資源簡介

1．光的折射
第1課時　光的折射
1．知道光的反射、折射現象及折射率的概念，能對簡單現象進行解釋。
2．理解光的反射定律和折射定律，能夠應用幾何知識分析物理問題。
3．經歷光的折射定律的探究過程，體會科學探究的重要作用。
4．結合生活中的光學現象，培養學生的興趣。
　折射定律
1．光的反射
(1)反射現象：光從第1種介質射到該介質與第2種介質的分界面時，一部分光會返回到第1種介質的現象。如圖所示。
(2)反射定律：反射光線與入射光線、法線處在同一平面內，反射光線與入射光線分別位于法線的兩側；反射角等于入射角。
2．光的折射
(1)折射現象：光從第1種介質射到它與第2種介質的分界面時，一部分光進入第2種介質的現象。
(2)折射定律。
折射光線與入射光線、法線處在同一平面內，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側；入射角的正弦與折射角的正弦成正比，即＝n12(式中n12是比例常數)。
(3)與光的反射現象一樣，在光的折射現象中，光路也是可逆的。
　折射現象和反射現象往往同時產生，由于反射的存在，折射光的能量小于入射光的能量，且折射光的能量隨入射角的增大而逐漸減小。
如圖甲所示，我們從水面上會看到水中的筷子向上“彎折”，圖乙為對應的光路。
問題1　人的眼睛是如何判斷物體的位置的？圖乙中眼睛是如何看到筷子的？
提示：人的眼睛是逆著射入眼睛的光線方向，通過至少兩條光線的交點判斷物體的位置的。 圖乙中眼睛是逆著出射光線的反向延長線看到筷子的。
問題2　上面的情境是什么現象？其原理是什么？
提示：光的折射現象，折射定律。
1．光的折射
(1)光的方向：光從一種介質斜射進入另一種介質時，傳播方向要發生變化。
(2)光的傳播速度：由v＝知，光從一種介質進入另一種介質時，傳播速度一定發生變化。
注意：當光垂直于界面入射時，光的傳播方向不變，但這種情形也屬于折射，光的傳播速度仍要發生變化。
(3)入射角與折射角的大小關系：當光從折射率小的介質斜射入折射率大的介質時，入射角大于折射角，當光從折射率大的介質斜射入折射率小的介質時，入射角小于折射角。
2．解決光的折射問題的基本思路
(1)根據題意畫出正確的光路圖。
(2)利用幾何關系確定光路圖中的邊、角關系，要注意入射角、折射角分別是入射光線、折射光線與法線的夾角。
(3)利用折射定律n＝、折射率與光速的關系n＝列方程，結合數學三角函數的關系進行運算。
【典例1】　(折射現象的理解)(2021·湖北卷)如圖是兩個并排而且深度相同的水池，一個裝水，另一個未裝水，在兩池的中央各豎立著一只長度相同而且比池深略高的標桿。當陽光斜照時就會在池底形成桿的影子，下列說法正確的是(　　)
A．裝水的池中標桿影子較長
B．未裝水的池中標桿影子較長
C．兩池中標桿影子長度相同
D．裝水的池中標桿沒有影子
B　[未裝水時，光沿直線傳播從桿頂照射到池底的P點，而裝水時，光沿直線傳播從桿頂照射到水面時發生折射，由于折射角較小，故照射到池底的Q點，如圖所示，可知未裝水的池中標桿影子較長，故B正確。
]
【典例2】　(折射定律的應用)若光線以60°的入射角從空氣射入玻璃中，折射光線與反射光線恰好垂直。
(1)畫出折射光路圖；
(2)當入射角變為45°時，折射角的正弦值為多大？
[解析]　(1)光路圖如圖所示，其中AO為入射光線，OB為折射光線。
(2)n＝，當入射角為45°時，n不變，由n＝，
得sin θ2′＝。
[答案]　(1)見解析圖　(2)
　解決光的折射問題的基本思路
(1)根據題意正確畫出光路圖。
(2)利用幾何關系確定光路中的邊、角關系，注意入射角、反射角、折射角的確定。
(3)利用反射定律、折射定律求解有關問題。
(4)注意光路可逆性的利用。
[跟進訓練]
1．如圖所示，一條光線由空氣射到半圓柱體玻璃磚表面的圓心處，玻璃磚的半圓表面上(反射面)鍍有銀，則圖示幾個光路圖中，能正確、完整地表示光線行進過程的是(　　)
A　　　　　　　　　　　B
C　　　　　　　　　　　D
D　[光線在圓心O處發生折射和反射，折射光線與半圓表面垂直，到達半圓表面后沿原路返回，返回至空氣與玻璃的交界處時再次發生反射和折射，折射光線遵循光路可逆原理，故D正確。]
　折射率
1．物理意義
反映介質的光學性質的物理量。
2．定義
光從真空射入某種介質發生折射時，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫作這種介質的絕對折射率，簡稱折射率，即n＝。
3．折射率與光速的關系
某種介質的折射率，等于光在真空中的傳播速度c與光在這種介質中的傳播速度v之比，即n＝。
4．特點
任何介質的折射率n都大于1。
一束白光通過三棱鏡后會分解為多種顏色的單色光，圖中自上而下分別為紅橙黃綠藍靛紫，這就是大家非常熟悉的光的色散現象。
問題：結合光的色散現象，分析除了介質的自身性質之外，折射率還和哪種因素有關？有什么關系？
提示：折射率還和光的波長有關。波長越長，折射率越小。
1．關于正弦值　當光由真空射入某種介質中，入射角、折射角以及它們的正弦值是可以改變的，但正弦值之比是一個常數。
2．關于常數n　入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一個常數，但不同介質具有不同的常數，說明該常數反映著該介質的光學特性。
3．光傳播速度　介質的折射率n跟光在其中的傳播速度v有關，即n＝，由于光在真空中的傳播速度c大于光在任何介質中的傳播速度v，所以任何介質的折射率n都大于1。因此，光從真空斜射入任何介質時，入射角均大于折射角；而光由介質斜射入真空時，入射角均小于折射角。
4．決定因素
(1)介質的折射率是反映介質的光學性質的物理量，它的大小只能由介質本身及光的性質共同決定，不隨入射角、折射角的變化而變化。
(2)同種介質中，光的波長越長，則折射率越小。(真空除外)
5．“相對折射率”與“絕對折射率”　光從介質1射入介質2時，入射角θ1與折射角θ2的正弦之比叫作介質2對介質1的相對折射率，通常用n12表示。若介質1是真空，則介質2相對真空的折射率叫作該介質的絕對折射率，通常用n表示。設介質1的絕對折射率為n1，介質2的絕對折射率為n2，則n12＝。
【典例3】　(2022·湖北黃岡高二月考)如圖所示，玻璃磚的截面由半徑為R的四分之一圓和直角三角形OBC組成，已知點O為四分之一圓的圓心，∠C＝30°，D是圓弧AB上的一點，D點到AC的距離為R，一束單色光平行于AC從D點射入玻璃磚中，折射光線平行于BC，則該玻璃磚的折射率為(　　)
A．3　　　B．2　　　C．　　　D．
C　[畫出光路圖如圖所示
由題意可知∠C＝30°，D點到AC的距離為R，根據幾何關系可得，入射角為θ＝60°，折射角為α＝30°，根據折射率公式可得n＝，A、B、D錯誤，C正確。故選C。]
　折射率的兩種計算方法
(1)應用折射定律計算：n＝。
(2)應用折射率與光速的關系計算：n＝。
[跟進訓練]
2．(多選)(2022·河南原陽高二月考)兩束不同頻率的單色光a、b從空氣平行射入水中，發生了如圖所示的折射現象(α>β)。下列結論中正確的是(　　)
A．水對光束a的折射率比水對光束b的折射率小
B．水對光束a的折射率比水對光束b的折射率大
C．在水中的傳播速度，光束a比光束b大
D．在水中的傳播速度，光束a比光束b小
AC　[由題意知a、b的入射角相同，由圖可知，折射角α>β，根據折射率公式n＝可得水對b光束的折射率大，選項A正確，B錯誤；根據v＝知，a光束折射率小，在水中傳播速度大，選項C正確，D錯誤。故選A、C。]
1．一束光線從空氣射向玻璃，入射角為α。下列四幅光路圖正確的是(　　)
A　　　　　　　　　B
C　　　　　　　　　D
A　[一束光線從空氣射向玻璃，發生折射，入射角為α，折射角小于入射角α；光線在分界面上還會發生反射，故選項A正確。]
2．關于光的折射現象，下列說法中正確的是(　　)
A．折射角一定小于入射角
B．折射率跟折射角的正弦值成反比
C．折射率大的介質，光在其中的傳播速度小
D．折射角增大為原來的2倍，入射角也增大為原來的2倍
C　[光從折射率大的介質射向折射率小的介質時，折射角大于入射角，選項A錯誤；折射率的大小是由介質本身決定的，與折射角的正弦值無關，選項B錯誤；根據v＝可知，折射率大的介質，光在其中的傳播速度小，選項C正確；根據n＝可知，折射角增大為原來的2倍，入射角不一定也增大為原來的2倍，選項D錯誤。]
3．玻璃中有一個球形氣泡。一束平行光射入氣泡，下列光路圖正確的是(　　)
A　　　　　　　　　　B
C　　　　　　　　　　D
B　[光從玻璃進入空氣，入射角小于折射角，后來又從玻璃進入空氣，則入射角大于折射角，其光路圖如圖所示，所以B正確，A、C、D錯誤。]
4．為了從軍事工事內部觀察外面的目標，工事壁上開有一長方形孔，設工事壁厚d＝20 cm，孔的寬度L＝20 cm，孔內嵌入折射率n＝的玻璃磚，如圖所示。
試問：
(1)嵌入玻璃磚后，工事內部人員觀察到外界的視野的最大張角為多少？
(2)要想使外界180°范圍內的景物全被觀察到，則應嵌入折射率最小為多大的玻璃磚？
[解析]　工事內部的人從玻璃磚左側能最大范圍觀察右邊的目標，光路如圖所示。
tan β＝，可得β＝30°，
(1)由折射定律有，
得α＝60°，
則視野的張角最大為2α＝120°。
(2)要使視野的張角為180°，則光線從空氣射入玻璃磚時最大入射角為90°，
由折射定律有＝nmin，解得nmin＝2，應嵌入折射率最小為2的玻璃磚。
[答案]　(1)120°　(2)2
回歸本節知識，自我完成以下問題：
1．光在兩種介質的表面會發生哪些現象？
提示：反射和折射。
2．光的折射定律的內容是什么？
提示：折射光線與入射光線、法線在同一平面內，折射光線和入射光線分居在法線兩側，入射角的正弦與折射角的正弦成正比。
3．折射率的物理意義是什么？
提示：描述介質對光線偏折能力的大小。
4．如何計算折射率？
提示：n＝。第2課時　實驗：測定玻璃的折射率
1．知道測量玻璃的折射率的原理、方法和步驟。
2．會確定入射光線、折射光線、入射角及折射角。
3．學會用不同方法計算玻璃的折射率。
類型一　實驗原理與操作
【典例1】　如圖甲所示，某同學在“測量玻璃的折射率”的實驗中，先將白紙平鋪在木板上并用圖釘固定，玻璃磚平放在白紙上，然后在白紙上確定玻璃磚的界面aa′和bb′。O為直線AO與aa′的交點。在直線OA上豎直地插上P1、P2兩枚大頭針。
(1)該同學接下來要完成的必要步驟有________。
A．插上大頭針P3，使P3僅擋住P2的像
B．插上大頭針P3，使P3擋住P1的像和P2的像
C．插上大頭針P4，使P4僅擋住P3
D．插上大頭針P4，使P4擋住P3和P1、P2的像
(2)過P3、P4作直線交bb′于O′，過O′作垂直于bb′的直線NN′，連接OO′。測量圖中角α和β的大小，則玻璃磚的折射率n＝________。
(3)如圖乙所示，該同學在實驗中將玻璃磚界面aa′和bb′的間距畫得過寬。若其他操作正確，則折射率的測量值________(選填“大于”“小于”或“等于”)準確值。
