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專題03 光
目錄
01、TOC \o "1-2" \h \u HYPERLINK \l _Toc17099 知識精講 1
02、 HYPERLINK \l _Toc13874 題型過關 2
HYPERLINK \l _Toc19966 題型一 光的折射定律及折射率 2
HYPERLINK \l _Toc12308 題型二 光的色散 2
HYPERLINK \l _Toc31429 題型三 光的干涉、衍射和偏振 2
HYPERLINK \l _Toc18820 題型四 測定玻璃的折射率 2
HYPERLINK \l _Toc18820 題型五 用雙縫干涉測光的波長 2
03、 HYPERLINK \l _Toc3011 實戰訓練 2
一、光的折射定律及折射率
1．對折射率的理解
(1)折射率大小不僅反映了介質對光的折射本領，也反映了光在介質中傳播速度的大小：v＝。
(2)折射率的大小不僅與介質本身有關，還與光的頻率有關。同一種介質中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越小。
(3)同一種色光，在不同介質中雖然波速、波長不同，但頻率相同。
2．應用光的折射定律解題的一般思路
(1)根據入射角、折射角及反射角之間的關系，作出比較完整的光路圖。
(2)充分利用光路圖中的幾何關系，確定各角之間的聯系，根據折射定律求解相關的物理量：折射角、折射率等。
(3)注意在折射現象中，光路是可逆的。
3.全反射問題的解題要點
兩個技巧 四點注意
(1)解答全反射類問題時，要抓住發生全反射的兩個條件：①光必須從光密介質射入光疏介質；②入射角大于或等于臨界角。(2)利用好光路圖中的臨界光線，準確地判斷出恰好發生全反射的光路圖是解題的關鍵，且在作光路圖時盡量與實際相符。 (1)明確哪種是光密介質、哪種是光疏介質。同一種介質，相對于其他不同的介質，可能是光密介質，也可能是光疏介質。(2)如果光線從光疏介質進入光密介質，則無論入射角多大，都不會發生全反射現象。(3)光的反射、折射和全反射現象，光路均是可逆的。(4)當光射到兩種介質的界面上時，往往同時發生光的折射和反射現象，但在全反射現象中，只發生反射，不發生折射。
二、光的色散
1.光的色散
(1)現象：一束白光通過三棱鏡后在屏上會形成彩色光帶。
(2)成因：棱鏡材料對不同色光的折射率不同，對紅光的折射率最小，紅光通過棱鏡后的偏折程度最小，對紫光的折射率最大，紫光通過棱鏡后的偏折程度最大，從而產生色散現象。
2．各種色光的比較分析
顏色 紅橙黃綠青藍紫
頻率ν 低→高
同一介質中的折射率 小→大
同一介質中的速度 大→小
同一介質中的波長 大→小
通過同一棱鏡的偏折角 小→大
同一介質中的臨界角 大→小
同一裝置的雙縫干涉條紋間距 大→小
三、光的干涉
1．產生干涉的條件
兩列光的頻率相同，振動方向相同，且具有恒定的相位差，才能產生穩定的干涉圖樣。
2．楊氏雙縫干涉
(1)原理如圖所示。
(2)形成亮、暗條紋的條件
①單色光：形成明暗相間的條紋，中央為亮條紋。
光的路程差r2－r1＝kλ(k＝0，1，2，…)，光屏上出現亮條紋。
光的路程差r2－r1＝(2k＋1)(k＝0，1，2，…)，光屏上出現暗條紋。
②白光：光屏上出現彩色條紋，且中央亮條紋是白色(填寫顏色)。
