資源簡介

1.光的折射
新課程標準 核心素養目標
1.通過實驗，理解光的折射定律 2．會測量材料的折射率 物理觀念 理解折射率的物理意義
科學思維 理解光的折射定律，并能用來解釋和計算有關的問題
科學探究 掌握測定玻璃折射率的實驗，會解決與實驗相關的問題
必備知識·自主學習——突出基礎性　素養夯基
一、折射定律
1.光的反射和光的折射
(1)光的反射：光從第1種介質射到第1種介質與第2種介質的________時，一部分光會返回到第1種介質，這種現象叫作光的反射．如圖所示．
(2)光的折射：光從第1種介質射到它與第2種介質的分界面時，一部分光會________的現象．
2．折射定律
(1)內容：折射光線與入射光線、法線處在________內，折射光線與入射光線分別位于法線的________；入射角的正弦與折射角的正弦成________，即________＝n12.
(2)在光的反射和折射現象中光路是________的．
二、折射率
1．定義
光從________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＝________．
2．折射率與光速的關系
某種介質的折射率，等于光在________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＝________．
3．特點
任何介質的折射率都大于1.
【思考辨析】　判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”．
(1)光從一種介質進入另一種介質時，傳播方向一定發生變化．(　　)
(2)折射角增大為原來的2倍，入射角也增大為原來的2倍．(　　)
(3)光在同一種均勻介質中傳播時，也可以發生折射現象．(　　)
(4)當入射角為0°時，折射角等于0°.(　　)
(5)入射角變化，折射角也隨之變化，但入射角一定大于折射角．(　　)
(6)折射率跟折射角的正弦成反比．(　　)
(7)介質的折射率越大，光在這種介質中傳播速度越快．(　　)
情境思考：
將一根筷子斜插入裝有水的茶缸中，可以看到水中的筷子向上彎了．如何解釋觀察到的現象？
提示：水中的筷子發生了折射現象．
關鍵能力·合作探究——突出綜合性　素養形成
探究點一　光的折射和折射定律
導學探究
有經驗的漁民叉魚時，不是正對著看到的魚去叉，而是對著所看到魚的下方叉，如圖所示．你知道這是為什么嗎？
探究總結
1.光的傳播方向
光從一種介質進入另一種介質時，傳播方向一般要發生變化(斜射)，并非一定變化，當光垂直界面入射時，傳播方向就不發生變化．
2．光的傳播速度
光從一種介質進入另一種介質時，傳播速度一定發生變化，當光垂直界面入射時，光的傳播方向雖然不變，但也屬于折射，光傳播的速度發生變化．
3．入射角與折射角的大小關系
光從一種介質進入另一種介質時，折射角與入射角的大小關系不要一概而論，要視兩種介質的折射率大小而定．當光從真空斜射入介質時，入射角大于折射角；當光從介質斜射入真空時，入射角小于折射角．
典例示范
例1 如圖所示，一小孩站在寬6 m的河邊，在他正對面的岸邊有一距離河面高度為3 m的樹，樹的正下方河底有一塊石頭，小孩向河面看去，可同時看到樹頂和石頭兩者的像，并發現兩個像重合，若小孩的眼睛離河面高為1.5 m.
問題：河水的折射率為，試估算河水深度．
　解決光的折射問題的思路
(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、折射角均是與法線的夾角．
(3)利用折射定律列式求解．
針對訓練1　一束光線從空氣射向折射率為的玻璃內，入射角為45°，下面光路圖中正確的是(　　)
針對訓練2　(多選)如圖所示，把由同種玻璃制成的厚度為d的立方體A和半徑為d的半球體B分別放在報紙上，且讓半球的凸面向上．從正上方(對B來說是最高點)豎直向下分別觀察A、B中心處報紙上的文字，下面的觀察記錄正確的是(　　)
A．看到A中的字比B中的字高
B．看到B中的字比A中的字高
C．看到A、B中的字一樣高
D．看到B中的字和沒有放玻璃半球時一樣高
探究點二　折射率
探究總結
1.關于正弦值
當光由真空射入某種介質中時，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，說明常數反映著該介質的光學特性．
3．光的傳播速度
介質的折射率n跟光在其中的傳播速率v有關，即n＝，由于光在真空中的傳播速率c大于光在任何介質中的傳播速率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
介質的折射率是反映介質光學性質的物理量，它的大小只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．
典例示范
例2 將自然光引入室內進行照明是一種新型的綠色能源技術．某科技興趣小組設計了一種接收太陽光的實驗裝置，如圖為過裝置中心軸線的截面，上部的集光球是半徑為R的某種均勻透明材料的半球體，下部為導光管，兩部分的交界面是PQ.若只有PQ上方高度h＝R范圍內的光束平行于PQ射入后，能直接通過PQ面進入導光管(不考慮集光球內表面的反射)，求該材料的折射率．
　折射率問題的分析方法
解決此類光路問題，關鍵是辨清“三線、兩角、一界面”間的關系．注意以下幾點：
(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．
(4)注意光路可逆性的利用．
針對訓練3　
如圖所示為一橫截面為直角三角形的三棱鏡，∠B＝90°，∠C＝30°.一束與AB邊成θ＝30°角的光線射向AB面，在棱鏡中經過BC邊一次反射后從AC邊射出，出射光線的折射角為60°.則這種材料的折射率為(　　)
A． B．
C． D．2
針對訓練4　如圖所示，一個截面為矩形的水池，池底有一垂直于池壁的線形發光體，長度l＝3 m，當池中未裝水時，一高h＝1.5 m的人站在距池邊s1＝2 m的A點，只能看到發光體的左端點．當將水池加滿水時，人需移動到距池邊s2＝3 m的B點時，才只能看到發光體的左端點．已知發光體的右端緊靠站人一方的池邊，人站的位置與發光體在同一豎直面內，不計人眼到頭頂的距離．求：
(1)水池中水的折射率；
(2)人站在B點時看到的左端點的像到發光體的距離．
課堂檢測·素養提升——突出創新性　素養達標
1.如圖所示的四種情景中，屬于光的折射的是(　　)
2．如果光以同一入射角從真空射入不同介質，則折射率越大的介質(　　)
A．折射角越大，表示這種介質對光的偏折作用越大
B．折射角越大，表示這種介質對光的偏折作用越小
C．折射角越小，表示這種介質對光的偏折作用越大
D．折射角越小，表示這種介質對光的偏折作用越小
3.如圖所示，光在真空和某介質的界面MN上發生折射，由圖可知(　　)
A．光是從真空射入介質的
B．介質的折射率為
C．介質的折射率為
D．反射光線與折射光線的夾角為60°
4．(多選)根據漫畫，下列說法中正確的是(　　)
A．人看到的是魚的實像，位置變淺了些
B．人看到的是魚的虛像，位置變淺了些
C．魚看到的是人的實像，位置偏低了些
D．魚看到的是人的虛像，位置偏高了些
5．如圖所示為安全防盜門上的觀察孔(俗稱“貓眼”)，直徑為d，為了擴大向外觀察的范圍，在孔中完全嵌入折射率為n的透明材料，透明材料由圓柱體和頂角為60°的球冠組成，貓眼的平面部分正好和安全門內表面平齊，門的厚度為d，球冠的邊緣恰好和防盜門外表面平齊．若要讓房間里的人通過移動位置能看到門外全部的景象，求該透明材料折射率n的最小值．
1．光的折射
必備知識·自主學習
一、
1．(1)分界面　(2)進入第2種介質
2．(1)同一平面　兩側　正比　　(2)可逆
二、
1．真空　
2．真空　
思考辨析
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)×
關鍵能力·合作探究
探究點一
　
提示：從魚身上反射的光線由水中進入空氣時，在水面處發生折射，折射角大于入射角，折射光線進入人眼，人眼會逆著折射光線的方向看去，就會覺得魚變淺了，眼睛看到的是魚的虛像，在魚的上方，所以叉魚時要瞄準像的下方，如圖所示．
【例1】　
【解析】　樹頂反射和石頭折射成像的光路圖如圖所示：
由折射定律得＝n＝①
由幾何關系得1.5tan i＋3tan i＝6
解得tan i＝
sin r＝②
P點至樹岸邊的距離為3 tan i＝4
sin r＝③
把②代入③得h＝5.3 m
【答案】　5.3 m
針對訓練1　解析：光在兩介質的界面上通常同時發生反射和折射，所以A錯誤；由反射定律得反射角為45°，根據折射定律n＝得折射角為30°，故B、D錯誤，C正確．
答案：C
針對訓練2　解析：
如圖所示：
折射只有在入射角不等于0°的時候才發生，當人眼通過半球看的時候進入眼睛的光線恰恰是從球面法線方向出來的光線，所以不發生折射，通過半球體觀察物像重合，則看到B中的字和沒有放玻璃半球時一樣高；通過立方體觀察時，由于光線發生了折射，折射角大于入射角，所以看到的像比物高，即看到A中的字比B中的字高，故A、D正確．
答案：AD
探究點二
【例2】　【解析】　
由于不考慮集光球內表面的反射，所以最上面的一束光線的光路圖如圖所示．由幾何關系可知sin θ＝＝，解得θ＝60°，可知入射角θ1＝θ＝60°，折射角θ2＝＝30°，根據折射定律可知，材料的折射率n＝＝.
【答案】　
針對訓練3　解析：
作出光路圖如圖所示，根據幾何關系和折射定律有n＝＝，可得：i＝30°，n＝，故B正確．
答案：B
針對訓練4　解析：
(1)光路如圖所示：
當水池中裝滿水，光從發光體的左端點發出的光射到站在B處的人的眼睛中時，對應的入射角的正弦值為sin i＝
對應的折射角的正弦值為sin r＝
故水池中水的折射率n＝
解得：n＝
(2)設水池深度為H，當人站在A點時＝
解得：H＝2.25 m
設左端點的像到水面的距離為x，則有：＝
解得：x＝1.5 m
則左端點的像到發光體的距離為H－x＝0.75 m.
