新高考物理一轮专题特训重点突破：第30讲 光学（含答案解析）

这是一份新高考物理一轮专题特训重点突破：第30讲 光学（含答案解析），共25页。试卷主要包含了折射定律，介质的折射率，测量玻璃的折射率，临界角C等内容，欢迎下载使用。

光学
知识精讲
光的折射
1．折射定律
光的折射定律：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。
SKIPIF 1 < 0 （ SKIPIF 1 < 0 是比例常数）
2．介质的折射率
（1）定义：光从真空射入某种介质，入射角的正弦跟折射角的正弦之比，叫做介质的折射率。
（2）公式： SKIPIF 1 < 0 ，折射率总大于1，在介质中的传播速度 SKIPIF 1 < 0 。
（3）折射率的大小取决于介质本身和入射光的频率，与入射角的大小无关。某一频率的光在不同介质中传播时，频率不变，折射率不同，光速不同，波长也不同；不同频率的光在同一介质中传播时，折射率不同，光速不同，波长也不同。
4．测量玻璃的折射率
（1）实验原理： SKIPIF 1 < 0
（2）实验器材：玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、三角板（或直尺）、铅笔。
（3）利用平均值法求玻璃的折射率: 根据测量数据求出各组 SKIPIF 1 < 0 ，再算求这n组的平均值即为玻璃的折射率。
（4）利用图像法求折射率: 用 SKIPIF 1 < 0 表示纵坐标，用 SKIPIF 1 < 0 表示横坐标，把各组对应的数据描到坐标纸上，根据所描的点用过原点的直线使所描点尽量落在所画的直线上，或均匀后分布于直线的两侧，该直线的斜率即表示所测定的玻璃的折射率。
（5）利用做图法求折射率：由下图可知： SKIPIF 1 < 0 。
全反射
1．全反射的定义：光从光密介质射向光疏介质时，同时发生折射和反射，当入射角增加到某一角度时，折射角完全消失，只剩下反射光线。
2．全反射产生的条件：
（1）光从光密介质射向光疏介质；（2）入射角大于或等于临界角。
3．临界角C：是指折射角为90时的入射角，当光线从某介质射入真空（或空气）时，其临界角的正弦值为 SKIPIF 1 < 0 （C为临界角，c为光在空气中的传播速度）。
4．全反射的应用
（1）全反射棱镜
（2）光导纤维
三．光的干涉
1．杨氏干涉实验
1801年英国物理学家托马斯·杨在实验室里成功的观察到光的干涉现象。
2．干涉图样的特点
（1）明暗相间；
（2）亮纹间等距，暗纹间等距；
（3）两缝隙S1、S2中垂线与屏幕相交位置是亮条纹，即中央亮纹。
3．光的干涉现象
两列频率相同、振动情况相同的光波相叠加，某些区域出现振动加强，某些区域出现振动减弱，并且加强区域和减弱区域总是相互间隔的现象叫光的干涉现象。
只有相干光源发出的光叠加，才会发生干涉现象。相干光源是指频率相同、相位相同的两列光波。
4．决定双缝干涉条纹间距的条件
（1）当两束振动情况相同的光源产生的光相互叠加时，出现明条纹的条件是屏上某点P到两个相干光源S1和S2的路程差等于波长的整数倍或半波长的偶数倍，即：
|PS1－PS2|＝kλ＝2k· SKIPIF 1 < 0 （k＝0，1，2，3…)；
当k＝0时，即PS1＝PS2，此时P点处的明条纹叫做中央亮条纹；
当 SKIPIF 1 < 0 很小时， SKIPIF 1 < 0 ；
亮条纹中心的位置为： SKIPIF 1 < 0 ，k=0，1，2 SKIPIF 1 < 0 ；
单色光的双缝干涉中相邻亮条纹间距离为 SKIPIF 1 < 0 。
（2）出现暗条纹的条件是屏上某点P到两个相干光源S1和S2的路程差等于半波长的奇数倍，即|PS1－PS2|＝（2k＋1) SKIPIF 1 < 0 （k＝0，1，2，3…)。
暗条纹中心的位置为： SKIPIF 1 < 0 ，k=0，1，2 SKIPIF 1 < 0 。
四．实验用双缝干涉测量光的波长
１．实验原理
由同一光源发出的光经双缝后，在屏上出现明暗相间的条纹。根据上节课推导出的干涉条纹间距公式 SKIPIF 1 < 0 ，可以计算出单色光的波长 SKIPIF 1 < 0 ，公式中 SKIPIF 1 < 0 为相邻两条亮纹间的距离，波长用 SKIPIF 1 < 0 表示，d表示两个狭缝之间的距离，l为挡板与屏间的距离。
2．实验仪器及步骤
（1）实验仪器（双缝干涉仪）：包括光源，虑光片，单缝、双缝、遮光筒，光屏，光具座，测量头及刻度尺等。
（2）测量单色波的波长时，实验注意事项：
安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹；使分划板的中心刻线对齐某条亮条纹的中央时，记下手轮上的读数；转动手轮，使分划板的中心刻线移动至另一条亮纹的中央，记下此时的读数，得出n个亮条纹间的距离a，则相邻两条亮纹间距 SKIPIF 1 < 0 ；用刻度尺测量双缝到光屏的距离，是已知的；重复测量，根据 SKIPIF 1 < 0 ，求出波长的平均值。
（3）利用游标卡尺测量条纹间距的举例说明：
