第四章光讲和练

第四章光一、反射定律和折射定律1.光的反射（1）反射现象：光从第1种介质射到它与第2种介质的________时，一部分光会________到第1种介质的现象。（2）反射定律：反射光线与入射光线、法线处在________内，反射光线与入射光线分别位于________；反射角________入射角。（3）在光的反射现象中，光路是________的。2.光的折射（1）折射现象：光从第1种介质射到它与第2种介质的________时，一部分光会________第2种介质的现象。（2）折射定律（如图所示）折射光线与入射光线、法线处在________内，折射光线与入射光线分别位于________；________与________成正比，即＝n12（式中n12是比例常数）。（3）在光的折射现象中，光路是________的。二、折射率1.定义光从真空射入某种介质发生折射时，________与________之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率。即n＝。2.折射率与光速的关系某种介质的折射率，等于光在________中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝________；由于c＞v，故任何介质的折射率n都________（填“大于”“小于”或“等于”）1。三、全反射1.光疏介质和光密介质介质光密介质光疏介质折射率大小光速小大相对性若n甲＞n乙，则甲相对乙是________介质若n甲＜n丙，则甲相对丙是________介质2.全反射现象（1）全反射：光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射.若入射角增大到某一角度，________光线完全消失，只剩下________光线的现象。（2）临界角：刚好发生全反射，即折射角等于________时的入射角.用字母C表示，光从介质射入空气（真空）时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是sinC＝.（3）全反射发生的条件①光从________介质射入________介质。②入射角________临界角。四、全反射棱镜1.形状：截面为________三角形的棱镜。2.全反射棱镜的特点（1）当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生________，与平面镜相比，它的反射率很高。（2）反射面不必涂敷任何反光物质，反射时失真________。五、光导纤维1.原理：利用了光的________。2.构造：由内芯和外套两层组成.内芯的折射率比外套的________，光传播时在内芯与外套的界面上发生________。3.光纤通信的优点是容量________、衰减________、抗干扰性强等。4.光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥镜等。六、杨氏干涉实验1.1801年，英国物理学家________成功地观察到了光的干涉现象，人们开始认识到光具有________。2.双缝干涉实验（1）实验过程：让一束单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生________。（2）实验现象：在屏上得到________条纹。（3）实验结论：光是一种________。七、决定条纹间距的条件1.干涉条件：两波源的________、________方向都相同，相位差恒定。2.出现明暗条纹的判断（1）亮条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶________（填“奇”或“偶”）数倍时，出现亮条纹。（2）暗条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇________（填“奇”或“偶”）数倍时，出现暗条纹。八、光的衍射1.用单色平行光照射狭缝，当缝很窄时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了________的地方.这就是光的衍射现象。2.各种不同形状的障碍物都能使光发生________，致使影的轮廓________，出现________的条纹。3.发生明显衍射现象的条件：在障碍物的尺寸可以跟光的波长________，甚至比光的波长还________的时候，衍射现象十分明显。4.衍射光栅（1）构成：由许多________的狭缝________地排列起来形成的光学元件。（2）增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度变________，亮度________。（3）种类：________和________。九、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________的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫做“________方向”。2.自然光和偏振光（1）自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于________上沿________方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同.这种光是“自然光”。（2）偏振光：在垂直于________的平面上，沿着某个________的方向振动，这种光叫做偏振光。3.光的偏振现象说明光是一种________。4.偏振现象的应用照相机镜头前的偏振滤光片、电子表的液晶显示、立体电影、车灯眩光的消除等。十、不同颜色光的波动性1.薄膜干涉中的色散薄膜干涉的原理：光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同位置，前、后两个面的反射光的________不同，在某些位置两列波叠加后相互加强，于是出现亮条纹；在另一些位置，两列波叠加后相互削弱，于是出现暗条纹。2.衍射中的色散用白光进行衍射实验时，得到的是________条纹，这是由于白光中包含各种颜色的光，不同色光亮条纹的位置不同。3.折射中的色散一束白光通过棱镜折射后，在屏上的光斑是彩色的，是因为透明物质对于波长不同的光的折射率n不一样，λ越小，n越________，波速v越________（填“快”或“慢”）。十一、激光1.激光的特点及应用特点应用相干性强：激光具有频率________、相位差________、偏振方向________的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性光纤通信平行度好：激光的________非常好，传播很远的距离后仍能保持一定的强度激光________，读取光盘上记录的信息，激光测距等亮度高：它可以在很小的________和很短的________内集中很大的________用激光束切割、焊接，医学上可以用激光做“光刀”，激发核聚变等2.全息照相（1）普通照相技术所记录的只是光波的________信息，而全息照相技术还可以记录光波的________信息。（2）原理：全息照片的拍摄利用了光的________原理。1.光的传播方向：当光从一种介质垂直进入另一种介质时，传播方向不变；斜射时，传播方向改变。2.光的传播速度：光从一种介质进入另一种介质时，传播速度一定发生变化。当光垂直界面入射时，光的传播方向虽然不变，但光传播的速度发生变化。3.光折射中入射角与折射角的大小关系：当光从折射率小的介质斜射入折射率大的介质时，入射角大于折射角，当光从折射率大的介质斜射入折射率小的介质时，入射角小于折射角。4.反射定律和折射定律应用的步骤（1）根据题意画出光路图.。（2）利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、反射角、折射角均是光线与法线的夹角.（3）利用反射定律、折射定律及几何规律列方程求解。5.光路控制平行玻璃砖三棱镜圆柱体（球）对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折圆界面的法线是过圆心的直线，光线经过两次折射后向圆心偏折【例题】1.