[解析]　(1)該同學接下來要完成的必要步驟有：確定P3大頭針的位置，方法是插上大頭針P3，使P3能擋住P1、P2的像。確定P4大頭針的位置，方法是大頭針P4能擋住P3和P1、P2的像。故該同學接下來要完成的必要步驟有B、D。
(2)根據折射定律得：玻璃磚的折射率為n＝。
(3)將玻璃磚界面aa′和bb′的間距畫得過寬但仍平行，而其他操作正確，導致α角偏大，由于n＝，故折射率的測量值將偏小。
[答案]　(1)BD　(2)　(3)小于
類型二　數據處理與分析
【典例2】　如圖所示，某同學用插針法測量一半圓形玻璃磚的折射率。在平鋪的白紙上垂直于紙面插大頭針P1、P2確定入射光線，并讓入射光線過圓心O，在玻璃磚(圖中實線部分)另一側垂直紙面插大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，連接OP3，圖中MN為分界面，虛線半圓與玻璃磚對稱，B、C分別是入射光線、折射光線與圓的交點，AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D點。
(1)設AB的長度為l1，AO的長度為l2，CD的長度為l3，DO的長度為l4，為較方便地表示出玻璃磚的折射率，需用刻度尺測量____________，則玻璃磚的折射率可表示為________。
(2)該同學在插大頭針P3前不小心將玻璃磚以O為圓心順時針轉過一小角度，由此測得玻璃磚的折射率將________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。
[解析]　(1)sin i＝，sin r＝，因此玻璃的折射率n＝，因此只需測量l1和l3長度即可。
(2)當玻璃磚順時針轉過一個小角度時，在處理數據時，認為l1是不變的，即入射角不變，而l3減小，所以測量值n＝將偏大。
[答案]　(1)l1和l3　n＝　(2)偏大
類型三　創新實驗設計
【典例3】　某同學設計了一個測量液體折射率的儀器，如圖所示。在一個圓形木盤上過其圓心O作兩條相互垂直的直徑BC、EF，在半徑OA上垂直圓盤面插下兩枚大頭針P1、P2并保持P1、P2的位置不變，每次測量時，讓圓盤的BFC部分豎直浸入液體中，而且使液面與直徑BC相平，EF為界面的法線，而后在圖中右上方區域觀察P1、P2的像，并在圓周上插上大頭針P3，使P3正好擋住P1、P2的像。同學們通過計算，預先在圓周EC部分刻好了折射率的值。這樣只要根據P3所插的位置，就可直接讀出液體折射率的值。
(1)若∠AOF＝30°，OP3與OC的夾角為30°，則P3處所對應的折射率的值為________。
(2)圖中P3、P4兩位置哪一處所對應的折射率值大？________。
(3)作AO的延長線交圓周于K，K處所對應的折射率的值應為________。
[解析]　(1)此時OP3與OE之間的夾角為入射角，θ1＝60°，θ2＝30°，則n＝。
(2)P4對應的入射角大，折射角相同，所以對應的折射率大。
(3)當在K位置時，入射角與折射角相等，所以折射率等于1。
[答案]　(1)　(2)P4　(3)1
1．(2022·天津薊州高二期末)在測量玻璃的折射率實驗中：
(1)圖甲所示為實驗使用的長方體玻璃磚，實驗時不能用手直接接觸玻璃磚的________(選填“磨砂面”或“光學面”)。
(2)一實驗小組按實驗要求繪出的長方體玻璃磚界面和四個針孔a、b、c、d的位置如圖乙所示，圖中的ab表示入射光線，θ1為入射角，請描出折射光線的徑跡并標出對應的折射角θ2。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
[解析]　(1)玻璃磚的光學面不能用手直接接觸，否則，接觸面的污漬會影響接觸面的平整，進而影響折射率的測定。
(2)連接dc并延長至玻璃磚的下光學面與白紙的交線，交點為出射點，入射點與出射點的連線即為折射光線，折射角θ2如圖所示。
[答案]　(1)光學面　(2)見解析圖
2．在“測定玻璃的折射率”的實驗中：
(1)小朱同學在實驗桌上看到方木板上有一張白紙，白紙上有如圖甲所示的實驗器材，他認為除了缺刻度尺還少了一種器材，請你寫出所缺器材的名稱：________。老師將器材配齊后，他進行實驗，圖乙是他在操作過程中的一個狀態，請你指出第四枚大頭針應在圖乙中的位置________(選填“A”“B”或“C”)。
(2)小朱利用方格坐標紙測定玻璃的折射率，如圖丙所示，AO是畫在紙上的直線，他在直線AO適當位置豎直插上P1、P2兩枚大頭針，放上半圓形玻璃磚，使其圓心與O重合，然后插上P3、P4兩枚大頭針，以確定折射光線。其中他確定P3大頭針位置的方法應當是________。操作完成后，他用圓規作了一個以O為圓心、半徑與玻璃磚半徑相同的半圓(如圖丙中虛線所示)，則他測出玻璃磚的折射率n＝________。
[解析]　(1)還缺少大頭針；依據光的折射定律，及玻璃磚上下表面平行，那么出射光線與入射光線相互平行，因此第四枚大頭針應在圖乙中的位置B處，如圖所示。
(2)透過玻璃磚看，P3大頭針擋住P1、P2兩枚大頭針的像；
如圖所示，作出法線，過圓與入射光線與折射光線的交點作法線的垂線CA和DB，由數學知識得：入射角和折射角的正弦值分別為：
sin i＝，sin r＝
其中CO＝DO，則折射率n＝＝1.5。
[答案]　(1)大頭針　B　(2)擋住P1、P2的像　1.5
3．現要估測一矩形玻璃磚的折射率n，給定的器材有：待測玻璃磚、白紙、鉛筆、大頭針1枚、直尺、直角三角板。實驗時，先將直尺的一端O和另一點M標上明顯的標記，再將玻璃磚平放在白紙上，沿其兩個長邊在白紙上畫出兩條直線AB、CD，再將直尺正面緊貼玻璃磚的左邊緣放置，使O點與直線CD相交，并在白紙上記下點O、M的位置，如圖所示，然后在右上方通過AB所在界面向左下方觀察，調整視線方向，直到O點的像與M點的像重合，再在AB直線上插上大頭針，使大頭針擋住M、O的像，記下大頭針P點的位置。
(1)請在原圖上作出光路圖；
(2)計算玻璃磚的折射率的表達式為：n＝________(用字母P和圖中已知線段字母表示)。
[解析]　(1)調整視線方向，當O點的像和M點的像重合時，從O點發出的光線經玻璃磚折射后與從M點發出的光線經AB面反射后重合。在觀察的一側插上大頭針，使大頭針擋住M、O的像，則大頭針的位置為折射光線射出玻璃磚的點和從M點發出的光線在AB面上的反射點，如圖所示。
(2)折射率n＝。
[答案]　(1)見解析圖　(2)
4．用圓弧狀玻璃磚做測量玻璃折射率的實驗時，先在白紙上放好圓弧狀玻璃磚，在玻璃磚的一側豎直插上兩枚大頭針P1、P2，然后在玻璃磚的另一側觀察，調整視線使P1的像被P2的像擋住，接著在眼睛所在的一側插兩枚大頭針P3和P4，使P3擋住P1和P2的像，P4擋住P3以及P1和P2的像，在紙上標出大頭針位置和圓弧狀玻璃磚輪廓，如圖甲所示，其中O為兩圓弧所在圓的圓心，圖中已畫出經過P1、P2點的入射光線。
(1)在圖上補畫出完整的光路。
(2)為了測出玻璃磚的折射率，需要測量入射角i和折射角r，請在圖中的分界面兩側畫出這兩個角。
(3)多次改變入射角，測得幾組入射角和折射角，根據測得的入射角i和折射角r的正弦值，畫出了如圖乙所示的圖像，由圖像可知該玻璃的折射率n＝________。
[解析]　(1)P3、P4的連線與的交點即為光線從玻璃磚中射出的位置，P1、P2的連線與的交點即為光線進入玻璃磚的位置，連接這兩點即可作出玻璃磚中的光路，如圖所示。
(2)連接O點與光線在上的入射點所得直線即為法線，標出入射角和折射角如圖中i、r所示。
(3)圖乙中圖線的斜率k＝＝n，由圖乙可知斜率為1.5，即該玻璃的折射率為1.5。
[答案]　(1)見解析圖　(2)見解析圖　(3)1.52．全反射
1．了解光的全反射，知道光疏介質、光密介質、臨界角等概念。
2．了解光導纖維的原理及應用。
3．理解全反射的條件，能利用全反射規律解釋相關問題。
4．觀察全反射現象，經歷探究全反射規律的過程。
5．借助全反射棱鏡和光導纖維在生產、生活中的應用，培養學生興趣。
　全反射
1．光疏介質和光密介質　對于折射率不同的兩種介質，我們把折射率較小的介質稱為光疏介質，折射率較大的介質稱為光密介質，光疏介質與光密介質是相對的。
2．全反射　當光從光密介質射入光疏介質時，同時發生折射和反射，當入射角增大到某一角度，使折射角達到90°時，折射光線完全消失，只剩下反射光線。這種現象叫作全反射，這時的入射角叫作臨界角。
3．全反射的發生條件
(1)光線從光密介質進入光疏介質。
(2)入射角大于或等于臨界角。
4．臨界角C與折射率n的關系　sin C＝。
　介質的折射率越大，光線發生全反射的臨界角越小。
如圖所示，讓光沿著半圓形玻璃磚的半徑射到它的平直的邊上，在這個邊與空氣的界面上會發生反射和折射。
問題1　比較圖甲、乙，逐漸增大入射角，反射角(光線)和折射角(光線)有什么變化？
提示：圖甲→圖乙：入射角逐漸增大，反射角、折射角都逐漸增大；反射光越來越強，折射光越來越弱。
問題2　觀察圖丙，有什么特點？
提示：圖丙中折射光線消失，反射光與入射光的亮度幾乎相同，發生了全反射。
1．光疏介質和光密介質的分析
(1)光疏介質和光密介質的比較。
介質種類 光的傳播速度 折射率
光疏介質 大 小
光密介質 小 大
(2)相對性：光疏介質、光密介質是相對的。任何兩種透明介質都可以通過比較光在其中傳播速度的大小或折射率的大小來判斷誰是光疏介質或光密介質。
(3)光疏、光密與密度的關系：光疏和光密是從介質的光學特性來說的，并不是它的密度大小。例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介質。
2．全反射現象
(1)臨界角。
①折射角等于90°時的入射角。
②若光從光密介質(折射率為n)射向真空或空氣時，發生全反射的臨界角為C，則sin C＝。
③介質的折射率越大，發生全反射的臨界角越小。
(2)全反射遵循的規律：發生全反射時，光全部返回原介質，入射光與反射光遵循光的反射定律，由于不存在折射光線，光的折射定律不再適用。
(3)從能量角度來理解全反射：當光從光密介質射入光疏介質時，隨著入射角增大，折射角也增大。同時折射光線強度減弱，能量減小，反射光線強度增強，能量增加，當入射角達到臨界角時，折射光線強度減弱到零，反射光的能量等于入射光的能量。
【典例1】　(2022·全國甲卷)如圖，邊長為a的正方形ABCD為一棱鏡的橫截面，M為AB邊的中點。在截面所在平面內，一光線自M點射入棱鏡，入射角為60°，經折射后在BC邊的N點恰好發生全反射，反射光線從CD邊的P點射出棱鏡。求棱鏡的折射率以及P、C兩點之間的距離。
[解析]　設光在AB面的折射角為r，則由折射定律有n＝
光在BC面恰發生全反射，有sin C＝
由幾何知識有r＋C＝90°
聯立解得sin C＝，sin r＝
設BN＝b，PC＝c，則有sin r＝，sin C＝，聯立解得c＝a。
[答案]　a
　解決全反射問題的基本思路
(1)確定光是由光疏介質進入光密介質還是由光密介質進入光疏介質。
(2)若由光密介質進入空氣，則根據sin C＝確定臨界角，看是否發生全反射。