在上图中，游标卡尺读数等于固定刻度读数加上游标尺读数；10分度精确度为0.1mm。其中，上半部分的图中，游标尺第4刻线与主尺刻线对齐，故读数为：11mm+0.1m×4=11.4mm；下半部分的图中，游标尺第7刻线与主尺刻线对齐，故读数为：16mm+0.1m×7=16.7mm；故条纹间距为： SKIPIF 1 < 0 。
五．光的衍射
1．定义：光线离开直线路径绕到障碍物阴影区的现象叫光的衍射，衍射产生的明暗条纹或光环叫衍射图样。
2．发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸和光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显。
3．衍射与干涉的区别：光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理。在衍射现象中，可以认为从单缝隙通过两列或多列频率相同的光波，它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹。
4．衍射图样
（1）单缝衍射，对于单色光而言，形成明暗相间的不等距条纹，中央亮纹最宽最亮，两侧条纹具有对称性。对于白光而言，形成中间为宽且亮的白色条纹，两侧是窄且暗的彩色条纹，最靠近中央的是紫光，远离中央的是红光。
（2）圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环，圆环面积远远超过孔的直线照明的面积。
（3）圆盘衍射：明暗相间的不等距圆环，中心有一亮斑，称为泊松亮斑。
三点剖析
课程目标：
光的折射、全反射
光的干涉、衍射、色散、偏振
实验测量玻璃的折射率、用双缝干涉测量光的波长
光的折射和全反射
例题1、 热反射玻璃一般是在玻璃表面镀一层或多层诸如铬、钛或不锈钢等金属或其化合物组成的薄膜，使产品呈丰富的色彩，对于可见光有适当的透射率，对红外线有较高的反射率，对紫外线有较高吸收率，因此，也称为阳光控制玻璃，主要用于建筑和玻璃幕墙，其透视方向是由光的强度决定。当室外比室内明亮时，单向透视玻璃与普通镜子相似，室外看不到室内的景物，但室内可以看清室外的景物。而当室外比室内昏暗时，室外可看到室内的景物，且室内也能看到室外的景物，其清晰程度取决于室外照度的强弱。根据以上信息和你所学过的物理知识判断，下列说法中不正确的是（ ）
A.热反射玻璃可以有效的阻止过强紫外线对人体的伤害
B.热反射玻璃应该具有保温隔热作用
C.热反射玻璃和普通玻璃一样，能有效的减弱噪声
D.热反射玻璃的单向透视性不遵从光路可逆性
例题2、 如图所示，某液体的折射率为 SKIPIF 1 < 0 ，液面上有一点光源S发出一束光垂直入射到水平放置于液体中且距液面为d的平面镜M上，当平面镜M绕垂直纸面过入射点O的轴以角速度ω做逆时针匀速转动时，岸上的观察者发现水面上有一光斑掠过，则观察者观察到的光斑在水面上掠过的最大速度为多少？
例题3、 （1）如图所示为一列向右传播的简谐横波传到质点a点时的波形，波速为v＝6m／s，质点b、c的坐标分别为xb＝96m，xc＝36m．以图示时刻为计时起点，下列说法中正确的是________（填正确答案标号）
A．该波的振动周期为4s
B．该波传播到质点c时，质点a通过的路程为6m
C．质点b开始振动时，振动方向沿y轴负方向
D．t＝12s时质点b第一次到达波谷，此时质点a经过平衡位置向y轴负方向振动
E．质点b到达波峰时，质点c经过平衡位置向y轴正方向振动
（2）如图所示，一束截面为圆形（半径R＝1m）的平行紫光垂直射向一半径也为R的玻璃半球的平面，经折射后在屏幕S上形成一个圆形亮区．屏幕S至球心距离为 SKIPIF 1 < 0 ，不考虑光的干涉和衍射，试问：
①若玻璃半球对紫色光的折射率为 SKIPIF 1 < 0 ，请你求出圆形亮区的半径；
②若将题干中紫光改为白光，在屏幕S上形成的圆形亮区的边缘是什么颜色．
随练1、[多选题] 如图所示，一单色光由介质Ⅰ射入介质Ⅱ，在界面MN上发生偏折．下列说法正确的是 （ ）
A.该光在介质Ⅰ中传播的速度大
B.该光在介质Ⅱ中传播的速度大
C.该光在介质Ⅰ中和介质Ⅱ中传播的速度之比为 SKIPIF 1 < 0
D.该光在介质Ⅱ中和介质Ⅰ中传播的速度之比为 SKIPIF 1 < 0
随练2、 如图所示，截面是扇形AOB的玻璃砖，半径为R，圆心角∠AOB＝60°，一束单色光线与AO面成30°角，从AO面的C点射入玻璃砖，折射光线CD与OB面平行，且刚好从圆弧AB的中点D射出，光在真空中传播速度为c。求：
①单色光从C传播到D所用的时间；
②光线从D点出射后，与OB的延长线的交点离B点的距离。
光的波动性
例题1、[多选题] 虹是由阳光射入雨滴（视为球形）时，经一次反射和两次折射而产生色散形成的。现有白光束L由图示方向射入雨滴，a、b是经反射和折射后的其中两条出射光线，如图。下列说法正确的是（ ）
A.光线b在水滴中传播时的波长较长
B.光线b在雨滴中的折射率较大
C.光线b在雨滴中的传播速度较大
D.若分别让a、b两色光通过同一双缝装置，则b光形成的干涉条纹的间距较大
例题2、[多选题] 两种单色光束a，b分别照射在同一套双缝干涉演示实验装置上，得到的干涉图样分别如图（a），（b）所示，则（ ）