答案：(1)　(2)0.75 m
課堂檢測·素養提升
1．解析：A屬于光沿直線傳播；B屬于光的折射；C屬于光沿直線傳播，D屬于光的反射，故B正確．
答案：B
2．解析：由n＝可知入射角相同時，折射率n越大，折射角θ2越小，偏折角Δθ＝θ1－θ2就越大，所以C項正確．
答案：C
3．解析：根據圖像可知，入射角為30°，折射角為60°，反射光線與折射光線垂直，光是從介質射入真空的，折射率n＝＝＝，只有C正確．
答案：C
4．解析：人看魚的光路圖如圖甲所示，因入射角i小于折射角r，則人將看到魚的虛像，且位置比實際情況變淺了些，B正確；魚看到人的光路圖如圖乙所示，因入射角i大于折射角r，則魚將看到人的虛像，且比實際位置要高一些，D正確．
答案：BD
5．解析：若要讓房間里的人能看到門外全部的景象，則沿平行門方向射向C處的光折射后能經過A點即可．光路如圖所示
在△ABC中，tan ∠ACB＝＝
可得∠ACB＝60°
由幾何關系知β＝30°，α＝60°
i＝∠ACB－β＝30°
代入折射率公式，得玻璃折射率
n＝＝＝.
答案：2.實驗：測量玻璃的折射率
新課程標準 核心素養目標
會測量材料的折射率 (1)能提出實驗中可能出現的問題 (2)能在他人幫助下制訂實驗方案，能用相關器材收集數據 (3)能設計表格，分析數據，測定玻璃折射率 (4)能分析誤差產生的原因 (5)能撰寫規范的實驗報告
實驗屬性 學生必做實驗
實驗必備·自主學習——突出基礎性　素養夯基
一、實驗目的
1．學會用插針法確定光路．
2．會用玻璃磚和________定律測定玻璃的折射率．
二、實驗器材
木板、白紙、________、大頭針、圖釘、量角器(或圓規)、三角板(或直尺)、鉛筆．
三、實驗原理與設計
如圖，當光線AO1以一定的入射角θ1穿過兩面平行的玻璃磚時，通過________找出跟入射光線AO1對應的出射光線O2B，從而測出折射光線O1O2和折射角θ2，再根據n＝________或 n＝算出玻璃的折射率．
四、實驗步驟
1．如圖所示，把________鋪在木板上．
2．在白紙上畫一直線aa′作為界面，過aa′上的一點O畫出界面的________NN′，并畫一條線段AO作為________．
3．把長方形玻璃磚放在白紙上，并使其長邊與aa′重合，再用________畫出玻璃磚的另一邊bb′.
4．在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2.
5．從玻璃磚bb′一側透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的________，調整視線的方向直到P1的像被P2的像________．再在bb′一側插上兩枚大頭針P3、P4，使P3能________P1、P2的像，P4能擋住P3本身及P1、P2的像．
6．移去玻璃磚，在拔掉P1、P2、P3、P4的同時分別記下它們的位置，過P3、P4作直線O′B交bb′于O′.連接O、O′，OO′就是玻璃磚內折射光線的方向．∠AON為入射角，∠O′ON′為折射角．
7．改變入射角，重復實驗．
五、數據收集與分析
1．計算法
用量角器測量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2.算出不同入射角時的，并取平均值．
2.作sin θ1 sin θ2圖像法
改變不同的入射角θ1，測出不同的折射角θ2，作sin θ1 sin θ2圖像，由n＝可知圖像應為直線，如圖所示，其斜率為折射率．
3．“單位圓法”確定sin θ1、sin θ2，計算折射率n
以入射點O為圓心，以一定長度R為半徑畫圓，交入射光線OA于E點，交折射光線OO′于E′點，過E作NN′的垂線EH，過E′作NN′的垂線E′H′.如圖所示，sin θ1＝，sin θ2＝，OE＝OE′＝R，則n＝＝.只要用刻度尺測出EH、E′H′的長度就可以求出n.
六、誤差分析
1．入射光線、出射光線確定的準確性造成誤差，故入射側、出射側所插兩枚大頭針間距應大一些．
2．入射角和折射角的測量造成誤差，故入射角應適當大些，以減小測量的相對誤差．
精析典例·提升能力——突出綜合性　素養形成
類型一　實驗原理和實驗操作
典例示范
例1 某小組做測定玻璃的折射率實驗，所用器材有：玻璃磚，大頭針，刻度尺，圓規，筆，白紙．
(1)下列哪些措施能夠提高實驗準確程度________.
A．選用兩光學表面間距大的玻璃磚
B．選用兩光學表面平行的玻璃磚
C．選用粗的大頭針完成實驗
D．插在玻璃磚同側的兩枚大頭針間的距離盡量大些
(2)該小組用同一套器材完成了四次實驗，記錄的玻璃磚界線和四個大頭針扎下的孔洞如下圖所示，其中實驗操作正確的是________.
(3)該小組選取了操作正確的實驗記錄，在白紙上畫出光線的徑跡，以入射點O為圓心作圓，與入射光線、折射光線分別交于A、B點，再過A、B點作法線NN′的垂線，垂足分別為C、D點，如圖所示，則玻璃的折射率n＝________.(用圖中線段的字母表示)
課堂筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
針對訓練1　“測定玻璃的折射率”的實驗中，在白紙上放好玻璃aa′和bb′分別是玻璃磚與空氣的兩個界面，如圖所示．在玻璃磚的一側插上兩枚大頭針P1和P2，用“×”表示大頭針的位置，然后在另一側透過玻璃磚觀察，并依次插上大頭針P3和P4.在插P3和P4時，應使(　　)
A．P3只擋住P1的像
B．P4只擋住P2的像
C．P3同時擋住P1、P2的像
D．P4同時擋住P1、P2的像
針對訓練2　如圖所示，是利用插針法測定玻璃磚折射率的實驗，玻璃磚的入射面ab和出射面cd并不平行．某同學操作的主要步驟如下：
a．畫入射面ab，放置玻璃磚，使玻璃磚上界面對準ab；
b.用針沿玻璃磚下界面確定出射面cd上的兩點；
c．在ab面一側插針P1、P2；
d．在cd面一側插針P3，使之擋住P1和P2；
e．插針P4，使之擋住P3和P1、P2；
f．移去針和玻璃磚．
(1)請寫出上述步驟中有錯誤的步驟序號，并寫出對應正確的操作：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
(2)改正操作中的錯誤后，該同學正確完成實驗，作好光路圖，并測量相關物理量，計算出玻璃磚的折射率．他重新放上玻璃磚，發現玻璃磚的出射面實際應為c′d′，如圖中虛線所示，c′d′∥cd.則他計算出的折射率比真實值________(選填“偏大”“偏小”或“不影響結果”)．
　測定玻璃折射率的基本思路
(1)確定一條從空氣斜射入玻璃(或者從玻璃斜射入空氣)的光路．
(2)通過作圖確定入射角和折射角．
(3)由折射率的定義n＝計算出玻璃的折射率.
類型二　實驗數據處理
典例示范
例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＝________．
課堂筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
針對訓練3　用圓弧狀玻璃磚做測定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為兩圓弧圓心，圖中已畫出經過P1、P2點的入射光線．
(1)在圖上補畫出所需的光路．
(2)為了測出玻璃的折射率，需要測量入射角和折射角，請在圖中的AB分界面上畫出這兩個角．
(3)用所測物理量計算折射率的公式為n＝________．
(4)為了保證在弧面CD得到出射光線，實驗過程中，光線在弧面AB的入射角應適當________(選填“小一些”“無所謂”或“大一些”)．
(5)多次改變入射角，測得幾組入射角和折射角，根據測得的入射角和折射角的正弦值，畫出了如圖乙所示的圖像，由圖像可知該玻璃的折射率n＝________．
課堂檢測·素養提升——突出創新性　素養達標
1．某同學在測定一厚度均勻的圓柱形玻璃的折射率時，先在白紙上作一與玻璃圓柱同半徑的圓，圓心為O，將玻璃圓柱平放在白紙上，使其邊界與所畫的圓重合．在玻璃一側豎直插兩枚大頭針P1和P2，再在另一側先后插兩枚大頭針P3和P4，使從另一側隔著玻璃觀察時，大頭針P4和P3與P2和P1的像恰好在一直線上，移去玻璃圓柱和大頭針后，在白紙上得到大頭針的位置及玻璃圓柱的輪廓如圖所示．
(1)畫出沿P1和P2連線方向的入射光線通過玻璃圓柱后的傳播方向．
(2)畫出光線在玻璃圓柱內的傳播方向．
(3)在光線的入射點作法線，標出入射角θ1和折射角θ2.
(4)寫出計算玻璃折射率的公式________(不必計算)．
2．如圖甲所示為光學實驗用的長方體玻璃磚，在用插針法測定玻璃磚折射率的實驗中，兩位同學繪出的玻璃磚和三個針孔a、b、c的位置相同，且插在c位置的針正好擋住插在a、b位置的針的像，但最后一個針孔的位置不同，分別在d、e兩點，如圖乙所示．計算折射率時，用________(選填“d”或“e”)得到的值較小，用________(選填“d”或“e”)點得到的值誤差較小．
3.某同學在利用“插針法”測定一塊紅色直角三角形玻璃磚的折射率時發現，由于玻璃的顏色較深，在另一側很難觀測到對側所插的針．他想到可以用實驗室的紅色激光器來完成實驗．如圖所示．他在木板上固定好白紙，放好玻璃磚，正確作出了界面MN、MP、NP，然后讓很細的激光平行于木板從玻璃磚的上界面MN入射．
(1)由于激光很強，不能用眼睛直接觀測，該同學通過在木板上插入被激光照亮的針來確定激光光路，正確的插針順序應是_____________________________________________．
(2)若P1P2與MN垂直，用量角器量得圖中θ1＝30°，θ2＝45°，則玻璃的折射率約為________．
A．1.41 B．1.73
C．1.22 D．1.58
2．實驗：測量玻璃的折射率
實驗必備·自主學習
一、
2．光的折射
二、
玻璃磚
三、
插針法　
四、
1．白紙
2．法線　入射光線
3．直尺
5．像　擋住　擋住
精析典例·提升能力
類型一
【例1】　【解析】　(1)為了減小實驗誤差，選用的玻璃前后表面間距應盡量大些，即使玻璃磚內的折射光線盡量長些，A正確；測定折射率時，只需找出入射光線和折射光線，因此玻璃磚的兩光學表面可以不平行，B錯誤；為了減小實驗誤差應選用較細的大頭針完成實驗，C錯誤；兩枚大頭針之間的距離盡量大些，描繪出的光線誤差會較小些，D正確．
(2)由題圖可知，選用的玻璃磚兩光學表面平行，則入射光線應與出射光線平行，B、C錯誤；又光線在玻璃磚中與法線的夾角應小于光線在空氣中與法線的夾角，A錯誤，D正確．
(3)由折射定律可知n＝＝＝.