如图所示，虚线表示两种介质的界面及其法线，实线表示一条光线射向界面后发生反射和折射的光线，以下说法正确的是（）A.bO是入射光线B.aO是入射光线C.cO是入射光线D.Ob是反射光线【答案】BD【解析】【详解】由于反射角等于入射角，入射光线、反射光线关于法线对称，由图可知aO、Ob应是入射光线或反射光线，PQ是法线。又因为反射光线、折射光线都不与入射光线位于法线同侧，则aO是入射光线，Ob是反射光线，Oc是折射光线。故AC错误、BD正确。故选BD。2.如图所示，由两种单色光组成的复色光，通过足够大的长方体透明材料后分成a、b两束，如果a是绿光，则（）A.b可能是红光B.b可能是紫光C.在该透明材料中，a光的传播速度大于b光的传播速度D.入射角i足够大时，a将不能从透明材料下表面射出【答案】A【解析】【详解】AB．不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率越大，相同入射角入射的光，折射率大的折射角小故a是绿光，b可能是红光，A正确，B错误；C错误；D．在光的折射现象中，光路是可逆的，所以光从长方体透明材料上方以多大角度入射，就会从其下面以多大角度射出，D错误。故选A。3.如图所示为横截面是等腰三角形的三棱镜，一束单色光从左侧射入，从右侧射出，调节棱镜的方位使入射光、出射光与左、右侧面的夹角相等且均等于α，已知棱镜的顶角为，则棱镜对单色光的折射率为（）【答案】C【解析】【详解】光路图如下所示以光在三棱镜左边的折射为例，其中入射角为根据对称性可知而出射角为所以折射率为故选C。【答案】B【解析】【详解】由于只发生一次反射，根据对称性可知光路图如图所示由几何关系可得由折射率公式可知故选B。（1）该玻璃砖对该光线的折射率n；（2）该光线第一次从玻璃砖中射出时在玻璃砖中传播的时间t。【答案】（1）；（2）【解析】【详解】（1）设光线在玻璃砖中的折射角为α，第一次从玻璃砖中射出时在玻璃砖中经过的路程为s，如图由几何关系有解得根据折射定律可得（2）该光线第一次从玻璃砖中射出时在玻璃砖中传播的时间又联立可得【练习题】6.用激光笔沿着半圆形玻璃砖的半径射到它平直的边上，在该边与空气的界面处会发生反射和折射。观察到的现象如图所示，以下说法正确的是（）A.光线b是入射光C.顺时针转动玻璃砖时，光线b也顺时针方向转D.逆时针转动玻璃砖时，光线a逐渐减弱最后消失【答案】C【解析】【详解】A．根据反射定律和折射定律可知，a是入射光线，b是反射光线，c是折射光线，故错误；B．此玻璃砖的折射率故B错误；C．顺时针转动玻璃砖时，入射角r增大，故反射角也增大，光线b顺时针方向转，故C正确；D．a光是入射光，不会随玻璃砖的转动而消失。逆时针转动玻璃砖时，入射角r先减小后增大，光线c的强度先增大后减小，最后发生全反射，光线c消失，故D错误。故选C。【点睛】入射角等于反射角，继而确定另一条是折射光线，再根据折射光线判断入射光线。7.下列四幅光路图中，能表示一束白光通过三棱镜的是（）【答案】D【解析】【详解】AB．白光是由七种颜色的单色光组成的，不同色光通过同一介质折射率不同，所以相同的入射角，折射角不同，所以光线从棱镜射入时，发生第一次折射，七种色光就会分散，AB错误；CD．光线从棱镜射出时，发生第二次折射，折射角应大于入射角，折射率大的偏折大，C选项上面的光折射率小但是第二次折射偏折反而大，C错误，D正确。故选D。【答案】A【解析】【详解】根据可知根据知，光在折射率较小的介质中传播速度较大，故故选A。9.如图所示为半圆形玻璃砖，O为圆心，AB是水平直径，C为AO中点，一束单色光斜射到C点，逐渐改变入射方向，当入射光与AB面夹角为θ时，折射光线从圆弧的最高点D点射出，则玻璃砖对光的折射率为（）【答案】C【解析】【详解】光路图如图所示设点折射角为，由几何关系可知根据折射定律可得故选C。10.为了观察门外情况，有人在门上开一小圆孔，将一块圆柱形玻璃嵌入其中，圆柱体轴线与门面垂直，如图所示。从圆柱底面中心看出去，可以看到门外入射光线与轴线间的最大夹角称为视场角。已知该玻璃的折射率为n，圆柱长为l，底面半径为r，则视场角的正弦是（）【答案】B【解析】【详解】光路图如图所示根据光的折射定律由几何关系得所以视场角的正弦为故选B。【解析】【详解】单色光在透镜中传播的光路图如图所示得解得根据光的折射定律联立解得【易错题小练习】12.一束复色光沿方向由真空射向半圆柱状的玻璃砖，发生折射而分为a、b两束单色光，其传播方向如图所示，则（）A.真空中a光的波长比b长B.a光在玻璃中的传播速度比b大C.a光在玻璃中的波长比其在真空中的长D.a、b光在玻璃砖中传播的时间相等【答案】D【解析】【详解】A．设入射角为i，折射角为r，则根据折射定律可知，当入射角相同，折射角越小的折射率越大，故由于光的折射率越大，其频率越大，波长越短，则a光在真空中的波长小于光束b的波长，故A错误；B．根据可知，玻璃对光折射率越大，则光在玻璃中的传播速度越小，故a光在玻璃中的传播速度比b小，故B错误；C．a光在玻璃和真空中传播时频率不变，而a光在玻璃中的传播速度小于真空中的光速，根据可知，a光在玻璃中的波长比其在真空中的小，故C错误；D．根据几何关系可知光在玻璃中传播的距离为所以传播的时间为因此a、b光在玻璃砖中传播的时间相等，故D正确。故选D。1.全反射现象（1）全反射的条件：①光由光密介质射入光疏介质.②入射角大于或等于临界角.（2）全反射遵循的规律：①发生全反射时，光全部返回原介质，入射光与反射光遵循光的反射定律.②全反射的临界角C和折射率n的关系：sinC＝.（3）从能量角度来理解全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大.同时折射光线强度减弱，能量减小，反射光线强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光线强度减弱到零，反射光线的能量等于入射光线的能量.2.不同色光的临界角：由于不同颜色（频率不同）的光在同一介质中的折射率不同.频率越大的光，折射率也越大，所以不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越大的光的临界角越小，越易发生全反射.【例题】13.一束复合光以入射角i从玻璃界面MN射向空气时分成a、b、c三束光，如图所示，下列说法错误的是（）A.在玻璃中a光速度最大 B.在真空中b光速度最大C.在玻璃中c光速度最小 D.若逐渐增大入射角i，c光将首先发生全反射【答案】B【解析】【详解】AC．根据a光折射角最小，c光折射角最大，则根据得AC说法正确，不符合题意；B．三束光在真空的传播速度都为c，B说法错误，符合题意；D．根据则c光临界角最小，首先发生全反射，D说法正确，不符合题意。故选B。14.如图所示，透明材料制成的一个三棱镜ABC，∠A=30°，∠B=45°。一束绿光从AB面上D射入棱镜，调整入射光线方向当其垂直AB边射入时恰好无光线从BC射出。下面说法正确的是（）A.三棱镜对绿光的折射率为B.AC边会有绿光射出C.将绿光换成紫光，入射位置和方向不变，则AC面会有光线射出D.将绿光换成红光，入射位置和方向不变，则BC面和AB面均有红光射出【答案】AD【解析】【详解】A．入射光线方向跟AB边垂直时恰好无光线从BC射出时的光路如图所示此时入射光线在BC面恰好发生全反射，则临界角为根据折射率与临界角的关系可得故A正确；B．由几何关系知反射光线到AC面时的入射角为到AB面时的入射角为到AC面会再次发生全反射，不会有绿光射出，故B错误；C．紫光折射率大于绿光折射率，故紫光对应的临界角小于45°，紫光在BC面和AC面均发生全反射，故C错误；D．将绿光换成红光，红光折射率小于绿光折射率，故红光对应的临界角大于45°，在BC面和AB面均有红光射出，故D正确。故选AD。15.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（）【答案】C【解析】【详解】如图所示解得为使光线一定能从P点射出，根据全反射应有所以故选C。16.一足够深的水池内盛有某种透明液体，液体的深度为h，在水池的底部中央放一点光源S，其中一条光线以45°入射角射到液体与空气的界面上，反射光线与折射光线的夹角为75°，如图，求：（1）这种液体的折射率；（2）液体表面亮斑的面积。【解析】【详解】（1）如图所示由几何关系可知，射出空气的折射角为根据折射定律可得这种液体的折射率为（2）光线从液体射出空气刚好发生全反射时，如图所示根据全反射临界角公式可得根据图中几何关系可得液体表面亮斑的半径为则液体表面亮斑的面积为【练习题】17.