A.调试该实验装置时，要注意使单缝与双缝相互平行
B.a光的波长大于b光的波长
C.a光的频率大于b光的频率
D.同一种介质对a光的折射率小于对b光的折射率
例题3、[多选题] 一般认为激光器发出的是频率为v的“单色光”，实际上它的频率并不是真正单一的，激光频率v是它的中心频率，它所包含的频率范围是Δv（也称频率宽度），其中v＋Δv和v－Δv分别记为“上限频率”和“下限频率”．如图所示，某红宝石激光器发出的激光（其“上限频率”和“下限频率”对应的分别记为a光和b光）由空气斜射到平行液膜的上表面，射入时与液膜上表面成θ角．则下列说法正确的是（ ）
A.a光从下表面射出时与入射光线间偏移的距离较大
B.逐渐减小θ角，a光在液膜下表面先发生全反射
C.b光更容易发生明显的衍射现象
D.相同装置做双缝干涉实验，b光产生的干涉条纹间距较小
例题4、 如图所示的4种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样和黄光、紫光通过同一个单缝形成的衍射图样（黑色部分代表亮纹）.那么 SKIPIF 1 < 0 四个图中亮条纹的颜色依次是（ ）
例题5、 用干涉法检查平整的工件表面，产生的干涉条纹是一组平行的直线，若增大标准样板与被检查样板间的角度，如图所示，干涉条纹将（ ）
随练1、 如图所示，两束不同的单色光P和Q射向半圆形玻璃砖，其出射光线都是从圆心O点沿OF方向，由此可知（ ）
A.Q光穿过该玻璃砖所需的时间比P光短
B.P光的波长比Q光的波长小
C.PQ两束光以相同的入射角从水中射向空气，若Q光能发生全反射，则P光也一定能发生全反射
D.如果让PQ两束单色光分别通过同一双缝干涉装置，P光形成的干涉条纹间距比Q光的大
随练2、[多选题] 科学家发现光既能像波一样向前传播，有时又表现出粒子的特征，因此我们称光的“波粒二象性”．光的干涉、衍射和偏振说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性．下面我们分别研究这些现象．
在观察光衍射的实验中，分别观察到如图甲、乙所示的清晰的明暗相间的图样，图中黑线为暗纹，那么障碍物应是________．
A.甲图对应的是很大的不透明圆板
B.乙图对应的是很小的不透明圆板
C.甲图对应的是很大的中间有小圆孔的不透明挡板
D.乙图对应的是很大的中间有大圆孔的不透明挡板
随练3、[多选题] 如图所示，一束光通过正三棱镜折射后分成a、b、c三束单色光，屏足够大，则：（ ）
A.三束光在水中的传播速度的关系是va＜vb＜vc
B.三束光频率的关系是fa＜fb＜fc
C.若减小入射角i，在屏上最先消失的是a光
D.通过同一双缝干涉装置产生的干涉条纹的间距Δxa＞Δxb＞Δxc
E.同样条件下a光衍射更明显
实验：测玻璃折射率和测光的波长
例题1、 如图所示时双缝干涉实验装置的示意图，S为单缝，S1、S2为双缝，P为光屏．用绿光从左边照射单缝S时，可在光屏P上观察到干涉条纹，则：
①减小双缝间的距离，干涉条纹间的距离将________；
②增大双缝到屏的距离，干涉条纹间的距离将________；
③将绿光换为红光，干涉条纹间的距离将________．
（填“增大”、“不变”或“减小”）
例题2、 如图甲所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将实验仪器按要求安装在光具座上，并选用缝间距d＝0.20mm的双缝屏。从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离L＝700mm。然后，接通电源使光源正常工作。
①已知测量头上主尺的最小刻度是毫米，副尺（游标尺）上有20分度。某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，使分划板中心刻度线与某条纹A中心对齐，如图乙所示，此时测量头上主尺和副尺的示数情况如图丙所示，此示数为________mm；接着再转动手轮，使分划板中心刻度线与某条纹B中心对齐，测得A到B条纹间的距离为8.40mm。利用上述测量结果，经计算可得经滤光片射向双缝的色光的波长λ＝________m（保留2位有效数字）。
②另一同学按实验装置安装好仪器后，观察到光的干涉现象效果很好。若他对实验装置作了一下改动后，在像屏上仍能观察到清晰的条纹，且条纹数目有所增加。以下改动可能实现这个效果的是________。
A．仅将滤光片移至单缝和双缝之间
B．仅将单缝远离双缝移动少许
C．仅将单缝与双缝的位置互换
D．仅将红色滤光片换成绿色的滤光片。
例题3、 “利用双缝干涉测定光的波长”实验中，双缝间距d＝0.8mm，双缝到光屏的距离L＝0.5m，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数也如图所示，则：
（1）分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数xA＝11.1mm，xB＝________mm，相邻两条纹间距△x＝________mm；
