条纹间距将变大
【答案】C
【解析】A．薄膜干涉是由空气膜前后两个面（即玻璃体下表面和标准版上表面）的反射光叠加产生，故A错误；
B．由于以顶点为圆心的各点空气薄膜间距相等且随半径的方向均匀变化，因此可以看到条纹是以顶点为圆心的同心圆，且疏密均匀，故B错误；
C．根据干涉条纹间距公式
其中D为干涉条纹间距，是光的波长，是球形玻璃体与平面的夹角，则换用半径更大的球形玻璃体，会变小，因此干涉条纹间距变大，故C正确；
D．频率大的单色光，波长小，由于干涉条纹间距公式
可知，条纹间距变小，故D错误。
故选C。
【题型3 干涉现象中亮、暗条纹间距的定量计算】
1.1801年，英国物理学家托马斯 杨完成了著名的双缝干涉实验。如图所示为双缝干涉实验的原理图，单缝S0、屏上的P0点均位于双缝S1和S2的中垂线上。已知入射光在真空中的波长为λ，双缝S1到S2的距离为d，双缝S1和S2到P点的距离分别为x1、x2，屏上P点到P0点的距离为y，双缝与屏之间的距离为L。若P点是暗条纹的中心，，必须满足的关系是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】D
【解析】由于P点是暗条纹的中心，则根据亮暗条纹规律可得
故选D。
2.某兴趣小组成员做双缝干涉实验，用某单色光照射单缝，如图所示在屏上处出现第2级亮纹，仅改变双缝间距后，处出现第2级暗纹，则改变后双缝间距是原来的（ ）
A．倍 B．倍 C．倍 D．倍
【答案】B
【解析】设P、间的距离为x，根据双缝干涉条纹公式
处出现第2级暗纹有
则改变后双缝间距是原来的
故选B。
知识点3：薄膜干涉
一、概念
光照在厚度不同的薄膜上，来自薄膜两个表面的反射光相互叠加发生的干涉称为薄膜干涉。
二、薄膜干涉的成因
竖直放置的肥皂液膜由于受重力的作用，下面厚，上面薄，从膜的前后表面反射的两列光是相干光，它们相互叠加产生干涉，在某些位置，这两列波叠加后互相加强，则出现亮条纹；在另一些位置，这两列波叠加后互相削弱，则出现暗条纹。
【注意】1、相干光是从膜前、后两个表面反射回来的光，不是透过膜的光。
2、观察干涉条纹时，眼睛与光源在膜的同一侧。
3、用单色光和白光分别照射同一膜，观察到的现象是不同的。用白光做这个实验看到的将是彩色条纹，而在单色光照射下，只会出现明、暗相间的条纹。
【题型4 薄膜干涉的理解与应用】
1.对于薄膜干涉，下列认识中正确的是（　　）
A．应在入射光的另一侧观察薄膜
B．暗纹出现的地方，两个表面反射的光在这里是波谷和波谷相遇叠加
C．干涉条纹是薄膜前后两个表面反射回来的光叠加的结果
D．用单色光作光源时，出现平行的明暗条纹，说明整个膜的厚度相同
【答案】C
【解析】AC．薄膜干涉是由薄膜前后两个表面反射的光线叠加而成，应在入射光的同侧观察薄膜，故A错误，C正确；
B．条纹中的暗纹是由于两列反射光的波谷与波峰叠加的结果，故B错误；
D．用单色光做光源时，出现平行的明暗条纹，如满足
则为明条纹，如满足
为暗纹，这说明整个膜的厚度不同，故D错误。
故选C。
2.劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示。干涉条纹有如下特点：（1）任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；（2）任意相邻亮条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在图甲所示装置中再加上一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹将（　　）
A．变疏 B．变密 C．不变 D．消失
【答案】B
【解析】从空气膜的上、下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差
即光程差为空气薄膜厚度的2倍，当光程差
（n为整数）
时为亮条纹，故相邻亮条纹之间的空气层的厚度差为，增加一张纸片后空气薄膜的倾角变大、厚度增大，则相邻亮条纹（或暗条纹）之间的距离变小，干涉条纹变密。
故选B。
3.光的干涉现象在技术中有重要应用。一顶角极大的圆锥形玻璃体，倒立在表面平整的标准板上，其截面如图甲。单色光从上方垂直玻璃的上表面射向玻璃体，沿光的入射方向看到明暗相间的干涉条纹。下列说法正确的是（　　）
A．条纹是以顶点为圆心的同心圆，且中间疏、边缘密
B．产生干涉的两束光是来自玻璃体上表面和侧面的反射光
C．换用频率更大的光照射，条纹间距变大
D．若出现乙图所示条纹，则说明玻璃体侧面上有凸起
【答案】D
【解析】AB．产生干涉的两束光是来自玻璃体的下表面和平面标准板上表面的反射光，即空气膜的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，依据光程差是光的半个波长的偶数倍即为明条纹，而其是光的半个波长的奇数倍即为暗条纹，因圆锥形玻璃体压在平面标准板上，以顶点为圆心的各点空气薄膜间距相等且随半径的方向均匀变化，因此可以看到条纹是以顶点为圆心的同心圆，且疏密均匀，故AB错误；
C．换用频率更大的光照射，波长变短，则条纹间距变小，选项C错误；
D．空气薄层干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜的厚度相同，若出现乙图所示条纹，说明该处光的路程差与内侧的路程差相等，即该处出现凸起，选项D正确。
故选D。
知识点4：实验：用双缝干涉测量光的波长
一、实验目的
1、了解光波产生稳定的干涉现象的条件；
2、观察白光及单色光的双缝干涉图样；
3、测定单色光的波长。
二、实验步骤
1、观察双缝干涉图样
（1）把直径约10cm、长约1m的遮光筒水平放在光具座上，筒的端装有双缝，另一端装有毛玻璃屏。
（2）取下双缝，打开光源，调节光源的高度和角度，使它发出的光束沿着遮光筒的轴线把屏照亮。
（3）放好单缝和双缝，单缝和双缝间的距离为5~10cm，并使单缝与双缝相互平行，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上。
（4）通过测量头观察屏上出现的白光的干涉图样。
（5）在单缝和光源之间放上滤光片，观察单色光的双缝干涉图样。
2、测定单色光的波长
（1）l的测量：用刻度尺测出双缝到屏的距离l。
（2） x的测量：需用测量头测出。测量时，使分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数。然后转动测量头，使分划板中心刻线与另一条纹的中心对齐，再次记下手轮上的读数。两次读数之差表示这两个条纹间的距离 x。为了减小测量误差，可测多个亮条纹间的距离，再求出相邻两个条纹间的距离。例如，可测出n个亮条纹间的距离a，再求出相邻两个亮条纹间的距离。
【题型5 用双缝干涉测量光的波长实验】
1.在“用双缝干涉测光的波长”实验中，如图甲所示，光具座上放置的光学元件依次为光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、放大镜。
（1）M、N、P三个光学元件依次为___________。
A．滤光片、单缝、双缝 B．单缝、滤光片、双缝
C．单缝、双缝、滤光片 D．滤光片、双缝、单缝
（2）观察到干涉条纹如图乙所示。转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准时，手轮的读数，继续转动手轮，使分划板中心刻线对准时，手轮的读数如图丙所示， mm。
（3）若已知双缝间距，双 到屏的距离，则待测光的波长为 。（用和表示）
【答案】（1）A （2）9.761/9.762 （3）
【解析】（1）M、N、P三个光学元件依次为滤光片、单缝、双缝。
故选A。
（2）螺旋测微器的精确值为，由图丙可知
（3）根据条纹间距公式
又