【答案】　(1)AD　(2)D　(3)
針對訓練1　解析：實驗中，在插P3時，應同時擋住P1、P2的像；在插P4時，應同時擋住P3和P1、P2的像．故選C.
答案：C
針對訓練2　解析：(1)上述步驟中有錯誤的步驟序號：d、e；對應正確的操作：d.在cd面一側插針P3，使之擋住P1和P2的像；e.插針P4，使之擋住P3和P1、P2的像．
(2)重新放上玻璃磚，發現玻璃磚的出射面實際應為c′d′，由圖可知折射角的測量值比真實值要小，由n＝可知計算出的折射率比真實值偏大．
答案：(1)d.透過玻璃磚觀察，在cd面一側插針P3，使之擋住P1和P2的像；e.插針P4，使之擋住P3和P1、P2的像　(2)偏大
類型二
【例2】　
【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，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
針對訓練3　解析：(1)連接P3、P4與CD交于一點，此交點即為光線從玻璃磚中射出的位置，由于P1、P2的連線與AB的交點即為光線進入玻璃磚的位置，連接兩交點即可作出玻璃磚中的光路．
(2)
連接O點與光線在AB上的入射點即為法線，入射光線與法線的夾角為入射角，折射光線與法線的夾角為折射角．
(3)由折射定律可得n＝.
(4)為了保證能在弧面CD上有出射光線，實驗過程中，光線在弧面AB上的入射角應適當小一些，才不會使光線在CD面上發生全反射．
(5)圖像的斜率k＝＝n，由題圖乙可知斜率為1.5，即該玻璃的折射率為1.5.
答案：(1)(2)見解析圖　(3)　(4)小一些　(5)1.5
課堂檢測·素養提升
1．解析：過P1、P2作直線交圓周于O1點，過點O1作法線O1O；過P3、P4作直線為出射光線，交圓周于O2點；過點O2作法線O2O.連接O1O2為入射光線在玻璃圓柱內的折射光線．量出入射角θ1和折射角θ2，由公式n＝可求出折射率．
答案：(1)(2)(3)如圖所示　(4)n＝
2．解析：如題圖所示，連接d、c和e、c并延長至玻璃磚的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，入射角一定，用d點時，折射角大，折射率小．對于兩光學面平行的玻璃磚，入射光線和出射光線平行，e、c連線與入射光線平行，故用e點計算折射率時得到的值誤差較小．
答案：d　e
3．解析：(1)四根針應該先插光路后面的針，否則光被擋住，后面的針無法確定位置，故正確的插針順序應是P4、P3、P2、P1.
(2)在MP界面，光的入射角為30°，折射角為45°，則玻璃的折射率：n＝＝≈1.41，故選項A正確．
答案：(1)P4、P3、P2、P1　(2)A3．全反射
新課程標準 核心素養目標
1.知道光的全反射現象及其產生的條件 2．初步了解光纖的工作原理、光纖技術在生產生活中的應用 物理觀念 知道光疏介質、光密介質、全反射、臨界角的概念
科學思維 理解全反射的條件，能計算有關問題和解釋相關現象
科學態度 與責任 了解全反射棱鏡和光導纖維的工作原理以及在生產生活中的應用
必備知識·自主學習——突出基礎性　素養夯基
一、全反射
1.光疏介質和光密介質
(1)光疏介質：折射率________的介質稱為光疏介質．
(2)光密介質：折射率________的介質稱為光密介質．
2．全反射
(1)全反射及臨界角的概念：
①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________時，折射光________，只剩下反射光的現象．
②臨界角：剛發生全反射(即折射角等于____________)時的____________，用字母C表示．
(2)全反射的條件：
①光由________介質射入________介質．
②入射角________或________臨界角．
(3)臨界角與折射率的關系：
①定量關系：光由某種介質射入空氣(真空)時，sin C＝________.
②定性關系：介質的折射率越大，發生全反射的臨界角____________，越容易發生全反射．
二、全反射棱鏡
1．形狀：截面為________三角形的棱鏡．
2．對光路的控制
三、光導纖維
1．導光的原理：當光在有機玻璃棒內傳播時，如果從有機玻璃射向空氣的入射角大于臨界角，光會發生________，于是光在有機玻璃棒內沿著鋸齒形路線傳播．
2．組成：________和外套．
3．主要優點：________容量大、衰減小、抗干擾性及保密性強等．
【思考辨析】　判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”．
(1)光密介質是指密度大的介質．(　　)
(2)光由光疏介質射入光密介質后速度減小．(　　)
(3)光由光疏介質射入光密介質時才可能發生全反射．(　　)
(4)臨界角與折射率成反比．(　　)
提升：
關鍵能力·合作探究——突出綜合性　素養形成
探究點一　全反射
探究總結
1.全反射的條件
要發生全反射，必須同時具備兩個條件：
(1)光從光密介質射入光疏介質．
(2)入射角等于或大于臨界角．
2．臨界角與折射率的關系
(1)定量關系：光由介質射入空氣(或真空)時，sin C＝.
(2)定性關系：光從光密介質射入光疏介質，光密介質的折射率越大，發生全反射的臨界角就越小，越容易發生全反射．
3．因為介質的折射率與光的顏色有關，所以臨界角不僅與介質有關，還與光的顏色有關．
典例示范
例1　[全反射現象的理解與判斷]一束光線穿過介質1、2、3時，光路如圖所示，則下列說法正確的是(　　)
A．介質1的折射率最大
B．介質2是光密介質
C．光在介質2中的速度最大
D．當入射角由45°逐漸增大時，在2、3分界面上可能發生全反射
課堂筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例2 [運用全反射計算折射率]如圖為一半徑為R的透明半球體過球心O的橫截面，橫截面上P點到直徑MN間的垂直距離為d＝R.一細光束沿PO方向從P點入射，經過面MON恰好發生全反射．若此光束沿平行MN方向從P點入射，從圓上Q點射出，光在真空中的傳播速度為c，求：
(1)透明半球體的折射率n；
(2)沿MN方向從P點入射的光在透明半球體中的傳播時間t.
　解決全反射問題的思路
(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)若光由光密介質進入光疏介質，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“臨界光路圖”．
(4)運用幾何關系、三角函數關系、反射定律等進行判斷推理、運算及變換進行動態分析或定量計算．
針對訓練1　為了表演《隱形的大頭針》節目，某同學在半徑為r的圓形軟木片中間垂直插入一枚大頭針，并將其放入盛有水的碗中，如圖所示．已知水的折射率為，為了保證表演成功即在水面上看不到大頭針，大頭針末端離水面的最大距離h為(　　)
A．r B．r
C．rD．r
針對訓練2　[2021·河北卷，節選]將兩塊半徑均為R、完全相同的透明半圓柱體A、B正對放置，圓心上下錯開一定距離，如圖所示．用一束單色光沿半徑照射半圓柱體A，設圓心處入射角為θ.當θ＝60°時，A右側恰好無光線射出；當θ＝30°時，有光線沿B的半徑射出；射出位置與A的圓心相比下移h.不考慮多次反射．求：
(1)半圓柱體對該單色光的折射率；
(2)兩個半圓柱體之間的距離d.
探究點二　全反射的應用
探究總結
1.全反射棱鏡
橫截面是等腰直角三角形的棱鏡是全反射棱鏡．它在光學儀器里，常用來代替平面鏡，改變光的傳播方向．光通過全反射棱鏡時的幾種方式：
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：用光密介質(相對外套)制成的用來傳導光信號的纖維狀的裝置．
(1)光纖原理：“光纖通信”利用了全反射原理．
實際用的光導纖維是非常細的特制玻璃絲，一定程度上可以彎折，直徑只有幾微米到一百微米之間，由內芯和外套組成．
如圖所示，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，使反射光的能量最強，實現遠距離傳送．
(2)光纖的應用：攜帶著數碼信息、電視圖像、聲音等的光信號沿著光纖傳輸到很遠的地方，實現光纖通信．
典例示范
例3 由于激光是亮度高、平行度好、單色性好的相干光，所以光導纖維中用激光作為高速傳輸信息的載體．要使射到粗細均勻的圓形光導纖維一個端面上的激光束都能從另一個端面射出，而不會從側壁“泄漏”出來，光導纖維所用材料的折射率至少應為多少？(假設光纖外套折射率與空氣相同)
例4 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為n＝1.5的全反射玻璃棱鏡．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(　　)
課堂筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
針對訓練3　[2022·上海復興中學階段測試](多選)如圖所示，夏天，在平靜無風的海面上，向遠方望去，有時能看到山峰、船舶、集市、廟宇等出現在空中，沙漠里有時也會看到遠處的水源、仙人掌近在咫尺，這就是“蜃景”．下列有關“蜃景”的說法中正確的是(　　)
A.海面上上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要小
B．沙面上上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要小
C．A是“蜃景”，B是景物
D．C是“蜃景”，D是景物
針對訓練4　光導纖維是利用光傳播時在其內芯與外套的界面發生全反射來傳輸光信號的．如圖所示，一根長為L的直光導纖維，它的折射率為n，一束激光從它的左側端面射入，又從它的右側端面射出，調整激光束的入射方向，可測得激光束在直光導纖維中經歷的最短時間為t1，最長時間為t2，求t1與t2之比．
課堂檢測·素養提升——突出創新性　素養達標
1．如果把光導纖維聚成束，使纖維在兩端排列的相對位置一樣，圖像就可以從一端傳到另一端，如圖所示．在醫學上，光導纖維可以制成內窺鏡，用來檢查人體胃、腸、氣管等器官的內部．內窺鏡有兩組光導纖維，一組用來把光輸送到人體內部，另一組用來進行觀察．光在光導纖維中的傳輸利用了(　　)
A．光的全反射 B．光的衍射
C．光的干涉 D．光的折射
2．如圖所示是一個用折射率n＝2.4的透明介質做成的四棱鏡的截面圖．其中∠A＝∠C＝90°，∠B＝60°.現有一條光從圖中所示的位置垂直入射到棱鏡的AB面，A、B、C、D四個圖中完整表示光行進的過程是(　　)
3．(多選)如圖所示，一束光射向半圓形玻璃磚的圓心O，經折射后分為兩束單色光a和b.下列判斷正確的是(　　)
A．玻璃磚對a光的折射率小于對b光的折射率
B．在玻璃磚中，a光的波長大于b光的波長
C．在玻璃磚中，a光的傳播速度大于b光的傳播速度
D.逐漸增大入射角，a光將比b光先發生全反射
4．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的徑向射入，入射光線與法線成θ角，由光學傳感器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
5.如圖所示，一長方體透明玻璃磚在底部挖去半徑為R的半圓柱，玻璃磚長為L.一束單色光垂直于玻璃磚上表面射入玻璃磚，且覆蓋玻璃磚整個上表面，已知玻璃磚對該單色光的折射率為n＝，真空中的光速c＝3.0×108 m/s，求：
(1)單色光在玻璃磚中的傳播速度；
(2)半圓柱面上有光射出的表面積．
3．全反射
必備知識·自主學習
一、
1．(1)較小　(2)較大
2．(1)90°　完全消失　90°　入射角
(2)光密　光疏　等于　大于　(3)　越小
二、
1．等腰直角
三、
1．全反射
2．內芯
3．光纖傳輸
思考辨析
答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×
關鍵能力·合作探究
探究點一
【例1】　【解析】　A錯：由題圖可知，光從介質1射入介質2中折射角大于入射角，則n1>n2.光從介質2射入介質3中折射角小于入射角，則n2n1，所以有n3>n1>n2，即介質3的折射率最大．
B錯：由對A的分析可知，2相對1和3是光疏介質．
C對：根據公式v＝，因為介質2的折射率最小，所以光在介質2中的傳播速度最大．
D錯：當入射角由45°逐漸增大時，光從2到3是從光疏介質到光密介質，在此界面上不會發生全反射．
【答案】　C
【例2】　
【解析】　(1)設透明半球體的臨界角為C，光路如圖所示：
則由幾何關系有：sin (90°－C)＝，
又有：sin C＝，
解得：C＝45°，n＝.