③條紋間距公式：Δx＝λ。
3．薄膜干涉的理解和應用
(1)形成：如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上時，在膜的前表面AA′和后表面BB′分別反射回來，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加。
(2)亮、暗條紋的判斷
①在P1、P2處，兩個表面反射回來的兩列光波的路程差Δr等于波長的整數倍，即Δr＝nλ(n＝1,2,3，…)，薄膜上出現亮條紋。
②在Q處，兩列反射回來的光波的路程差Δr等于半波長的奇數倍，即Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2,3，…)，薄膜上出現暗條紋。
(3)應用：干涉法檢查平面如圖所示，兩板之間形成一楔形空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢查平面是平整光滑的，我們會觀察到平行且等間距的明暗相間的條紋；若被檢查平面不平整，則干涉條紋發生彎曲。
四、光的衍射
1．發生明顯衍射的條件：只有當障礙物的尺寸與光的波長相差不多，甚至比光的波長還小的時候，衍射現象才會明顯。
2．衍射條紋的特點
(1)單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較
單縫衍射 圓孔衍射
單色光 中央為亮且寬的條紋，兩側為明暗相間的條紋，且越靠近兩側，亮條紋的亮度越弱，寬度越小 ①中央是大且亮的圓形亮斑，周圍分布著明暗相間的同心圓環，且越靠外，圓形亮條紋的亮度越弱，寬度越小②亮環或暗環間的距離隨圓孔半徑的增加而減小
白光 中央為亮且寬的白色條紋，兩側為亮度逐漸變暗、寬度逐漸變窄的彩色條紋，其中最靠近中央的色光是紫光、離中央最遠的是紅光 中央是大且亮的白色亮斑，周圍是不等間距的彩色的同心圓環
(2)泊松亮斑(圓盤衍射)
當光照射到不透明的半徑很小的圓盤上時，在圓盤的陰影中心出現亮斑(在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環)。
五、光的偏振
1．偏振：光波只沿某一特定的方向振動。
2．自然光：太陽以及日光燈、發光二極管等普通光源發出的光，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，這種光叫作自然光。
3．偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，只沿某個特定方向振動的光。光的偏振證明光是橫波。自然光通過偏振片后，就得到了偏振光。
4．偏振光的應用：應用于照相機鏡頭、立體電影、消除車燈眩光等。
六、測定玻璃的折射率
實驗目的 測量玻璃的折射率，掌握光線發生折射時入射角和折射角的確定方法。 實驗原理
如圖所示，當光線AO以一定的入射角θ1穿過兩面平行的玻璃磚時，通過插針法找出跟入射光線AO對應的出射光線O′B，從而得出折射光線OO′和折射角θ2，再根據n＝或n＝計算出玻璃的折射率。
七、用雙縫干涉測光的波長
驗目的 1.理解雙縫干涉實驗原理。2.觀察雙縫干涉圖樣，掌握實驗方法。3.測定單色光的波長。 實驗原理