（2）波长的表达式λ＝________（用△x、L、d表示），该单色光的波长λ＝________m；
（3）若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将________（填“变大”、“不变”或“变小”）。
例题4、 学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图所示，在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像，同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可直接读出液体折射率的值，则：
（1）若∠AOF＝30°，OP3与OC的夹角为30°，则P3处所对应的折射率的值为________，
（2）图中P3、P4两位置中________（填“P3”或“P4”）处所对应的折射率大，
（3）若保持∠AOF＝30°不变，用该装置能测量的最大折射率的值不超过________．
随练1、 现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图所示的光具座上组成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。
（1）将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其它光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序为C、________、A。
（2）本实验的步骤有：
①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；
②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；
③用米尺测量双缝到屏的距离；
④用测量头（其读数方法同螺旋测微器）测量数条亮纹间的距离。
在操作步骤②时还应注意单缝和双缝间距5cm－10cm和________________________。
（3）将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图2所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图3中手轮上的示数________mm，求得相邻亮纹的间距△x为________mm。
（4）已知双缝间距d为2.0×10－4m，测得双缝到屏的距离L为0.700m，由计算式λ＝________，求得所测红光波长为________nm．（计算结果保留2位有效数字）
随练2、 某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：
（i）若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可________；
A．将单缝向双缝靠近
B．将屏向靠近双缝的方向移动
C．将屏向远离双缝的方向移动
D．使用间距更小的双缝
（ii）若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为△x，则单色光的波长λ＝________；
（iii）某次测量时，选用的双缝的间距为0.300mm，测得屏与双缝间的距离为1.20m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56mm。则所测单色光波长为________nm（结果保留3位有效数字）。
随练3、 （1）在用双缝干涉测光的波长的实验中，所用实验装置如图甲所示
①调节分划板的位置，使分划板中心刻线对齐第1条亮条纹的中心，此时手轮上的读数如图乙所示，则读数为________mm；
②如果用上述装置测量氦氖激光器发出激光的波长，则图中除了光源以外，其他不必要的器材元件有________。
（2）在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，画出完整的光路图，由于没有量角器，他以入射点O点为圆心画圆交入射光线于A点，交折射光线于B点，过A点画法线的垂线与法线交于C点，过B点画法线的垂线与法线交于D点，如图所示，若各线段的长度可以用AC、CO、BD、DO表示，则玻璃的折射率可表示为________
拓展
1、 （1）波源S在t＝0时刻从平衡位置开始向上振动，形成向左、右两侧传播的简谐横波。S、a、b、c、和a'、b'、c'是沿波传播方向上的间距为2m的6个质点，t＝0时刻各质点均处于平衡位置，如图所示。已知波的传播速度为4m／s，当t＝0.25s时波源S第一次达最高点，则下列正确的是___________
A．t＝5.25s时质点b'处于波谷
B．t＝1.35s时质点a的速度正在增大
C．波传到c点时，质点c开始向上振动
D．任意时刻质点a与质点a'振动状态完全相同
E．若接收器向距它20m的波源S匀速远离，接收器接收到的频率将大于1Hz