(3)根據題設條件，畫出入射角等于臨界角的“臨界光路”。
(4)運用幾何關系、三角函數關系、反射定律等進行判斷推理，進行動態分析或定量計算。
[跟進訓練]
1．如圖甲所示，為研究一半圓柱體透明新材料的光學性質，用激光由真空沿半圓柱體徑向射入，入射光線與法線成θ角，光學傳感器CD可以探測反射光的強度。實驗獲得從AB面反射回來的反射光的強度隨θ角變化的情況如圖乙所示。光在真空中傳播速度為c，則該激光在這種透明新材料中(　　)
A．折射率為
B．傳播速度為c
C．θ＝0°時，反射光強度為0
D．反射光的強度隨θ角的增大而增大
B　[根據題圖圖像可得當θ＝60°時激光發生全反射，根據折射定律得n＝，故A錯誤；根據光的速度公式v＝c，故B正確；θ＝0°時，大量的激光從O點射出，少量激光反射，故C錯誤；根據圖像可得，當θ＝60°時激光發生全反射，反射光的強度不變，故D錯誤。]
　全反射棱鏡和光導纖維
1．全反射棱鏡
(1)形狀：截面為等腰直角三角形的棱鏡。
(2)全反射棱鏡的特點：當光垂直于它的一個界面射入后，都會在其內部發生全反射，與平面鏡相比，它的反射率很高。
2．光導纖維
(1)導光原理：利用了光的全反射。
(2)構造：由內芯和外套兩層組成。內芯的折射率比外套的大，光傳播時在內芯與外套的界面上發生全反射。
(3)光導纖維除應用于光纖通信外，還可應用于醫學上的內窺鏡等。
(4)光纖通信的優點是傳輸容量大、衰減小、抗干擾性及保密性強等。
圖甲為雙筒望遠鏡，其核心部件是全反射棱鏡；圖乙為醫用內窺鏡，其重要部件是光導纖維做傳像束。
問題1　全反射棱鏡應用了光的全反射原理，其構造有什么特點？
提示：全反射棱鏡的截面是等腰直角三棱鏡。
問題2　光導纖維應用了什么原理？其構造有什么特點？
提示：光導纖維應用了光的全反射原理，是非常細的特制玻璃絲，它由內芯和外套兩層組成，內芯的折射率比外套的大。
1．光通過全反射棱鏡時的幾種入射方式
入射方式 方式一 方式二 方式三
光路圖
入射面 AB AC AB
全反射面 AC AB、BC AC
光線方向改變角度 90° 180° 0°(發生側移)
2．光導纖維內芯的折射率
設光導纖維內芯的折射率為n，當入射光線的入射角為θ1時，進入端面的折射光線傳到側面時恰好發生全反射，如圖所示。
則有sin C＝，C＋θ2＝90°，由以上各式可得sin θ1＝。由圖可知：當θ1增大時，θ2增大，而從纖維射向空氣中的光線的入射角θ減小。當θ1＝90°時，若θ＝C，則所有進入纖維中的光線都能發生全反射，即有sin 90°＝，解得n＝。故當光導纖維折射率為時，就可以使以任意角度入射的光都能發生全反射。
【典例2】　如圖所示，一根長為l＝5.0 m的光導纖維用折射率n＝的材料制成。一束激光由其左端的中心點以45°的入射角射入光導纖維內，經過一系列全反射后從右端射出，真空中光的傳播速度c＝3.0×108 m/s，求：
(1)該激光在光導纖維中的速度v；
(2)該激光在光導纖維中傳輸所經歷的時間。
[解析]　(1)由n＝可得v≈2.1×108 m/s。
(2)由n＝可得光線從左端面射入后的折射角為30°，射到側面時的入射角為60°，大于臨界角45°，因此發生全反射。同理光線每次在側面都將發生全反射，直到光線到達右端面，其光路如圖所示：
由幾何關系可以求出光線在光導纖維中通過的總路程s＝，因此該激光在光導纖維中傳輸所經歷的時間t＝≈2.7×10-8 s。
[答案]　(1)2.1×108 m/s　(2)2.7×10-8 s
　求解光導纖維問題的注意點
(1)全反射問題：要使光在光導纖維側面發生全反射，光在光纖側面的入射角必須大于或等于臨界角，注意光在光纖側面的入射角與進入光纖端面時的入射角之間的關系。
(2)傳播時間問題：光在光纖中的傳播時間，等于光纖長度與光在光纖中的傳播速度在光纖軸線方向的分量的比值。在剛好發生全反射時，光在光纖中的傳播速度在光纖軸線方向的分量最小，傳播時間最長。
[跟進訓練]
2．空氣中兩條光線a和b從方框左側入射，分別從方框下方和上方射出，其框外光線如圖所示，方框內有兩個折射率n＝1.5的全反射棱鏡。下列選項中給出了兩個棱鏡的四種放置方式的示意圖，其中能滿足題意的是(　　)
A　　　　B　　　　　C　　　　　D
B　[四個選項中棱鏡產生的光路效果如圖所示，由光路圖知，選項B滿足題意。
A　　　　　　　B
C　　　　　　　D]
3．(多選)(2022·廣東深圳高二月考)光纖通信采用的光導纖維由內芯和外套組成，長為L，其側截面如圖所示，一復色光以入射角θ0從軸心射入光導纖維后分為a、b兩束單色光，兩單色光在內芯和外套界面多次全反射后從光導纖維另一端射出，已知內芯材料對a光的折射率為n，真空中的光速為c。下列說法正確的是(　　)
A．內芯材料對b光的折射率大于n
B．在內芯中a光傳播速度比b光小
C．若a光恰好發生全反射，則在這段光纖中的傳播時間為
D．當sin θ0逐漸增大到時，開始有光從纖維側壁射出
AC　[設折射角為α，根據n＝，由于a光的折射角大于b光的折射角，因此內芯材料對b光的折射率大于對a光的折射率n，故A正確；根據n＝，由于內芯對a光的折射率小于對b光的折射率，因此在內芯中a光傳播速度比b光大，故B錯誤；若a光恰好發生全反射，光線a的臨界角為C，有sin C＝，則在這段光纖中的傳播時間為t＝，故C正確；光線a由內芯進入外套時的臨界角為C，如圖。
設外套的折射率為n1>1，內芯對外套的相對折射率為n′，則n′＝，sin C＝。
隨著入射角θ0逐漸增大，光線a與邊界間的夾角逐漸減小，恰好達到臨界角時，根據幾何關系C＋α＝，而n＝，整理得sin θ0＝＜，則當sin θ0還未增大到時，就開始有光從纖維側壁射出，故D錯誤。故選A、C。]
1．(多選)關于全反射，下列說法中正確的是(　　)
A．光從光密介質射入光疏介質時可能發生全反射
B．光從光疏介質射入光密介質時可能發生全反射
C．光從折射率大的介質射入折射率小的介質時可能發生全反射
D．光從其傳播速度大的介質射入其傳播速度小的介質時可能發生全反射
AC　[當光從光密介質(折射率大的介質)射入光疏介質(折射率小的介質)時有可能發生全反射；由n＝可知，光在折射率大的介質中傳播速度小，在折射率小的介質中傳播速度大，故A、C正確，B、D錯誤。]
2．水中的空氣泡、玻璃中的空氣泡，看上去比較亮，對這一現象表述正確的是(　　)
A．空氣泡對光線有會聚作用
B．空氣泡對光線有發散作用
C．從空氣泡到達水或玻璃與氣泡分界面處的光一部分發生全反射形成的
D．從水中或玻璃中射到空氣泡界面處的光一部分發生全反射形成的
D　[當光從水中或玻璃中射到空氣泡的界面處時，一部分光的入射角大于或等于臨界角，發生了全反射現象，所以水中的空氣泡和玻璃中的空氣泡看起來比較亮。故選D。]
3．如圖所示的長直光纖，柱芯為玻璃，外層用折射率比玻璃小的介質包覆。若光線自光纖左端進入，與中心軸的夾角為θ，則下列有關此光線傳播方式的敘述，正確的是(　　)
A．不論θ為何值，光線都不會發生全反射
B．不論θ為何值，光線都會發生全反射
C．θ夠小時，光線才會發生全反射
D．θ夠大時，光線才會發生全反射
C　[發生全反射的條件是光由光密介質射入光疏介質及入射角i要大于或等于臨界角C，即光線傳播到光纖側面時的入射角i應滿足i＝90°－θ≥C，θ≤90°－C，故選項C正確。]
4．(2022·江蘇太倉高級中學月考)瓦斯是無色、無味、透明的氣體，折射率比空氣大。如圖所示的是煤礦安保系統中常用的一種邏輯判斷元件，這種元件的“核心構件”是兩個完全相同的、截面為等腰直角三角形的棱鏡，兩棱鏡被平行拉開一小段距離，形成的通道與礦道大氣相通。棱鏡對紅光的折射率為1.5，一束紅光從棱鏡1的左側垂直射入，下列說法正確的是(　　)
A．正常情況下這束紅光能通過棱鏡2射出
B．將入射光改成綠光能提高瓦斯檢測的靈敏度
C．只要礦道空氣中存在瓦斯，這束紅光便不能從棱鏡2射出
D．只有礦道空氣中瓦斯達到危險濃度時，這束紅光才能從棱鏡2射出
D　[因為棱鏡對紅光的折射率為1.5，所以當一束紅光從棱鏡1的左側垂直射入時，在棱鏡1的斜邊的入射角為45°，正常情況下會發生全反射，所以正常情況下這束紅光不能通過棱鏡2射出，故A錯誤；因為綠光的折射率比紅光大，故將入射光改成綠光不能提高瓦斯檢測的靈敏度，故B錯誤；當礦
道空氣中瓦斯的濃度足夠大時，這束紅光才能從棱鏡2射出，故C錯誤，D正確。]
回歸本節知識，自我完成以下問題：
1．發生全反射的條件是什么？
提示：光由光密介質進入光疏介質，入射角大于或等于臨界角。
2．密度大的介質一定是光密介質嗎？
提示：不一定。
3．光的全反射有哪些常見應用？
提示：全反射棱鏡、光導纖維、內窺鏡。
光纖通信發展新趨勢——全光網絡
在光纖光纜中實現超高速、超大容量和超長距離的傳輸是光纖通信技術不懈追求的，而實現全光網絡覆蓋是光纖通信的最終目標。
所謂全光網絡，是指網絡傳輸與網絡交換過程全部以光信號完成，只在進出網絡時才進行光電轉換。在傳輸過程中無需對電信號進行處理，因此可采用SDH、PDH和ATM等各種傳輸方式，有效地提高網絡利用率。全光網絡將是光纖通信技術發展的終極目標和理想階段，未來的超高速通信網絡將由全光網絡覆蓋。現有的光纖網絡僅僅實現了網絡節點之間的全光通信，而網絡節點部分仍為電器件，電器件自身的性能成了通信系統骨干網總容量提高的一大瓶頸。全光網絡中全部環節的電節點都由光節點替換，節點之間的通信也實現了全光化，信息的傳輸與交換始終以光信號形式完成，在對數據信息進行計算與處理的過程中不再以“比特”為基本單位，取而代之的是“波長”。因此，全光網絡將是今后光纖通信技術研究中一個非常重要的課題，也是一個具有顛覆性的課題。目前，全光網絡還處在發展初期、理論研究階段，但已顯現出良好的發展勢頭與明顯的技術優勢。從技術發展趨勢來看，形成一個以光交換技術結合WDM技術為核心的光通信網絡層，通過消除光電轉換瓶頸從而建立全光網絡已成為光纖通信發展的必然趨勢，更是未來通信系統傳輸網絡的核心。
1．光纖通信的原理是什么？
提示：光的全反射。
2．光纖通信的優點有哪些？
提示：信息傳輸容量大、衰減小、抗干擾性及保密性強。3．光的干涉
1．知道光的干涉現象，認識光干涉條紋的特征。
2．了解薄膜干涉，了解其應用。
3．知道形成干涉的過程，體會干涉的條件，能判斷條紋間距的變化。
4．經歷光的雙縫干涉的實驗過程，體會科學探究的意義。
5．通過對干涉圖像及干涉現象的應用，體會物理知識之美。
　光的雙縫干涉
1．物理史實
1801年，英國物理學家托馬斯·楊成功地觀察到了光的干涉現象，開始讓人們認識到光的波動性。
2．雙縫干涉實驗
(1)實驗過程：讓一束平行的單色光投射到一個有兩條狹縫S1和S2的擋板上，兩狹縫相距很近，兩狹縫就成了兩個波源，它們的頻率、相位和振動方向總是相同的，兩個波源發出的光在擋板后面的空間互相疊加發生干涉現象。
(2)實驗現象：在屏上得到明暗相間的條紋。
(3)實驗結論：光是一種波。
3．決定條紋明暗的條件
(1)當兩個光源與屏上某點的距離之差等于波長λ的整數倍時，兩列光波在這點相互加強，出現亮條紋。
(2)當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的奇數倍時，兩列光波在這點相互減弱，出現暗條紋。