联立可得待测光的波长为
2.小沈同学进行“用双缝干涉测量光的波长”的实验，
（1）某次观察时，透过测量头观察到了绿光的干涉条纹，但条纹的亮度很低，为了便于测量，下列方法能够使条纹亮度增加的是________。
A．增加光源的功率
B．将毛玻璃换成透明玻璃
C．调节测量头的位置
（2）下列图示中条纹间距表示正确的是 。
（3）如图所示是小沈同学又参考课本上“用光传感器做双缝干涉的实验”进行实验，图甲、乙分别对应的是第一、二次实验得到的干涉图线。比较甲、乙两图线可判断，第一次实验中________。
　
A．单缝与双缝的间距一定较大
B．光强度较小
C．光源到双缝的距离较大
D．双缝到光传感器的距离可能较小
【答案】（1）A （2）C （3）D
【解析】（1）为了便于测量，要使条纹亮度增加，即使得单位时间内的光子数目增多。
A．增加光源的功率，则单位时间内的光子数目增多，故A正确；
B．将毛玻璃换成透明玻璃，不会看到亮条纹，故B错误；
C．调节测量头的位置，亮度不变，故C错误。
故选A。
（2）干涉条纹的宽度是指一个亮条纹与一个暗条纹的宽度的和，为两个相邻的亮条纹（或暗条纹）的中心之间的距离。故图示中条纹间距表示正确的是C。
（3）由题图可知，第一次得到的条纹间距较小，根据
A．单缝与双缝的间距对条纹间距无影响，故A错误；
B．光强度对条纹间距无影响，故B错误；
C．光源到双缝的距离对条纹间距无影响，故C错误；
D．双缝到光传感器的距离l较小，则条纹间距较小，故D正确。
故选D。
4.5 光的衍射
知识点1：光的衍射
一、衍射现象
光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光会偏离原本直线传播的路径而绕到障碍物后面传播，形成了明暗相间的条纹。
二、产生明显衍射的条件
障碍物的尺寸可以跟光的波长相比或比光的波长还要小时能产生明显的衍射。【注】在障碍物的尺寸比光的波长大得多的情况下，衍射现象不明显，也可以近似认为光是沿直线传播的。
三、三种衍射现象及图样
1、单缝衍射
（1）现象：点光源S发出的光经过单缝后照射到光屏上，若缝较宽，则光沿着直线传播，传播到光屏上的AB区域；若缝足够窄，则光不再沿直线传播，而是可以传播到阴影区，如在 AA'、BB'区域出现明暗相间的条纹，即发生衍射现象。
（2）衍射图样特点
①中央条纹亮而宽。
②两侧亮条纹具有对称性，亮条纹宽度逐渐变窄亮度逐渐减弱。
③波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大；单缝不变时，波长大的中央条纹宽，各条纹间距大。
④白光的单缝衍射条纹是中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近自色亮条纹的内侧为紫色。
2、圆孔衍射
（1）现象：如图所示，当挡板 AB上的圆孔较大时光屏上出现图甲所示的情形；当挡板AB上的圆孔很小时，光屏上出现图乙所示的衍射图样，出现亮暗相间的圆环。
（2）衍射图样特点
衍射图样中，中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的圆环，但外围亮环的亮度小，用不同的光照射时所得图样也有所不同。如果用单色光照射时，中央为亮圆，外面是亮度越来越暗的亮环。如果用白光照射时，中央亮圆为白色，周围是彩色圆环。
3、圆盘衍射——障碍物的衍射现象
（1）现象：各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清。若在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。
（2）衍射图样特点
①圆盘衍射图样中的亮环或暗环间距随圆盘半径增大而减小。
②圆盘衍射与圆孔衍射的图样中心均为亮斑，但圆盘衍射产生的泊松亮斑较小。
知识点2：单缝衍射与双缝干涉的对比
单缝衍射 双缝干涉
产生条件 障碍物或孔的尺寸与光的波长差不多或比光的波长小（明显衍射的条件） 两个光源频率相同、振动方向相同、相位差恒定
不同点 条纹宽度 条纹宽度不等，中央的条纹最宽 条纹宽度相等
条纹间距 各条纹间距不等，越靠外条纹间距越小 各相邻条纹等间距
亮度 中央条纹最亮，两边变暗 条纹清晰，亮度基本相等
相同点 成因 都是光叠加时加强或削弱的结果
现象 都有明暗相间的条纹，条纹宽度和间距都随波长变大而变宽
意义 都是波特有的现象，表明光是一种波
知识点3：衍射光栅
一、结构
由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件，狭缝的个数越多，衍射条纹的宽度越窄，亮度越大。用它更易观察、分析衍射现象。
二、衍射光栅的种类
1、透射光栅：一般常用的光栅是在一块很平的玻璃上刻出一系列等距的平行刻痕，刻痕产生漫反射而不太透光，未刻部分相当于一条狭缝，这种利用透射光衍射的光栅称为透射光栅。
2、反射光栅：利用两刻痕间的反射光衍射的光栅，如在高反射率的金属表面上刻出许多等距的平行刻痕，两刻痕间的光滑金属面可以反射光，这种光栅称为反射光栅。
【题型1 光的衍射现象】
1.关于光的衍射现象，下面说法正确的是（　　）
A．光通过小圆孔后在光屏上出现了泊松亮斑，说明发生了衍射
B．白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹
C．光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射
D．红光的单缝衍射图样是不等间距的、红黑相间的直条纹
【答案】D
【解析】A．光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射，故A错误；
B．白光的单缝衍射图样，是彩色的直条纹，故B错误；
C．光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿直线传播，但仍存在光的衍射，不过不明显而已，故C错误；
D．红光的单缝衍射图样，是不等间距的、红黑相间的直条纹，故D正确。
故选D。
2.（多选）关于光的衍射现象，下面说法正确的是（）
A．红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹
B．白光的单缝衍射图样是白暗相间的直条纹
C．光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射
D．光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射
【答案】AC
【解析】ABC.单色光照到狭缝上产生的衍射图样是明暗相间的直条纹．白光的衍射图样是彩色条纹．光照到不透明圆盘上，在其阴影处出现亮点，是衍射现象．故AC符合题意，B不符合题意
D. 光的衍射现象只有明显与不明显之分，D项中大光斑的边缘模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象．故D不符合题意．
【题型2 衍射图样及衍射条件】
1.关于衍射图样，下列选项正确的是（　　）
A．甲图是白光的单缝衍射条纹
B．乙图是单色光单缝衍射产生的图样
C．丙图是法国科学家泊松在实验中首次观察到的泊松亮斑
D．丁图是英国物理学家沃森和克里克做实验获得的一系列DNA纤维的电子射线衍射图样
【答案】B
【解析】A．白光的单缝衍射图样是彩色的直条纹，故A错误；
B．乙图是单色光单缝衍射产生的图样，是明暗相间的直条纹，中间是亮纹，选项B正确；
C．丙图是阿拉果在实验中首次观察到的泊松亮斑，光线照射到圆板上，在圆板的后面出现一个亮斑，选项C错误；
D．丁图是英国物理学家沃森和克里克做实验获得的一系列DNA纤维的X射线衍射图样，选项D错误。
故选B。