如圖所示，光源發出的光，經過濾光片后變成單色光，再經過單縫S時發生衍射，這時單縫S相當于一個單色光源，衍射光波同時到達雙縫S1和S2之后，S1、S2雙縫相當于兩個步調完全一致的單色相干光源，產生穩定的干涉圖樣，圖樣中相鄰兩條亮(暗)條紋間的距離Δx與入射光波長λ、雙縫間距離d及雙縫與屏的距離l有關，其關系式為：Δx＝λ，因此，只要測出Δx、d、l即可測出波長λ。兩條相鄰亮(暗)條紋間的距離Δx用測量頭測出。測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構成，如圖所示。
題型一 光的折射定律及折射率
1．如圖，一橢球形玻璃置于真空中，其中心截面的橢圓長軸和短軸長度分別為和。一束從左焦點射向最高點的激光，恰好在點發生全反射。已知光在真空中的速度為，則該激光在玻璃中傳播的速度為　　
A． B． C． D．
【答案】
【解答】解：光路圖如下圖所示。
根據幾何知識，可知的距離等于橢圓半長軸，則：
的距離等于橢圓半短軸，則：
由勾股定理易知的距離等于
已知激光恰好在點發生全反射，則有：
可得此介質的折射率為：
該激光在玻璃中傳播的速度：
解得：，故錯誤，正確。
故選：。
2．為玻璃等腰三棱鏡的橫截面。、兩束可見單色光從空氣垂直射入棱鏡底面，在棱鏡側面、上反射和折射的情況如圖所示。由此可知　　
A．棱鏡內光的傳播速度比光的小
B．光在玻璃中的折射率大于光在玻璃中的折射率
C．光的頻率比光的高
D．光的波長比光的長
【答案】
【解答】解：．根據光路圖，在界面發生了全反射，在界面沒有發生全反射，兩束單色光在界面的入射角相等，單色光在玻璃中的臨界角小于單色光在玻璃中的臨界角，根據全反射條件，故單色光在玻璃中的折射率大于單色光在玻璃中的折射率，故錯誤；
．根據，由于單色光在玻璃中的折射率小一些，則棱鏡內光的傳播速度比光的大，故錯誤；
．由于光在玻璃中的折射率小于光在玻璃中的折射率，折射率越小，頻率越小，即光的頻率比光的低，故錯誤；
．由于光的頻率小于光的頻率，對應光譜的排列順序規律，可知，頻率越小，波長越長，即光的波長比光的長，故正確。
故選：。
3．如圖（a）所示，容器中盛有深度的透明液體，一激光束垂直液面射入液體，并在底板發生漫反射，部分漫反射光會在液面發生全反射，恰好發生全反射的光在容器底板上形成直徑的圓形亮環，如圖（b）所示。該液體的折射率為　　
A．2 B． C． D．
【答案】
【解答】解：根據題意作圖
根據幾何關系可知
則有
解得
故正確，錯誤；
故選：。
題型二 全反射
4．球心在點，半徑為，折射率為的勻質透明球，球內邊緣有一點光源。光在真空中傳播速度為，則發出的光線，經多次全反射后回到點的最短時間為　　
A． B． C． D．
【答案】
【解答】解：根據對稱性，光線要在圈內全反射，并回到點的時間最短，應構成一個邊數最少的正多邊形
根據臨界角公式可得
反射圖像如圖所示：
當是正三角形時：
則有，無法發生全反射
當是正方形時：
則有：，可以發生全反射，符合時間最短條件，
則有：，
解得：，故正確，錯誤。
故選：。
5．如圖所示，一個折射率為的柱狀玻璃磚橫截面由四分之一圓和直角三角形組成，，。一束單色光從的中點以入射角入射，折射光線恰好射向圓心點，已知光在真空中傳播的速度為，則　　
A．玻璃磚材料的折射率
B．光束在點將發生全反射
C．光束在玻璃磚內的傳播時間為
D．如果入射光束繞點逆時針旋轉使入射角減小，折射光束一定會在點發生全反射
【答案】
【解答】解：、是的中點，且，由幾何關系可知是等邊三角形，可知光在點的折射角為，由折射定律有：
，可得臨界角