在楊氏雙縫干涉實驗中，將同一光源的光穿過雙縫，可在后方的屏上觀察到明暗相間的干涉圖案。
問題：是否可以使用兩個相同型號的燈泡代替雙縫進行實驗？為什么？
提示：不可以。無法保證兩束光為相干光。
1．雙縫干涉的實驗裝置
如圖所示，有光源、單縫、雙縫和光屏。
(1)單縫的作用：獲得一個線光源，使光源有唯一的頻率和振動情況。
(2)雙縫的作用：平行光照射到單縫S上，又照到雙縫S1、S2上，這樣一束光被分成兩束頻率相同和振動情況完全一致的相干光。
2．屏上某處出現亮、暗條紋的條件
頻率相同、振動步調相同的兩列光疊加時：
(1)產生亮條紋的條件：屏上某點P到兩條縫S1和S2的路程差正好是波長的整數倍，即|PS1－PS2|＝kλ(k＝0，1，2，3，…)。其中k＝0時，PS1＝PS2，此時P點位于屏上的O處，為亮條紋，此處的條紋叫中央亮條紋或零級亮條紋。k為亮條紋的級次。
(2)產生暗條紋的條件：屏上某點P到兩條縫S1和S2的路程差正好是半波長的奇數倍，即|PS1－PS2|＝(2k－1)(k＝1，2，3，…)。k為暗條紋的級次，從第1級暗條紋開始向兩側展開。
注意：頻率相同、振動步調相反的兩列光疊加時，產生亮、暗條紋的條件與上面的相反。
【典例1】　(2022·北京海淀模擬)某同學利用如圖所示實驗觀察光的干涉現象，其中A為單縫屏，B為雙縫屏，C為光屏。當讓一束陽光照射A屏時，C屏上并沒有出現干涉條紋，移走B后，C上出現一窄亮斑。分析實驗失敗的原因可能是(　　)
A．單縫S太窄
B．單縫S太寬
C．S到S1和S2距離不相等
D．陽光不能作為光源
B　[雙縫干涉實驗中單縫的作用是獲得線光源，而線光源可以看成是由許多個點光源沿一條線排列組成的，單縫的寬度應比較小，由題意知，這里觀察不到光的干涉現象是由于單縫太寬，得不到線光源。故選項B正確。]
[跟進訓練]
1．如圖所示是雙縫干涉實驗裝置示意圖，使用波長為600 nm的橙色光照射時，在光屏中心P點出現亮條紋，位于P點上方的P1點到S1、S2的路程差恰為600 nm。現改用波長為400 nm的紫色光照射，則(　　)
A．P和P1處都是亮條紋
B．P處為亮條紋，P1處為暗條紋
C．P處為暗條紋，P1處為亮條紋
D．P和P1處都是暗條紋
B　[P點到S1、S2的路程差為0，在P處出現亮條紋。P1點到S1、S2的路程差為600 nm＝3×nm，為紫色光半波長的奇數倍，則P1處出現暗條紋。B正確。]
　干涉條紋和光的波長之間的關系
1．相鄰兩條亮條紋或暗條紋的中心間距公式Δx＝λ。其中：d表示雙縫的距離；l表示雙縫到屏的距離；λ表示光的波長。
2．用不同顏色的光進行干涉實驗，條紋間距不同。紅光條紋間距最大，黃光條紋間距比紅光小，用藍光時更小。
如圖所示是幾種單色光的雙縫干涉圖樣，請問：
(1)單色光干涉時相鄰兩亮條紋的間距和相鄰兩暗條紋的間距相等嗎？
(2)用不同顏色的光做干涉實驗時干涉圖樣完全一樣嗎？
提示：(1)相等。
(2)不一樣，條紋間距不同。
1．雙縫干涉圖樣的特點
(1)單色光的干涉圖樣：
①中央為亮條紋；
②其余條紋為明暗相間的條紋，且相鄰條紋間距相等；
③波長越大，兩相鄰亮條紋(或暗條紋)間距越大。
(2)白光的干涉圖樣：
①中央條紋為白色；②其余為彩色條紋。
2．原理
頻率相同的兩列光疊加時，某些區域的光相互加強，出現亮條紋；某些區域的光相互減弱，出現暗條紋，且加強區與減弱區相互間隔，即亮、暗條紋相互間隔。
3．光的干涉條件
(1)兩列光的頻率相同；
(2)兩列光的振動方向相同；
(3)兩列光的相位差恒定或相位總相同。
4．亮條紋和暗條紋位置的確定(兩列光同相)
(1)若兩列光波到屏上某點的路程差Δx為波長λ的整數倍(或半波長的偶數倍)，即Δx＝kλ(k＝0，1，2，…)，出現亮條紋。
(2)若路程差Δx為半波長的奇數倍，即Δx＝(2k－1)(k＝1，2，…)，出現暗條紋。
5．干涉條紋和光的波長之間的關系
相鄰兩條亮條紋或暗條紋的中心間距Δx＝λ。
　(1)對于同一干涉裝置和同一單色光，條紋之間的距離相等。
(2)對于同一干涉裝置和不同顏色的光，條紋之間的距離與光波的波長成正比，即用紅光時條紋之間的距離最大，用紫光時條紋之間的距離最小。
【典例2】　(2021·湖北卷)如圖所示，由波長為λ1和λ2的單色光組成的一束復色光，經半反半透鏡后分成透射光和反射光。透射光經擴束器后垂直照射到雙縫上并在屏上形成干涉條紋。O是兩單色光中央亮條紋的中心位置，P1和P2分別是波長為λ1和λ2的光形成的距離O點最近的亮條紋中心位置。反射光入射到三棱鏡一側面上，從另一側面M和N位置出射，則(　　)
A．λ1<λ2，M是波長為λ1的光出射位置
B．λ1<λ2，N是波長為λ1的光出射位置
C．λ1>λ2，M是波長為λ1的光出射位置
D．λ1>λ2，N是波長為λ1的光出射位置
D　[由雙縫干涉條紋間距的公式Δx＝λ，可知，當兩種色光通過同一雙縫干涉裝置時，波長越長條紋間距越寬，由屏上亮條紋的位置可知λ1>λ2，反射光經過三棱鏡后分成兩束色光，由圖可知M光的偏折角大，又由光的色散實驗可知，入射角相同時，折射率越大的色光偏折角越大，由于λ1>λ2，則n1<
n2，所以N是波長為λ1的光出射位置，故D正確，A、B、C錯誤。]
[跟進訓練]
2．(2022·江蘇南通期中)激光散斑測速是一種嶄新的測速技術，它應用了光的干涉原理。二次曝光照相所獲得的“散斑對”相當于雙縫干涉實驗中的雙縫，待測物體的速度v與二次曝光時間間隔Δt的乘積等于雙縫間距，實驗中可測得二次曝光時間間隔Δt、雙縫到屏之間的距離l以及相鄰兩亮紋間距Δx。若所用激光波長為λ，則該實驗確定物體運動速度的表達式是(　　)
A．v＝ B．v＝
C．v＝ D．v＝
B　[雙縫干涉中條紋間距Δx＝λ，將d＝v·Δt代入上式得Δx＝λ，則v＝，選項B正確。]
　薄膜干涉
1．定義　薄膜前后兩個面的反射光相互疊加，發生的干涉。
2．形成原因
液膜的不同位置，厚度不同，因此在膜上不同的位置，來自前后兩個面的反射光的路程差不同。
(1)某些位置，兩列波疊加后互相加強，出現亮條紋；
(2)在另一些位置，兩列波疊加后相互削弱，出現暗條紋。
　眼睛與光源在膜的同一側，觀察的是從膜前、后兩表面反射回來的光，不是透過膜的光。
3．彩色條紋形成的原因
由于不同顏色的光的波長不同，薄膜上不同顏色光的亮條紋的位置也不同，相互交錯，看上去會有彩色條紋。
4．應用
(1)在光學元件的表面鍍一層特定厚度的薄膜，增加光的透射或反射。
(2)檢測鏡面或其他精密的光學平面的平滑度。
如圖所示，在酒精燈的燈芯上撒一些食鹽，燈焰就能發出明亮的黃光。把鐵絲圈在肥皂水中蘸一下，讓它掛上一層薄薄的液膜。請思考：
(1)觀察上圖可知通過這層液膜觀察到的燈焰的像與下面的哪副圖相符？
(2)這是光的什么現象？
提示：(1)乙圖。　(2)薄膜干涉。
1．薄膜干涉的原理
光照在厚度不同的薄膜上時，前、后兩個面的反射光的路程差等于相應位置膜厚度的2倍，在某些位置，兩列波疊加后相互加強，出現亮條紋；在另一些位置，疊加后相互削弱，出現暗條紋。
2．形成亮、暗條紋的條件
薄膜干涉是經薄膜前、后面反射的兩束光疊加的結果。出現亮條紋的位置，兩束光的路程差Δr＝nλ(n＝1，2，…)，出現暗條紋的位置，兩束光的路程差Δr＝λ(n＝0，1，2，…)。
3．薄膜干涉的應用
(1)檢查平面平整度。
光線經空氣薄膜的上、下兩面的反射，得到兩束相干光，如果被檢測平面是光滑的，得到的干涉條紋是等間距的。如果被檢測平面某處凹下，則對應條紋提前出現，如果某處凸起，則對應條紋延后出現。
(2)增透膜。
在增透膜的前、后表面反射的兩列光波形成相干波，當路程差為半波長的奇數倍時，兩光波相互削弱，反射光的能量幾乎等于零。
【典例3】　(2022·福建福州一中高二期末)利用薄膜干涉的原理可以檢查平面的平整度和制成鏡頭增透膜。圖甲中，讓單色光從上方射入，這時從上方看可以看到明暗相間的條紋，下列說法正確的是(　　)
A．圖甲中將薄片向著劈尖方向移動使劈角變大時，條紋變疏
B．圖甲中將樣板微微平行上移，條紋疏密不變
C．在圖甲中如果看到的條紋如圖乙所示，說明被檢平面在此處是凸起
D．圖丙中鍍了增透膜的鏡頭看起來是有顏色的，那是增透了這種顏色的光的緣故
B　[當將薄片向著劈尖方向移動使劈角變大時，相鄰亮條紋或暗條紋中心間距變小，所以干涉條紋會變密，故A錯誤；將樣板平行上移，導致原來滿足亮條紋光程差的間距向劈尖移動，因此出現條紋向著劈尖移動，但條紋疏密不變，故B正確；從彎曲的條紋可知，此處檢查平面左邊處的空氣膜厚度與右面的空氣膜厚度相同，知此處凹陷，故C錯誤；照相機、望遠鏡的鏡頭表面鍍了一層透光的膜，可以增大某種光的透射強度，這種膜稱為增透膜，這是利用了光的干涉現象，同時鍍膜鏡頭看起來是有顏色的是
因該種顏色的光沒有增透造成的，故D錯誤。]
　薄膜干涉條紋形狀與厚度的關系
(1)等厚線：在光的薄膜干涉中，同一亮紋或同一暗紋所在位置的厚度相等，因此又叫等厚干涉。
(2)“疏緩密陡”：條紋越稀疏，厚度變化越慢；條紋越密集，厚度變化越快。
(3)“凸厚則薄，凸薄則厚”：干涉條紋凸向厚的位置，說明此處較薄；干涉條紋凸向薄的位置，說明此處較厚。
[跟進訓練]
3．如圖所示，把酒精燈(燈芯上撒有食鹽)放在肥皂液膜前，從液膜上可觀察到明暗相間的條紋，能解釋這一現象產生原因的是下列選項中的(圖中實線、虛線為光照射到液膜上時，從液膜的前、后表面分別反射形成的兩列波)(　　)
A　　　　　　B
C　　　　　　D
C　[由于重力的作用，肥皂液膜形成了上薄下厚的薄膜，故選項A、B錯誤；波峰與波峰、波谷與波谷疊加的點，出現亮條紋，波峰與波谷疊加的點，出現暗條紋，故選項C正確，D錯誤。]
1．下列關于雙縫干涉實驗的說法中正確的是(　　)
A．單縫的作用是獲得頻率保持不變的相干光源
B．雙縫的作用是獲得兩個振動情況相同的相干光源
C．光屏上距兩縫的路程差等于半波長的整數倍處出現暗條紋
D．在光屏上能看到光的干涉圖樣，但在雙縫與光屏之間的空間卻沒有干涉現象發生
B　[在雙縫干涉實驗中，單縫的作用是獲得線光源，使光有唯一的頻率和振動情況，雙縫的作用是獲得兩個振動情況完全相同的相干光源，故A項錯誤，B項正確；在兩個相干光源完全相同的情況下，光屏上距兩縫的路程差為半波長的奇數倍處出現暗條紋，C項錯誤；兩列光波相遇就會疊加，滿足相干條件就能發生干涉，所以在雙縫與光屏之間的空間也會發生光的干涉，用光屏接收只是為了肉眼觀察方便，故D項錯誤。]
2．在雙縫干涉實驗中，用波長為5×10-7 m的黃光照射雙縫。已知兩縫間的間距為0.3 mm，雙縫到光屏的距離為1.2 m，光屏上P點到雙縫S1和S2的路程差為7.5×10-7 m，則下列說法中正確的是(　　)
A．P點出現的是亮條紋，相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距為2 mm
B．P點出現的是暗條紋，相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距為2 mm
C．P點出現的是亮條紋，相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距為4 mm