2.（多选）某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图甲、乙所示的图样，则下列说法正确的是（ ）
A．图甲属于圆孔衍射
B．图乙的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，后来泊松发现圆板中心的确有这个亮斑
C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的
D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到了障碍物的影子里
【答案】ACD
【解析】A．根据衍射条纹的特点可知题图甲属于圆孔衍射，故A正确；
B．题图乙的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，但泊松认为这是非常荒谬的，后来菲涅耳与阿拉果发现圆板中心有这个亮斑，故B错误；
C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的，故C正确；
D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到了障碍物的影子里，故D正确。
故选ACD。
【题型3 对影响衍射条纹宽度的因素的理解】
1.（多选）关于单缝衍射形成的条纹，下列说法正确的是（　　）
A．单缝的宽度越小，衍射条纹越亮 B．单缝的宽度越小，衍射现象越明显
C．入射光的波长越长，衍射现象越明显 D．入射光的波长越短，衍射现象越明显
【答案】BC
【解析】A．单缝的宽度越小，透过单缝的光的能量越小，亮度也越小，故A错误；
B．产生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸跟波长差不多，或者比波长小，因为波长都很短，所以在单缝衍射现象中，单缝的宽度越小，衍射现象越明显，故B正确；
CD．根据衍射的特点，在单缝的宽度不变的情况下，入射光波长越长，越容易发生明显的衍射现象，故C正确，D错误。
故选BC。
2.用一束红色激光照射单缝，光屏上出现的现象如图所示，下列操作可使中央亮条纹变宽的是（　　）
A．增大激光束的宽度 B．减小单缝的宽度
C．减小屏到单缝的距离 D．改用绿色激光照射
【答案】B
【解析】AB．单缝衍射中央亮条纹的宽度和亮度与单缝的宽度有关，单缝宽度越窄，亮度越弱，衍射现象越明显，则条纹的宽度越宽，与激光束的宽度无关，故A错误，B正确；
C．减小屏到单缝的距离，中央亮条纹变窄，故C错误；
D．改用绿色激光照射，因波长变短，衍射现象变得不明显，则中央亮条纹变窄，故D错误。
故选B。
【题型4 光的衍射及干涉图样的判断】
1.（多选）某实验小组在光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后，得到如下四幅图样，下列有关说法正确的是（　　）
A．甲是单缝衍射图样 B．乙是双缝干涉图样
C．丙是小圆孔衍射图样 D．丁是小圆板“泊松亮斑”衍射图样
【答案】CD
【解析】AB．衍射与干涉图样的区别是：前者是中间亮条纹明且宽大，越向两侧宽度越小，后者明暗条纹宽度相等，则甲是双缝干涉图样，乙是单缝衍射图样，故AB错误；
CD．单色光照射小圆孔做衍射的实验时，中央较大的区域内是亮的，周围是明暗相间的圆环，条纹间距也不等，亮度向外逐渐变暗；而泊松亮斑的中间是一个比较小的亮点，亮度向外逐渐变亮，可知丙是小圆孔衍射图样，丁是小圆板“泊松亮斑”衍射图样，故CD正确。
故选CD。
2.下列四幅图中形成原理与其他三幅图不同的是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】C
【解析】干涉图样的条纹间距相等，衍射图样的中央条纹最宽，所以C是光的双缝干涉图样，A是圆孔衍射图样，B是泊松亮斑，是光的衍射图样，D是光的单缝衍射图样。即ABD是光的衍射图样，C是光的干涉图样，原理与其他三幅图不同。
故选C。
3.在白炽灯的照射下从两块捏紧的玻璃板表面看到彩色条纹，通过狭缝观察发光的白炽灯也会看到彩色条纹，这两种现象（　　）
A．前者是光的衍射现象，后者是光的折射现象
B．前者是光的干涉现象，后者是光的衍射现象
C．前者是光的干涉现象，后者时光的折射现象
D．前者是光的衍射现象，后者是光的干涉现象
【答案】B
【解析】两玻璃板间将形成空气薄膜，光照射在空气薄膜上下表面的反射光发生干涉，由于是白光，产生了彩色干涉条纹；而从狭缝观察到彩色条纹是光的衍射现象。
故选B。
4.6 光的偏振 激光
知识点1：偏振、光的偏振
一、偏振
1、定义：波分为纵波和横波。在纵波中，各点的振动方向总与波的传播方向在同一直线上。在横波中，各点的振动方向总与波的传播方向垂直。不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是不同的。这个现象称为“偏振现象”。横波的振动方向称为“偏振方向”。
2、横波独有的特征
偏振现象是横波所特有的，故利用偏振现象可判断一列波是横波还是纵波。
二、光的偏振
1、偏振片：由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，沿着这个方向振动的光波能顺利通过偏振片，偏振方向与这个方向垂直的光波不能通过，这个方向叫作“透振方向”。
2、观察光的偏振
（1）取一个偏振片P，让阳光或灯光通过偏振片P，与偏振片透振方向相同的光能通过偏振片，如图甲所示。
（2）在偏振片P的后面再放置另一个偏振片Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片Q，当偏振片Q与P的透振方向平行时，穿过Q的光最强，如图乙所示。
（3）当Q与P的透振方向垂直时，光不能透过Q，如图丙所示。
3、偏振光的产生方式
（1）让自然光通过偏振片即可产生偏振光。
（2）自然光在玻璃、水面等表面反射或折射时，反射光和折射光都是偏振光，入射角变化时偏振的程度也有变化。
【题型1 偏振现象】
1.用图示实验装置演示光的偏振现象，白炽灯O发出的光通过两个透振方向平行的偏振片，照到光屏上，通过偏振片前后的光束分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示，下列说法正确的是（　　）
A．白炽灯发出的光是纵波
B．偏振片起到起偏的作用
C．光束Ⅱ中光振动方向与透振方向平行
D．将偏振片以光传播方向为轴转过，光束Ⅲ将消失
【答案】C
【解析】A．白炽灯的光通过两个透振方向平行的偏振片P、Q照到光屏上，不能说明白炽灯的光是纵波，A错误；
B．当白炽灯光经偏振片P后就成为偏振光，又经与P平行的偏振片Q照到光屏上，所以偏振片Q起到检偏的作用，B错误；
C．光束Ⅱ中的光是经偏振片P透射来的，所以光束Ⅱ中光振动方向与透振方向平行，C正确；
D．将偏振片P以光传播方向为轴转过，光束Ⅲ将会减弱，D错误。
故选C。
知识点2：偏振现象的应用
一、相机的偏振滤光片
在拍摄水面下的景物、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，常使景象不清楚，如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片，就可使反射来的偏振光不能进入照相机内，从而可驶来拍出清晰的照片。
二、在汽车挡风玻璃上安装偏振片
在夜间行车时，迎面开来汽车的车灯眩光常常使司机看不清路面，容易发生事故，如果在每辆车灯玻璃上和司机前面的挡风玻璃上安装一块偏振片，并使它们的透振方向跟水平方向成45°角，就可以解决这一问题。
三、立体电影
在拍摄立体电影时，用两个摄影机分别拍下同一物体的两个画面，放映时把两个画面同时放映在银幕上。在放映时，有两个放映机，每个放映机镜头前放一个偏振片，两个偏振片的透振方向相互垂直，观众戴上用偏振片制成的眼镜，银幕上的两个画面分别通过两只眼睛观看，在人的脑海中就形成立体化的影像。