蓝光光盘是利用波长较短的蓝色激光读取和写入数据的光盘，而传统DVD光盘是利用红色激光来读取或写入数据。对于光存储产品来说，蓝光光盘比传统DVD光盘的存储容量大很多。如图所示，一束由红、蓝两单色激光组成的复色光从水中射向空气中，并分成a、b两束，则（）A.用a光可在光盘上记录更多的数据信息B.a光在水中的传播速度比b小C.逐渐增大红、蓝两单色激光的入射角，蓝光先从水面上方消失D.在水中同一深度的两点光源分别发出红光和蓝光，蓝光光源看起来浅一些【答案】CD【解析】【详解】A．根据折射定律，由题图可知，b光的折射率较大，频率较大，波长较短，则b光为蓝光，a光为红光；据题意可知，用b光可在光盘上记录更多的数据信息，故A错误；D．根据光路的可逆性，画出a，b出射光线的反向延长线与过光源的同一竖直线相交，b光的交点较浅，所以在水中同一深度的两点光源分别发出红光和蓝光，蓝光光源看起来浅一些，故D正确。故选CD。A. B. C. D.【答案】B【解析】【详解】由可得单色光在该透明介质中发生全反射的临界角为，由几何关系知，在边入射时的入射角为发生了全反射，在边入射时的入射角为，有解得故选B。19.如图所示，空气中有一折射率为的玻璃柱体，其横截面是圆心角为90°，半径为R的扇形OAB，一束平行光平行于横截面，以45°入射角射到OA上，OB不透光，若考虑首次入射到圆弧AB上的光，则AB上没有光透出的部分的弧长为（）【答案】B【解析】【详解】根据折射定律有可得光进入玻璃后光线与竖直方向夹角为30°；过点的光线垂直入射到界面上的点射出，到之间没有光线射出，越接近A的光线入射角越大，全反射的可能性越大，根据临界角公式可得临界角为故选B。【点睛】20.如图所示，真空环境下某光纤弯曲部分两侧面圆弧的半径分别为R和2R，圆心为O，光纤的笔直部分的长度为L，现两束光线a、b垂直于端面AB入射，光线a的入射点距O点为R，光线b的入射点距O点为R，光纤对两光线的折射率均为，光速为c，则（）A.光线a、b均能在该光纤内全反射传播C.光线a第一次在圆弧面射出的折射角为【答案】D【解析】【详解】A．两束光全反射的临界角度为而a、b两束光线第一次到达圆弧外侧的入射角分别满足因此可知所以a并不会发生全反射，故A错误；B．根据可得故B错误；C．根据折射定律可得解得故C错误；D．光线b的光路图如下所示则b光传播的距离为因此传播时间为故D正确。故选D。（1）求出射光相对于D点的入射光的偏角；（2）为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？【解析】【详解】（1）相关入射角与折射角如图所示光线在BC面上折射，由折射定律有光线在AC面上发生全反射，由反射定律有光线在AB面上发生折射，由折射定律有由几何关系有F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为解得（2）光线在AC面上发生全反射，光线在AB面上不发生全反射，有式中是全反射临界角，满足解得棱镜的折射率n的取值范围应为1.全反射棱镜入射方式项目方式一方式二方式三光路图入射面ABACAB全反射面ACAB、BCAC光线方向改变角度90°180°0°（发生侧移）2.光导纤维设光导纤维的折射率为n，当入射角为θ1时，进入光导纤维的光线传到侧面恰好发生全反射，则有：sinC＝，n＝，C＋θ2＝90°，由以上各式可得：sinθ1＝.由图可知：当θ1增大时，θ2增大，由光导纤维射向空气的光线的入射角θ减小，当θ1＝90°时，若θ＝C，则所有进入光导纤维中的光线都能发生全反射，即解得n＝.以上是光从光导纤维射向真空时得到折射率，由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此折射率要比大些.【例题】22.空气中两条光线a和b从图所示的方框左侧平行入射，又从方框的上方平行射出，如图所示，方框内放置了一个折射率为n＝1.5的等腰直角玻璃三棱镜，下列四幅图中给出了等腰直角玻璃三棱镜的放置方式，其中正确的是()A. B. C. D.【答案】D【解析】【详解】光在AB中进入不会发生全反射，图中C中光线向下；在D中可能使光线向上偏折；由题意可知，玻璃折射率为n=1.5，由临界角公式可得出玻璃砖的临界角C=arcsin则当光线垂直直角边进入玻璃砖，射到斜边上时入射角为45°大于临界角，故光线能发生全反射，故可知D图可产生如图所示的效果。故D正确。故选D。A.该束激光在左端面的折射角为30°B.激光从左端面的入射角过大，则不能在侧壁发生全反射D.激光在光导纤维中传播的时间为2×108s【答案】B【解析】【详解】A．激光在光导纤维中的光路图如图所示根据折射定律可得故A正确，不符合题意；B．设激光在光导纤维中的临界角为C，则即当入射角为左端面的折射角为由几何关系可知在侧壁的入射角θ的范围为所以从光导纤维左端面射入的光均可在侧壁发生全反射，故B错误，符合题意；C．激光在光导纤维中的速度为故C正确，不符合题意；D．光线每次在侧面都将发生全反射，直到光线到达右端面，故光线在光导纤维中传播的距离为因此该激光在光导纤维中传播的时间为解得故D正确，不符合题意。故选B。24.自行车上的红色尾灯不仅是装饰品，也是夜间骑车的安全指示灯，它能把来自后面的光照反射回去。某种自行车尾灯可简化为由许多整齐排列的等腰直角棱镜（折射率n>）组成，棱镜的横截面如图所示。一平行于横截面的光线从O点垂直AB边射入棱镜，先后经过AC边和BC边反射后，从AB边的O'点射出，则出射光线是（）A.平行于AC边的光线① B.平行于入射光线的光线②C.平行于CB边的光线③ D.平行于AB边的光线④【答案】B【解析】【详解】由题意可知光线在棱镜与空气界面发生全反射的临界角为根据几何关系可知光线在AC面的入射角为45°，所以光线在AC面发生全反射，反射光线平行于AB，进而在BC面的入射角也为45°，也会发生全反射，最终垂直于AB射出棱镜，所以出射光线是平行于入射光线的光线②。故选B。【答案】A【解析】【详解】若该五棱镜折射率最小，则光线在CD面和AE面上都是恰好发生全反射，根据几何关系可知全反射临界角为22.5°，则折射率的最小值为故选A。【练习题】26.光导纤维是光纤通讯中信号传播的载体，其内芯和涂层的材料不同。如图所示，一束单色光沿一定角度从一端射入内芯，会在内芯沿着锯齿形路线传播。下列说法正确的是（）A.涂层的折射率比内芯的折射率大B.光在内芯与涂层的界面上发生全反射C.光的频率越大，其在内芯中传播的速度越大D.仅增大光的频率，光束可能会从内芯进入涂层【答案】B【解析】【详解】A．发生全反射的条件是从光密介质射向光疏介质，所以涂层的折射率比内芯的折射率小，A错误；B．涂层的折射率比内芯的折射率小，光在内芯与涂层的界面上发生全反射，所有的光都反射回内芯，B正确；C．根据折射率与光速的关系可知光的频率越大，其在内芯中传播的速度越小，C错误；D．发生全反射的条件是从光密介质射向光疏介质，且入射角大于临界角；仅增大光的频率，光的折射率会变大，根据可知临界角会变小，光束更不可能从内芯进入涂层，D错误。故选B。27.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】【分析】【详解】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。28.光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成，其侧截面如图所示，一复色光以一定的入射角（i≠0）从轴心射入光导纤维后分为a、b两束单色光，下列说法不正确的是（）A.内芯材料中a的折射率比对b的折射率小B.入射角i由逐渐增大时，a单色光全反射现象先消失C.从空气射入光导纤维，a、b单色光的波长都变长D.在内芯介质中a单色光的传播速度比b单色光大【答案】C【解析】【详解】A．根据光路图可知，两种光从空气射入内芯后a光的折射角大于b光的折射角，根据折射定律可知，内芯材料中a的折射率比对b的折射率小，A正确；B．由以上分析可知，内芯材料中a的折射率比对b的折射率小，根据所以a光的临界角大，所以入射角i由逐渐增大时，a单色光全反射现象先消失，B正确；C．光从空气射入内芯时，根据可知光的传播速度变小，再根据波速、频率与波长的关系可知，波长变短，C错误；D．