D．P點出現的是暗條紋，相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距為4 mm
B　[光屏上P點到雙縫S1和S2的路程差為7.5×10-7 m，黃光的波長為5×10-7 m，則n＝＝3為奇數，在P點出現暗條紋，相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距為Δx＝×5×10-7 m＝2×10-3 m，B正確，A、C、D錯誤。]
3．豎直放置的肥皂膜在陽光照耀下，由于前后表面反射光通過的路程不同，形成兩列相干光，薄膜上會呈現出彩色條紋。若一肥皂膜由于受重力和液體表面張力的共同影響，其豎直方向的截面如圖所示，則光通過該肥皂膜產生的干涉條紋與下列哪個圖基本一致(　　)
A　　　　B　　　　C　　　　　D
B　[薄膜干涉為前后兩個面反射回來的光發生干涉形成干涉條紋，故從肥皂薄膜能觀察到水平干涉條紋，用復色光時出現彩色條紋，肥皂膜前后表面的厚度從上到下變化逐漸變快，從而使干涉條紋的間距變密，故B項正確。]
4．(多選)平凸透鏡其中一個表面是個球面，球面的半徑叫作這個曲面的曲率半徑，另一個表面是平面。如圖甲所示，把一塊平凸透鏡壓在一塊平面玻璃上，讓紅光從上方射入，從上方入射光觀察平凸透鏡，可以觀察到圖乙所示明暗(紅黑)相間的圓環狀條紋，這就是牛頓環。以下說法正確的是(　　)
A．圓環狀條紋是由凸透鏡的上、下表面反射光干涉形成的
B．若僅改用綠光照射，則各處條紋間距將變窄
C．若僅換用曲率半徑更大的平凸透鏡，則各處條紋間距將變寬
D．若僅改用白光照射，則看到的是黑白相間的圓環狀條紋
BC　[環狀條紋是由凸透鏡與平面玻璃所夾空氣膜的上、下表面反射光干涉形成的，故A錯誤；綠光波長比紅光波長短，若將紅光改用綠光來照射，則條紋間距將變窄，故B正確；若換用曲率半徑更大的凸透鏡，則空氣膜從內到外厚度的變化變緩，條紋間距變寬，故C正確；白光是復色光，若用白光照射，看到的是彩色的環狀條紋，故D錯誤。]
回歸本節知識，自我完成以下問題：
1．單色光雙縫干涉形成的條紋有什么特點？
提示：等間距、明暗相間。
2．明暗條紋形成的條件是什么？
提示：波程差是波長的整數倍為亮條紋，半波長的奇數倍為暗條紋。
3．干涉條紋的間距大小的表達式是什么？
提示：Δx＝λ。4．實驗：用雙縫干涉測量光的波長
1．掌握雙縫干涉測量波長的原理。
2．學會安裝實驗器材，并能進行正確的實驗操作、測量光的波長。
類型一　實驗操作過程及儀器讀數
【典例1】　在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中(實驗裝置如圖)：
(1)下列說法錯誤的是______(填選項前的字母)。
A．調節光源高度使光束沿遮光筒軸線照在屏中心時，應放上單縫和雙縫
B．測量某條干涉亮紋位置時，應使測微目鏡分劃板中心刻線與該亮紋的中心對齊
C．為了減少測量誤差，可用測微目鏡測出n條亮紋間的距離a，求出相鄰兩條亮紋間距Δx＝
(2)測量某亮紋位置時，手輪上的示數如圖，其示數為______mm。
[解析]　(1)放上單縫和雙縫后，由于發生干涉現象沒法調節光源的高度，故A項錯誤。
(2)按讀數規則，讀出示數為：1.5 mm＋47.0×0.01 mm＝1.970 mm。
[答案]　(1)A　(2)1.970
類型二　實驗數據處理
【典例2】　利用雙縫干涉測定單色光波長，某同學在做該實驗時，第一次分劃板中心刻度對齊A條紋中心時(圖甲)，游標卡尺的示數如圖丙所示，第二次分劃板中心刻度對齊B條紋中心時(圖乙)，游標卡尺的示數如圖丁所示，已知雙縫間距為0.5 mm，從雙縫到屏的距離為1 m。圖丙中游標卡尺的示數為________ mm，圖丁游標卡尺的示數為________ mm。在實驗中，所測單色光的波長為____________ m。在本實驗中如果在雙縫上各有一個紅色和綠色濾光片，那么在光屏上將________(選填“能”或“不能”)看到明暗相間的條紋。
[解析]　根據游標卡尺的原理，可讀出圖丙的示數為11.4 mm；圖丁的示數是16.8 mm。Δx＝ mm＝1.35 mm。又根據Δx＝λ，則λ＝＝6.75×10-7 m。
當在雙縫上各有一個紅色和綠色濾光片時，不滿足干涉條件，故不能看到明暗相間的條紋。
[答案]　11.4　16.8　6.75×10-7　不能
類型三　創新實驗設計
【典例3】　1801年，托馬斯·楊用雙縫干涉實驗研究了光波的性質。1834年，洛埃利用單面鏡同樣得到了楊氏干涉的結果(稱為洛埃鏡實驗)。
(1)洛埃鏡實驗的基本裝置如圖所示，S為單色光源，M為一平面鏡。試用平面鏡成像作圖法畫出S經平面鏡反射后的光與直接發出的光在光屏上相交的區域；
(2)設光源S到平面鏡的垂直距離和到光屏的垂直距離分別為a和l，光的波長為λ，在光屏上形成干涉條紋。寫出相鄰兩條亮紋(或暗紋)間距離Δx的表達式。
[解析]　(1)根據平面鏡成像特點(對稱性)，先作出S在鏡中的像S′，畫出邊緣光線，范圍如圖所示。此范圍即為相交區域。
(2)楊氏雙縫干涉實驗中干涉條紋寬度與雙縫間距、縫屏距離、光波波長之間的關系為Δx＝λ，又因為d＝2a，所以Δx＝λ。
[答案]　(1)見解析圖　(2)Δx＝
1．(2021·浙江6月選考)圖示是“用雙縫干涉測量光的波長”實驗的裝置。實驗中：
(1)觀察到較模糊的干涉條紋，要使條紋變得清晰，值得嘗試的是________(單選)。
A．旋轉測量頭
B．增大單縫與雙縫間的距離
C．調節撥桿使單縫與雙縫平行
(2)要增大觀察到的條紋間距，正確的做法是________(單選)。
A．減小單縫與光源間的距離
B．減小單縫與雙縫間的距離
C．增大透鏡與單縫間的距離
D．增大雙縫與測量頭間的距離
(1)C　(2)D　[(1)若粗調后看不到清晰的干涉條紋，看到的是模糊不清的條紋，則最可能的原因是單縫與雙縫不平行；要使條紋變得清晰，值得嘗試的是調節撥桿使單縫與雙縫平行。故選C。
(2)根據Δx＝λ，可知要增大條紋間距可以增大雙縫到光屏的距離l，減小雙縫的間距d。故選D。]
2．在“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗中，裝置如圖所示。雙縫間的距離d＝3 mm。
(1)若測定紅光的波長，應選用________色的濾光片。實驗時需要測定的物理量有：____________和____________。
(2)若測得雙縫與屏之間距離為0.70 m，通過測量頭(與螺旋測微器原理相似，手輪轉動一周，分劃板前進或后退0.500 mm)觀察到第1條亮紋的位置如圖甲所示，第5條亮紋的位置如圖乙所示。則可求出紅光的波長λ＝__________m。(保留三位有效數字)
甲　　　　　　　　　　乙
[解析]　測紅光的波長，應選用紅色濾光片。由Δx＝可知要想測λ必須測定雙縫到屏的距離l和相鄰兩亮紋間距Δx。
由測量頭的讀數可知a1＝0，a2＝0.640 mm
所以Δx＝ mm＝1.60×10-4m
λ＝m≈6.86×10-7m。
[答案]　(1)紅　雙縫到屏的距離l　相鄰兩亮紋間距Δx　(2)6.86×10-7
3．(1)備有下列儀器：
A．白熾燈　B．雙縫　C．單縫　D．濾光片　E．白色光屏
把以上儀器裝在光具座上時，正確的排列順序應該是：________(填寫字母代號)。
(2)已知雙縫到光屏之間的距離L＝500 mm，雙縫之間的距離d＝0.50 mm，單縫到雙縫之間的距離s＝100 mm，某同學在用測量頭測量時，調整手輪，在測量頭目鏡中先看到分劃板中心刻線對準A亮條紋的中心，然后他繼續轉動，使分劃板中心刻線對準B亮條紋的中心，前后兩次游標卡尺的讀數如圖所示。則入射光的波長λ＝________m(結果保留兩位有效數字)。
(3)實驗中發現條紋太密，難以測量，可以采用的改善辦法有________。
A．改用波長較長的光(如紅光)作為入射光
B．增大雙縫到屏的距離
C．增大雙縫到單縫的距離
D．增大雙縫間距
[解析]　(2)游標卡尺讀數精確度為0.1 mm，A位置主尺讀數為11 mm，游標尺讀數為1，讀數為x1＝11 mm＋1×0.1 mm＝11.1 mm，同理B位置讀數為x2＝15.6 mm，則條紋間距Δx＝≈0.64 mm。則λ＝Δx≈6.4×10-7 m。
(3)由Δx＝λ可知，要增大條紋間距，可用波長更長的入射光或增大雙縫到屏的距離或減小雙縫間距，故A、B正確。
[答案]　(1)ADCBE　(2)6.4×10-7　(3)AB
4．(2022·山東濰坊高二聯考)某同學在實驗室找到了一臺陳舊的激光器，銘牌已模糊不清，為了測出該激光器發出光的波長，他在實驗室中進行了以下操作：
a．將雙縫放置在距墻面恰好是5塊完整地板磚的位置；
b．用激光器照射雙縫，在墻面上得到了如圖所示的清晰的干涉條紋。
(1)圖中第五條亮條紋中心位置的讀數為__________cm，相鄰兩條亮條紋間距Δx＝________cm。
(2)已知所用雙縫的寬度d＝0.10 mm，實驗室的地面由“80 cm×80 cm”的地板磚鋪成，則該激光器發出光的波長為________m(結果保留兩位有效數字)。
[解析]　(1)刻度尺的分度值為1 mm，需要估讀到分度值的下一位，根據刻度尺的讀數規則，可得第五條亮條紋中心位置的讀數為x5＝10.45 cm。
第一條亮條紋中心位置的讀數為x1＝0.59 cm，則相鄰兩條亮條紋間距Δx＝≈2.47 cm。
(2)所用雙縫的寬度d＝0.10 mm＝0.1×10-3 m，雙縫到墻面的距離L＝80 cm×5＝400 cm＝4 m，根據干涉條紋間距公式Δx＝λ，代入數據解得波長λ≈6.2×10-7 m。
[答案]　(1)10.45　2.47　(2)6.2×10-7
鍍膜眼鏡
地處高原的雪山上，紫外線和綠光都很強烈，它們對人眼有很大的危害。用什么辦法削弱它們呢？人們利用蒸鍍的方法，使眼鏡片覆蓋一層薄薄的氟化鎂薄膜，適當地掌握這個薄膜的厚度，使紫外線和綠光在薄膜的兩個反射面上反射以后，均產生干涉加強。因此，綠光和紫外線在反光中的比例加大，透過鏡片的比例自然就減少了，進入眼睛的光線就弱得多了。為了同時使兩種不同波長的光都得到反射加強，常常把兩種不同的材料交替蒸鍍在鏡片，制成多層干涉濾光膜，這
就是多層干涉濾光片，它比單層濾光片的效果更好。薄膜的厚度、所選擇的材料要根據反射加強的波長而定。眼鏡片上的這層薄薄的干涉濾光膜就像一對忠實的門衛，它們防守著大門，把傷害眼睛的光拒之門外，使眼睛能夠長時間地正常工作。
1．鍍膜眼鏡能保護眼睛的原理是什么？
提示：薄膜干涉。
2．鍍膜眼鏡的反射面是哪里？
提示：膜的上表面與膜的下表面(或玻璃表面)反射。5．光的衍射
6．光的偏振　激光
1．了解光的衍射現象、偏振現象，知道激光的特性。
2．知道自然光和偏振光的區別。
3．借助實例分析推理知道光是橫波。
4．通過觀察得出光明顯衍射的條件。
5．經歷光的偏振實驗的過程，體會偏振光的特性。
6．通過生活中實例觀察，引導學生體會物理之美，培養學習興趣。
　光的衍射與衍射光柵
1．光的衍射
(1)用單色平行光照射狹縫，當縫很窄時，光沒有沿直線傳播，它繞過了縫的邊緣，傳播到了相當寬的地方。這就是光的衍射現象。