【题型2 偏振现象的应用】
1.近视眼镜上可以镀一层增透膜，利用光的干涉来减少光线的反射，提高镜面清晰度。下列现象原理与上述相同的是（ ）
A．弯曲的水流可以导光 B．用偏振眼镜看3D电影，感受到立体的影像
C．阳光下的肥皂薄膜呈现彩色 D．白光通过三棱镜，出现色散现象
【答案】C
【解析】A．弯曲的水流可以导光是因为光在水和空气界面上发生了全反射现象，故A错误；
B．用偏振眼镜看3D电影，感受到立体的影像利用的光的偏振现象，故B错误；
C．阳光下的肥皂薄膜呈现彩色是因为光的干涉现象，故C正确；
D．白光通过三棱镜，出现色散现象是因为光发生了折射现象，故D错误。
故选C。
2.观看立体电影时要戴偏振片制成的眼镜，眼镜左右镜片透振方向的夹角是（　　）
A．0° B．30° C．60° D．90°
【答案】D
【解析】观看立体电影时要戴偏振片制成的眼镜，由于左右两个放映窗口前的偏转片的透振方向互相垂直，因而产生的两束偏振光的偏转方向也互相垂直，这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众，两束光的偏转方向仍然垂直，所以眼镜左右镜片透振方向的夹角是90°。
故选D。
知识点3：激光的特点及其应用
一、激光和激光的产生
1、传播方向、偏振、相位等性质完全相同的光波叫作激光。激光是相干光，激光是人工产生的光。
2、在现代科学技术中用激光器产生激光。
二、激光的特点及应用
特点 应用 原理
相干性好 光纤通信 激光的频率比无线电波高很多，它所能携带的信息量比无线电波大
平行度好 激光测距、激光雷达 对准目标发射激光脉冲，测量发射脉冲和接收到反射脉冲的时间间隔，可精确求出发射点与目标之间的距离
激光读写（DVD机、光盘、光驱） 利用激光可以在光盘上刻录密度很高的信息，也可以利用激光从 DVD 机或计算机的光盘上读出记录的信息
亮度高 激光加工、激光手术、激光武器 可在很小的空间、很短的时间内集中很大的能量
【题型3 激光的特点及应用】
1.（多选）激光被誉为“神奇的光”，关于激光的应用，下列说法正确的是（ ）
A．激光用来控制核聚变，是因为它的方向性好，光源的能量能集中在很小一点上，可以在空间某个小区域内产生极高的温度
B．激光能像无线电波那样被调制，用来传递信息
C．能用激光拦截导弹，摧毁卫星，是因为激光在大气中传播不受大气的影响
D．能利用激光测量地面到月球表面的距离，是因为激光平行度好、方向性好
【答案】ABD
【解析】A．激光的方向性好，光源的能量能集中在很小一点上，可以在空间某个小区域内产生极高的温度，所以可以用来控制核聚变，故A正确；
B．激光能像无线电波那样被调制，用来传递信息，故B正确；
C．能用激光拦截导弹，摧毁卫星，是因为激光方向性好、能量高，故C错误；
D．能利用激光测量地面到月球表面的距离，是因为激光平行度好、方向性好，在传播很远距离后还可以保持一定的强度，故D正确。
故选ABD。
【题型4 光现象的辨析】
1.关于光现象及应用，下列说法正确的是（　　）
A．摄影师拍摄水中的游鱼时，常常在镜头前加装一块偏振镜，偏振镜旋转到合适角度时，经过水面的反射光通过偏振镜时减弱，拍摄效果较好
B．由于光的折射现象，空中的水鸟看到水里的鱼的像比实际位置偏高，而水里的鱼看到空中的水鸟的像比实际位置偏低
C．雨后天空出现的彩虹，阳光下肥皂泡表面有彩色花纹，都是光的干涉引起的
D．在光的双缝干涉实验中，其他条件不变，双缝间距越小，观察到屏上条纹间距越小
E．高性能相机镜头表面镀了一层透光的膜，看起来有颜色，这是由光的偏振现象引起的
【答案】A
【解析】A．经过水面的反射光是偏振光，当偏振片方向与反射光的偏振方向垂直时，可知减弱反射光，拍摄效果较好，故A正确；
B．由于光的折射现象，空中的水鸟看到水里的鱼的像比实际位置偏高，而水里的鱼看到空中的水鸟的像比实际位置偏高，故B错误；
C．雨后天空出现的彩虹，是光的折射和全反射引起的，阳光下肥皂泡表面有彩色花纹，是光的干涉引起的，故C错误；
D．根据双缝干涉条纹间距公式
可知在光的双缝干涉实验中，其他条件不变，双缝间距越小，观察到屏上条纹间距越大，故D错误；
E．高性能相机镜头表面镀了一层透光的膜，光线经过膜的表面和镜头表面的反射光发生干涉，看起来有颜色，这是由光的干涉现象引起的，故E错误。
故选A。4.1 光的折射
知识点1：折射定律与折射率
一、折射定律
1、光的反射和折射现象
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。光在反射时遵从反射定律，在折射时遵从折射定律。
2、折射定律
（1）内容：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，即，式中n12是比例常数，它与入射角、折射角的大小无关，只与两种介质的性质有关。
（2）光的方向和传播速度
光从一种介质斜射入另一种介质，传播方向变化，传播速度变化；光垂直两种介质界面入射，传播方向不变，传播速度变化。
（3）光路的可逆性
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。也就是说，在光的折射现象中，光路是可逆的。
二、折射率
1、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，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，用符号n表示。真空的折射率为1，空气的折射率近似为 1。
2、折射率与光速的关系
某种介质的折射率n等于光在真空中的传播速度c与光在介质中的传播速度v之比，即。由于光在真空中的传播速度c大于光在任何介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率n都大于1。所以，光从真空射入任何介质时，都大于，即入射角总是大于折射角。
3、折射率的决定因素
介质的折射率的大小由介质本身及光的性质共同决定，不随入射角、折射角的变化而变化。不同颜色的光通过相同的介质时，折射率不同，在可见光中，红光的折射率最小，紫光的折射率最大
【题型1 对光的折射的理解和应用】
1.下列现象中，属于光的折射的是（　　）
A．湖中倒影 B．小孔成像
C．插入水中部分的筷子看上去弯了 D．日食
【题型2 折射率问题的分析与计算】
2.某透明材料制成的管道的横截面如图所示，a、b为同心圆。用一束单色光P沿与直径平行的方向射向管道，光束P进入材料的折射光线恰好与圆a相切，并与直径交于A点。已知b的半径是a的两倍，则该材料对单色光P的折射率为（　　）
A．1.25 B．1.5 C． D．
【题型3 视深与视高问题】
1.一潜水员自水下目测站立于船头的观察者距水面高为，而观察者目测潜水员距水面深，则（　　）
A．潜水员实际深度大于，观察者实际高度大于
B．潜水员实际深度小于，观察者实际高度小于
C．潜水员实际深度大于，观察者实际高度小于
D．潜水员实际深度小于，观察者实际高度大于
2.在水中同一深度并排放着红、蓝、紫三种颜色的球，若在水面正上方俯视这三个球，感觉最深的（ ）
A．紫色球 B．蓝色球 C．红色球 D．三个球同样深
3.赫哲族是我国古老的少数民族之一，世居东北，赫哲族擅长叉鱼，抛叉取鱼，十拿九稳。如图，某次捕鱼时，湖水深约，湖面点左侧均被浮萍遮盖，渔民站在点右侧的湖水中，眼睛在A点，恰好通过点看到点处有一条鱼静止不动，点离浮萍距离，点离点水平距离。（已知湖水的折射率，）问：忽略鱼在人眼中成像沿水平方向稍微靠近的因素，鱼在浮萍下方的实际深度是多少？
【题型4 玻璃砖对光的折射问题】