(2)光在P點的入射角i＝90°－θ＝45°，
設對應的折射角為r，則＝n，
解得：r＝30°.
光在透明半球體中的傳播距離L＝2R cos r，
光在透明半球體中的傳播時間t＝，
光在透明半球體中的傳播速度v＝，
聯立解得：t＝.
【答案】　(1)　(2)
針對訓練1　解析：大頭針末端射到軟木片邊緣的光線恰好發生全反射時，在水面上看不到大頭針，且大頭針末端離水面的距離最大，此時sin C＝，又sin C＝，解得h＝r，A正確．
答案：A
針對訓練2　解析：(1)當θ＝60°時，A右側恰好無光線射出，即剛好發生全反射，故臨界角C＝60°
由臨界角公式可知sin C＝
解得n＝＝＝.
(2)如圖所示，當θ＝30°時，光線由A右側射出的折射角為r，則由折射定律有n＝
解得sin r＝，由光路可逆可知，光線進入玻璃磚B的折射角仍為30°，所以出射點到半圓柱體B左側中心法線的距離為
h1＝R sin 30°＝
所以兩半圓柱體圓心錯開的距離為h2＝h－h1＝h－
由幾何關系有sin r＝
解得d＝(h－)．
答案：(1)　(2)(h－)
探究點二
【例3】　【解析】　
設激光束在光導纖維前端的入射角為θ1，折射角為θ2，折射光線射向側面時的入射角為θ3，如圖所示．
折射定律n＝
由幾何關系θ2＋θ3＝90°，則sin θ2＝cos θ3
由全反射臨界角公式sin θ3＝，故cos θ3＝
要保證從端面射入的任何光線都能發生全反射，
應有θ1＝90°，sin θ1＝1，
故n＝＝＝＝，解得n＝.
【答案】　
【例4】　【解析】　四個選項產生的光路效果如圖所示．
【答案】　B
針對訓練3　解析：沙漠里下層空氣溫度比上層高，故沙漠地表附近的空氣折射率從下到上逐漸增大，遠處的景物發出的光線射向沙漠地表時，由于不斷被折射，越來越偏離法線方向，進入下層的入射角不斷增大，以致發生全反射，光線反射回空氣，人們逆著光線看去，就會看到倒立的景物，從而產生了沙漠“蜃景”現象．海面上的上層空氣的溫度比下層空氣的溫度高，故海面上的上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要小，近處的景物反射的光線射向空中時，不斷被折射，射向折射率較小的上一層的入射角增大到臨界角時，就會發生全反射現象，光線就會從高空的空氣層返回折射率較大的下一層，從而產生“蜃景”現象．故A、C、D正確，B錯誤．
答案：ACD
針對訓練4　解析：激光束垂直左側端面射入時，激光束在直光導纖維中經歷的時間最短，由t1＝及n＝，解得t1＝.
要使激光束在直光導纖維內經歷的時間最長，就要求激光束在直光導纖維內的路程最長，這就要求每一次反射時，入射角θ最小，即入射角θ恰為臨界角C.當θ＝C時，激光束的路程最長，所用時間也最長，此時激光束在沿直光導纖維方向的速度分量為v sin θ，設光速為c，由L＝(v sin C)t2及n＝、sin C＝，解得t2＝，故＝.
答案：
課堂檢測·素養提升
1．解析：光在光導纖維中傳播時，其入射角大于或等于臨界角，光線只能在光導纖維中傳播折射不出去，是利用了光的全反射，A正確．
答案：A
2．解析：光從左側垂直射向AB面時，部分光發生反射，沿原路返回，部分光射入棱鏡，傳播方向不變；光射到CD面時，由幾何知識得入射角為i＝30°，設該棱鏡的臨界角為C，則sin C＝<，故有C<30°，所以光在DC面上發生了全反射；由幾何知識分析得到，光射到AB面上時入射角為i′＝60°，發生全反射；光射到BC面上，與BC面垂直，所以既有光垂直BC面射出，又有光從BC面反射，根據光路的可逆性可知，這個反射光沿原路返回，故D正確．
答案：D
3．解析：A對：因為b光的偏折程度大于a光，所以玻璃磚對b光的折射率大于對a光的折射率．
B、C對：由公式n＝可知，在玻璃磚中，a光的傳播速度大于b光的傳播速度，再根據v＝＝λf，所以λ＝，所以在玻璃磚中，a光的波長大于b光的波長．
D錯：由于玻璃磚對b光的折射率大于對a光的折射率，根據sin C＝可知，b光的臨界角小于a光的臨界角，所以逐漸增大入射角，b光將比a光先發生全反射．
答案：ABC
4．解析：根據圖像可得當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，少量激光反射經過C點，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．
答案：B
5．解析：
(1)由n＝得v＝≈2.12×108 m/s
(2)光線經過玻璃磚上表面到達下方的半圓柱面，出射時可能發生全反射，光路如圖設發生全反射的臨界角為C，由sin C＝得C＝
則半圓柱面上有光線射出的表面積為S＝2CRL
得S＝RL.
答案：(1)2.12×108 m/s　(2)RL4.光的干涉
新課程標準 核心素養目標
1.觀察光的干涉現象 2．了解光的干涉現象產生的條件 3．知道光的干涉現象在生產生活中的應用 物理觀念 知道光的干涉現象和干涉條件，并能從光的干涉現象中說明光是一種波
科學思維 理解楊氏雙縫干涉實驗亮暗條紋產生的條件．了解薄膜干涉現象，并了解薄膜干涉的應用
必備知識·自主學習——突出基礎性　素養夯基
一、光的雙縫干涉
1.物理史實：1801年，英國物理學家________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________光投射到一個有兩條狹縫S1和S2的擋板上，狹縫相距很近，狹縫就成了兩個波源，它們的頻率、相位和振動方向總是________的，兩個光源發出的光在擋板后面的空間互相疊加發生________．
(2)實驗現象：在屏上得到________的條紋．
(3)實驗結論：光是一種波．
二、干涉條紋和光的波長之間的關系
1．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________倍時，兩列光波在這點相互加強，出現________．
(2)當兩個光源與屏上某點的距離之差等于半波長的________倍時，兩列光波在這點相互減弱，出現________．
2．亮條紋中心的位置：x＝________(n＝0，±1，±2，…)
3．相鄰兩條亮條紋或暗條紋的中心間距：Δx＝________．
三、薄膜干涉
1．相干光：光照射到透明薄膜上，從薄膜的兩個表面________的兩列光波．
2．圖樣特點：同雙縫干涉，同一條亮(或暗)紋對應薄膜的________相等．單色光照射薄膜時形成明暗相間的條紋，白光照射薄膜時，形成彩色條紋．
3．薄膜干涉在技術上的應用．可以在光學元件的表面鍍一層特定厚度的薄膜，增加光的________或者________，還可以利用________的原理對鏡面或其他精密的光學平面的平滑度進行檢測．
【思考辨析】　判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”．
(1)直接用強光照射雙縫，發生干涉．(　　)
(2)兩只手電筒射出的光束在空間相遇，能觀察到光的干涉現象．(　　)
(3)若用單色光作光源，干涉條紋是明暗相間的條紋．(　　)
(4)若用白光作光源，干涉條紋是明暗相間的條紋．(　　)
(5)頻率不同的兩列光波也能產生干涉現象，只是不穩定．(　　)
情境思考：
燈泡發出的光經擋板上的雙縫后，形成如圖所示的明暗相間的條紋，這時是什么現象？
提示：干涉現象．
關鍵能力·合作探究——突出綜合性　素養形成
探究點一　光的雙縫干涉
探究總結
1.雙縫干涉的實驗裝置示意圖
實驗裝置如圖所示，有光源、單縫、雙縫和光屏．
2．單縫屏的作用
獲得一個線光源，使光源有唯一的頻率和振動情況，如果用激光直接照射雙縫，可省去單縫屏．托馬斯·楊那時沒有激光，因此他用強光照射一條狹縫，通過這條狹縫的光再通過雙縫產生相干光．
3．雙縫屏的作用
平行光照射到單縫S上，又照射到雙縫S1、S2上，這樣一束光被分成兩束頻率相同、振動情況完全一致的相干光．
4．屏上某處出現亮、暗條紋的條件
(1)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或半波長的偶數倍．即|PS1－PS2|＝kλ＝2k·(k＝0，1，2，3…)．
(2)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…)
5．干涉條紋和光的波長之間的關系
相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距是Δx＝λ.