(2)各種不同形狀的障礙物都能使光發生衍射，致使影的輪廓模糊不清，出現明暗相間的條紋。
(3)發生明顯衍射現象的條件：在障礙物的尺寸跟光的波長相當，甚至比光的波長還小的時候，衍射現象十分明顯。
　一般情況下，障礙物的尺寸比光的波長大得多，衍射現象不明顯，故可近似認為光沿直線傳播。
2．衍射光柵
(1)結構：
由許多等寬的狹縫等距離排列起來形成的光學元件。
(2)衍射圖樣特點：
與單縫衍射相比，衍射條紋的寬度變窄，亮度增加。
取三塊不透光的板，在每塊板的中間各開一個圓孔，三塊板所開的圓孔大小不一。先用點光源照射圓孔最大的那塊板，在屏上會出現一個明亮的圓形光斑圖a；再換上圓孔中等的那塊板，在屏上會出現圖b；最后用圓孔最小(直徑約為1 mm)的那塊板，在屏上會出現圖c。
①圖b中的屏上產生了什么現象？
②比較屏上圖b和圖c說明了什么？
提示：(1)①衍射。
②孔越小，衍射現象越明顯。
(2)在觀看立體電影時，觀眾要戴上一副特制的眼鏡，這副眼鏡就是一對透振方向相互垂直的偏振片。
1．產生明顯衍射的條件
障礙物的尺寸可以跟光的波長相近或比光的波長還要小時能產生明顯的衍射。對同樣的障礙物，波長越長的光，衍射現象越明顯；對某種波長的光，障礙物越小，衍射現象越明顯。由于波長越長，衍射性越好，所以觀察到聲波的衍射現象就比觀察到光波的衍射現象容易得多。
2．三種不同的衍射現象及特點
(1)單縫衍射。
①現象：如圖所示，點光源S發出的光經過單縫后照射到光屏上，若縫較寬，則光沿直線傳播，傳播到光屏上的AB區域；若縫足夠窄，則光不再沿直線傳播而是傳到幾何陰影區，在AA′、BB′區出現亮暗相間的條紋，即發生了衍射現象。
②單縫衍射圖樣的四個特點：
a．中央條紋亮而寬。
b．兩側亮條紋具有對稱性，亮條紋寬度逐漸變窄，亮度逐漸減弱。
c．波長一定時，單縫窄的中央條紋寬，條紋間距大，單縫不變時，光波波長大的中央條紋寬，條紋間距大。
d．白光的單縫衍射條紋中央為白色亮條紋，兩側為彩色條紋，且外側呈紅色，靠近白色亮條紋的內側為紫色。
(2)圓孔衍射。
①現象：圓孔衍射如圖甲所示，當擋板AB上的圓孔較大時，光屏上出現如圖乙(a)中所示的情形，光沿直線傳播，無明顯衍射現象發生；當擋板AB上的圓孔很小時，光屏上出現如圖乙(b)中所示的衍射圖樣，出現亮、暗相間的圓環。
②圓孔衍射圖樣的兩個特點：
a．單色光的圓孔衍射圖樣中央亮圓的亮度大，外面是明暗相間的不等距的圓環。越向外，亮環亮度越低。
b．白光的圓孔衍射圖樣中央亮圓為白色，周圍是彩色圓環。
(3)泊松亮斑——障礙物的衍射現象。
①現象：各種不同形狀的障礙物也能使光發生衍射，使影的輪廓模糊不清。若在單色光傳播途中，放一個較小的圓形障礙物，會發現在陰影中心有一個亮斑，這就是著名的泊松亮斑，如圖乙中(c)所示。
②障礙物的衍射圖樣的特點：
圓形陰影中心有一亮斑，圓形陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環。與小孔衍射圖樣有明顯區別。
【典例1】　(2022·內蒙古北重三中期中)如圖所示，甲、乙、丙、丁四個圖樣是兩種單色光用同樣的儀器形成的雙縫干涉或單縫衍射圖樣，分析各圖樣的特點(黑色為亮條紋，甲圖樣的亮條紋間距比乙圖樣大，丙圖樣中央亮紋比丁圖樣寬)可以得出的正確結論是(　　)
A．甲、乙是光的衍射圖樣，丙、丁為光的干涉圖樣
B．甲、乙是光的干涉圖樣，丙、丁為光的衍射圖樣
C．形成甲圖樣的光的波長比形成乙圖樣的光的波長短
D．在同種介質中，形成甲圖樣的光的折射率比形成乙圖樣的光的折射率大
B　[雙縫干涉圖樣的條紋是等間距的，而衍射條紋間距不相等，則知a、b是光的干涉圖樣，c、d是光的衍射圖樣，故A錯誤，B正確；根據Δx＝λ可知，光的波長越長，雙縫干涉相鄰條紋間距越大，則知形成a圖樣的光的波長比形成b圖樣的光的波長長，故C錯誤；波長越長，頻率越小，折射率越小；形成a圖樣的光的波長比形成b圖樣光的波長長，則形成a圖樣的光的折射率比形成b圖樣的光的折射率小，故D錯誤。]
　區分雙縫干涉條紋與單縫衍射條紋的方法
(1)根據條紋的寬度區分：雙縫干涉的條紋是等寬的，條紋間的距離也是相等的；而單縫衍射的條紋，中央亮條紋最寬，兩側的亮條紋逐漸變窄。
(2)根據亮條紋的亮度區分：雙縫干涉條紋，從中央亮紋往兩側亮度變化很小；而單縫衍射條紋的中央亮紋最亮，兩側的亮紋逐漸變暗。
[跟進訓練]
1．在觀察光的衍射現象的實驗中，通過緊靠眼睛的卡尺測腳形成的狹縫，觀看遠處的燈管或線狀白熾燈絲(燈管或燈絲都要平行于狹縫)，可以看到(　　)
A．黑白相間的直條紋　　 B．黑白相間的弧形條紋
C．彩色的直條紋　　　　 D．彩色弧形條紋
C　[通過緊靠眼睛的卡尺測腳形成的狹縫，觀看遠處的日光燈管或線狀白熾燈絲(燈管或燈絲都要平行于狹縫)，白熾燈發出的是復色光，可以看到間距不同的、彩色的衍射條紋，條紋與狹縫平行，為彩色的直條紋，故C正確，A、B、D錯誤。]
2．利用圖1所示的裝置(示意圖)，觀察光的干涉、衍射現象，在光屏上得到如圖2中甲和乙兩種圖樣。下列關于P處放置的光學元件說法正確的是(　　)
A．甲對應單縫，乙對應雙縫
B．甲對應雙縫，乙對應單縫
C．都是單縫，甲對應的縫寬較大
D．都是雙縫，甲對應的雙縫間距較大
A　[單縫衍射圖樣的中央條紋亮且寬，相鄰條紋間距不等；雙縫干涉圖樣中相鄰條紋間距相等。根據題目中給出的甲、乙兩種圖樣可知，甲是單縫衍射的圖樣，乙是雙縫干涉的圖樣，選項A正確。]
　光的偏振
1．偏振
(1)不同的橫波，即使傳播方向相同，振動方向也可能不同的現象，稱為“偏振現象”。
(2)橫波的振動方向稱為“偏振方向”。
(3)偏振現象是橫波的特有現象，縱波沒有偏振現象。
2．光的偏振
(1)偏振片由特定的材料制成，每個偏振片都有一個特定的方向，沿這個方向振動的光波能順利通過偏振片，這個偏振方向叫作透振方向。
(2)自然光：由太陽、電燈等普通光源發出的光，它包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿各個方向振動的光波的強度都相同。
(3)偏振光：自然光垂直透過某一偏振片后，在垂直于傳播方向的平面上，沿著某一特定方向振動的光叫作偏振光。
　(1)通過偏振片后，自然光就變成了偏振光，偏振片不改變光的頻率和顏色。
(2)偏振片上的“狹縫”表示透振方向，而不是真實的狹縫。
3．偏振現象的應用
攝影中應用偏振光：為了消除反射光的影響，在鏡頭前安裝一片偏振濾光片，讓它的透振方向與反射光的偏振方向垂直，減弱了反射光進入鏡頭。
如圖所示，一束自然光通過偏振片(偏振片上用箭頭表示其透振方向)照射到光屏上。
問題：上面各圖中光屏亮暗情況如何？
提示：自然光通過偏振片后成為偏振光，當偏振光的振動方向與偏振片的透振方向垂直時不能夠通過，故甲乙丁圖中光屏是亮的，丙圖中光屏是暗的。
1．偏振片和透振方向
偏振片由特定的材料制成，每個偏振片都有一個特定的方向，只有沿著某個特定方向振動的光波才能順利通過偏振片，這個方向叫作“透振方向”。
2．自然光和偏振光的比較
種類 自然光 偏振光
成因 從光源(如太陽、電燈等)直接發出的光 自然光通過偏振片后就變成了偏振光，反射光、折射光均為偏振光
振動方向 在垂直于傳播方向的平面內，沿著各個方向振動 在垂直于傳播方向的平面內，并且只有一個振動方向
經偏振 片后現象比較
如圖所示，通過偏振片后，自然光就變成了偏振光，轉動偏振片，偏振光的亮度不變，但偏振方向隨之變化 如圖所示，偏振光經偏振片后，若偏振方向與透振方向平行，屏亮；若垂直，則屏暗；若介于兩者之間，則屏上亮度介于兩者之間并隨偏振方向與透振方向夾角的增大而變暗
【典例2】　(多選)在垂直于太陽光的傳播方向前后放置兩個偏振片P和Q，在Q的后邊放上光屏，如圖所示，則下列說法不正確的是(　　)
A．Q不動，旋轉偏振片P，屏上光的亮度不變
B．Q不動，旋轉偏振片P，屏上光的亮度時強時弱
C．P不動，旋轉偏振片Q，屏上光的亮度不變
D．P不動，旋轉偏振片Q，屏上光的亮度時強時弱
AC　[P是起偏器，它的作用是把太陽光(自然光)轉變為偏振光，該偏振光的振動方向與P的透振方向一致，所以當Q與P的透振方向平行時，通過Q的光強最大；當Q與P的透振方向垂直時通過Q的光強最小，即無論旋轉P或Q，屏上的光強都是時強時弱，故選A、C。]
　對偏振光的理解
(1)自然光通過一個偏振片成為偏振光，透射光的偏振方向與偏振片的放置有關，但光的強度與偏振片的方向無關。
(2)偏振光通過偏振片時，透光的強度與偏振方向和透振方向的夾角大小有關。
[跟進訓練]
3．如圖所示，白熾燈的右側依次平行放置偏振片P和Q，A點位于P、Q之間，B點位于Q右側。旋轉偏振片P，A、B兩點光的強度變化情況是(　　)
A．A、B均不變 B．A、B均有變化
C．A不變，B有變化 D．A有變化，B不變
C　[白熾燈光是自然光，包含各個方向的光，且各個方向的光強度相等，所以旋轉偏振片P時各方向透射光強度相同，故A點光的強度不變；白熾燈光經偏振片P后為偏振光，此時只有偏振片Q與P的偏振方向一致時偏振光才能完全透過Q，因此在旋轉P時B點的光強有變化，選項C正確。]
　激光的特點與應用
1．激光　激光是原子受激輻射產生的光，發出的光的頻率相同、相位差恒定、振動方向一致。
2．激光的特點
(1)高度的相干性：激光是人工產生的相干光，其單色性好、相干性好。激光的頻率單一、顏色特別純。用激光做衍射、干涉實驗，效果很好。
(2)平行度好：從激光器發出的激光具有極好的平行性，幾乎是一束方向不變、發散角很小的平行光。傳播幾千米后，激光斑擴展范圍不過幾厘米，而探照燈的光束能擴展到幾十米范圍。
(3)亮度高：激光可以在很小的空間和很短的時間內集中很大的能量。
激光的特點及應用
特點 性質 應用
相干性 激光具有頻率相同、相位差恒定、振動方向一致的特點，是人工產生的相干光，具有高度的相干性 光纖通信
平行度 激光的平行度非常好，傳播很遠的距離仍能保持一定的強度 進行精確的測距；讀取光盤上記錄的信息等
亮度高 它可以在很小的空間和很短的時間內集中很大的能量 用激光束切割、焊接；醫學上可以用激光做“光刀”；激發核反應等
【典例3】　(多選)(2022·山東日照莒縣高二月考)激光的誕生是一件大事，它使人類獲得了極其理想的、自然界中幾乎不存在的光源。下列關于激光的特性及其應用，說法正確的是(　　)
A．醫學上用激光“焊接”剝落的視網膜，是利用激光的相干性
B．實驗室里用激光更容易完成雙縫干涉實驗和衍射實驗，是利用激光的相干性
C．激光能夠比較精確地測量地球到月球的距離，是利用激光的平行度好的特點
D．激光束很容易給堅硬的材料上打孔，是利用激光的亮度高的特點
BCD　[醫學上用激光“焊接”剝落的視網膜，是利用激光的亮度高、強度大、能量集中的特點，A錯誤；實驗室里用激光更容易完成雙縫干涉實驗和衍射實驗，是利用激光頻率單一，相干性好的特點，B正確；激光能夠比較精確地測量地球到月球的距離，是利用激光的平行度好的特點，C正確；激光束很容易給堅硬的材料上打孔，是利用激光的亮度高、強度大、能量集中的特點，D正確。]
[跟進訓練]