因为内芯材料中a的折射率比对b的折射率小，根据可知在内芯介质中a单色光的传播速度比b单色光大，D正确。故选C。29.一玻璃砖横截面如图所示，其中ABC为直角三角形（AC边未画出），AB为直角边ABC=45°；ADC为一圆弧，其圆心在BC边的中点．此玻璃的折射率为1.5．P为一贴近玻璃砖放置的、与AB垂直的光屏．若一束宽度与AB边长度相等的平行光从AB边垂直射入玻璃砖，则A.从BC边折射出束宽度与BC边长度相等的平行光B.屏上有一亮区，其宽度小于AB边的长度C.屏上有一亮区，其宽度等于AC边的长度D.当屏向远离玻璃砖的方向平行移动时，屏上亮区先逐渐变小然后逐渐变大【答案】BD【解析】【详解】A．作光路图可知平行光从边AB射入后不发生折射，射到边BC上时，由临界角公式可得：sinC＝＝＝，得∠C＝arcsin<45°，故全部光线发生全反射，选项A错误；D．当屏向下移动时，屏上亮区将先变小后变大，所以选项D也正确．解决折射和全反射的综合题目时需要注意以下几点：1.做光路图时需要在折射或全反射面画出法线，入射角、反射角、折射角、全反射临界角均是光线和法线的夹角；2.光线从光密介质进入光疏介质时，需要在接触面考虑是否能发生全反射；3.临界问题，如恰好不能穿过某个界面、恰好能照射到某个位置、照射的最大面积等，多和界面发生全反射有关。【例题】30.如图所示，一半径为R的透明半圆介质，O为圆心，AB为直径，光以入射角60°从D点射入该透明介质，恰好在AO的中点E发生全反射后，从F点射出透明介质。求：（1）透明半圆介质对光的折射率n；（2）光在介质中传播的时间t。【解析】【详解】（1）设光射入介质的折射角为，临界角为C，则有根据全反射的临界条件由几何关系可得联立解得（2）由可知又解得（1）画出光线从AC边进入到AB边射出的光路图；（2）介质对该单色光的折射率多大；（3）单色光从D点开始到第一次离开介质时所用的时间多长。【解析】【详解】（1）作出光路如图所示（2）因为D为AC边的中点，E为边的中点，则DE∥AB，由几何关系可知光线在E点恰好发生全反射，可得由几何关系可知，该光线在介质中传播的路程为该光线在介质中的传播速度大小为单色光从点开始到第一次离开介质时所用的时间为①水对该单色光的折射率n；②若将该光源从Q点沿湖底向左移动，则移动多大距离时刚好没有光照到幕布上？【解析】【详解】①点光源Q在距水面4m处发出的光在观景台右侧面与水面交接处折射到幕布，照射到幕布的光最高，如图则水对该单色光的折射率②刚好没有光照到幕布上时，光照射到水面时刚好发生全反射，如图则设光源到P点的距离为L，可得解得则光源向左移动（1）F点的出射光线与法线的夹角；（2）光在棱镜中传播的时间（光在空中传播速度为c）。【解析】【详解】（1）作出光路如图所示：由几何关系知又OGsin=OD解得（2）由光路图可知光在介质中的路程为s=OE+OG+GF解得设光在介质中速度为v，传播时间为t，则解得【练习题】（1）玻璃砖的折射率；（2）调整入射光的方向，当光从O点垂直于AB边入射时，光从入射到光从玻璃砖射出所经历的时间。【解析】解得作出点法线，如图所示根据几何关系可得光线在点入射角为折射角为根据光的折射定律，可得玻璃砖的折射率可得（2）设发生全反射的临界角为，则解得根据几何关系可得光在面上的入射角为，所以在面上恰好发生全反射，光不从面射出，做出面上入射光线，如图所示光从入射到光从玻璃砖射出经历的时间速度联立可得35.音乐喷泉不仅通过喷射的水柱来展示一种形态之美，更通过绚烂的灯光折射出色彩之美。音乐喷泉的色彩是通过水池底部的灯光来制造的，当靠近音乐喷泉观察时，人会发现水中的灯光照亮水面。某喷泉水池中水的深度为h，水池底部一射灯发出一束光，光线照射在水面上，入射的角度α=37°，从水面上出射的角度β=53°，如图所示。已知真空中的光速为c=3.0×108m/s，sin37°=0.6，sin53°=0.8.求：（1）水池中水的折射率n；（2）灯光在水中的传播速度v；（3）灯光可以照亮水面的面积S。【解析】【分析】（1）已知光线在水面上的入射角和折射角，由折射定律求水的折射率。（2）由n=求灯光在水中的传播速度v；（3）灯光照亮水面的形状为圆形，在圆形边缘上光线恰好发生全反射，入射角等于临界角C，根据sinC=求出临界角C，再由几何知识求灯光可以照亮水面的面积S。【详解】解：（1）光线从水中射入空气中折射，则解得（2）由n=得灯光在水中的传播速度v=2.25×108m/s（3）灯光照亮水面的形状为圆形，在圆形边缘上光线恰好发生全反射，入射角等于临界角C，如图所示。根据全反射临界角公式有sinC=，设圆形半径为r，由几何关系有灯光照亮水面的面积S=πr2联立解得【点睛】本考查光的折射和全反射，解答此类题目的关键是弄清楚光的传播情况，画出光路图，通过光路图进行分析。（1）灯带发出的绿光能射出水面的最短时间；（2）灯带发出绿光时有绿光直接射出的水面的面积。【解析】【详解】（1）从灯带发出的竖直向上的光垂直穿出水面，所用路程最短为h，用时最短。则最短时间解得（2）如图所示，设N端绿光在水面上的A点发生全反射，则解得能射出绿光的水面形状如图所示，扇形的半径为R=NB，总面积为代入数据解得面积为（1）水对此单色光的折射率；（2）当球内存在气泡时，光线经过气泡全反射后，仍沿原方向射出水球，若水球半径及入射光线与的距离均不变，求此时气泡的半径大小以及光线在水球中传播时间。【解析】【详解】（1）无气泡时，光路如图所示根据折射定律可得（2）当有气泡时，根据光路可逆，光路如图所示根据几何关系可知2rcos30°=R解得光线在水球中运动路程为s=2r光速为运动时间为联立解得（1）光能从液体上表面射出的面积有多大；（2）射出的光线在透明液体中传播的最长时间（不考虑光线在容器壁上发生反射的情况）。【解析】【详解】（1）作出光路，如图所示全反射定律得从光路图可知解得能从液体上表面射出的面积为（2）由几何关系得由折射定律得射出的光线在透明液体中传播的最长时间为解得（1）挡风玻璃和光学元件的折射率；【答案】（1）1.5；（2）见详解【解析】【详解】（1）如图，光线恰好全反射挡风玻璃和光学元件的折射率（2）红外发射管如果是在A位置向中点发射红外线，如图则由折射率公式解得所以红外发射管不能在A位置向中点发射红外线。则红外发射管在B位置向中点发射红外线，红外接收管是在位置。大致光路图如图40.2022年2月4日，北京冬奥会开幕式惊艳全球，这场视听盛宴的最大“功臣”非LED显示技术莫属。发光二极管（LED）可高效地将电能转化为光能，在照明、平板显示、医疗器件等领域具有广泛的用途。有一种发光二极管，它由透明柱体和发光管芯组成。如图所示为一透明柱体的纵截面，柱体上半部分是球心为O、半径为R的半球体，M是球体的顶点，柱体下半部分是高度为R的圆柱体，其下表面的圆心为D、半径为R，管芯发光区域是半径为r且紧贴柱体下表面的圆面（PQ是直径，圆心也在D点）。（2）为使管芯发出的光到达球面时都不发生全反射，透明体的折射率n应满足什么条件。【解析】【详解】（1）光在透明体中的传播速度为P到M点的距离为s=vt解得从P点沿直线传播到M点的时间为（2）如图所示，从P或Q点射到N或N'点的光在球面处的入射角最大（设为i）则设光发生全反射的临界角为C，则不发生全反射，应满足解得1．双缝干涉（1）条纹间距：Δx＝λ，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大．（2）明暗条纹的判断方法：如图所示，相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1.当Δr＝nλ（n＝0,1,2…）时，光屏上P′处出现明条纹．当Δr＝（2n＋1）（n＝0,1,2…）时，光屏上P′处出现暗条纹．2．薄膜干涉（1）形成原因：如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．光照射到薄膜上时，从膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加．（2）明暗条纹的判断方法：两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于薄膜厚度的2倍，光在薄膜中的波长为λ.在P1、P2处，Δr＝nλ（n＝1,2,3…），薄膜上出现明条纹．在Q处，Δr＝（2n＋1）（n＝0,1,2,3…），薄膜上出现暗条纹．（3）应用：增透膜、检查平面的平整度．【例题】41.用如图所示的装置来观察光的双缝干涉现象时，以下推断正确的是（）A.