典例示范
例1 [干涉圖樣的理解]利用如圖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(　　)
圖1
圖2
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
課堂筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例2 [雙縫干涉中明暗條紋位置的判斷]如圖所示是雙縫干涉實驗裝置，使用波長為600 nm的橙光光源照射單縫S，在光屏中央P處觀察到亮條紋，在位于P處上方的P1處為第一級亮條紋中心(即P1到S1、S2的路程差為一個波長)，現換用波長為400 nm的紫光光源照射單縫，則(　　)
A．P和P1處仍為亮條紋
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、P1處均為暗條紋
課堂筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例3 [關系式Δx＝λ的應用](多選)如圖所示的雙縫干涉實驗，用綠光照射單縫S時，在光屏P上觀察到干涉條紋．要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，可以(　　)
A．減小S1與S2的間距
B．減小雙縫到光屏的距離
C．將綠光換為紅光
D．將整個裝置放在水中
課堂筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
針對訓練1　[教材變式P94(練習與應用)T3]如圖所示，在雙縫干涉實驗中，S1、S2為雙縫，P是光屏上的一點，已知P到S1、S2的距離之差為2.1 μm，現分別用A、B兩束單色光在空氣中做雙縫干涉實驗．
(1)若A光在折射率為n＝1.5的介質中波長為4×10－7 m，則P點是亮條紋還是暗條紋；
(2)若B光在某介質中的波長為3.15×10－7 m，當B光從這種介質射向空氣時，臨界角為37°，則P點是亮條紋還是暗條紋．(sin 37°＝0.6)
探究點二　薄膜干涉及其應用
探究總結
1.薄膜干涉中應注意的問題
(1)薄膜：空氣膜或油膜、肥皂膜等．
(2)相干光：經膜的前、后表面反射的光頻率相同、相位差恒定、振動方向相同．
(3)觀察區域：入射光一側．
(4)條紋特點：同一條干涉亮(暗)條紋對應膜的厚度相同．
2．增透膜和增反膜
(1)增透膜：膜的折射率小于光學元件折射率，增透膜的厚度為光在介質中波長的，使經膜的前、后表面反射的光相互干涉減弱，即減少反射光、增加透射光．
(2)增反膜：膜的折射率大于光學元件折射率，在前表面反射光存在半波損失，故增反膜的厚度也為光在介質中波長的，使經膜的前、后表面反射的光相互干涉加強，即增加反射光、減少透射光．
典例示范
例4 用如圖所示的實驗裝置觀察光的薄膜干涉現象．圖甲是點燃的酒精燈(在燈芯上灑些鹽)，圖乙是豎立的附著一層肥皂液薄膜的金屬線圈．將金屬線圈在其所在的豎直平面內緩慢旋轉，觀察到的現象是(　　)
A.當金屬線圈旋轉30°時，干涉條紋同方向旋轉30°
B.當金屬線圈旋轉45°時，干涉條紋同方向旋轉90°
C.當金屬線圈旋轉60°時，干涉條紋同方向旋轉30°
D.干涉條紋保持不變
課堂筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例5 市場上有一種燈具俗稱“冷光燈”用它照射物體時能使被照物體處產生的熱效應大大降低，從而廣泛地應用于博物館、商店等處．這種燈降低熱效應的原因之一是在燈泡后面放置的反光鏡玻璃表面上鍍一層薄膜(例如氟化鎂)，這種膜能消除玻璃表面反射回來的產生熱效應最顯著的紅外線，以λ表示此紅外線在薄膜中的波長，則所鍍薄膜的厚度最小應為(　　)
A．　 　 B． C．　 　 D．λ
課堂筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
針對訓練2　下列四幅圖中，有1幅與其余3幅反映的光學原理不同，這幅圖是(　　)
課堂檢測·素養提升——突出創新性　素養達標
1.關于光的干涉，下列說法中正確的是(　　)
A．在單色光的雙縫干涉現象里，相鄰的兩個明條紋和相鄰的兩個暗條紋的間距是不等的
B．在單色光的雙縫干涉現象里，把入射光波長變短，相鄰兩個明條紋間距離將變寬
C．只有頻率相同的兩列光波才能產生干涉
D．頻率不同的兩列光波也能產生干涉現象，只是不穩定
2．如圖所示為一顯示薄膜干涉現象的實驗裝置，P是附有肥皂薄膜的鐵絲圈，S是一點燃的酒精燈，往火焰上撒些鹽后，在肥皂膜上觀察到的干涉圖像應是下列圖中的(　　)
3．如圖所示是用a、b兩種單色光分別通過同一雙縫干涉裝置獲得的干涉圖樣．現讓a、b兩種光組成的復色光穿過平行玻璃磚或三棱鏡，光的傳播路徑與方向可能正確的是(　　)
4.如圖所示為雙縫干涉實驗裝置，當使用波長為6×10－7 m的橙色光做實驗時，光屏P點及上方的P1點形成相鄰的亮條紋．若使用波長為4×10－7 m的紫光重復上述實驗，在P和P1點形成的亮、暗條紋的情況是(　　)
A．P和P1都是亮條紋
B．P是亮條紋，P1是暗條紋
C．P是暗條紋，P1是亮條紋
D．P和P1都是暗條紋
5．用氦氖激光器進行雙縫干涉實驗，將裝置放入折射率為的某種油中來進行干涉實驗．測得雙縫間距離d＝0.1 mm，雙縫到屏的距離l＝0.6 m．已知氦氖激光器發出的紅光在空氣中的波長為6.3×10－7 m.問這時屏上的條紋間距是多少？
4．光的干涉
必備知識·自主學習
一、
1．托馬斯·楊
2．(1)單色　相同　干涉現象　(2)明暗相間
二、
1．(1)整數　亮條紋　(2)奇數　暗條紋
2．nλ
3.λ
三、
1．反射　2.厚度　3.透射　反射　薄膜干涉
思考辨析
答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×
關鍵能力·合作探究
探究點一
【例1】　【解析】　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．
【答案】　A
【例2】　【解析】　從單縫S射出的光波被S1、S2兩縫分成的兩束光為相干光，由題意知屏中央P點到S1、S2距離相等，即由S1、S2分別射出的光到P處的路程差為零，因此是亮條紋．因而，無論入射光是什么顏色的光，波長多長，P處都是中央亮條紋．而P1處到S1、S2的路程差剛好是橙光的一個波長，即|P1S1－P1S2|＝600 nm＝λ橙，則兩列光波到達P1處振動情況完全一致，振動得到加強，因此出現亮條紋．當換用波長為400 nm的紫光時，|P1S1－P1S2|＝600 nm＝λ紫，則兩列光波到達P1處時振動情況完全相反，即由S1、S2射出的光波到達P1處時相互削弱，因此出現暗條紋．
【答案】　B
【例3】　【解析】　A對：根據雙縫干涉條紋的間距公式Δx＝λ知，減小雙縫間的距離，即d變小，則干涉條紋間距變大．
B錯：根據雙縫干涉條紋的間距公式Δx＝λ知，減小雙縫到屏的距離，即l減小，則干涉條紋間距變小．
C對：根據雙縫干涉條紋的間距公式Δx＝λ知，將綠光換為紅光，波長變長，則干涉條紋間距變大．
D錯：因為v＝，λ＝，則光進入水中的波長λ′＝＝＝，光進入水中波長變短，根據雙縫干涉條紋的間距公式Δx＝λ知，波長變短，則干涉條紋間距變小．
【答案】　AC
針對訓練1　解析：(1)由于光從一種介質進入另一種介質中頻率不變，
故λA＝nλ1＝6×10－7 m
根據PS1－PS2＝kλA
求得k＝3.5
于是P點出現暗條紋
(2)對B光由臨界角為37°可知
n1＝＝
故λB＝n1λ2＝5.25×10－7 m
根據PS1－PS2＝k1λB
求得k1＝4
于是P點出現亮條紋
答案：(1)暗條紋　(2)亮條紋
探究點二
【例4】　【解析】　金屬線圈的轉動，改變不了肥皂液膜的上薄下厚的形狀，由干涉原理可知干涉條紋與金屬線圈在該豎直平面內的轉動角度無關，仍然是水平的干涉條紋．
【答案】　D
【例5】　【解析】　當薄膜的最小厚度為紅外線在薄膜中波長的時，從兩表面反射的光其光程差恰好為λ，則兩反射光疊加時，相互抵消，這樣就減小了反射光的強度．故選B.
【答案】　B
針對訓練2　解析：增透膜是利用光的干涉原理；用標準平面檢查光學平面的平整程度是利用光的薄膜干涉現象；C選項為雙縫干涉；D選項為單縫衍射，故D符合題意．
答案：D
課堂檢測·素養提升
1．解析：在單色光的雙縫干涉現象里，相鄰兩明條紋和相鄰兩暗條紋的間距是相等的，選項A錯誤；對于同一干涉裝置，入射光的波長越長，相鄰兩個明條紋的間距越大，因此，把入射光波長變短，條紋間距變窄，故選項B錯誤；兩列光波產生干涉，頻率必須相同，故選項C正確，D錯誤．
答案：C
2．解析：鐵絲圈上的肥皂泡薄膜在重力作用下上薄下厚，在同一水平線上厚度基本一致，如果某一厚度處前、后表面反射的同一列光波疊加得到加強，那么這一水平線上同一厚度處光波會加強，所以干涉條紋應是水平的．
答案：D
3．解析：從干涉圖樣可知a光的波長大于b光的波長，因此a光的頻率小于b光的頻率，所以b光的折射率更大．選項A應是左側為b光，右側為a光；選項B中射出的兩光線都應與復色光平行，A、B錯誤；由于b光的折射率更大，所以b光的臨界角更小，更容易發生全反射，C錯誤，D正確．
答案：D
4．解析：＝＝1.5＝.
P1點對橙光：Δr＝n·λ橙，
對紫光：Δr＝nλ橙＝n·λ紫＝3n·
因為P1與P相鄰，所以n＝1，P1點是暗條紋．
對P點，因為Δr＝0，所以仍是亮條紋，B正確．
答案：B
5．解析：先求光在這種油中的波長λ′.由v＝λ′f得f＝.而波的頻率與介質無關，則有＝，又因n＝，聯立以上各式解得λ′＝＝ m≈4.7×10－7 m．則實驗中干涉條紋間距為Δx＝λ′＝ m＝2.8×10－3 m＝2.8 mm.
答案：2.8 mm5.實驗：用雙縫干涉測量光的波長
新課程標準 核心素養目標
會用雙縫干涉實驗測量光的波長 物理觀念 通過進行“用雙縫干涉測量光的波長”實驗，加深對雙縫干涉圖樣的認識和理解
實驗屬性 學生必做實驗 科學態度與責任 認識物理實驗和數學工具在物理發展過程中的作用
實驗必備·自主學習——突出基礎性　素養夯基
一、實驗思路
1．雙縫干涉實驗裝置示意圖．
2．光源發出的光經濾光片(裝在單縫前)成為________光，把單縫照亮→單縫相當于一個________→把雙縫照亮．來自雙縫的光在雙縫右邊的空間發生________．
3．遮光筒的一端裝有________，可以在這個屏上觀察到________．
4．由λ＝Δx計算出光的波長．(注意：透鏡的作用是使射向單縫的光更集中)
二、物理量的測量
1．l的測量：雙縫到屏的距離l可以用________測出．
2．Δx的測量：相鄰兩條亮條紋間的距離Δx需用________測出．
(1)兩種測量頭
(2)測量方法
使分劃板的中心刻線與亮條紋的中心對齊(如圖)，記下此時手輪上的讀數．然后轉動________，使分劃板中心刻線與另一相鄰亮條紋的中心對齊，再次記下手輪上的讀數．兩次讀數之差表示這兩條________間的距離Δx.