4．(多選)(2022·江蘇揚州檢測)納米科技是跨世紀新科技，將激光束寬度聚焦到納米范圍，可修復人體已損壞的器官，對DNA分子進行超微型基因修復，未來能把至今尚令人類無奈的癌癥徹底根除，這主要是利用了激光的(　　)
A．單色性　 B．方向性好
C．高能量 D．偏振性
BC　[激光用于醫療，修復人體器官及對DNA分子修復等，是因為激光有非常好的方向性和非常高的能量。]
1．(2022·山東棗莊檢測)下列現象中屬于光的衍射現象的是(　　)
A．雨后天空美麗的彩虹
B．陽光下肥皂膜的彩色條紋
C．光通過三棱鏡產生的彩色條紋
D．對著日光燈從兩鉛筆縫中看到的彩色條紋
D　[雨后天空美麗的彩虹，這是太陽光通過懸浮在空氣中細小的水珠折射而成的，白光經水珠折射以后，分成各種彩色光，這種現象叫作光的色散現象，A錯誤；日光照射在肥皂泡上出現彩色條紋屬于光的干涉，故B錯誤；一束白光通過三棱鏡形成彩色光帶屬于光的折射現象，故C錯誤；通過一個狹縫觀察日光燈可看到彩色條紋，屬于單縫衍射，故D正確。]
2．在光的單縫衍射實驗中可觀察到清晰的亮暗相間的圖樣。下圖中屬于光的單縫衍射圖樣的是(　　)
A．甲、丙　　B．乙、丙　　C．甲、丁 　　D．乙、丁
D　[圖(a)中是等間距的光的干涉圖樣，圖(b)是單色光的單縫衍射圖樣，圖(c)是水波的衍射圖樣，圖(d)是白光的單縫衍射圖樣，可見D正確。]
3．某同學使用激光器作光源，在不透光的擋板上開一條寬為0.05 mm的窄縫，進行光的衍射實驗，如圖所示，則他在光屏上看到的條紋是(　　)
A　　　　B　　　 C　　　 D
B　[根據衍射條紋的特點進行判斷，光的衍射條紋與狹縫平行，且中間寬、兩邊窄，不等間距，故B項正確，A、C、D項錯誤。]
回歸本節知識，自我完成以下問題：
1．光發生明顯衍射的條件是什么？
提示：障礙物或孔的尺寸與波長相差不多，甚至比波長還小。
2．什么是光的偏振現象？
提示：只有沿偏振片的“透振”方向振動的光才能透過偏振片的現象。
3．激光有哪些特性？
提示：相干性好，平行度好，亮度高。
照耀未來的激光
激光并非只是科幻影片中最有用的射線，早在1917年，愛因斯坦最先提出這樣一種假設：光的發射與吸收可經由受激吸收、受激輻射與自發輻射三種基本過程。但在這以后相當長的一段時間內，有關受激輻射的研究并未引起人們的足夠重視。直到20世紀50年代，科學家才找到將它用在器件上的方法。1958年，應用這種理論研制出第一臺激光裝置；1960年，美國物理學家用一個紅寶石棒制造出第一臺激光器。在當時，激光僅是一種漂亮的發明，因為任何人，包括制造激光的科學家都沒能提出激光實際應用的設想。幾十年后的今天，形勢完全變了，激光在各個領域得到了廣泛的應用，已經成為一種不可替代的工具。從掃碼槍到尖端的外科手術，從激光打印機到激光雷達，激光顯然已經成為一道“照耀現代科技的光芒”。
激光是一種特殊的光，它能把巨大的能量投向一個很小的范圍，這束光可能強到足以氣化很硬或很耐熱的材料。激光是強烈的單色光，即只有一種顏色，因此光子的能量也是一樣的。激光不同于太陽光和燈光，因為后兩種光是由各種類型的能量組成，具有各種顏色，而激發紅寶石的電子得到的是紅激光束，而獲得綠或藍激光束的是激發氬或氪的氣體“云”。這樣人們就可以根據不同顏色即不同能量，正確地應用激光。
1．激光是怎樣產生的？
提示：激光是原子受激輻射產生的光。
2．激光有何特點？
提示：激光的三大特點：相干性好、平行度好、亮度高。素養提升課(三)　光的折射與全反射的綜合應用
1．理解玻璃磚對光路的控制及其應用。
2．理解液體對光路的控制及其應用。
3．運用平面幾何知識會分析光的折射與全反射的臨界問題。
　“玻璃磚”模型
1．半圓柱體玻璃磚。若光線從半圓面射入，且其方向指向圓心，則其光路圖如圖所示，光線只發生一次偏折。
2．兩個折射面相互平行的長方體玻璃磚，其折射光路如圖甲所示，光線經過兩次折射后，出射光線與入射光線的方向平行，但發生了側移。物點通過玻璃磚成虛像，圖乙為其示意圖。
　畫光路圖時應注意的問題
(1)光路是可逆的；(2)垂直界面入射的光線，折射光線與入射光線在同一直線上；(3)過半圓形玻璃磚圓心的光線在圓弧面處不偏折。
【典例1】　如圖所示，一玻璃工件的上半部是半徑為R的半球體，O點為球心；下半部是底面半徑為R、高為2R的圓柱體，圓柱體底面鍍有反射膜。有一平行于中心軸OC的光線從半球面射入，該光線與OC之間的距離為0.6R。已知最后從半球面射出的光線恰好與入射光線平行(不考慮多次反射)。求該玻璃的折射率。
[解析]　根據光路的對稱性和光路可逆性知，與入射光線平行的出射光線與入射光線關于OC軸對稱，如圖所示。這樣，從半球面射入的光線經玻璃折射后的折射光線，將從圓柱體底面中心C點反射。
設光線在半球面的入射角為i，折射角為r。由折射定律有
sin i＝n sin r　 ①
由正弦定理有　 ②
由幾何關系可知，入射點的法線與OC的夾角為i
由題設條件和幾何關系有sin i＝　 ③
式中L是入射光線與OC的距離
由②③式和題給數據得sin r＝　 ④
由①③④式和題給數據得n＝≈1.43。
[答案]　1.43
[跟進訓練]
1．透明半球體的截面如圖所示，O點為半球的球心，虛線OO′表示光軸(過球心O與半球底面垂直的直線)。已知半球體的半徑為R，距光軸的一條光線垂直入射到半球體的底面上，經球面折射后與光軸的交點到球心O點的距離為R(不考慮被半球體的內表面反射后的光線)，則該透明半球體的折射率為(　　)
A．　　　B．　　　C．3　　　D．2
A　[設光線在A點射出半球體，與光軸相交于B點，如圖所示，光線在A點的入射角為i，折射角為r。根據幾何知識可知sin i＝，得i＝30°，因為OA cos ∠AOB＝R cos 30°＝OB，所以AO＝AB，r＝2∠AOB＝2×30°＝60°，故該透明半球體的折射率為n＝，A正確，B、C、D錯誤。]
2．(2022·山東威海檢測)如圖所示，一束可見光穿過平行玻璃磚后，分成a、b兩束單色光，下列說法正確的是(　　)
A．有可能單色光a是紫光，單色光b是黃光
B．玻璃磚對單色光a的折射率大于對單色光b的折射率
C．從玻璃磚中出射時，單色光a的出射角大于單色光b的出射角
D．單色光a在玻璃磚中的傳播速度大于單色光b在玻璃磚中的傳播速度
D　[光束進入玻璃磚時，b光的偏折程度大于a光的偏折程度，即玻璃磚對單色光b的折射率大于對單色光a的折射率，紫光的折射率大于黃光的折射率，可知若單色光a是紫光時，單色光b不可能是黃光，故A、B錯誤；根據v＝分析可知，單色光a在玻璃磚中的傳播速度大于單色光b在玻璃磚中的傳播速度，故D正確；玻璃磚光學面平行，因此，從玻璃磚中出射時，兩單色光的出射光線都與入射光線平行，即單色光a的出射角等于單色光b的出射角，C錯誤。]
　“液體”模型
1．“視深”：當視線垂直于透明介質的界面時看到介質內部某點的像到界面的距離。
2．“視深”公式：h＝。
(1)各量的意義：h為“視深”，H為實際深度，n為透明介質的折射率。
(2)適用條件：視線垂直于介質的界面觀察。
(3)公式推導：如圖所示，光源S點到界面的距離為H，當人的眼睛沿著界面的法線方向去觀察介質內S點時，眼睛實際看到的是S點的像S′。S′應是從S點發出的光線垂直水面射出的SO與某條光線SO1的折射光線反向延長線的交點。因一般人的瞳孔的線度為2～3 mm，光線SO1與SO間的夾角很小，可知θ1、θ2均很小。
由數學知識知sin θ1≈tan θ1＝，sin θ2≈tan θ2＝，
由折射定律得n＝，可得h＝，即為“視深”公式。
　當視線不垂直于介質的界面觀察時，“視深”公式h＝不成立，而且看到的物體的像不在物體的“正上方”，而是在物體的“斜上方”，如圖所示。
【典例2】　公園里的水池為了增加夜晚的觀賞性，水池底部一般安裝上許多彩色燈泡，給游玩的人們一種視覺美景。已知水對不同色光的折射率如下表所示：
色光 紅光 黃光 綠光 紫光
折射率 1.331 1 1.333 0 1. 337 1 1.342 8
經測量發現其中一個黃光彩燈所在處水的深度為1.333 m。(已知在角度很小時，可以認為該角度的正弦值和正切值相等)
(1)若從彩燈的正上方觀察，黃光彩燈的深度為多少？
(2)為了使人們從彩燈的正上方觀察到各種不同顏色的彩燈的深度都與黃光彩燈的深度相同，需要將不同色光的彩燈安裝到不同的深度，則在上表四種不同色光的彩燈中哪種彩燈安裝的最淺？安裝最深的彩燈比安裝最淺的彩燈深多少？
[解析]　(1)設彩燈實際深度為H，從正上方觀察到的深度為h，從正上方觀察彩燈光路圖如圖所示。
根據折射定律可知＝n
從正上方觀察，角度i和r都很小，可以認為＝n，
而tan i＝，tan r＝，
聯立可得＝n，解得h＝1.0 m。
(2)根據＝n，可得H＝nh。可知，n越小，H就越小，故紅光彩燈安裝實際深度最淺。
設紅光折射率為n1，彩燈實際安裝的深度最淺為H1，紫光折射率為n2，彩燈安裝的深度最深為H2，深度差為ΔH，則有ΔH＝H2－H1，H1＝n1h，H2＝n2h，
代入數據，可得ΔH＝0.011 7 m。
[答案]　(1)1.0 m　(2)紅光　0.011 7 m
[跟進訓練]
3．(2022·江蘇鎮江中學期中考試)如圖所示，激光筆發出一束激光射向水面O點，經折射后在水槽底部形成一光斑P。已知入射角α＝53°，水的折射率n＝，真空中光速c＝3.0×108 m/s，sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6。求：
(1)激光在水中傳播的速度大小v；
(2)激光在水中的折射角β的大小；
(3)打開出水口放水時，水放出過程中光斑P移動的距離x與水面下降距離h的關系。
[解析]　(1)水中光速v＝＝2.25×108 m/s。
(2)根據折射定律有n＝，解得β＝37°。
(3)根據題意畫出如下光路圖。
由幾何關系有：x＝h(tan α－tan β)，代入數據解得x＝h。
[答案]　(1)2.25×108 m/s　(2)37°　(3)x＝h
　光的折射與全反射解決臨界問題
解答此類問題的基本思路：
(1)確定光是由光密介質進入光疏介質，還是由光疏介質進入光密介質；如果光是由光密介質進入光疏介質，根據sin C＝確定臨界角，判斷是否發生全反射。
(2)畫出光線發生折射、反射的光路圖；如果發生全反射，關鍵要畫出入射角等于臨界角的“臨界光路圖”。
(3)根據光的反射定律、折射定律及臨界角公式等規律結合幾何關系進行分析與計算。
【典例3】　超強超短光脈沖產生方法曾獲諾貝爾物理學獎，其中用到的一種脈沖激光展寬器截面如圖所示。在空氣中對稱放置四個相同的直角三棱鏡，頂角為θ。一細束脈沖激光垂直第一個棱鏡左側面入射，經過前兩個棱鏡后分為平行的光束，再經過后兩個棱鏡重新合成為一束，此時不同頻率的光前后分開，完成脈沖展寬。已知相鄰兩棱鏡斜面間的距離d＝100.0 mm，脈沖激光中包含兩種頻率的光，它們在棱鏡中的折射率分別為n1＝和n2＝。sin 37°＝，cos 37°＝＝1.890。
(1)為使兩種頻率的光都能從左側第一個棱鏡斜面射出，求θ的取值范圍；
(2)若θ＝37°，求兩種頻率的光通過整個展寬器的過程中，在空氣中的路程差ΔL(保留3位有效數字)。
[解析]　(1)設C是全反射的臨界角，光線在第一個三棱鏡右側斜面上恰好發生全反射時，根據折射定律得sin C＝ ①