1.如图所示，一束复色光从空气射到一块长方体玻璃砖上表面后分成两束单色光a、b，光束a与玻璃砖上表面的夹角为α，光束b与玻璃砖上表面的夹角为β。光束a与光束b在玻璃砖中的折射率比值为（　　）
A． B． C． D．
2.如图所示，横截面为半圆的玻璃砖放置在平面镜上，直径AB与平面镜垂直。一束激光a射向半圆柱体的圆心O，激光与AB的夹角为，已知玻璃砖的半径为12cm，平面镜上的两个光斑之间的距离为，则玻璃砖的折射率为（ ）
A． B． C．2 D．
知识点2：测量玻璃的折射率
一、实验原理
用插针法确定光路，找出与入射光线相对应的出射光线，就能画出玻璃砖中对应的折射光线，测出入射角和折射角，根据折射定律，便可求出玻璃的折射率。
二、实验器材
白纸，图钉，大头针，直尺，铅笔，量角器，平木板，长方体玻璃砖。
三、实验步骤
（1）在木板上面铺一张白纸，把玻璃砖放在纸上，描出玻璃砖的两个边a和a'。
（2）在玻璃砖的一侧插两个大头针 A、B，AB 的延长线与直线a的交点就是O。眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使B把A挡住，这样大头针A、B就确定了射入玻璃砖的光线。
（3）在眼睛这一侧再插第三个大头针C，使它把 A、B都挡住，插第四个大头针D，使它把前三个大头针都挡住，那么后两个大头针就确定了从玻璃砖射出的光线。
（4）在白纸上描出光线的径迹，测量相应的角度，计算玻璃的折射率n。
（5）改变入射，重复上面的步骤三、四次，量出相应的入射角和折射角。
四、数据处理
（1）平均值法：用量角器量出入射角θ1和折射角θ2。算出不同入射角时的值，并取平均值。
（2）图像法：根据，有，以为横轴，为纵轴，建立直角坐标系，描点画线得到一条过原点的直线，求解图线的斜率k，则 ，故玻璃砖折射率。
五、实验注意事项
1、所用玻璃砖要厚一些。
2、实验中，玻璃砖在白纸上的位置不可更改。不能用手触摸玻璃砖光学面，更不能把玻璃砖当尺子用。
3、尽可能将大头针竖直插在纸上，且玻璃砖同一侧的两枚大头针间的距离应适当大些，以减小确定光路方向时造成的误差。
【题型5 测量玻璃折射率实验】
1.某实验小组在用插针法“测玻璃的折射率”实验中，画出的光路，如图甲所示。
（1）以下措施可以提高实验准确程度的是（　　）
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．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间距尽量大一些
D．图甲中不能太大，避免发生全反射
（2）该实验小组的同学在甲图的基础上，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、反射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线的垂线，垂足分别为C、D点，如图乙所示，则玻璃的折射率 （用图中线段的字母表示）。
（3）若该组的同学在正确画出两界面后，不小心将玻璃砖平移了一些，如图丙所示（虚线表示玻璃砖边界），其他操作无误，则他测得的折射率将 （选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
2.某小组的甲、乙两位同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，如图1所示。
（1）为了减小实验误差，下列操作正确的是 。
A．必须选择边界平行的玻璃砖
B．选择的入射角应尽量小些
C．没有刻度尺时，可以将玻璃砖界面当尺子画界线
D．大头针和之间的距离应适当大些
（2）甲同学手头有圆规和刻度尺但没有量角器，在完成了光路图以后，以点为圆心，为半径画圆，交延长线于点，过点和点作垂直法线的直线，与法线的交点分别为点和点，如图2所示。用刻度尺测得的长度为的长度为，则玻璃砖的折射率 （用表示）。
（3）若该同学在确定位置时，不小心画得偏左了一些，则测出来的折射率 （选填“偏大”“偏小”“不变”）。
4.2 全反射
知识点1：全反射
一、光疏介质和光密介质
对于折射率不同的两种介质，我们把折射率较小的称为光疏介质，折射率较大的称为光密介质。
光疏介质与光密介质是相对的。根据折射定律，光由光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角；光由光密介质射入光疏介质，折射角大于入射角。
二、全反射现象
1、全反射现象
当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射。如果入射角逐渐增大，折射光离法线会越来越远，而且越来越弱，反射光却越来越强。当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫作全反射。这时的入射角叫作临界角。
2、发生全反射的条件
（1）光从光密介质射入光疏介质；
（2）入射角等于或大于临界角。
3、发生全反射现象时光的能量变化
光从光密介质射入光疏介质，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，亮度减弱。当入射角增大到临界角时，折射光的能量实际上已经减为零（此时折射角为90°），此时已经发生了全反射。
三、临界角
（1）定义：折射角为 90°时的入射角称为全反射的临界角，简称临界角，用C表示。
（2）表达式：光由某介质（折射率为n）射向真空（或空气）时，若刚好发生全反射，则，即。
【题型1 全反射现象】
1.（多选）下述现象哪些是由于全反射造成的（　　）
A．露水珠或喷泉的水珠，在阳光照耀下格外明亮
B．直棒斜插入水中时呈现弯折现象
C．口渴的沙漠旅行者，往往会看到前方有一潭晶莹的池水，当他们喜出望外地奔向那潭池水时，池水却总是可望而不可及
D．在盛水的玻璃杯中放一空试管，用灯光照亮玻璃杯侧面，在水面上观察水中的试管，看到试管壁特别明亮
2.将塑料水瓶的一侧开个小孔，并灌入清水，水从小孔流出用激光灯把激光水平射向瓶子，发现光能沿着水流传播。这是光的（　　）
A．折射现象 B．全反射现象 C．行射现象 D．色融现象
3.如图是一张风景照片，湖水清澈见底，近处湖面水下的景物都看得很清楚，而远处则只看到对岸山峰和天空彩虹的倒影，水面下的景物则根本看不到.下列说法中正确的是（ ）
A．水下的石头看起来的深度比实际深一些
B．彩虹的成因是光的衍射
C．远处对岸山峰和天空彩虹的倒影十分清晰，是由于光的干涉所引起的
D．远处水面下景物看不到，是由于光线发生了全反射
【题型2 全反射发生的条件】
1.如图所示，扇形为透明玻璃砖截面示意图，圆心角，为的角平分线，平行于的单色光在空气中由边射入玻璃砖，经边折射后的光线恰平行于边。则下列说法正确的是（　　）
A．该玻璃砖的折射率为2
B．经边折射后的光线射到边都将发生全反射
C．该入射光在空气中的波长与在玻璃砖中的波长相等
D．该入射光在空气中的频率与在玻璃砖中的频率相等
【题型3 全反射问题的分析与计算】
1.如图所示，直角三角形为某种透明介质的横截面，，P为边上的一点。若某单色光从点垂直射入介质，在边恰好发生全反射，则介质对该光的折射率为（ ）
A． B． C．2 D．
2.（多选）如图所示，某光学元件是一个截面半径为R的圆柱，O点为截面圆心。截面内侧S处有一单色点光源，其发出的一条光线射到截面上的A点，该光线恰好不从元件内射出。已知，光在真空中的传播速度为。下列说法正确的是（ ）
A．该光学元件的折射率
B．该光线从S点发出到第一次回到S点的时间
C．改变光线的颜色，该光线一定不会从元件内射出
D．将光线改为与水平方向夹角方向入射，光线将从元件内射出
【题型4 确定全反射中的光线范围】
1.如图，在水池底中部放一线状光源，光源平行于水面，则水面观察到的发光区域形状为（ ）
A．B．C．D．
【题型5 光的极值问题】