為了減小測量誤差，可測出n個亮條紋間的距離a，再求出相鄰兩個亮條紋間的距離Δx＝________．
三、進行實驗
1．使單縫與雙縫相互________，盡量使縫的中點位于遮光筒的________上．
2．做好以上調整后，在單縫與光源之間放上濾光片就可以觀察到________光的雙縫干涉圖樣(如圖)
3．測量雙縫到屏的距離l和相鄰兩條________間的距離Δx.
4．分別改變濾光片的________和雙縫的距離，觀察干涉條紋的________，并求出相應的波長．
四、數據分析
1．收集數據填入下表(Δx由Δx＝求出)
實驗次數 雙縫間的距離d 雙縫到光屏的距離l 相鄰條紋的平均間距Δx
1
2
3
2.根據λ＝Δx算出波長．
精析典例·提升能力——突出綜合性　素養形成
類型一　實驗原理及實驗步驟
探究總結
操作步驟：
(1)如圖所示，在光具座上把各光學原件裝配好．
(2)從遮光筒上取下雙縫，打開電源，調節光源的高度，直到光束能沿遮光筒的軸線射到毛玻璃光屏的中心．
(3)放上單縫和雙縫，使它們的距離為5～10厘米，并保持縫相互平行．注意各光學元件中心應大致位于遮光筒的軸線上．
(4)觀察屏上的白光干涉條紋的特點．給光源加上不同的濾光片，看條紋的色彩、間距發生了什么變化，相鄰亮條紋(或暗條紋)的間距是否相等．
(5)記下雙縫間的距離d和雙縫到光屏的距離l.
(6)轉動手輪，先使分劃板的中心刻線對準某條亮紋中心，如圖所示，記下此時的讀數．繼續轉動手輪，使分劃板中心刻線移過n條條紋，對齊另一亮紋中心，再記下此時的讀數．轉動手輪進行測量時，一次測量中不要反向旋轉．
(7)把測量結果記錄在數據表格中，算出兩次讀數之差，求出相鄰亮條紋(或暗條紋)的平均間距Δx.求出光的波長．
典例示范
例1 在“用雙縫干涉測量光的波長”實驗中．
(1)在觀察紅光的干涉圖樣時，現有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、濾光片D、單縫E等光學元件，將白光光源C放在光具座最右端，依次放置其他光學元件，由右至左，表示各光學元件的字母排列順序應為：________(選填“①”或“②”)．
①C、D、E、B、A 　　②C、D、B、E、A
(2)一同學通過測量頭的目鏡觀察單色光的干涉圖樣時，發現里面的亮條紋與分劃板豎線未對齊，如圖所示．若要使兩者對齊，該同學應________．
A．僅左右轉動透鏡 B．僅旋轉單縫
C．僅旋轉雙縫 D．僅旋轉測量頭
(3)為了使測得單色光的條紋間距增大，在其他條件不變的情況下，以下做法合適的是________．
A．增大單縫與雙縫間距
B．增大雙縫與毛玻璃屏間距
C．更換雙縫間距更小的雙縫片
D．增強光源亮度
課堂筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
針對訓練1　在“用雙縫干涉測量光的波長”實驗中，實驗裝置如圖甲所示．
(1)以線狀白熾燈為光源，對實驗裝置進行了調節并觀察實驗現象后，總結出以下幾點：
A．燈絲和單縫及雙縫必須平行放置
B．干涉條紋與雙縫垂直
C．干涉條紋疏密程度與雙縫間距離有關
D．干涉條紋間距與光的波長有關
以上幾點中你認為正確的是________．
(2)當測量頭中的分劃板中心刻線對齊某條亮條紋中心時，手輪上的示數如圖乙所示，該讀數為________ mm.
(3)如果測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上，如圖丙所示，則在這種情況下測量干涉條紋的間距Δx時，測量值______(選填“大于”“小于”或“等于”)實際值．
類型二　數據處理
典例示范
例2 如圖甲所示是利用雙縫干涉測量某單色光波長的實驗裝置，測得雙縫到毛玻璃屏的距離l為0.2 m、雙縫間的距離d為0.4 mm，圖乙是通過該儀器的觀測裝置看到的毛玻璃屏上的干涉圖樣，其中1、2、3、4、5…是亮條紋的編號，圖丙、圖丁是利用該儀器測光的波長時觀察到的情景，圖丙是測第1號亮條紋的位置，此時觀測裝置上千分尺的讀數為________ mm.圖丁是測第4號亮條紋的位置，此時觀測裝置上千分尺的讀數為________ mm.根據上面測出的數據可知，相鄰兩條亮條紋間的距離Δx＝________ mm，計算波長的數學表達式λ＝________，被測光的波長為________ nm.
　處理數據時有三個關鍵：一是正確讀取測量頭的示數；二是明確Δx＝中各個字母的含義，特別注意要與具體的條紋結合起來進行判斷；三是注意單位換算和有效數字的保留．
針對訓練2　在“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗中，將雙縫干涉實驗儀按要求安裝在光具座上，如圖所示，并選用縫間距d＝0.2 mm的雙縫片．從儀器注明的規格可知，像屏與雙縫片間的距離L＝700 mm.接通電源使光源正常工作．
(1)M，N、P三個光學元件依次為________．
A．濾光片、單縫片、雙縫片
B．濾光片、雙縫片、單縫片
C．偏振片、單縫片、雙縫片
D．雙縫片、偏振片、單縫片
(2)已知測量頭主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度．某同學調整手輪后，從測量頭的目鏡看去，第1次映入眼簾的干涉條紋如圖甲所示，圖中的數字是該同學給各暗條紋的編號，此時圖乙中游標卡尺上的讀數x1＝1.16 mm；接著再轉動手輪，映入眼簾的干涉條紋如圖丙所示，此時圖丁中游標卡尺上的讀數x2＝________ mm.
(3)利用上述測量結果，經計算可得兩相鄰亮條紋(或暗條紋)間的距離Δx，進而計算得到這種色光的波長λ＝________ nm.
針對訓練3　(1)(多選)利用甲圖所示裝置研究光的某些現象，下列說法正確的是________．
A．若在光屏上得到的圖樣如(a)圖所示，則光源和光屏間放置的是單縫擋板
B．若光源和光屏間放置的是雙縫擋板，光源由紅光換作藍光后，圖樣的條紋寬度會變窄
C．若光源和光屏間放置的是三棱鏡，光源能發出紅、綠、紫三色光，則紅光最有可能照射不到光屏上
D．若光源和光屏間放置的是三棱鏡，光源能發出紅、綠、紫三色光，則紫光最有可能照射不到光屏上
(2)用雙縫干涉測量某單色光的波長時，所得圖樣如乙圖所示，調節儀器使分劃板的中心刻線對準一條亮條紋A的中心，測量頭卡尺的示數如丙圖所示，其讀數為________ mm，移動手輪使分劃板中心刻線對準另一條亮條紋B的中心，測量頭卡尺的示數為18.6 mm.已知雙縫擋板與光屏間距為0.6 m，雙縫相距0.2 mm，則所測單色光的波長為________ m.
課堂檢測·素養提升——突出創新性　素養達標
1.在“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗中，用如圖所示裝置測量紅光的波長：
(1)圖中標示的器材“A”應為________．
(2)(多選)下列操作正確的是________．
A．先調節光源高度，觀察到光束沿遮光筒的軸線傳播后再裝上測量頭
B．接通電源前把輸出電壓調到小燈泡額定的電壓
C．觀察到條紋比較模糊，可以調節撥桿進行調整
D．測量條紋間距時，目鏡分劃板中心刻度線與亮紋邊緣重合
(3)下列圖示中條紋間距表示正確的是________．
2．“用雙縫干涉測量光的波長”是光學中的一個重要實驗，通過本實驗測出雙縫到屏間的距離l、雙縫間的距離d及相鄰兩個亮條紋或暗條紋的中心間距Δx，就可以計算出光的波長λ，其公式是________．如圖，把氦—氖激光器及雙縫干涉儀放在特制的介質折射率為的裝置中，在屏上得到一干涉圖樣，事先測得雙縫到屏間的距離為10.8 m，雙縫間的距離為0.44 mm，現測得7條亮條紋間的距離為9.0 cm，則此激光在真空中的波長為______ m.
3．用某種單色光做雙縫干涉實驗時，已知雙縫間距離d＝0.20 mm，雙縫到毛玻璃屏間的距離L＝75.0 cm，如圖甲所示．實驗時先轉動如圖乙所示的測量頭上的手輪，使與游標卡尺相連的分劃線對準如圖丙所示的第1條明條紋中心．此時卡尺的主尺和游標尺的位置如圖戊所示，則游標卡尺的讀數x1＝________ mm.然后再轉動手輪，使與游標卡尺相連的分劃線向右邊移動，直到對準第5條明條紋中心，如圖丁所示．此時卡尺的主尺和游標尺的位置如圖己所示，則游標卡尺的讀數x2＝________ mm.由以上已知數據和測量數據，該單色光的波長是________ mm.
5．實驗：用雙縫干涉測量光的波長
實驗必備·自主學習
一、
2．單色　線光源　干涉
3．毛玻璃屏　干涉條紋
二、
1．刻度尺
2．測量頭　(2)測量頭　亮條紋　
三、
1．平行　軸線
2．單色
3．亮條紋
4．顏色　變化
精析典例·提升能力
類型一
【例1】　【解析】　(1)為了獲取單色的線光源，光源后面應放置濾光片、單縫，單縫形成的線光源經過雙縫產生干涉現象，在光屏上可以觀察到干涉條紋，因此，由右至左，各光學元件排列順序應為白光光源C、濾光片D、單縫E、雙縫B、毛玻璃屏A，故為C、D、E、B、A，故選①.(2)發現里面的亮條紋與分劃板豎線未對齊，若要使兩者對齊，該同學應調節測量頭，故A、B、C錯誤，D正確．(3)依據雙縫干涉條紋間距Δx＝λ，要使Δx增大，可以增大l，或減小d，還可以增大λ，與單縫和雙縫間距及光的強度無關，故B、C正確，A、D錯誤．
【答案】　(1)①　(2)D　(3)BC
針對訓練1　解析：(1)為使屏上的干涉條紋清晰，燈絲與單縫和雙縫必須平行放置，所得到的干涉條紋與雙縫平行；由Δx＝λ可知，條紋的疏密程度與雙縫間距離、光的波長有關，所以A、C、D選項正確．(2)固定刻度讀數為0.5 mm，可動刻度讀數為20.2×0.01 mm＝0.202 mm，所以測量結果為0.5 mm＋0.202 mm＝0.702 mm.