（2）如图所示，在平静的湖面岸边处，垂钓者的眼晴恰好位于岸边P点正上方0.9m高度处，浮标Q离P点1.2m远，鱼饵灯M在浮标正前方1.8m远处的水下，垂钓者发现鱼饵灯刚好被浮标挡住，已知水的折射率 SKIPIF 1 < 0 。
①鱼饵灯离水面的深度；
②若鱼饵灯缓慢竖直上浮，当它离水面多深时，鱼饵灯发出的光恰好无法从水面PQ间射出？
2、 如图所示。MN下方足够大的空间有一长方体玻璃介质，其折射率 SKIPIF 1 < 0 ，玻璃介质在的上边界MN是屏幕，玻璃中有一个正三棱柱的真空区域。三棱柱轴线垂直于纸面，图中竖直截面正三角形的边长18cm，顶点C很靠近M，距离可忽略。底边AB与屏幕平行，一束激光在竖直截面内垂直于AB边射向AC边的中点O，结果在屏幕MN上出现了两个光斑。光在真空中的传播速度c＝3×l08m/s。求：
①激光在玻璃介质中传播的速度；
②两个光斑之间的距离。
3、 科学家发现光既能像波一样向前传播，有时又表现出粒子的特征，因此我们称光的“波粒二象性”．光的干涉、衍射和偏振说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性．下面我们分别研究这些现象．
偏振现象是光波特有的现象，利用偏振现象可以判断一列波是横波还是纵波．现有两个偏振片紧靠在一起将它们放在一盏灯的前面以致没有光通过（可认为光强为零），如果将其中的一片旋转180度，在旋转过程中，将会产生下述的哪一种现象________．
A.透过偏振片的光强先增强，然后减少到非零的最小值
B.透过偏振片的光强先增强，然后又减少到零
C.透过偏振片的光强在整个过程中都增强
D.透过偏振片的光强先增强，再减弱，然后又增强
4、 雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹，设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在此截面的平面内， SKIPIF 1 < 0 代表四条不同颜色的出射光线，则他们可能依次是（ ）
A.保存返回错误远程服务器返回错误: (502) 错误的网关。
B.紫光、蓝光、黄光和红光
C.红光、蓝光、黄光和紫光
D.红光、黄光、蓝光和紫光
5、[多选题] 科学家发现光既能像波一样向前传播，有时又表现出粒子的特征，因此我们称光的“波粒二象性”．光的干涉、衍射和偏振说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性．下面我们分别研究这些现象．
光的干涉现象在技术中有重要的应用，人们常用干涉法检查精密的光学平面的平整程度．如图所示，是用干涉法检查某厚玻璃的上表面是否平整的装置，用单色光做光源．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，形成干涉条纹，干涉条纹有如下特点：（1）任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；（2）任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．关于该薄膜干涉，下列说法中正确的是________
A.干涉条纹是由空气薄层的上下两个面反射的光形成的
B.干涉条纹是由样板的上下两个面反射的光形成的
C.若将该装置中抽去一张纸片，从上往下观察到的干涉变疏
D.若将该装置中抽去一张纸片，从上往下观察到的干涉变密
6、[多选题] 科学家发现光既能像波一样向前传播，有时又表现出粒子的特征，因此我们称光的“波粒二象性”．光的干涉、衍射和偏振说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性．下面我们分别研究这些现象．
如图所示是一竖立的肥皂液薄膜的横截面，关于竖立肥皂液薄膜上产生光的干涉现象的下列陈述中正确的是________
A.干涉条纹的产生是由于光线在薄膜前后两表面反射形成的两列光波的叠加
B.干涉条纹的暗纹是由于上述两列反射波的波谷与波谷叠加而成
C.薄膜上干涉条纹基本上是水平的
D.用绿色光照射薄膜产生的干涉条纹间距比黄光照射时小
7、 某同学利用如图甲所示装置测量光的波长
（1）将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹的中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数为3.730mm，转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，此时手轮上的示数如图乙所示，则图乙读数为________mm，已知双缝间距d＝0.3mm，双缝到屏的距离L＝600mm，由以上数据得这种光的波长λ＝________nm。
（2）以下操作，能使条纹间距变大的是________
A．将滤光片由红色换成蓝色
B．增大单缝到双缝的距离
C．增大双缝到光屏的距离
D．换一个间距较大的双缝
8、 利用双缝干涉测光的波长实验中，双缝间距d＝0.4mm，双缝到光屏的距离l＝0.5m，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数也如图中所示，则：