1.如图所示，有一个长为12cm的线光源AB，其表面可以朝各个方向发光，现将AB封装在一个半球形透明介质的底部，AB中点与球心O重合。半球形介质的折射率为1.5，为使AB发出的所有光都能射出球面，不考虑二次反射，则球半径R至少为（　　）
A． B．6cm
C． D．9cm
知识点2：全反射的应用
一、全反射棱镜
1、定义：截面为等腰直角三角形的棱镜称为全反射棱镜。
2、作用：利用全反射改变光的方向。
3、光路特点
（1）图甲：垂直于直角边的入射光线出射方向改变 90°。
（2）图乙：垂直于斜边的入射光线出射方向改变180°。
（3）图丙：平行于斜边的入射光线在斜边发生全反射，且从另一直角边出射时的方向与入射方向平行（也有可能与人射光线的传播方向重合）。
4、优势与应用：与平面镜相比，它的反射率高，几乎可达 100%。这种棱镜在光学仪器中可用来改变光的方向，应用十分广泛。例如自行车尾灯、双筒望远镜中的全反射棱镜等。
二、光导纤维
1、定义：用光密介质制成的用来传导光信号的纤维状的装置。
2、原理：全反射原理。
3、优势与应用：携带着图像、声音及各种数字信号的光信号沿着光纤传输到很远的地方，实现光纤通信，光纤通信有容量大、衰减小、抗干扰性强等优点。
【题型7 全反射的实际应用问题】
1.自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车。尾灯由透明介质制成，其外形如图甲所示，下列说法正确的是（　　）
A．汽车灯光从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射
B．汽车灯光从左面射过来，在尾灯的右表面发生全反射
C．汽车灯光从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射
D．汽车灯光从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射
4.3 光的干涉
4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长
知识点1：光的双缝干涉
一、光的干涉
1、干涉现象：若两列相干光在空间传播时相遇，将在相遇区域发生波的叠加，如果在某些区域加强，而在另一些区域减弱，且加强区域和减弱区域是相互间隔的，这种现象称为光的干涉现象。产生的图样叫作干涉图样。
2、干涉条件：两列光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同能发生干涉的两列光称为相干光，两个光源称为相干光源。相干光源可用同一束光分成两列而获得，称为分光法。
二、光的干涉图样
1、振动加强的地方出现亮条纹，振动减弱的地方出现暗条纹。
2、亮条纹和暗条纹相互间隔。
3、亮条纹的位置和暗条纹的位置不随时间的变化而变化。
三、决定条纹亮暗的条件
狭缝S1和S2相当于两个频率相位和振动方向都相同的波源，它们到屏上P点的距离相同。P0是S1S2的中垂线与屏的相交点，P1为屏上一点，光的波长为λ。
1、出现亮条纹的条件
当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时（即恰好等于波长的整数倍时），两列光波在这点相互加强，这里出现亮条纹。即。
2、出现暗条纹的条件
当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时，两列光波在这点相互削弱，这里出现暗条纹。即。
【注】k=0时，，此时P1点位于屏上的P0处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹。
【题型1 干涉条件及干涉图样的特点】
1.（多选）关于光的干涉，下列说法中正确的是（ ）
A．在双缝干涉现象中，相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的
B．在双缝干涉现象中，入射光波长变长，相邻两个亮条纹间距将变大
C．只有频率及振动方向相同的两列光波才能产生干涉
D．频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定
2.如图所示，挡板上有两条方向竖直、距离很近的狭缝，当用单色光垂直照射双缝时，与挡板平行的光屏上出现的条纹形状是（　　）
A．B． C． D．
知识点2：干涉条纹和光的波长之间的关系
相邻两个亮（暗）条纹的中心间距 x与入射光的波长λ，双缝S1S2中心之间的距离d，及双缝到屏的距离l有关，其关系式为，由此可知，只要测出 x、d、l，即可求出波长。
【题型2 干涉现象中亮、暗条纹间距的定性分析】
1.在如图所示的双缝干涉实验中，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹，要使光屏的干涉图样条纹个数减少，可以（　　）
A．增大与的间距 B．减小双缝到光屏的距离
C．将绿光换为红光 D．将整个装置放在水中
2.将一半径极大的球形玻璃体，弧面朝下压在表面平整的标准板上，其截面如图所示。一束单色光从上方垂直玻璃上表面射向玻璃体，顺着入射光线可以观察到干涉条纹，这就是著名的“牛顿环”。下列有关牛顿环的说法正确的是（　　）
A．产生干涉的两束光来自于玻璃体上、下表面的反射光
B．产生的干涉条纹是一系列以顶点为圆心等间隔的同心圆
C．若换用半径更大的球形玻璃体，干涉条纹间距将变大
D．若换用频率更大的单色光照射，干涉条纹间距将变大
【题型3 干涉现象中亮、暗条纹间距的定量计算】
1.1801年，英国物理学家托马斯 杨完成了著名的双缝干涉实验。如图所示为双缝干涉实验的原理图，单缝S0、屏上的P0点均位于双缝S1和S2的中垂线上。已知入射光在真空中的波长为λ，双缝S1到S2的距离为d，双缝S1和S2到P点的距离分别为x1、x2，屏上P点到P0点的距离为y，双缝与屏之间的距离为L。若P点是暗条纹的中心，，必须满足的关系是（　　）
A． B．
C． D．
2.某兴趣小组成员做双缝干涉实验，用某单色光照射单缝，如图所示在屏上处出现第2级亮纹，仅改变双缝间距后，处出现第2级暗纹，则改变后双缝间距是原来的（ ）
A．倍 B．倍 C．倍 D．倍
知识点3：薄膜干涉
一、概念
光照在厚度不同的薄膜上，来自薄膜两个表面的反射光相互叠加发生的干涉称为薄膜干涉。
二、薄膜干涉的成因
竖直放置的肥皂液膜由于受重力的作用，下面厚，上面薄，从膜的前后表面反射的两列光是相干光，它们相互叠加产生干涉，在某些位置，这两列波叠加后互相加强，则出现亮条纹；在另一些位置，这两列波叠加后互相削弱，则出现暗条纹。
【注意】1、相干光是从膜前、后两个表面反射回来的光，不是透过膜的光。
2、观察干涉条纹时，眼睛与光源在膜的同一侧。
3、用单色光和白光分别照射同一膜，观察到的现象是不同的。用白光做这个实验看到的将是彩色条纹，而在单色光照射下，只会出现明、暗相间的条纹。
【题型4 薄膜干涉的理解与应用】
1.对于薄膜干涉，下列认识中正确的是（　　）
A．应在入射光的另一侧观察薄膜
B．暗纹出现的地方，两个表面反射的光在这里是波谷和波谷相遇叠加
C．干涉条纹是薄膜前后两个表面反射回来的光叠加的结果
D．用单色光作光源时，出现平行的明暗条纹，说明整个膜的厚度相同
2.劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示。干涉条纹有如下特点：（1）任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；（2）任意相邻亮条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在图甲所示装置中再加上一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹将（　　）