(3)測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上，由幾何知識可知測量頭的讀數大于條紋間的實際距離．
答案：(1)ACD　(2)0.702　(3)大于
類型二
【例2】　【解析】　題圖丙是測第1號亮條紋的位置，此時千分尺的讀數為0.5 mm＋0.01×1.0 mm＝0.510 mm.
題圖丁是測第4號亮條紋的位置，此時千分尺的讀數為1 mm＋0.01×48.5 mm＝1.485 mm
相鄰兩條亮條紋間的距離
Δx＝ mm＝0.325 mm
根據雙縫干涉條紋的間距公式Δx＝λ，得λ＝
代入數據得
λ＝ m＝6.5×10－7 m＝650 nm
【答案】　0.510　1.485　0.325　　650
針對訓練2　解析：(1)雙縫干涉實驗是讓單色光通過雙縫在光屏上形成干涉圖樣，所以讓白熾燈光通過濾光片形成單色光，再經過單縫形成相干光，然后通過雙縫形成干涉條紋．故M、N、P依次為濾光片、單縫片、雙縫片．
(2)圖丙中，游標卡尺的主尺讀數為15 mm，游標尺讀數為1×0.02 mm＝0.02 mm，所以最終讀數為x2＝15.02 mm.
(3)兩相鄰亮條紋(或暗條紋)間的距離
Δx＝＝ mm＝2.31 mm，
根據Δx＝λ，得：
λ＝＝ m＝6.6×10－7 m＝660 nm.
答案：(1)A　(2)15.02　(3)660
針對訓練3　解析：(1)若在光屏上得到的圖樣如(a)圖所示為干涉條紋，則光源和光屏間放置的是雙縫擋板，不是單縫，A錯誤；若光源和光屏間放置的是雙縫擋板，光源由紅光換作藍光后，依據干涉條紋間距公式Δx＝λ可知，波長變短，圖樣的條紋寬度會變窄，B正確；若光源和光屏間放置的是三棱鏡，光源能發出紅、綠、紫三色光，紅光偏折最小，則紅光最有可能照射到光屏上，C錯誤；若光源和光屏間放置的是三棱鏡，光源能發出紅、綠、紫三色光，紫光偏折最大，則紫光最有可能照射不到光屏上，D正確．
(2)由題圖丙所示可知，游標卡尺示數為：11 mm＋4×0.1 mm＝11.4 mm，條紋間距為：Δx＝×(18.6－11.4) mm＝1.8 mm＝1.8×10－3 m，由雙縫干涉條紋公式有：Δx＝λ，代入數據解得：λ＝6.0×10－7 m.
答案：(1)BD　(2)11.4　6.0×10－7
課堂檢測·素養提升
1．解析：(1)題圖中標示的器材“A”應為紅色濾光片．
(2)根據“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗操作步驟可知，安裝器材的過程中，先調節光源高度，觀察到光束沿遮光簡的軸線傳播后再安裝單縫、雙縫以及裝上測量頭，故A正確；若要小燈泡正常發光，則接通電源前把輸出電壓調到小燈泡的額定電壓，故B正確；觀察到條紋比較模糊，可能是單縫與雙縫不平行，可以調節撥桿進行調整，故C正確；測量條紋間距時，目鏡分劃板中心刻度線與亮紋的中心重合，故D錯誤．
(3)干涉條紋的間距為兩個相鄰的亮條紋(或暗條紋)的中心之間的距離，故圖C是正確的，圖A、B、D錯誤．
答案：(1)紅色濾光片　(2)ABC　(3)C
2．解析：由Δx＝λ可知λ＝，Δx＝ cm＝1.5 cm，又n＝，聯立以上各式并代入數據得λ真≈8.15×10－7 m.
答案：λ＝　8.15×10－7
3．解析：圖戊的示數主尺為0 mm；游標尺的第3刻度與上面對齊，讀數為0.1×3 mm＝0.3 mm，總讀數為0.3 mm；圖己的示數主尺為9 mm；游標尺的第6刻度與上面對齊，讀數為0.1×6 mm＝0.6 mm，總讀數為9.6 mm.根據Δx＝λ得，λ＝＝ mm＝6.2×10－4 mm.
答案：0.3　9.6　6.2×10－46.光的衍射　7.光的偏振　激光
新課程標準 核心素養目標
1.觀察光的衍射和偏振現象，了解這些現象產生的條件，知道其在生產生活中的應用 2．知道光是橫波 3．通過實驗，了解激光的特性 4．能舉例說明激光技術在生產生活中的應用 物理觀念 觀察光的衍射現象，認識衍射條紋的特點；觀察光的偏振現象，知道光是橫波
科學思維 知道產生明顯衍射的條件
科學態度 與責任 知道偏振現象的應用
必備知識·自主學習——突出基礎性　素養夯基
一、光的衍射
1.定義
光通過很小的狹縫(或圓孔)時，明顯地偏離了________，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．單縫衍射：
單色光通過狹縫時，在屏幕上出現________相間的條紋，中央為________條紋，中央條紋最寬最亮，其余條紋變窄變暗．
3．產生明顯衍射現象的條件：障礙物或小孔的尺寸可以跟光的波長________，甚至比光的波長還要________．
4．衍射光柵：
(1)結構：有許多等寬的狹縫________排列起來形成的光學元件．狹縫的個數越多，衍射條紋的寬度越窄，亮度越高．
(2)衍射圖樣的特點：與單縫衍射相比，衍射條紋的寬度變窄，亮度________．
(3)衍射光柵的種類：________光柵和________光柵．
情境思考：在十字路口為什么用紅色燈作為停止的信號燈呢？
提示：停止信號燈之所以選擇紅色，一方面是由于我們的眼睛對紅色比較敏感，敏感度超過黃色或綠色；另一方面是由于在可見光中紅光的波長最長．容易穿透空氣中的水霧和煙塵，即波動性較強，靠衍射現象繞過水霧和煙塵．而其他的光波長較短，容易受到空氣中浮動的粒子擾亂，因此紅光比其他各種顏色的光更容易透過空氣傳到遠方．
二、光的偏振
1．偏振
(1)“偏振現象”：不同的橫波，即使傳播方向________，振動方向也可能是________的．這個現象稱為“偏振現象”．橫波的振動方向稱為“偏振方向”．
(2)讓繩穿過一塊帶有狹縫的木板，先后將狹縫與振動方向平行放置及與振動方向垂直放置(如圖)．對于圖甲的情形，繩上的橫波________穿過狹縫，而對于圖乙的情形則________．
2.光的偏振
(1)偏振片：偏振片由特定的材料制成，每個偏振片都有一個________的方向，沿著這個方向振動的光波能順利________偏振片，偏振方向與這個方向垂直的光不能通過，這個方向叫作“透振方向”．
(2)自然光：太陽、電燈等普通光源發出的光，包含著在______于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的________都相同．
(3)偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，沿著____________振動的光．
3．偏振現象的應用：在照相機鏡頭前裝一片____________、電子表的液晶顯示等．
三、激光的特點及其應用
1．激光：傳播方向、偏振、相位等性質完全________的光波，這就是激光．
2．激光的特點及應用
特點 性質 應用
純凈 性高 激光具有頻率單一、相位差恒定、偏振方向相同的特點，是人工產生的相干光，具有高度的純凈性，即相干性 光纖通信
平行 度好 激光的平行度非常好，傳播很遠的距離后仍能保持一定的強度 精確地測距；提供目標指引；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；醫學上可以用激光作“光刀”
【思考辨析】　判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”．
(1)使單縫寬度變小，衍射條紋間距變窄．(　　)
(2)菜湯上的油花呈現彩色，是光的折射現象．(　　)
(3)換用波長較長的光照射，衍射條紋間距變寬．(　　)
(4)凡是波都有偏振現象．(　　)
(5)反射可以引起自然光的偏振．(　　)
情境思考：如圖所示是立體電影中的圖片．為什么立體電影會產生如此神奇的效果？
提示：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．
關鍵能力·合作探究——突出綜合性　素養形成
探究點一　光的衍射
探究總結
1.單縫衍射圖樣的特點
(1)中央條紋最亮、越向兩邊越暗，條紋間距不等；中央條紋最寬，越靠外，條紋間距越窄．
(2)縫變窄，通過的光變少，而光分布的范圍更寬，所以亮紋的亮度降低．
(3)中央亮條紋的寬度及條紋間距跟入射光的波長及單縫寬度有關．入射光波長越長，單縫越窄，中央亮條紋的寬度及條紋間距就越大．
(4)用白光做單縫衍射時，中央亮條紋是白色的，兩邊是彩色條紋，中央亮條紋仍然最寬最亮．如圖所示．
2．圓孔衍射圖樣的兩個特點
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．
白光的圓孔衍射圖樣中央亮圓為白色，周圍是彩色圓環．如圖所示．
3．障礙物的衍射圖樣的特點
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．如圖所示．
典例示范
例1 如圖所示的四幅明暗相間的條紋，分別是紅光經過間距不同的雙縫及寬度不同的單縫所形成的．則在下面的四幅圖中(甲、乙、丙、丁)依次對應的是 (　　)
A．雙縫寬間距，雙縫窄間距，寬單縫，窄單縫
B．雙縫窄間距，雙縫寬間距，窄單縫，寬單縫
C．寬單縫，窄單縫，雙縫寬間距，雙縫窄間距
D．窄單縫，寬單縫，雙縫窄間距，雙縫寬間距
課堂筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
針對訓練1　(多選)沙塵暴是由土地沙漠化引起的一種惡劣的天氣現象，發生沙塵暴時能見度只有十幾米，天氣變黃變暗，這是由于這種情況下 (　　)