双缝干涉图样中亮条纹之间的距离相等，暗条纹之间的距离不相等B.若入射光是白光，则像屏上的条纹是黑白相间的干涉条纹C.像屏上某点到双缝的距离差为入射光波长的1.5倍时，该点处一定是亮条纹D.图中双缝屏的作用是使通过双缝的光形成两列相干光波【答案】D【解析】【详解】A．干涉条纹的宽度是相等的，A错误；B．若入射光是白光，则像屏上出现彩色干涉条纹，B错误；C．屏上某点到双缝的距离之差等于半个波长的奇数倍时，这点将出现暗条纹，C错误；D．发生干涉的条件是两列频率相同的光，双缝的作用是得到两列相干光波，D正确。故选D。【答案】B【解析】【详解】设单色光在透明介质中的波长为，由根据公式可得联立可得故选B。43.把一个曲率半径很大的凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上，让单色光从上方射入（如图甲），这时可以看到亮暗相间的同心圆（如图乙）。这个现象是牛顿首先发现的，这些同心圆叫做牛顿环，为了使同一级圆环的半径变大（例如从中心数起的第二道圆环），则应（）①将凸透镜的曲率半径变大②将凸透镜的曲率半径变小③改用波长更长的单色光照射④改用波长更短的单色光照射。A.①③ B.①④ C.②③ D.②④【答案】A【解析】【详解】①、②当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹。将凸透镜的曲率半径变大，与透镜中心等距离位置的空气层厚度变小，出现同一亮条纹的厚度由中心向外偏移，同一级圆环的半径变大；相反，凸透镜的曲率半径变小，同一级圆环的半径变小，故①正确，②错误；③、④改用波长更长的单色光照射，出现同一级亮纹的光程差变大，空气层厚度应变大，所以，同一级圆环的半径变大，因此要使半径变大，则可以改用波长更长的单色光照射，故③正确，④错误。故选A。44.光的干涉现象在技术中有重要应用，例如：在磨制各种镜面或其他精密的光学平面时，可以用干涉法检查平面的平整程度。如图所示，在被测平面上放一个透明的样板，在样板的一端垫一个薄片，使样板的标准平面与被测平面之间形成一个楔形空气薄层。用单色光从上面照射，从样板上方向下观测时可以看到干涉条纹。如果被测表面是平整的，干涉条纹就是一组平行的直线（如图甲），（）A.若要使条纹变疏，可以将薄片向左移动B.如果干涉条纹如图乙所示发生弯曲，就表明被测表面弯曲对应位置向下凹C.将样板平行上移，条纹向着劈尖移动D.用黄光照射形成的干涉条纹间距比用绿光照射时小【答案】AC【解析】【详解】A．相邻亮条纹之间，空气膜的厚度差等于半个波长，当薄片向左移动少许时，空气膜的劈角变小，空气膜厚度差等于半个波长的位置距离变大，所以相邻亮条纹间距变大，条纹变疏，故A正确；B．空气薄层干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜的厚度相同。从弯曲的条纹可知，检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，弯曲处是凸的，故B错误；C．根据条纹的位置与空气膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气膜向劈尖移动，故条纹向着劈尖移动，故C正确；D．条纹间距与光的波长成正比，由于黄光波长长，故黄光条纹间距大，绿光的条纹间距小，故D错误。故选AC。45.在双缝干涉实验中，若双缝处的两束光的频率均为6×1014Hz，两光源S1、S2的振动情况恰好相反，光屏上的P点到S1与到S2的路程差为3×106m，如图所示，则：（1）P点是亮条纹还是暗条纹？（2）设O为到S1、S2路程相等的点，则P、O间还有几条亮条纹，几条暗条纹？（不包括O、P两处的条纹）【答案】（1）暗条纹；（2）5条暗条纹，6条亮条纹【解析】由于两光源的振动情况恰好相反，所以P点出现暗条纹；【练习题】46.如图甲所示为研究光的干涉现象的实验装置，狭缝S1、S2的间距d可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射在狭缝上，实验中在屏上得到了图乙所示图样（图中阴影部分表示暗条纹）。下列说法正确的是（）A.图乙中双缝干涉图样的亮条纹，经过半个周期后变成暗条纹B.仅减小狭缝S1、S2的间距d，图乙中相邻亮条纹的中心间距增大C.仅增加L，图乙中相邻亮条纹的中心间距减小D.若S1、S2到屏上P点的距离差为半波长的奇数倍，P点处是亮条纹【答案】B【解析】【详解】A．频率或波长相同，相位相差恒定的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔，形成稳定的干涉图样，故图乙中双缝干涉图样的亮条纹，经过半个周期后仍是亮条纹，故A错误；BC．根据双缝干涉公式可知仅减小狭缝S1、S2的间距d乙中相邻亮条纹的中心间距增大，仅增加L时，图乙中相邻亮条纹的中心间距也增大，故B正确，C错误；D．照射双缝时，若S1、S2到屏上P点的距离差为半波长的奇数倍，则两束光波发生相互削弱，即P点处为暗条纹，故D错误。故选B。47.如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯。在图示的情况下（）A.从肥皂薄膜的右面观察时，在薄膜上可看到水平条纹B.从肥皂薄膜的右面观察时，在薄膜上可看到竖直条纹C.从肥皂薄膜的左面观察时，在薄膜上可看到水平条纹D.从肥皂薄膜的左面观察时，在薄膜上可看到竖直条纹【答案】A【解析】【详解】肥皂薄膜前后表面的反射光在前表面发生叠加，所以应该从肥皂薄膜的右面观察；路程差（膜的厚度的两倍）是半波长的偶数倍时，振动加强，为亮条纹，路程差是半波长的奇数倍时，振动减弱，为暗条纹，肥皂薄膜越往下越厚，故条纹水平排列。故选A。48.如图所示，一单色光源放在一空箱子左侧，中间放置一单缝，在箱子的左壁开有双缝，此时会在右壁上产生干涉图样。现把整个装置浸入透明油中，则右壁上产生干涉条纹会（）A.间距不变 B.间距变大 C.间距变小 D.条纹消失【答案】C【解析】【详解】双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，随着波长越长，则条纹间距越大，根据而现把整个装置浸入透明油中，由于油的折射率大，则有波长变小，由于故条纹间距变密。故选C。49.激光散斑测速是一种崭新的技术，它应用了光的干涉原理，用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度与二次曝光的时间间隔的乘积等于双缝间距，实验中可测得二次曝光时间间隔、双缝到屏之距离以及相邻亮纹间距，若所用的激光波长为，则该实验确定物体运动速度的表达式为（）【答案】C【解析】【详解】根据双缝干涉条纹间距公式又联立解得物体运动速度的表达式为故选C。50.光的干涉现象在技术中有重要应用。例如，在磨制各种镜面或其他精密的光学平面时，可以用干涉法检查平面的平整程度。如图所示，在被测平面上放一个透明的样板，在样板的一端垫一个薄片，使样板的标准平面与被测平面之间形成一个楔形空气薄层。用单色光从上面照射，在样板上方向下观测时可以看到干涉条纹。如果被测表面是平整的，干涉条纹就是一组平行的直线（如图甲），下列说法正确的是（）。A.干涉条纹是空气薄层的上下两表面的反射光干涉产生的B.将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条纹变疏C.如果干涉条纹如图乙所示发生弯曲，就表明被测表面弯曲对应位置向下凹D.如果干涉条纹如图乙所示发生弯曲，就表明被测表面弯曲对应位置向上凸【答案】AC【解析】【详解】A．，用单色光从标准平面上面照射，从楔形空气薄膜上下表面分别反射的两列光波频率相同，符合相干条件，在样板平面的下表面处发生干涉现象，出现明暗相间的条纹，A正确；B．出现亮条纹时光程差应满足将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，则光程差变化较快，条纹变密，B错误；CD．在空气层厚度d相等的地方，光程差2d相等，属于同一条纹，图中条纹向左弯曲，条纹提前出现，表明被测表面弯曲对应位置向下凹，C正确，D错误。故选AC。51.G1、G2为放在水平面上的高度略有差别的两个长方体，为了检查这两个长方体的上表面是否相互平行，检测员用一块标准的平行透明平板T压在G1、G2的上方，T与G1、G2支架分别形成尖劈形空气层，如图所示。