由幾何關系可知光線在界面上的入射角為，所以光束在點不會發生全反射，故錯誤；
、已知，是等邊三角形，可知，光束在點不發生全反射，則光束在玻璃磚內的傳播距離
光束在玻璃磚內的傳播速度：
則光束在玻璃磚內的傳播時間為：，故正確；
、如果入射光束繞點逆時針旋轉使入射角減小，則光在點的折射角減小，折射光線不能射向圓心點，則一定不能在點發生全反射，故錯誤。
故選：。
6．如圖所示為半圓形玻璃磚的橫截面，直徑與水平面平行。由兩種單色光組成的細光束沿從邊射入玻璃磚，細光束進入玻璃磚后分成兩束光分別打到玻璃磚截面的、兩點處（入射到、兩點的兩束單色光分別稱為單色光和單色光，、兩點分別位于玻璃磚截面最低點的左右兩側。下列說法正確的是　　
A．單色光可能在點發生全反射
B．在玻璃磚中，單色光的速度比單色光的大
C．單色光的波長比單色光的長
D．單色光的頻率比單色光的小
【答案】
【解答】解：．設光處點入射的入射角為，到達的折射角為，到達時的入射角為，如圖
設單色光的從玻璃射出時的折射角為，根據折射定律，有，
從圖中可知，單色光的從玻璃射出時的入射角大于從空氣射入玻璃時的折射角，則
若，則單色光能發生全反射，故正確；
．根據折射定律，結合題目的圖可知單色光的折射率比單色光的大，根據可知在玻璃磚中，單色光的速度比單色光的小，故錯誤；
．單色光的折射率比單色光的大，根據折射率與頻率的關系，所以單色光的頻率比單色光的大，根據可知，單色光的波長比單色光的小，故錯誤。
故選：。
題型三 光的干涉、衍射和偏振
7．如圖甲所示為牛頓環裝置意識圖，將一塊曲率半徑較大的平凸透鏡放在一塊玻璃平板上，用單色光照射透鏡與玻璃板，就可以觀察到一些明暗相間的同心圓環，如圖乙所示。如果將下方的玻璃平板換成凸面朝上的平凸透鏡，如圖丙，則觀察到的條紋可能是（已知選項中的同心圓環條紋與乙圖完全相同）　　
A． B．
C． D．
【答案】
【解答】解：凸透鏡的凸球面和玻璃平板之間形成一個空氣薄膜，當豎直向下的平行光射向平凸透鏡時，尖劈形空氣膜上、下表面反射的兩束光相互疊加而產生干涉，當光程差為波長的整數倍時是亮條紋，當光程差為半個波長的奇數倍時是暗條紋。同一半徑的圓環處的空氣膜厚度相同，上、下表面反射光程差相同，因此使干涉圖樣呈圓環狀。若將下方的玻璃平板換成凸面朝上的平凸透鏡，即對應圖乙同一亮環，這一厚度要內移，對應的牛頓亮環的半徑變小，其它環半徑依次變小，所以圓環半徑要變小，環更密。故錯誤，正確。
故選：。
8．關于光學現象，下列說法正確的是　　
A．圖甲：光導纖維中，不管光的入射角多大，一定能發生全反射
B．圖甲：若光源是白光，則射出光導纖維的光一定是彩色的
C．圖乙：看到彩色條紋，是因為光發生了衍射現象
D．圖乙：看到彩色條紋，是因為光發生了干涉現象
【答案】
【解答】解：．圖甲：光導纖維中，只有光的入射角大于等于發生全反射的臨界角，才能發生全反射，若光源是白光，如果所有顏色光在光導纖維均能發生全反射，則所有顏色光的傳播路徑完全相同，從光導纖維中射出的光仍然是白光，故錯誤；
．圖乙：看到彩色條紋，是光在空氣劈尖膜的前、后兩表面反射形成的兩列光波干涉的結果，故錯誤，正確。
故選：。
9．夏季常出現如圖甲所示的日暈現象，日暈是太陽光通過卷層云時，受到冰晶的折射或反射形成的。圖乙為一束太陽光射到六角形冰晶上時的光路圖，、為其折射出的光線中的兩種單色光，比較、兩種單色光，下列說法正確的是　　
A．在冰晶中，光的波速比光大