（1）分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数分别为xA＝________ mm，xB＝________ mm，相邻两条纹间距△x＝________ mm；
（2）波长的表达式λ＝________（用△x、l、d表示），该单色光的波长λ＝________ m；
（3）若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将________（填“变大”、“不变”或“变小”）．
答案解析
光学
光的折射和全反射
例题1、
【答案】 D
【解析】 暂无解析
例题2、
【答案】 4ωd
【解析】 设平面镜转过θ角时，光线反射到水面上的P点，光斑速度为v，由图可知：
且 SKIPIF 1 < 0 ，而v⊥＝L•2ω SKIPIF 1 < 0 •2ω
故 SKIPIF 1 < 0
设液体的临界角为C，则sinC SKIPIF 1 < 0 ，可得C＝45°
当2θ＝C＝45°时，v达到最大速度vmax，
即vmax SKIPIF 1 < 0 ＝4ωd
例题3、
【答案】 （1）ACD
（2）①1m
②紫色
【解析】 （2）①紫光刚要发生全反射时的临界光线射在屏幕S上的点E到亮区中心G的距离r就是所求最大半径．
设紫光临界角为C，由全反射的知识得 SKIPIF 1 < 0
又由几何知识可知 SKIPIF 1 < 0 ，
SKIPIF 1 < 0 ，
SKIPIF 1 < 0 ，
SKIPIF 1 < 0 ，
得 SKIPIF 1 < 0 。
②紫色．当白光从玻璃中射向空气时，由于紫光的折射率最大，则临界角最小，所以首先发生全反射，因此出射光线与屏幕的交点最远，故圆形亮区的最外侧是紫光．
随练1、[多选题]
【答案】 B D
【解析】 由图知光在介质Ⅱ中的折射角较大，则介质Ⅱ为光疏介质，光在介质Ⅱ中传播的速度大；
介质Ⅰ相对介质Ⅱ的折射率为 SKIPIF 1 < 0
则该光在介质Ⅱ中和介质Ⅰ中传播的速度之比为 SKIPIF 1 < 0 ；
随练2、
【答案】 ① SKIPIF 1 < 0
②（ SKIPIF 1 < 0 ﹣1）R
【解析】 ①光路图如图所示：
由几何关系可知，光线在AO边的入射角：i＝60°，折射角：r＝30°，
根据折射定律可知： SKIPIF 1 < 0 ，
设CD边长为L，由几何关系可知：
2Lcs30°＝R， SKIPIF 1 < 0 ，
因此光从C到D所用时间为： SKIPIF 1 < 0
②由几何关系可知，光在D点折射的入射角为30°，
根据关路可逆可知，光在D点的折射角：α＝30°，
根据几何关系可知： SKIPIF 1 < 0 ，
因此，E点到B点的距离为： SKIPIF 1 < 0 。
光的波动性
例题1、[多选题]
【答案】 A C D
【解析】 A、B由题分析可知，第一次折射时，b光的折射角较大，其折射率较小，频率较小，波长较长。故A正确，B错误。
C、由公式 SKIPIF 1 < 0 得到，b光在雨滴中的传播速度较大。故C正确。
D、由于干涉条纹的间距与波长成正比，则b光形成的干涉条纹的间距较大。
例题2、[多选题]
【答案】 A B D
【解析】 A：双缝干涉演示实验装置，单缝与双缝要相互平行。故A项正确。
B：由图知，a光产生的干涉条纹间距大于b光产生的干涉条纹间距，根据双缝干涉条纹间距公式 SKIPIF 1 < 0 可得，a光的波长大于b光的波长。故B项正确。
C：在真空中所有色光的速度相等，据 SKIPIF 1 < 0 可得，a光的频率小于b光的频率。故C项错误。
D：同一种介质对频率高的色光折射率大，同一种介质对a光的折射率小于对b光的折射率。故D项正确。
例题3、[多选题]
【答案】 A C
【解析】 A：由题知，a光的频率大于b光的频率，液膜对a光的折射率大于对b光的折射率，则a光从下表面射出时与入射光线间偏移的距离较大。故A项正确。
B：由于平行液膜的上表面与下表面平行，光在上表面的折射角等于下表面的入射角，根据光路的可逆性得知，两种光都不可能在液膜下表面发生全反射。故B项错误。
C：由波速公式 SKIPIF 1 < 0 可知，b光的波长大于a光的波长，b光的波动性较强，更容易发生明显的衍射现象。故C项正确。
D：相同装置做双缝干涉实验，干涉条纹间距 SKIPIF 1 < 0 ，b光产生的干涉条纹间距较大。故D项错误。
例题4、
【答案】 B
【解析】 双缝干涉的条纹是明暗相间且等距的，故 SKIPIF 1 < 0 为红光和蓝光的干涉条纹图样，由 SKIPIF 1 < 0 知波长大的条纹间距宽，因红光比蓝光的波长长，所以1为红光，3为蓝光；
单缝衍射的条纹是明暗相间不等距的，故 SKIPIF 1 < 0 为黄光和紫光的衍射条纹图样，因波长大的更易发生衍射现象，且黄光比紫光的波长长，所以2为紫光， SKIPIF 1 < 0 为黄光.
例题5、
【答案】 A
【解析】 增大两板之间的角度会使得两板间距增大，由干涉产生明纹条件 SKIPIF 1 < 0 知，当两板间距增大时会使得同级明纹往左移，条纹间距减小.故B、C、D错，A对.