A．只有波長較短的一部分光才能到達地面
B．只有波長較長的一部分光才能到達地面
C．只有頻率較大的一部分光才能到達地面
D．只有頻率較小的一部分光才能到達地面
針對訓練2　關于下列四幅圖中所涉及的物理知識的論述中，正確的是(　　)
A．甲圖是光的干涉圖樣
B．乙圖是光的衍射圖樣
C．丙圖是光的折射原理
D．丁圖是光導纖維利用光的全反射原理，其內芯折射率小于外套的折射率
探究點二　光的偏振
探究總結
1.自然光通過偏振片后變成偏振光．
2．當偏振片的偏振方向與光的偏振方向夾角不同時，通過偏振片的光的強度不同．
3．當偏振片的偏振方向與光的偏振方向夾角為90°時，將無光通過偏振片．
4．只有橫波才有偏振現象，縱波無偏振現象，光的偏振現象證明光是橫波．
典例示范
例2 如圖所示，兩光屏間放有兩個透振方向相互平行的偏振片，現讓太陽光沿軸線通過光屏M上的小孔照射到偏振片P上，再通過偏振片Q，現以光的傳播方向為軸使偏振片P由圖示位置旋轉90°，下列說法正確的是 (　　)
A.M、N間為偏振光
B．P、Q間為自然光
C．P、Q間的光線亮度逐漸變暗
D．光屏N上的亮度逐漸變暗
針對訓練3　下面關于光的偏振現象的應用正確的是 (　　)
A．立體電影利用了光的干涉現象
B．為了增加光的透射率，照相機鏡頭表面的鍍膜是利用了光的偏振現象
C．茶色眼鏡利用了光的偏振現象
D．拍攝日落時分水面下的景物時，在照相機鏡頭前裝一個偏振片可減弱水面反射光的影響
針對訓練4　(多選)如圖所示是立體電影的工作原理圖，觀眾戴上一副特殊的眼鏡就能看到屏幕上的立體圖像．關于立體電影，以下說法正確的是 (　　)
A．觀眾戴上特制眼鏡是為了防止傷害眼睛
B．這副眼鏡其實就是一對偏振方向互相垂直的偏振片
C.戴上特制眼鏡的觀眾若只用一只眼睛看，則屏幕上只是一片光亮而無圖像
D．產生立體視覺是因為人的兩只眼睛同時觀察物體時，在視網膜上形成的像并不完全相同
探究點三　激光的應用
探究總結
激光作為一種人造光源，在科研、通信、工業生產、軍事科技等領域都有著廣泛應用，如：
(1)激光雷達——利用激光的平行度好
(2)讀盤——利用激光的平行度好
(3)醫用激光刀——利用激光的亮度高
(4)切割金屬等難熔物質——利用激光的亮度高
(5)激光育種——利用激光的亮度高
(6)引起核聚變——利用激光的亮度高
(7)作為干涉、衍射的光源——利用其單色性好
典例示范
例3 (多選)關于應用激光的事例中，下列說法正確的是(　　)
A．激光平行度好可以用于測距
B．激光能量十分集中，為治療近視眼而研制的“激光刀”就利用了這個特點，優點是有效地減少了細菌的感染
C．激光的亮度高，可以用于城市廣場照明
D．激光的相干性好，可用于雙縫干涉實驗
課堂筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　激光相關問題解題關鍵
(1)熟記激光的主要特點及應用．
(2)激光作為一種光，具有光的一切性質，能發生衍射、干涉、反射、折射等，遵從反射定律、折射定律等．
針對訓練5　(多選)將激光束的寬度聚焦到納米級(10－9 m)范圍內，可修復人體已損壞的器官，可對DNA分子進行超微型基因修復，把至今尚令人無奈的癌癥、遺傳疾病徹底根除，以上功能是利用了激光的 (　　)
A．單色性好 B．平行度好
C．粒子性 D．能量高
針對訓練6　關于激光的應用問題，下列說法正確的是(　　)
A．全息照相利用了激光平行度非常好的特點
B．激光測距雷達利用了激光平行度好的特點
C．用激光束來切割或焊接很硬的材料利用了激光平行度好的特點
D．用激光讀取DVD光盤上的信息利用了激光有相干性的特點
課堂檢測·素養提升——突出創新性　素養達標
1．甲圖是太陽光照射下，肥皂膜表面出現的彩色條紋；乙圖是激光照射下，針尖的影子，它的輪廓模糊不清，出現明暗相間的條紋．下列說法正確的是(　　)
A．二者都是光的衍射現象
B．二者都是光的干涉現象
C．甲是光的干涉現象，乙是光的衍射現象
D．甲是光的衍射現象，乙是光的干涉現象
2．激光具有相干性好，平行度好、亮度高等特點，在科學技術和日常生活中應用廣泛．下面關于激光的敘述正確的是 (　　)
A．激光是縱波
B．頻率相同的激光在不同介質中的波長相同
C．兩束頻率不同的激光能產生干涉現象
D．利用激光平行度好的特點可以測量月球到地球的距離
3．(多選)在城市交通中，選用紅燈表示禁止通行，其原因是(　　)
A．紅光容易產生干涉
B．紅光照射的距離大
C．紅光容易引起人們的視覺反應
D．紅光容易產生衍射
4．(多選)如圖，P是一偏振片，P的透振方向(用帶箭頭的實線表示)為豎直方向．下列四種入射光束中哪幾種照射P時能在P的另一側觀察到透射光(　　)
A．太陽光
B．沿豎直方向振動的光
C．沿水平方向振動的光
D．沿與豎直方向成45°角振動的光
5．某同學使用激光器作光源，在不透光的擋板上開一條縫寬為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(　　)
6．光的衍射
7．光的偏振　激光
必備知識·自主學習
一、
1．直線傳播
2．明暗　亮
3．差不多　小
4．等距離　增加　透射　反射
二、
1．相同　不同　能　不能
2．特定　通過　垂直　強度　某個特定的方向
3．偏振濾光片
三、
1．相同
思考辨析
答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√
關鍵能力·合作探究
探究點一
【例1】　【解析】　雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋，所有條紋寬度相同且等間距，故甲、乙兩圖是雙縫干涉現象，根據雙縫干涉條紋間距Δx＝可知雙縫間距d越小，Δx越大，故甲是雙縫寬間距，乙是雙縫窄間距；單縫衍射條紋是中間明亮且寬大，越向兩側寬度越小、亮度越暗，而單縫越窄，中央亮條紋越寬，故丙是寬單縫，丁是窄單縫．故A正確．
【答案】　A
針對訓練1　解析：據光發生衍射的條件，發生沙塵暴時，只有波長較長的一部分光線能到達地面，據λ＝知，到達地面的光是頻率較小的部分．
答案：BD
針對訓練2　解析：甲圖是光的衍射圖樣，乙圖是光的干涉圖樣，A、B錯誤；丙圖是光的折射原理，C正確；丁圖中光導纖維的內芯折射率大于外套的折射率，D錯誤．
答案：C
探究點二
【例2】　【解析】　A、B錯：M、P間為自然光，經過偏振片P后變為偏振光，因此P、Q與Q、N間為偏振光．C錯：由于自然光沿著各個方向振動的光波的強度都相同，因此在偏振片P旋轉過程中，P、Q間的光線亮度不變．D對：當偏振片P與偏振片Q垂直時，光屏N上沒有亮度，則旋轉過程中光屏N上光的亮度逐漸變暗．
【答案】　D
針對訓練3　解析：A錯：放映立體電影的時候用雙鏡頭放映機，兩個鏡頭前放有偏振方向不同的偏振片，觀眾戴的眼鏡上也有相對應方向的偏振片，這樣每只眼睛就只能看到一個鏡頭所投影的圖像．B錯：為了增加光的透射率，照相機鏡頭表面的鍍膜是利用了光的薄膜干涉現象．C錯：茶色眼鏡利用了金屬化合物在玻璃中變化，從而形成色彩．D對：拍攝日落時分水面下的景物時，為減小反射光的影響，在照相機鏡頭前裝一個偏振片．
答案：D
針對訓練4　解析：放映立體電影時有左右兩架放映機同時工作，在每架放映機前裝有一塊偏振鏡子，其偏振方向互相垂直，因此從放映機前偏振鏡射出的兩束偏振光的偏振方向互相垂直，這兩束偏振光經屏幕反射其偏振方向不改變，觀眾所戴的偏振眼鏡的兩只鏡片偏振方向互相垂直，且左眼鏡片跟左邊放映機前偏振鏡的偏振方向一致，這樣，左眼只能看剄左邊放映機放映出的畫面，右眼只能看到右邊放映機放映出的畫面，兩眼看到的畫面略有差別，因而產生立體感，因此B、D選項正確．
答案：BD
探究點三
【例3】　【解析】　激光平行度好，即使傳播了很遠的距離之后，它仍保持一定的強度，此特點可用于激光測距，A正確；激光的亮度高，能量十分集中，可應用于金屬的加工、激光醫療、激光美容、激光武器等，B正確；激光具有很好的相干性，可應用于雙縫干涉實驗、全息照相等，D正確；一般照明的燈光是輻射狀的，而激光凝聚程度高，亮度高，容易燒壞物體，因此不適合用于廣場照明，所以C錯誤．
【答案】　ABD
針對訓練5　解析：激光的平行度好，故可聚焦到很小的范圍；激光的亮度高、能量大，故可修復器官．
答案：BD
針對訓練6　解析：A錯：全息照相利用了激光相干性好的特性．B對，D錯：激光測距雷達和用激光讀取DVD光盤上的信息利用了激光平行度好的特點．C錯：用激光束來切割或焊接很硬的材料利用了激光亮度高的特點．
答案：B
課堂檢測·素養提升
1．答案：C
2．解析：A錯：光是一種電磁波，屬于橫波．B錯：光在不同介質中傳播速度不同，頻率相同的激光在不同介質中的波長不同．C錯：頻率相同的光才能發生干涉現象．D對：激光方向集中，也就是平行度好，可用于測量月球到地球的距離．
答案：D
3．解析：紅光在可見光中的波長最長，容易發生衍射，在霧天、雨天、沙塵暴等惡劣天氣里，使司機和行人都能看到紅燈，避免交通事故的發生；同時紅光也容易引起人們的視覺反應．
答案：CD
4．解析：當光的振動方向與偏振片的透振方向平行時，透光最強；垂直時，無光透過；若為某一角度時，有部分光透過；太陽光是自然光，沿各個方向的振動都存在，因此選項A、B、D正確．
答案：ABD
5．解析：單縫衍射條紋中間寬，兩側越來越窄，又由于單縫是水平的，故衍射條紋也是水平的，B對．
答案：B

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