A．变疏 B．变密 C．不变 D．消失
3.光的干涉现象在技术中有重要应用。一顶角极大的圆锥形玻璃体，倒立在表面平整的标准板上，其截面如图甲。单色光从上方垂直玻璃的上表面射向玻璃体，沿光的入射方向看到明暗相间的干涉条纹。下列说法正确的是（　　）
A．条纹是以顶点为圆心的同心圆，且中间疏、边缘密
B．产生干涉的两束光是来自玻璃体上表面和侧面的反射光
C．换用频率更大的光照射，条纹间距变大
D．若出现乙图所示条纹，则说明玻璃体侧面上有凸起
知识点4：实验：用双缝干涉测量光的波长
一、实验目的
1、了解光波产生稳定的干涉现象的条件；
2、观察白光及单色光的双缝干涉图样；
3、测定单色光的波长。
二、实验步骤
1、观察双缝干涉图样
（1）把直径约10cm、长约1m的遮光筒水平放在光具座上，筒的端装有双缝，另一端装有毛玻璃屏。
（2）取下双缝，打开光源，调节光源的高度和角度，使它发出的光束沿着遮光筒的轴线把屏照亮。
（3）放好单缝和双缝，单缝和双缝间的距离为5~10cm，并使单缝与双缝相互平行，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上。
（4）通过测量头观察屏上出现的白光的干涉图样。
（5）在单缝和光源之间放上滤光片，观察单色光的双缝干涉图样。
2、测定单色光的波长
（1）l的测量：用刻度尺测出双缝到屏的距离l。
（2） x的测量：需用测量头测出。测量时，使分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数。然后转动测量头，使分划板中心刻线与另一条纹的中心对齐，再次记下手轮上的读数。两次读数之差表示这两个条纹间的距离 x。为了减小测量误差，可测多个亮条纹间的距离，再求出相邻两个条纹间的距离。例如，可测出n个亮条纹间的距离a，再求出相邻两个亮条纹间的距离。
【题型5 用双缝干涉测量光的波长实验】
1.在“用双缝干涉测光的波长”实验中，如图甲所示，光具座上放置的光学元件依次为光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、放大镜。
（1）M、N、P三个光学元件依次为___________。
A．滤光片、单缝、双缝 B．单缝、滤光片、双缝
C．单缝、双缝、滤光片 D．滤光片、双缝、单缝
（2）观察到干涉条纹如图乙所示。转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准时，手轮的读数，继续转动手轮，使分划板中心刻线对准时，手轮的读数如图丙所示， mm。
（3）若已知双缝间距，双 到屏的距离，则待测光的波长为 。（用和表示）
2.小沈同学进行“用双缝干涉测量光的波长”的实验，
（1）某次观察时，透过测量头观察到了绿光的干涉条纹，但条纹的亮度很低，为了便于测量，下列方法能够使条纹亮度增加的是________。
A．增加光源的功率
B．将毛玻璃换成透明玻璃
C．调节测量头的位置
（2）下列图示中条纹间距表示正确的是 。
（3）如图所示是小沈同学又参考课本上“用光传感器做双缝干涉的实验”进行实验，图甲、乙分别对应的是第一、二次实验得到的干涉图线。比较甲、乙两图线可判断，第一次实验中________。
　
A．单缝与双缝的间距一定较大
B．光强度较小
C．光源到双缝的距离较大
D．双缝到光传感器的距离可能较小
4.5 光的衍射
知识点1：光的衍射
一、衍射现象
光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光会偏离原本直线传播的路径而绕到障碍物后面传播，形成了明暗相间的条纹。
二、产生明显衍射的条件
障碍物的尺寸可以跟光的波长相比或比光的波长还要小时能产生明显的衍射。【注】在障碍物的尺寸比光的波长大得多的情况下，衍射现象不明显，也可以近似认为光是沿直线传播的。
三、三种衍射现象及图样
1、单缝衍射
（1）现象：点光源S发出的光经过单缝后照射到光屏上，若缝较宽，则光沿着直线传播，传播到光屏上的AB区域；若缝足够窄，则光不再沿直线传播，而是可以传播到阴影区，如在 AA'、BB'区域出现明暗相间的条纹，即发生衍射现象。
（2）衍射图样特点
①中央条纹亮而宽。
②两侧亮条纹具有对称性，亮条纹宽度逐渐变窄亮度逐渐减弱。
③波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大；单缝不变时，波长大的中央条纹宽，各条纹间距大。
④白光的单缝衍射条纹是中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近自色亮条纹的内侧为紫色。
2、圆孔衍射
（1）现象：如图所示，当挡板 AB上的圆孔较大时光屏上出现图甲所示的情形；当挡板AB上的圆孔很小时，光屏上出现图乙所示的衍射图样，出现亮暗相间的圆环。
（2）衍射图样特点
衍射图样中，中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的圆环，但外围亮环的亮度小，用不同的光照射时所得图样也有所不同。如果用单色光照射时，中央为亮圆，外面是亮度越来越暗的亮环。如果用白光照射时，中央亮圆为白色，周围是彩色圆环。
3、圆盘衍射——障碍物的衍射现象
（1）现象：各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清。若在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。
（2）衍射图样特点
①圆盘衍射图样中的亮环或暗环间距随圆盘半径增大而减小。
②圆盘衍射与圆孔衍射的图样中心均为亮斑，但圆盘衍射产生的泊松亮斑较小。
知识点2：单缝衍射与双缝干涉的对比
单缝衍射 双缝干涉
产生条件 障碍物或孔的尺寸与光的波长差不多或比光的波长小（明显衍射的条件） 两个光源频率相同、振动方向相同、相位差恒定
不同点 条纹宽度 条纹宽度不等，中央的条纹最宽 条纹宽度相等
条纹间距 各条纹间距不等，越靠外条纹间距越小 各相邻条纹等间距
亮度 中央条纹最亮，两边变暗 条纹清晰，亮度基本相等
相同点 成因 都是光叠加时加强或削弱的结果
现象 都有明暗相间的条纹，条纹宽度和间距都随波长变大而变宽
意义 都是波特有的现象，表明光是一种波
知识点3：衍射光栅
一、结构
由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件，狭缝的个数越多，衍射条纹的宽度越窄，亮度越大。用它更易观察、分析衍射现象。
二、衍射光栅的种类
1、透射光栅：一般常用的光栅是在一块很平的玻璃上刻出一系列等距的平行刻痕，刻痕产生漫反射而不太透光，未刻部分相当于一条狭缝，这种利用透射光衍射的光栅称为透射光栅。
2、反射光栅：利用两刻痕间的反射光衍射的光栅，如在高反射率的金属表面上刻出许多等距的平行刻痕，两刻痕间的光滑金属面可以反射光，这种光栅称为反射光栅。
【题型1 光的衍射现象】
1.关于光的衍射现象，下面说法正确的是（　　）
A．光通过小圆孔后在光屏上出现了泊松亮斑，说明发生了衍射
B．白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹
C．光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射
D．红光的单缝衍射图样是不等间距的、红黑相间的直条纹
2.（多选）关于光的衍射现象，下面说法正确的是（）
A．红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹
B．白光的单缝衍射图样是白暗相间的直条纹
C．光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射