随练1、
【答案】 D
【解析】 本题考查了光的折射，意在考查考生的理解和应用能力。
根据光路图可知Q光的偏折较大，所以折射率较大，频率较大，根据可知Q光在玻璃砖中的速度较小，经过的光程均为半径，所以Q光所需时间较长，A项错误；根据，根据两者的频率大小关系，可知P光的波长比Q光的波长大，B项错误；可知，折射率大的临界角较小，所以若Q光能发生全反射，P光不一定能发生全反射，C项错误；由于P光的波长比Q光的波长大，通过同一双缝干涉装置，P光形成的干涉条纹间距比Q光的大，D项正确；综上本题选D。
随练2、[多选题]
【答案】 B C
【解析】 AC、用光照射很大的中间有小圆孔的不透明挡板时是明暗相间的衍射图样，即为圆孔衍射图样．故A错误，C正确．
BD、用光照射很小的不透明圆板时，后面出现一亮点，即为泊淞亮斑的衍射图样．故B正确，D错误．
随练3、[多选题]
【答案】 B D E
【解析】 暂无解析
实验：测玻璃折射率和测光的波长
例题1、
【答案】 ①增大；②增大；③增大
【解析】 ①、根据双缝干涉条纹的间距公式△x＝ SKIPIF 1 < 0 λ知，减小双缝间的距离，即d变小，则干涉条纹间距增大．
②、根据双缝干涉条纹的间距公式△x＝ SKIPIF 1 < 0 λ知，增大双缝到屏的距离，即L增大，干涉条纹间距增大．
③、根据双缝干涉条纹的间距公式△x＝ SKIPIF 1 < 0 λ知，将绿光换为红光，波长变长，则干涉条纹间距增大．
例题2、
【答案】 ①0.25；4.8×10﹣7
②D
【解析】 （1）图中游标卡尺的主尺的刻度为0，游标尺的第5刻度与上边对齐，则读数为：0mm＋0.05×5＝0.25mm，
A到B条纹间的距离为8.40mm，由图可知A到B条纹间的距离为5个条纹宽度，则：
SKIPIF 1 < 0 mm＝1.68mm
根据公式 SKIPIF 1 < 0 得： SKIPIF 1 < 0
（2）对实验装置作了一下改动后，在像屏上仍能观察到清晰的条纹，且条纹数目有所增加，可知各条纹的宽度减小。由公式 SKIPIF 1 < 0 得： SKIPIF 1 < 0
A．仅将滤光片移至单缝和双缝之间，λ、L与d都不变，则△x不变。故A错误；
B．仅将单缝远离双缝移动少许，λ、L与d都不变，则△x不变。故B错误；
C．仅将单缝与双缝的位置互换，将不能正常观察双缝干涉。故C错误；
D．仅将红色滤光片换成绿色的滤光片，λ减小，L与d都不变，则△x减小。故D正确。
例题3、
【答案】 （1）15.6；0.75
（2） SKIPIF 1 < 0 ；6.0×10－7
（3）变小
【解析】 （1）B位置游标卡尺的主尺读数为15mm，游标读数为0.1×6mm＝0.6mm，
所以最终读数为15.6mm。
那么 SKIPIF 1 < 0 。
（2）根据双缝干涉条纹的间距公式 SKIPIF 1 < 0 得： SKIPIF 1 < 0 。
代入数据得：λ＝6.0×10－7m。
（3）根据双缝干涉条纹的间距公式 SKIPIF 1 < 0 知，频率变高，波长变短，则干涉条纹间距变小。
例题4、
【答案】 （1） SKIPIF 1 < 0
（2）P4
（3）2
【解析】 （1）由图看出，折射角为i＝∠AOF＝30°，折射角r＝∠EOP3＝60°，则P3处所对应的折射率的值为 SKIPIF 1 < 0 ．
（2）P3处对应的入射角较小，根据折射定律， SKIPIF 1 < 0 ，可知P3处对应的折射率较小，P4处对应的折射率较大．
（3）最大的折射角为90°，对应的折射率 SKIPIF 1 < 0 ，故最大折射率不超过2．
随练1、
【答案】 （1）E、D、B
（2）使单缝与双缝相互平行
（3）13.870；2.310（或2.31）
（4） SKIPIF 1 < 0 ；6.6×102
【解析】 （1）为获取单色线光源，白色光源后面要有滤光片、单缝、双缝。
（2）在操作步骤②时还应注意使单缝与双缝相互平行，使一个线光源变为频率相等的两个线光源。
（3）图3，螺旋测微器固定刻度读数为13.5mm，可动刻度读数为37.0×0.01mm，两者相加为13.870mm。
图2的读数为：2.320mm，
所以 SKIPIF 1 < 0 ．
（4）根据 SKIPIF 1 < 0 ，知 SKIPIF 1 < 0 ，代入数据，λ＝6.6×102nm。
随练2、
【答案】 （1）B
（2） SKIPIF 1 < 0
（3）630
【解析】 （1）增加从目镜中观察到的条纹个数，则条纹的宽度减小，根据相邻亮条纹间的距离为 SKIPIF 1 < 0 ，为减小相邻亮条纹（暗条纹）间的宽度，可增大双缝间距离或减小双缝到屏的距离；故B正确，ACD错误；