G1、G2的上表面与平板的夹角分别为α和β，P为平板T上表面上的一点。用单色光从上方照射平板T，G1、G2的上方都能观察到明显的干涉条纹可以推知（）A.若α=β，则G1上方的干涉条纹间距小于G2上方的干涉条纹间距B.若α>β，则G1上方的干涉条纹间距大于G2上方的干涉条纹间距C.若将G1、G2的间距缩短些，则G1上方的干涉条纹分布变得更密D.若在P处用较小的力下压平板T，则G1上方的干涉条纹分布变密【答案】C【解析】【详解】AB．设物体上表面与平板的夹角为θ，相邻亮条纹的间距为，由空气薄膜干涉条件，则有解得若α=β，则G1上方的干涉条纹间距等于G2上方的干涉条纹间距，若α>β，则G1上方的干涉条纹间距小于G2上方的干涉条纹间距，故AB错误；C．若将G1、G2的间距缩短些，则α增大，可知G1上方的干涉条纹分布变得更密，故C正确；D．若P在两长方体间，在P处用较小的力下压平板T，则α减小，可知G1上方的干涉条纹分布变疏，故D错误。故选C。52.如下图所示，在某次双缝干涉实验中，Q处是中央亮条纹P往上数的第一条亮纹，已知从S1和S2发来的两束相干光到Q处的路程差是9×107m，则实验所用的单色光的频率是多少？第二条暗纹到两双缝的路程差为多少？【答案】3.3×1014Hz，1.35×106m【解析】【详解】选第一条亮纹到双缝的路程差应等于光波的波长，故可知该单色光的波长λ＝9×10－7m.由波长、波速和频率的关系可知该单色光的频率第一条暗纹到双缝的路程差等于，第二条暗纹到双缝的路程差等于λ，即1.35×10－6m.1.单缝衍射（1）单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹.中央条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄；通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹.（2）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，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大.2.圆孔衍射：光通过小孔（孔很小）时，在光屏上出现中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环.如图所示.3.圆板衍射（泊松亮斑）（1）若在单色光（如激光）传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑.衍射图样如图所示.（2）中央是亮斑，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环.【例题】53.下列所示的图片、示意图大都来源于课本，关于这些图的判断，下列正确的是（）A.甲图是小孔衍射的图样，乙图为“泊松亮斑”B.甲图为“泊松亮斑”，乙图是小孔衍射的图样C.丙图是单缝衍射图样，丁图是双缝干涉图样D.丙图是双缝干涉图样，丁图是单缝衍射图样【答案】AD【解析】【详解】AB．“泊松亮斑”是“小圆盘”产生的衍射现象，形成的衍射图样是阴影中心有一个“亮斑”而小孔衍射的图样是中间有“亮斑’无阴影。所以甲图是小孔衍射的图样，乙图为“泊松亮斑”。故A正确；B错误；CD．干涉图样中的条纹间距是相等的，单缝衍射图样中的条纹间距是不相等的，中间最宽、最亮。所以丙图是双缝干涉图样，丁图是单缝衍射图样。故C错误；D正确。故选AD。54.在抽制很细的金属丝的过程中，可以用激光随时监测抽丝的粗细情况。其装置如图甲所示，在抽丝机的细丝出口附近，用一束激光沿与细丝垂直的方向照射细丝，在细丝的另一侧用光屏接收激光。工作人员通过观察光屏上明暗相间亮斑的情况（如图乙所示为沿激光传播方向看到的光屏情况），便可知道抽制出的细丝是否合格。对于这种监控抽丝机的装置，下列说法中正确的是（）A.这是利用光的直线传播规律 B.这是利用光的衍射现象C.如果屏上条纹变宽，表明细丝粗了 D.如果屏上条纹变宽，表明细丝细了【答案】BD【解析】【详解】A．由题意知条纹的形成属单缝衍射，并非运用光的直线传播规律，而是利用光的衍射现象，A错误；B．单缝衍射现象，其原理是利用光的衍射现象，B正确；C．由单缝衍射知缝变窄而条纹宽度变宽，故如果屏上条纹变宽，表明细丝变细了，C错误；D．屏上条纹变宽，表明细丝细了，D正确。故选BD。55.下列说法正确的是（）A.图1为检验工件平整度的装置，利用了光的衍射原理B.图2为光照射透光的小圆孔得到的干涉图样C.图3中沙漠蜃景属于光的全反射现象，其产生的原因是沙漠上层空气的折射率比下层空气的折射率大D.图4的原理和照相机镜头表面加上增透膜的原理是不同的【答案】C【解析】【详解】A．利用了薄膜干涉的原理，同一明条纹处空气膜的厚度相同，由弯曲的条纹可知，P处被检查平面左边的空气膜厚度与其右边的空气膜厚度相同，知P处凹陷，而Q处被检查平面右边的空气膜厚度与其左边的空气膜厚度相同，知Q处凸起，A错误；B．图为光线照射不透明小圆板得到的衍射图样，泊松亮斑，B错误；C．沙漠上层空气的折射率比下层空气的折射率大，从远处物体射向地面的光先折射后发生全反射形成沙漠蜃景，故C正确；D．肥皂泡在阳光下呈现彩色是光的干涉现象照相机镜头表面加上增透膜是利用薄膜干涉，它们的原理相同，D错误。故选C。【练习题】56.如图所示为一束红光经过狭缝装置得到的图样，下列说法正确的是（）A.图为干涉图样B.图为衍射图样C.只减小狭缝宽度，中央亮纹宽度会变窄D.当狭缝宽度调到很窄时，中央亮条纹亮度升高【答案】B【解析】【详解】AB．该图样中间亮条纹较宽，两侧亮条纹较窄，是衍射图样，A错误，B正确；C．只减小狭缝宽度，衍射现象更明显，中央亮纹宽度会变宽，C错误；D．当狭缝宽度调到很窄时，能穿过的光线很少，能量很少，故中央亮条纹亮度降低，D错误。故选B。57.如图所示是用游标卡尺两测量爪间的狭缝观察光源时所得到的三种图像。当游标卡尺两测量爪间的狭缝宽度从0.8mm逐渐变小时，所得到的图像的顺序是（）A.abc B.cba C.bac D.cab【答案】A【解析】【详解】用游标卡尺两测量爪间的狭缝观察光源时所得到的是光的衍射现象，狭缝越小，衍射现象越明显。故选A。58.如图所示，a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样。分析各图样的特点可以得出的正确结论是（）A.a、b是光的干涉图样B.c、d是光的衍射图样C.形成a图样的光的波长比形成b图样光的波长短D.形成c图样的光的波长比形成d图样光的波长长【答案】ABD【解析】【详解】AB．双缝干涉图案是一组等间距的明暗相间的条纹，而单缝衍射图案是中间宽两边窄的明暗相间的条纹，故a、b是光的干涉图样，c、d是光的衍射图样，AB正确；C．光的波长越长，双缝干涉条纹间距越大，则知形成a图样的光的波长比形成b图样光的波长大，故C错误；D．波长越长，衍射现象越明显，则形成c图样的光的波长比形成d图样光的波长长，故D正确故选ABD59.对如图所示的图片、示意图或实验装置图，下列判断正确的是（）A.甲图中的“泊松亮斑”是小孔衍射的结果B.乙图是利用薄膜干涉来检测玻璃板的平整程度C.丙图是双缝干涉示意图，若到、的路程差是半波长的偶数倍，则处出现亮条纹D.丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在铁丝圈上的肥皂膜上出现的是竖直条纹【答案】BC【解析】【详解】A．“泊松亮斑”是小圆盘产生的衍射现象，形成的衍射图样是阴影中心有一个“亮斑”，A错误；B．乙图是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度。若干涉条纹是直的干涉条纹则表明平面平整，B正确；C．丙图是双缝干涉示意图，若到、的路程差是半波长的偶数倍，则处出现亮条纹，若到、的路程差是半波长的奇数倍，则处出现暗条纹，C正确；D．丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在铁丝圈上的肥皂膜上出现的是水平干涉条纹，D错误。故选BC。对偏振方向与透振方向的理解透振方向：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，只有沿着这个方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫做“透振方向”.