B．通過同一儀器發生雙縫干涉，光的相鄰明條紋間距較大
C．光比光更容易發生明顯衍射現象
D．、兩種光分別從水射入空氣發生全反射時，光的臨界角比光的小
【答案】
【解答】解：．由圖可知光的偏折程度小于光的偏折程度，所以
光的折射率小于光的折射率，則光的頻率小于光的頻率
根據：
可知
，故錯誤；
．根據
得：
根據雙縫干涉條紋間距表達式
可知光的相鄰明條紋間距較大，故正確；
．當縫隙和波長差不多或縫隙比波長小的多時能發生明顯得衍射現象，所以光比光更容易發生明顯衍射現象，故錯誤；
．根據
可知
，故錯誤。
故選：。
題型四 測定玻璃的折射率
10．如圖1所示，在插針法測量玻璃折射率的實驗中，兩位同學在木板上。在方格紙上畫出一條直線作為界面，過上的點畫出法線，并畫一條線段作為入射光線，再把玻璃磚放到方格紙上，畫出玻璃磚的下界面的位置，在直線上插兩枚大頭針和，再在玻璃磚的另一側插上大頭針和。確定光路后計算玻璃的折射率。
（1）關于本實驗下列說法正確的是 　?。?br/>實驗時入射角應適當大些
為了減小誤差，插大頭針時應使盡和、和的間距小一些
插大頭針時，應使同時擋住和、的像
應用該實驗原理只能測量兩面平行的玻璃磚的折射率
（2）利用上述方格紙上的實驗記錄，得此玻璃磚的折射率　??；（答案可以用分數或根號表示）
（3）若某同學準確畫好玻璃磚界面和后，實驗過程中不慎將玻璃磚向下平移了一些，如圖2所示，若其他操作正確，則折射率的測量值 　?。ㄟx填“大于”、“小于”或“等于” 準確值。
【答案】（1）（2）（3）偏小
【解答】解：（1）實驗時入射角應適當大些，可以減小誤差，故正確；
為了減小誤差，插大頭針時應使 和、 和 的間距大一些，故錯誤；
光在同一均勻介質中沿直線傳播，所以插大頭針 時，應使 同時擋住和、 的像，故正確；
該實驗原理不僅能測量兩面平行的玻璃磚的折射率，也可以測兩面不平行的，故錯誤；
故選：。
（2）光路圖如圖所示
在光路圖中利用方格構造三角形，由圖得 ，根據折射定律，有；
（3）若某同學在插大頭針時將 插到了入射光線的左側一點的位置（偏差很?。?，其它操作均沒有錯誤，則折射角變大，故玻璃磚折射率偏小。
故答案為：（1）（2）（3）偏小
11．某實驗興趣小組用插針法測定玻璃磚的折射率。
（1）實驗示意如圖，下列說法中正確的是 　　。
為了使、的像重合，、的距離應盡可能小一些
為減少測量誤差，、的連線與法線的夾角應盡量小些
為了減小作圖誤差，和的距離應適當取大些
若、的連線與法線夾角較大時，有可能在面發生全反射
（2）在該實驗中，光線是由空氣射入玻璃磚，根據測得的入射角和折射角的正弦值畫出的圖線如圖所示，則玻璃磚的折射率是 　　。
（3）甲、乙二位同學在紙上畫出的界面與玻璃磚位置的關系分別如圖①、②所示，其它操作均正確，且均以、為界面畫光路圖。則甲同學測得的折射率與真實值相比 　　；乙同學測得的折射率與真實值相比 　　。（填“偏大”、“偏小”或“不變”
【答案】（1）；（2）1.5；（3）偏小，不變。
【解答】解：（1）、為了使、的像重合，、的距離應盡可能大一些，故錯誤；
、為減少測量誤差，入射角應適當大一些，則、的連線與法線的夾角應適當大些，故錯誤；
、為了減小作圖誤差，和的距離應適當取大些，故正確；
、由幾何知識可知，光線在上表面的折射角等于下表面的入射角，根據光路可逆性原理可知，光線一定會從下表面射出，折射光線不會在玻璃磚的下表面發生全反射，故錯誤。
故選：。