代入較大的折射率得C＝45° ②
所以頂角θ的范圍為0<θ<45°(或θ<45°)。 ③
(2)脈沖激光從第一個三棱鏡右側斜面射出時發生折射，設折射角分別為α1和α2，由折射定律得
n1＝ ④
n2＝ ⑤
設兩束光在前兩個三棱鏡斜面之間的路程分別為L1和L2，則L1＝ ⑥
L2＝ ⑦
ΔL＝2(L1－L2) ⑧
聯立④⑤⑥⑦⑧式，代入數據得ΔL≈14.3 mm。 ⑨
[答案]　(1)0<θ<45°(或θ<45°)　(2)14.3 mm
[跟進訓練]
4．(2020·浙江7月選考)如圖所示，圓心為O、半徑為R的半圓形玻璃磚置于水平桌面上。光線從P點垂直界面入射后，恰好在玻璃磚圓形表面發生全反射。當入射角θ＝60°時，光線從玻璃磚圓形表面出射后恰好與入射光平行。已知真空中的光速為c，則(　　)
A．玻璃磚的折射率為1.5
B．OP之間的距離為R
C．光在玻璃磚內的傳播速度為c
D．光從玻璃到空氣的臨界角為30°
C　[設P點到O點的距離為x，光線從P點垂直入射，在圓形界面發生全反射，可知sin C＝。當入射角為60°時，光線從玻璃磚圓形表面出射后恰好與入射光平行，說明光線從圓形表面中點射出。設光線從P點射入發生折射后的折射角為α，由幾何知識可知，sin α＝，由折射定律有n＝，解得x＝，A、B項錯誤。臨界角C＝arcsin ，則臨界角不是30°，D項錯誤。 由n＝得v＝c，C項正確。]
5．如圖所示，扇形AOB為透明柱狀介質的橫截面，圓心角∠AOB＝60°。一束平行于角平分線OM的單色光由OA射入介質，經OA折射的光線恰平行于OB，以下對介質的折射率及折射光線中恰好射到M點的光線能不能發生全反射的說法正確的是(　　)
A．，不能發生全反射
B．，能發生全反射
C．，不能發生全反射
D．，能發生全反射
A　[畫出光路圖，并根據幾何關系標出角度，如圖所示，由圖可知，介質的折射率n＝，因為sin 30°＝＜＝sin C，所以折射光線中恰好射到M點的光線不能發生全反射，故A正確，B、C、D錯誤。]素養提升練(三)　光的折射與全反射的綜合應用
一、選擇題
1．(2021·山東濟南高二期中)如圖所示，有一個玻璃三棱鏡ABC，頂角A為30°，一束光a垂直于AB射入棱鏡，由AC邊射出進入空氣，測得折射光線與入射光線間的夾角為30°，則該玻璃三棱鏡的折射率大小為(　　)
A． B．
C． D．
2．如圖所示，一束單色光從一等邊三棱鏡AB邊上的D點垂直射入三棱鏡，已知BD＝AB，三棱鏡對該單色光的折射率n＝，則這束光經過三棱鏡后(　　)
A．一定從BC邊射出
B．可能從BC邊射出
C．一定從AC邊射出
D．不可能從AC邊射出
3．(2022·天津南開高二月考)如圖所示，井口大小和深度均相同的兩口井，一口是枯井(圖甲)，一口是水井(圖乙，水面在井口之下)，兩井底部各有一只青蛙，下列說法正確的是(　　)
A．水井中的青蛙覺得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
B．枯井中的青蛙覺得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
C．水井中的青蛙覺得井口小些，晴天的夜晚，枯井中的青蛙能看到更多的星星
D．兩只青蛙覺得井口一樣大，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
4．(2022·江蘇蘇州新草橋中學月考)如圖所示，一束光線從空氣射入玻璃磚。若入射角i＝60°，測出折射角r＝30°，AB∥CD，玻璃磚的厚度為L，光在真空中的光速為c，則(　　)
A．玻璃磚的折射率n＝
B．光在玻璃磚中傳播的時間為L
C．光在玻璃磚中傳播的時間為
D．從CD邊射出的光線與從AB邊射入的光線不平行
5．目前一種用于摧毀人造衛星或空間站的激光武器正在研制中，如圖所示，某空間站位于地平線上方，現準備用一束激光射向該空間站，則應把激光器(　　)
A．沿視線對著空間站瞄高一些
B．沿視線對著空間站瞄低一些
C．沿視線對著空間站直接瞄準
D．條件不足，無法判斷
二、非選擇題
6．河中有條小魚，某時刻小魚的實際深度為H，一人從水面正上方往水中看，他感覺到的小魚的深度為多深？(設水的折射率為n)
7．在水面上放置一個足夠大的遮光板，板上有一個半徑為r的圓孔，圓心的正上方h處放一個點光源S，在水面下深H處的底部形成半徑為R的圓形光亮區域(圖中未畫出)。測得r＝8 cm，h＝6 cm，H＝24 cm，R＝26 cm，求水的折射率。
8．如圖所示，光學玻璃制成的透明球體，半徑為R，AB是豎直方向的直徑。現有一束橫截面半徑為R的細圓環的環形光束，沿AB方向射向球體，AB直徑為光束的中心軸線。所有的光線經折射后恰好經過B點，從B點射出的光在水平光屏上形成一圓形亮環。水平光屏到B點的距離為L＝R。求：
(1)球體材料的折射率；
(2)光屏上亮圓環的半徑。
9．(2022·吉林長春期中)如圖所示，一半徑為R的玻璃半球，O點是半球的球心，虛線OO′表示光軸(過球心O與半球底面垂直的直線)。已知玻璃的折射率為1.5，現有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光線能從球面射出(不考慮被半球的內表面反射后的光線)，求：
(1)從球面射出的光線對應的入射光線到光軸距離的最大值；
(2)距光軸的入射光線經球面折射后與光軸的交點到O點的距離。
10．(2022·河南鄭州月考)如圖所示，半圓玻璃磚的半徑R＝9 cm，折射率n＝，直徑AB與水平屏幕MN垂直并接觸于A點，激光a以入射角i＝30°射向半圓玻璃磚的圓心O，結果在屏幕MN上出現了兩個光斑。
(1)在圖中畫出光路圖，并求出兩個光斑之間的距離；
(2)改變入射角，使屏幕MN上只剩一個光斑，求此光斑離A點的最大距離。
素養提升練(三)
1．C　2．C　3．B　4．C　5．C
6．解析：如題圖所示，設小魚在S處，從魚身上反射的光線SO垂直水面射出，反射出的另一條光線SO1與SO間的夾角很小，則θ2、θ1為一組對應的入射角和折射角，θ1、θ2均很小。由數學知識可知，sinθ1≈tanθ1＝
sinθ2≈tanθ2＝
由折射定律得n＝，則h＝。
答案：
7．解析：根據光路圖，可知sinθ1＝＝0.8
sinθ2＝＝0.6
由折射定律得n＝，得n＝。
答案：
8．解析：(1)作出光路圖如圖所示，由幾何關系知Rsinα＝R
即：α＝60°，由圖知，α＝2β，得β＝30°，由折射定律有n＝。
(2)由幾何知識可得：光屏上亮圓環的半徑為
r＝Ltanα＝Rtan60°＝R。
答案：(1)　(2)R
9．(1)R　(2)2.74R
10．解析：(1)光路圖如圖所示。
設折射角為r，根據折射定律n＝，解得r＝45°，由幾何關系可知兩個光斑PQ之間的距離PQ＝PA+AQ＝Rtan45°+Rtan60°＝9(1+)cm。
(2)入射角增大的過程中，當發生全反射時屏MN上只剩一個光斑，此光斑離A最遠時，恰好發生全反射，入射角等于臨界角，即sinC＝，解得C＝45°，此時Q1A＝Rtan45°＝9cm。
答案：(1)圖見解析　9(1+)cm　(2)9 cm主題提升課3 光及其應用
主題一　幾何光學規律的探究
能用光的全反射和折射定律分析和解釋現象，解決相關問題，增強求證意識，提升科學論證能力。
【典例1】　如圖所示為半徑為R的半球形玻璃磚的橫截面，其中AB⊥OQ，P為QO上一點，OP＝R，從P點和Q點分別發射出兩束不同的光線PM和QN，經玻璃磚折射后均與QO平行射出，已知玻璃磚對QN光線的折射率為，PM、QN照到玻璃半球面上的入射角不同，光線PM以60°入射角射入玻璃，光線QN以53°入射角射入玻璃，已知sin 53°＝0.8，求：
(1)玻璃磚對光線PM的折射率；
(2)兩條出射光線間的距離。
[解析]　(1)如圖所示，在△PMO中，
根據正弦定理得
，解得r＝30°，
故玻璃磚對光線PM的折射率
nPM＝。
(2)由折射定律有nQN＝，解得β＝37°，兩條出射光線間的距離d＝R sin r＋R sin β，解得d＝R。
[答案]　(1)　(2)R
【典例2】　(2021·海南卷)如圖，長方體玻璃磚的橫截面為矩形MNPQ，MN＝2NP，其折射率為。一束單色光在紙面內以α＝45°的入射角從空氣射向MQ邊的中點O，則該束單色光(　　)
A．在MQ邊的折射角為60°
B．在MN邊的入射角為45°
C．不能從MN邊射出
D．不能從NP邊射出
素養聚焦　本題以“單色光射向玻璃磚”這一熟悉情境考查光的折射定律和全反射知識，特別關注考生運用幾何關系分析求解問題的能力，體現高考穩中求新、突出基礎的命題思路。
C　[光線從O點入射，設折射角為β，由折射定律有sin α＝n sin β，解得β＝30°，即光在MQ邊的折射角為30°，選項A錯誤；設邊長NP＝l，則MN＝2l，作出折射后的光路圖如圖所示，由幾何關系可知光在MN邊的入射角為60°，選項B錯誤；設光從光密介質到光疏介質發生全反射的臨界角為θ，有sin θ＝，即θ＝45°，而光在MN邊的入射角為60°>45°，故光在MN邊發生全反射，即光不能從MN邊射出，選項C正確；設光在A點發生全反射后到達NP邊的B點，根據幾何知識及光路的可逆性可知，光從NP邊的B點折射后的折射角為45°，選項D錯誤。]
主題二　物理光學波動模型的建構
通過解釋光的直線傳播和對光的偏振的學習，認識光的波動性，知道光是橫波，促進模型建構，科學推理、質疑創新能力。通過調查研究，收集光的偏振現象應用的實例。
【典例3】　在雙縫干涉實驗中，若雙縫處的兩束光的頻率均為6×1014Hz，兩光源S1、S2的振動情況恰好相反，光屏上的P點到S1與到S2的路程差為3×10-6 m，如圖所示，則：
(1)P點是亮條紋還是暗條紋？
(2)設O為到S1、S2路程相等的點，則PO間還有幾條亮條紋，幾條暗條紋？(不包括O、P兩處的條紋)
[解析]　(1)由波長計算公式得λ＝n＝＝6，由于兩光源的振動情況恰好相反，所以P點是暗條紋。
(2)O點到S1與到S2的路程差為0，也是暗條紋，OP間還有5條暗條紋，6條亮條紋。
[答案]　(1)暗條紋　(2)5條暗條紋，6條亮條紋
【典例4】　(多選)(2022·山東濟南高二期末)利用薄膜干涉可以測量待測圓柱形金屬絲與標準圓柱形金屬絲的直徑差(約為微米量級)，實驗裝置如圖甲所示。T1和T2是具有標準平面的玻璃平晶，A0為標準金屬絲，直徑為D0，A為待測金屬絲，直徑為D，兩者中心間距為L。實驗中用波長為λ的單色光垂直照射平晶表面，觀察到的干涉條紋如圖乙所示，測得相鄰條紋的間距為ΔL。則以下說法正確的是(　　)
A．A與A0直徑相差越大，ΔL越小
B．A與A0直徑相差越大，ΔL越大
C．|D－D0|＝
D．|D－D0|＝
AD　[設標準平晶表面之間的夾角為θ，由空氣薄膜的干涉條件可知ΔL＝，所以A與A0直徑相差越大，θ越大，ΔL越小，A正確，B錯誤；由題設條件可知tan θ＝，由空氣薄膜干涉條件可知2ΔL·tan θ＝λ，聯立解得|D－D0|＝，C錯誤，D正確。]

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