（1）当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向平行时，透射的光最强；当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向垂直时，光不能穿过偏振片.（2）当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向既不平行也不垂直时，则仍会有部分光透过偏振片，只是透过的光的强度介于平行和垂直两种情况之间.【例题】60.小华通过偏振太阳镜观察平静水面上反射的阳光转动镜片时发现光有强弱变化下列说法能够解释这一现象的是（）A.阳光在水面反射时发生了偏振，镜片起起偏器的作用B.阳光在水面反射时发生了偏振，镜片起检偏器的作用C.阳光在水面反射时没有发生偏振，镜片起起偏器的作用D.阳光在水面反射时没有发生偏振，镜片起检偏器的作用【答案】B【解析】【详解】发现强弱变化说明水面上反射的阳光是偏振光，而阳光本身是自然光，在反射时发生了偏振，当偏振片的方向与光的偏振方向平行时，通过的光最强，而当偏振片的方向与光的偏振方向垂直时，通过的光最弱，因此镜片起到检偏器的作用。故选B。61.如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向看不到光亮，则（）A.图中a光为偏振光B.图中b光为自然光C.以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮D.以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮【答案】D【解析】【详解】AB．自然光在垂直于传播方向的平面内，沿各个方向的振动是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只沿着某一特定方向振动的光。从电灯直接发出的光为自然光，它通过偏振片A后，即变为偏振光，故AB错误；CD．设通过A的光沿竖直方向振动，而偏振片B只能通过沿水平方向振动的偏振光，则P点无光亮，以SP为轴将B转过180°后，P处仍无光亮；以SP为轴将B转过90°后，则该偏振片将变为能通过沿竖直方向振动的光的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处有光亮，故C错，D正确。故选D。【练习题】62.如图所示，A、B为两偏振片，一束自然光沿方向射向A，此时在光屏C上透射光的强度最大，则（）A.光的偏振现象说明光是纵波B.自然光垂直于方向振动的光波的强度不相同C.只将A绕轴旋转30°时，屏上透射光的强度不为零D.只将B绕轴旋转180°时，屏上透射光的强度几乎为零【答案】C【解析】【详解】A．光的偏振现象说明光是横波，A错误；B．自然光沿各个方向振动的光波的强度都相同，B错误；C．原来自然光通过两偏振片后在光屏C上透射光的强度最大，说明两偏振片的偏振方向是平行的，只将A绕轴旋转30°时，两偏振片的偏振方向不垂直，屏上透射光的强度不为零，C正确；D．将B绕轴旋转180°时，两偏振片的偏振方向平行，透射光的强度最大，D错误。故选C。63.可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量。偏振光通过糖水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，角度α为锐角，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标度值相比较，就能确定被测样品的含糖量了。如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，最后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法正确的是（）A.到达O处光的强度会明显减弱B.到达O处光的强度不会明显减弱C.将偏振片B转动一个角度，转动角度为锐角，使得O处光强度最大，偏振片B转过的角度等于αD.将偏振片A转动一个角度，转动角度为锐角，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α【答案】ACD【解析】【详解】AB．当在偏振片A、B间放糖溶液时，由于糖溶液的旋光作用，使通过偏振片A的偏振光振动方向转动了一定角度，到达O处的光强会明显减弱，故A正确，B错误；CD．但当将偏振片B转过一个角度，恰好使透振方向与经过糖溶液后的偏振光振动方向一致时，O处光强又为最强，故偏振片B的旋转角度等于α，同理转动偏振片A也可以达到相同的效果，故CD正确。故选ACD。激光作为一种人造光源在科研、通信、工业生产、军事科技等领域都有着广泛应用，如激光干涉仪、激光切割机、激光炮等，激光的应用如此广泛，体现了激光相干性强、平行度好、亮度高。【例题】64.激光火箭的体积小，却可以装载更大、更重的卫星或飞船，激光由地面激光站或空间激光动力卫星提供，通过一套装置，像手电筒一样，让激光束射入火箭发动机的燃烧室，使推进剂受热而急剧膨胀，于是形成一股高温高压的燃气流，以极高的速度喷出，产生巨大的推力，把卫星或飞船送入太空。激光火箭利用了激光的（）①单色性好②平行度好③高能量④相干性好A.①② B.②③ C.①③ D.②④【答案】B【解析】【详解】由于激光站与火箭相距较远，必须要求激光具有很好的平行度，同时利用激光的高能量特点。故选B。【练习题】65.关于激光，下列说法正确的是（）A.激光是自然光的一种B.自然界中某些天然物体也可以发出激光C.激光可以像刀子一样切除肿瘤D.由于激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象【答案】C【解析】【详解】AB．激光是用人工方法激发的一种特殊的光，是人工产生的，不是天然光，故AB错误；C．激光亮度高，能量集中，可以像刀子一样切除肿瘤，故C正确；D．激光和自然光一样能发生衍射现象，故D错误。故选C。66.最近几年，激光因其多种独特属性被广泛应用到工业、医疗、商业、科研、信息和军事等领域中。关于激光，下列说法正确的是（）A.激光平行度好，可以用来测量月球到地球的距离B.激光相干性好，任何两束激光都能发生干涉C.激光是人工制造的，是原子受激辐射的光，不是偏振光D.激光全息照相是利用光的干涉记录物体三维图像的信息【答案】AD【解析】【分析】【详解】A．激光平行度好，易直线传播，故可以用来测量月球到地球的距离，A正确；B．激光相干性好，只有频率相同的两束激光才会发生干涉，B错误；C．激光是人造光，也是偏振光，C错误；D．激光全息照相是利用光的干涉记录物体三维图像的信息，D正确；故选AD。一、实验原理用插针法确定光路，找出与入射光线相应的出射光线，就能在玻璃砖中画出对应的折射光线，从而可以测出一组对应的入射角和折射角，根据折射定律，便可求出玻璃的折射率。二、实验器材玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉（3～4枚）、量角器、直尺、铅笔。三、操作步骤1.把白纸用图钉钉在木板上。2.用直尺画一条平行于玻璃砖一个面的一条线aa′作为界面，过aa′上一点O作垂直于aa′的直线NN′作为法线，过O点画一条入射光线AO，使入射角θ1适当大些，如图所示。3.在AO线上竖直地插两枚大头针P1、P2，在白纸上放上被测玻璃砖，使玻璃砖的一个面与aa′重合。4.沿玻璃砖的另一侧面用直尺画一条直线bb′。5.在玻璃砖的bb′一侧白纸上竖直地立一枚大头针P3，调整视线，同时移动大头针P3的位置，当P3恰好能同时挡住玻璃砖aa′一侧所插的大头针P1、P2的像时，把大头针P3插好。6.在玻璃砖bb′一侧再竖直地插一枚大头针P4，使P4能挡住P3本身，同时也能挡住P1、P2的像。7.记下P3、P4的位置，移去玻璃砖，拔去大头针，过P3、P4连一条直线BO′交bb′于O′点，连接OO′，OO′就是入射光线AO在玻璃砖内的折射光线，折射角为θ2。8.用量角器量出入射角θ1和折射角θ2的大小。9.改变入射角θ1，重复上面的步骤再做三、四次，量出相应的入射角和折射角。四、数据处理1.计算法：通过多次测量入射角和折射角，得出多组入射角和折射角的正弦值，再代入n＝中求出多个n的值，然后取其平均值，即为玻璃砖的折射率。2.