（2）由折射定律可得：，代入數據解得：；
（3）如圖甲同學測定折射率時，作出的折射光線和實際光線如圖所示：
可見作出的折射角增大，則由折射定律可知，折射率將偏??；
用圖②測折射率時，只要操作正確，與玻璃磚形狀無關，故乙同學測得的折射率與真實值相比不變；
故答案為：（1）；（2）1.5；（3）偏小，不變。
12．某實驗小組欲測定一圓柱形玻璃磚的折射率，其操作步驟如下：
將白紙固定在水平桌面上，將圓柱形玻璃磚豎直放在白紙上，用鉛筆準確描出玻璃磚底面圓的輪廓；
將底面圓圓周平分為60等份，并標上相應的數字，如圖甲所示，再將玻璃磚豎直放回圖甲中的底面圓輪廓上進行實驗；
用激光筆發出細束綠色激光，沿平行于圓直徑的方向入射，分別準確記錄入射點和出射點在圓周上對應的讀數；
改變入射點位置，重復步驟。
（1）根據圖甲中圓周上的讀數可得，入射角　　，折射角　?。ň没《戎票硎荆?。
（2）若經過多次測量，作出的圖像如圖乙所示，則玻璃磚的折射率為　　（結果保留2位有效數字）。
（3）該實驗中，若改用紅色激光筆照射，其他條件不變，當光線沿圖甲中光路入射時，則光斑出現在點的 　?。ㄌ睢吧戏健被颉跋路健?。
【答案】（1），
（2）2.0
（3）上方
【解答】解：（1）圓周上的刻度被分為60等份，則每個刻度代表的弧度為
根據圓周上的讀數可得，入射角
折射角為
（2）根據折射定律可知圖像的斜率表示玻璃磚的折射率，則有
（3）在同一種介質中，紅色激光的折射率小于綠光的折射率，該實驗中，若改用紅色激光筆照射，其他條件不變，則光斑出現在點的上方。
故答案為：（1），
（2）2.0
（3）上方
題型五 用雙縫干涉測光的波長
13．某同學對如圖1所示的雙縫干涉實驗裝置進行調節并觀察實驗現象。
（1）若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數增多，可以 　　（選填選項前的字母）。
．將單縫向雙縫靠近
．將紅色濾光片換成綠色濾光片
．使用間距更小的雙縫
（2）若在屏上觀察到的干涉條紋如圖2中所示，改變雙縫間的距離后，干涉條紋如圖2中所示，圖中虛線是亮紋中心的位置。則雙縫間的距離變為原來的 　　。
．倍
．倍
．2倍
．3倍
（3）某次測量時，選用的雙縫的間距為，測得屏與雙縫間的距離為，叉絲中心線對準第1條亮紋中心時讀數為，旋轉測量頭旋鈕，叉絲中心線對準第4條亮紋中心時讀數如圖3所示，則讀數為 　　。所測單色光的波長為 　?。ńY果保留2位有效數字）。
【答案】（1）；（2）；（3）29.30；。
【解答】解：（1）、將單縫向雙縫靠近，對從目鏡中觀察到的條紋個數無關，故錯誤；
、將紅色濾光片換成綠色濾光片，光的波長變短，由相鄰兩個亮紋的間距：，可知△減小，從目鏡中觀察到的條紋個數增多，
若使用間距更小的雙縫，即減小，則△增大，從目鏡中觀察到的條紋個數減少，故正確，錯誤。
（2）圖中2個相鄰亮紋的間距與圖中一個相鄰亮紋間距相等，即：2△△，可得，根據，可知雙縫間的距離變為原來的，故正確，錯誤；
（3）第1條亮紋讀數：，第4條亮紋讀數為：，相鄰兩個亮紋的間距：，由可得。
故答案為：（1）；（2）；（3）29.30；。
14．某同學利用如圖所示裝置測量某種單色光的波長。實驗時，接通電源使光源正常發光；調整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋?；卮鹣铝袉栴}：