D．光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射
【题型2 衍射图样及衍射条件】
1.关于衍射图样，下列选项正确的是（　　）
A．甲图是白光的单缝衍射条纹
B．乙图是单色光单缝衍射产生的图样
C．丙图是法国科学家泊松在实验中首次观察到的泊松亮斑
D．丁图是英国物理学家沃森和克里克做实验获得的一系列DNA纤维的电子射线衍射图样
2.（多选）某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图甲、乙所示的图样，则下列说法正确的是（ ）
A．图甲属于圆孔衍射
B．图乙的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，后来泊松发现圆板中心的确有这个亮斑
C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的
D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到了障碍物的影子里
【题型3 对影响衍射条纹宽度的因素的理解】
1.（多选）关于单缝衍射形成的条纹，下列说法正确的是（　　）
A．单缝的宽度越小，衍射条纹越亮 B．单缝的宽度越小，衍射现象越明显
C．入射光的波长越长，衍射现象越明显 D．入射光的波长越短，衍射现象越明显
2.用一束红色激光照射单缝，光屏上出现的现象如图所示，下列操作可使中央亮条纹变宽的是（　　）
A．增大激光束的宽度 B．减小单缝的宽度
C．减小屏到单缝的距离 D．改用绿色激光照射
【题型4 光的衍射及干涉图样的判断】
1.（多选）某实验小组在光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后，得到如下四幅图样，下列有关说法正确的是（　　）
A．甲是单缝衍射图样 B．乙是双缝干涉图样
C．丙是小圆孔衍射图样 D．丁是小圆板“泊松亮斑”衍射图样
2.下列四幅图中形成原理与其他三幅图不同的是（ ）
A．B．C． D．
3.在白炽灯的照射下从两块捏紧的玻璃板表面看到彩色条纹，通过狭缝观察发光的白炽灯也会看到彩色条纹，这两种现象（　　）
A．前者是光的衍射现象，后者是光的折射现象
B．前者是光的干涉现象，后者是光的衍射现象
C．前者是光的干涉现象，后者时光的折射现象
D．前者是光的衍射现象，后者是光的干涉现象
4.6 光的偏振 激光
知识点1：偏振、光的偏振
一、偏振
1、定义：波分为纵波和横波。在纵波中，各点的振动方向总与波的传播方向在同一直线上。在横波中，各点的振动方向总与波的传播方向垂直。不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是不同的。这个现象称为“偏振现象”。横波的振动方向称为“偏振方向”。
2、横波独有的特征
偏振现象是横波所特有的，故利用偏振现象可判断一列波是横波还是纵波。
二、光的偏振
1、偏振片：由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，沿着这个方向振动的光波能顺利通过偏振片，偏振方向与这个方向垂直的光波不能通过，这个方向叫作“透振方向”。
2、观察光的偏振
（1）取一个偏振片P，让阳光或灯光通过偏振片P，与偏振片透振方向相同的光能通过偏振片，如图甲所示。
（2）在偏振片P的后面再放置另一个偏振片Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片Q，当偏振片Q与P的透振方向平行时，穿过Q的光最强，如图乙所示。
（3）当Q与P的透振方向垂直时，光不能透过Q，如图丙所示。
3、偏振光的产生方式
（1）让自然光通过偏振片即可产生偏振光。
（2）自然光在玻璃、水面等表面反射或折射时，反射光和折射光都是偏振光，入射角变化时偏振的程度也有变化。
【题型1 偏振现象】
1.用图示实验装置演示光的偏振现象，白炽灯O发出的光通过两个透振方向平行的偏振片，照到光屏上，通过偏振片前后的光束分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示，下列说法正确的是（　　）
A．白炽灯发出的光是纵波
B．偏振片起到起偏的作用
C．光束Ⅱ中光振动方向与透振方向平行
D．将偏振片以光传播方向为轴转过，光束Ⅲ将消失
知识点2：偏振现象的应用
一、相机的偏振滤光片
在拍摄水面下的景物、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，常使景象不清楚，如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片，就可使反射来的偏振光不能进入照相机内，从而可驶来拍出清晰的照片。
二、在汽车挡风玻璃上安装偏振片
在夜间行车时，迎面开来汽车的车灯眩光常常使司机看不清路面，容易发生事故，如果在每辆车灯玻璃上和司机前面的挡风玻璃上安装一块偏振片，并使它们的透振方向跟水平方向成45°角，就可以解决这一问题。
三、立体电影
在拍摄立体电影时，用两个摄影机分别拍下同一物体的两个画面，放映时把两个画面同时放映在银幕上。在放映时，有两个放映机，每个放映机镜头前放一个偏振片，两个偏振片的透振方向相互垂直，观众戴上用偏振片制成的眼镜，银幕上的两个画面分别通过两只眼睛观看，在人的脑海中就形成立体化的影像。
【题型2 偏振现象的应用】
1.近视眼镜上可以镀一层增透膜，利用光的干涉来减少光线的反射，提高镜面清晰度。下列现象原理与上述相同的是（ ）
A．弯曲的水流可以导光 B．用偏振眼镜看3D电影，感受到立体的影像
C．阳光下的肥皂薄膜呈现彩色 D．白光通过三棱镜，出现色散现象
2.观看立体电影时要戴偏振片制成的眼镜，眼镜左右镜片透振方向的夹角是（　　）
A．0° B．30° C．60° D．90°
知识点3：激光的特点及其应用
一、激光和激光的产生
1、传播方向、偏振、相位等性质完全相同的光波叫作激光。激光是相干光，激光是人工产生的光。
2、在现代科学技术中用激光器产生激光。
二、激光的特点及应用
特点 应用 原理
相干性好 光纤通信 激光的频率比无线电波高很多，它所能携带的信息量比无线电波大
平行度好 激光测距、激光雷达 对准目标发射激光脉冲，测量发射脉冲和接收到反射脉冲的时间间隔，可精确求出发射点与目标之间的距离
激光读写（DVD机、光盘、光驱） 利用激光可以在光盘上刻录密度很高的信息，也可以利用激光从 DVD 机或计算机的光盘上读出记录的信息
亮度高 激光加工、激光手术、激光武器 可在很小的空间、很短的时间内集中很大的能量
【题型3 激光的特点及应用】
1.（多选）激光被誉为“神奇的光”，关于激光的应用，下列说法正确的是（ ）
A．激光用来控制核聚变，是因为它的方向性好，光源的能量能集中在很小一点上，可以在空间某个小区域内产生极高的温度
B．激光能像无线电波那样被调制，用来传递信息
C．能用激光拦截导弹，摧毁卫星，是因为激光在大气中传播不受大气的影响
D．能利用激光测量地面到月球表面的距离，是因为激光平行度好、方向性好
【题型4 光现象的辨析】
1.关于光现象及应用，下列说法正确的是（　　）
A．摄影师拍摄水中的游鱼时，常常在镜头前加装一块偏振镜，偏振镜旋转到合适角度时，经过水面的反射光通过偏振镜时减弱，拍摄效果较好
B．由于光的折射现象，空中的水鸟看到水里的鱼的像比实际位置偏高，而水里的鱼看到空中的水鸟的像比实际位置偏低
C．雨后天空出现的彩虹，阳光下肥皂泡表面有彩色花纹，都是光的干涉引起的
D．在光的双缝干涉实验中，其他条件不变，双缝间距越小，观察到屏上条纹间距越小
E．高性能相机镜头表面镀了一层透光的膜，看起来有颜色，这是由光的偏振现象引起的

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