（2）第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为△x，则两个相邻明纹（或暗纹）间的距离 SKIPIF 1 < 0
则单色光的波长 SKIPIF 1 < 0
（3）将双缝的间距为0.300mm，测得屏与双缝间的距离为1.20m，以及n＝4代入公式可得：λ＝6.3×10－7m＝630nm；
随练3、
【答案】 （1）①2.321；②滤光片和单缝
（2） SKIPIF 1 < 0
【解析】 （1）①游标卡尺读数＝可动刻度读数＋游标尺读数；
故：x＝19mm＋0.1mm×4＝19.4mm，
②氦氖激光器发出的激光具有很好的单色性和相干性，所以不需要滤光片和单缝，直接照射到双缝上即可得到干涉图样。
（2）设光线的入射角为i，折射角为r，根据数学知识得：
SKIPIF 1 < 0
SKIPIF 1 < 0
结合 SKIPIF 1 < 0 得玻璃的折射率为：
SKIPIF 1 < 0
拓展
1、
【答案】 （1）BCD（2）① SKIPIF 1 < 0 ；② SKIPIF 1 < 0
【解析】 暂无解析
2、
【答案】 ① SKIPIF 1 < 0
②18cm
【解析】 ①该激光在玻璃介质中传播的速度为： SKIPIF 1 < 0
②画出光路图如图所示：
在界面AC，光的入射角i＝60°
由光的折射定律有： SKIPIF 1 < 0 ，代入数据可以得到：折射角γ＝30°
由光的反射定律得到，反射角：i＝i'＝60°
由几何关系得到：△DOE是直角三角形，∠ODC＝60°，∠OEC＝60°
O点到光屏的距离为： SKIPIF 1 < 0
故两光斑之间的距离为：x＝htan60°＋htan30°
代入数据解得x＝18cm。
3、
【答案】 B
【解析】 起偏器和检偏器的偏振方向垂直时，没有光通过即光强为零．偏振方向平行时，光强度达到最大，当其中一个偏振出转动180°的过程中，两偏振片的方向由垂直到平行再到垂直，所以通过的光生增强，又减少到零，故B正确．
4、
【答案】 B
【解析】 在水滴中发生两次折射可以看出水滴对 SKIPIF 1 < 0 光的折射率依次减小，又由于频率越大的光折射率越大，因此四条光线颜色依次是紫光、蓝光、黄光和红光，故B对.
5、[多选题]
【答案】 A C
【解析】 AB．依据光的干涉条件，故A正确，B错误．
CD．若撤去一张纸时，气层的倾角减小条纹的宽度变疏，故C正确，D错误．
6、[多选题]
【答案】 A C D
【解析】 A．因为重力的作用，肥皂膜形成了上薄下厚的薄膜，干涉条纹的产生是因为光线在薄膜前后两表面反射形成的两列光的叠加，故A正确．
B．干涉条纹的暗纹是因为上述两列反射波的波谷与波峰叠加形成，故B错误．
C．薄膜的干涉是等厚干涉，同一条纹厚度相同，故条纹是水平的，故C正确．
D．条纹间距与光的波长成正比，因为绿光波长短，故绿光条纹间距小，故D正确．
7、
【答案】 （1）10.330；660
（2）C
【解析】 （1）螺旋测微的精确度为0.01mm，通过格数的估读到0.001mm，则读数为10mm＋33.0×0.01mm＝10.330mm。
相邻亮纹的距离为 SKIPIF 1 < 0 。
根据 SKIPIF 1 < 0 可得： SKIPIF 1 < 0 。
（2）根据双缝干涉的间距公式 SKIPIF 1 < 0 可得，
A、红色换成蓝色，波长λ变短，则条纹间距变小；故A错误。
B、增大单缝到双缝的距离，不能改变间距，故△x不变；故B错误。
C、增大双缝到光屏的距离L，则△x变大；故C正确。
D、换一个间距较大的双缝，即d增大，故△x变小；故D错误。
本题选择能使条纹间距变大的。
8、
【答案】 （1）11.1；15.6；0.75
（2） SKIPIF 1 < 0 ；6×10－7
（3）变小
【解析】 （1）A位置游标卡尺的读数为：11mm＋0.1×1mm＝11.1mm，
B位置游标卡尺的读数为：15mm＋0.1×6mm＝15.6mm．
相邻亮条纹的间距为： SKIPIF 1 < 0 ．
（2）根据 SKIPIF 1 < 0 知，波长的表达式 SKIPIF 1 < 0 ，
解得波长为： SKIPIF 1 < 0 m．
（3）根据 SKIPIF 1 < 0 知，频率变高，波长变小，则干涉条纹的间距变小．A.红黄蓝紫
B.红紫蓝黄
C.蓝紫红黄
D.蓝黄红紫
A.条纹向左压缩，并且条纹间距变窄
B.条纹向右展开，并且条纹间距变宽
C.条纹向左平移，条纹间距保持不变
D.条纹向右平移，条纹间距保持不变