单位圆法（1）以入射点O为圆心，以一定长度R为半径画圆，交入射光线OA于E点，交折射光线OO′于E′点，过E作NN′的垂线EH，过E′作NN′的垂线E′H′，分别交NN′于点H、H′，如图所示。（2）由图中关系知sinθ1＝，sinθ2＝，OE＝OE′＝R，则n＝＝，只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出n。3.图象法：求出多组对应的入射角与折射角的正弦值，作出sinθ1－sinθ2图象，由n＝可知图象应为直线，如图所示，其斜率为折射率。五、注意事项1.实验中，玻璃砖在纸上的位置不可移动。2.不能用手触摸玻璃砖光洁的光学面，更不能把玻璃砖当尺子用。3.大头针应竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应适当大些，以减小确定光路方向时造成的误差。4.实验中入射角不宜过小或过大，否则会使测量误差增大。【例题】67.如图所示，某小组同学在“测定玻璃的折射率”实验中，在白纸上放好玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针和，然后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针和，图中和分别是玻璃砖与空气的两个界面，为直线与的交点。（1）在插大头针时，应该______。（填正确选项前的字母）A．插上大头针，使挡住即可B．插上大头针，使挡住和的像C．插上大头针，使挡住和、的像（2）实验过程中，插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量______（填“大”或“小”）一些，这样有利于减小误差。（3）如果玻璃砖的两光学面不平行，用这种插针法______测出玻璃砖的折射率。（填“能”或“不能”）（4）写出计算玻璃砖折射率的表达式______（用图中物理量表示）。【解析】【详解】（1）[1]确定大头针的位置的方法是插上大头针，使能挡住、的像，同理，确定大头针的位置的方法是插上大头针，使挡住和、的像，AB错误，C正确。故选C。（2）[2]实验过程中，插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大一些，能更准确标记光线与法线的夹角，可减小角度测量引起的相对误差。（4）[4]根据折射定律可知，折射率为68.（1）如图所示，用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，下列说法中正确的是（）A.若、的距离较大时，通过玻璃砖会看不到、的像B.为减少测量误差，、的连线与法线的夹角应尽量小些C.为了减小作图误差，和的距离应适当取大些D.若、的连线与法线夹角较大时，有可能在面发生全反射，所以在一侧就看不到、的像（2）在该实验中，光线是由空气射入玻璃砖，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图所示，从图线可知玻璃砖的折射率是________。（3）在用针插法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙二位同学在纸上画出的界面、与玻璃砖位置的关系分别如图中①、②所示，其中甲同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖。他们的其它操作均正确，且均以、为界面画光路图。则甲同学测得的折射率与真实值相比_____（填“偏大”、“偏小”或“不变”）；乙同学测得的折射率与真实值相比______（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。【答案】①.C②.1.5③.偏小④.不变【解析】【详解】（1）[1]A．根据光路可逆性可知，光线一定会从下表面射出，光线不会在玻璃砖内发生全反射，即、的距离较大时，通过玻璃砖会看不到、的像，故A错误；B．为了减小误差。入射角应适当大一些，即、的连线与法线的夹角应尽量大些，故B错误；C．为了减小作图误差，和的距离应适当取大些，故C正确；D．由几何知识可知，光线在上表面的折射角等于下表面的入射角，根据光路可逆性原理可知，光线一定会从下表面射出，光线不会在玻璃砖内下表面发生全反射，故D错误。故选C。（2）[2]由折射率公式得（3）[3]图①甲同学测定折射率时，作出的折射光线路如图虚线所示，实线表示实际光线，可见折射角增大，则由折射定律可知，折射率将偏小。[4]图②乙同学测折射率时，主要操作正确，与玻璃砖形状无关，故乙同学测得的折射率与真实值相比不变。【练习题】69.在通过“插针法”测量玻璃的折射率实验中：（1）关于该实验（甲图），有以下操作步骤：A.摆好玻璃砖，确定玻璃砖上、下边界aa＇，bb＇B.任意画出一条入射光线，在光路上插上大头针P1、P2C.在确定P3、P4位置时，应使P3挡住P1、P2的像，P4挡住______________；D.在确定P3、P4位置时，二者距离应适当______（选填“近”或“远”），以减小误差。（2）如用乙所示，过P3、P4，作直线交bb＇于O＇，过O＇作垂直于bb＇的直线NN＇，连接OO＇。用量角器测量图乙中角α＝30°和β＝60°的大小，则玻璃的折射率n＝_______。（3）小丹同学在实验中虽测出了入射角和折射角。但苦于无法得知非特殊角的正弦值，不能准确计算出折射率，她利用实验室提供的圆规和刻度尺，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线MN＇的垂线，垂足分别为C、D，如图丙所示，则玻璃的折射率为_____（选填比例式前的字母）。A.B.C.【解析】【详解】（1）[1]在确定P3、P4位置时，应使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3以及P1、P2的像；[2]折射光线是通过隔着玻璃砖观察成一条直线确定的，大头针间的距离太小，引起的角度会较大，故P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些，可以提高准确度；（2）[3]根据折射定律有解得折射率为（3）[4]因为则该玻璃砖的折射率为故选A。70.如图甲所示，某同学在“测量玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面和。O为直线AO与的交点。在直线OA上竖直地插上、两枚大头针，接下来插上大头针，使挡住和的像，插上大头针，使挡住和、的像。（1）过、作直线交于，过作垂直于的直线，连接。测量图中角和的大小，则玻璃砖的折射率______；（2）关于该实验，下列说法正确的是______；（多选，选填选项前的字母）A.入射角适当大些，可以提高精确度B.、及、之间的距离取得大些，可以提高精确度C.、的间距、入射角的大小均与实验的精确度无关D.选择和的距离更大的玻璃砖可以减小实验误差（3）如图乙所示，该同学在实验中将玻璃砖界面和的间距画得过宽。若其他操作正确，则折射率的测量值______（选填“大于”“小于”或“等于”）准确值；（4）该同学准确地画好玻璃砖界面和后，实验过程中不慎将玻璃砖向下平移了一些，如图丙所示。若其他操作正确，则折射率的测量值______（选填“大于”“小于”或“等于”）准确值。【解析】【详解】（1）[1]根据折射定律可得（2）[2]A入射角适当大，折射角也会大些，折射现象较明显，角度的相对误差会减小，A正确；BC折射光线是通过隔着玻璃观察成一条直线确定的，大头针间的距离太小，引起的角度误差会较大，故、及、之间的距离适当大些，可以提高精确度，B正确，C错误；D玻璃砖的宽度越大，出射光线的侧移量越大，玻璃砖中折射光线的误差越小，D正确。（4）[4]如图所示虚线表示将玻璃砖向下平移后实际的光路图，而实线是作图时所采用的光路图，通过比较发现，入射角和折射角没有变化，则由折射定律得知，该同学测得的折射率将不变。1.实验原理单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮（暗）条纹间距Δx与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光波长λ之间满足λ＝Δx；2.实验过程（1）观察双缝干涉图样①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在