（1）若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數，該同學可 　　（填字母序號）。
．將單縫向雙縫靠近
．將屏向靠近雙縫的方向移動
．將屏向遠離雙縫的方向移動
．使用間距更小的雙縫
（2）若雙縫的間距為，屏與雙縫間的距離為，測得第1條暗條紋到第條暗條紋之間的距離為△，則單色光的波長　　。
（3）某次測量時，選用的雙縫的間距為，測得屏與雙縫間的距離為，第1條暗條紋到第4條暗條紋之間的距離為。則所測單色光的波長為 　　。（結果保留3位有效數字）
【答案】（1）；（2）；（3）630。
【解答】解：（1）增加從目鏡中觀察到的條紋個數，則條紋的寬度減小，根據相鄰亮條紋間的距離，為減小相鄰亮條紋（暗條紋）間的寬度，則可以減小雙縫到屏的距離，增大雙縫間的距離，或換用波長短的光，故錯誤，正確；
故選：。
（2）第1條暗條紋到第條暗條紋之間的距離為△，則兩個相鄰明紋（或暗紋）間的距離為
變形得到：
（3）所測單色光的波長
故答案為：（1）；（2）；（3）630。
15．某同學在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中，實驗裝置如圖甲所示，使用的雙縫間距已知。
（1）下列說法正確的是 　　。
．如果將光源換成激光光源，去掉單縫，該實驗照樣可以完成
．去掉濾光片，不可能觀察到干涉圖樣
．毛玻璃屏上的干涉條紋與雙縫垂直
．僅將雙縫與光屏之間的距離減小少許可以增加從目鏡中觀察到的條紋個數
（2）當屏上出現了干涉圖樣后，通過測量頭（與螺旋測微器原理相似，手輪轉動一周，分劃板前進或后退觀察到第一條亮紋的位置如圖乙中（a）所示，第五條亮紋位置如圖乙中（b）所示，可得相鄰兩條亮紋間的距離△　　，再測出雙縫與屏之間的距離，即可根據公式　?。ㄓ妙}中所給字母表示）算出光的波長。
【答案】（1）；（2）1.1995；
【解答】解：（1）、將光源換成激光光源，激光是相干光源，單色性好，所以可以去掉單縫，故正確；
、若測量去掉濾光片，能觀察到干涉圖樣，只不過是各色光重疊產生的彩色條紋，故錯誤；
、毛玻璃屏上的干涉條紋與雙縫是平行的，故錯誤；
、僅將雙縫與光屏之間的距離減小少許可以增加從目鏡中觀察到的條紋個數，故正確；
故選：。
（2）由圖（a）、（b）讀數為：，
相鄰兩條亮紋之間的間距為：△。
根據，可得：。
故答案為：（1）；（2）1.1995；
一．選擇題（共9小題）
1．關于下面五幅圖像，下列說法正確的是　　
A．甲是光的干涉圖樣，乙是光的衍射圖樣，丙為薄膜干涉圖樣，丁為小孔衍射圖樣
B．雙縫干涉實驗中，波長越長亮條紋越窄
C．從圖丙檢驗工件平整度的操作中，通過干涉條紋可推斷出為凸處、為凹處
D．如圖戊所示，真空玻璃管上采用鍍膜技術增加透射光，使盡可能多的太陽能轉換成熱能，這種鍍膜技術的物理依據是光的干涉
【答案】
【解答】解：、光的雙縫干涉圖樣是等間距明暗相間的條紋，光的單縫衍射圖樣是中央亮條紋最寬最亮，所以甲是光的干涉圖樣，乙是光的衍射圖樣；丙為薄膜干涉圖樣，丁為圓盤衍射圖樣，故錯誤
、根據雙縫干涉條紋間距公式可知，波長越長亮條紋越寬，故錯誤；
、圖丙檢驗工件平整度的操作中，明條紋處空氣膜的厚度相同，從彎曲的條紋可知，處檢查平面左邊處的空氣膜厚度與后面的空氣膜厚度相同，則為凹處，同理可知為凸處，故錯誤；
、真空玻璃管上的鍍膜是一層增透膜，利用了光的薄膜干涉的原理，故正確。
故選：。
2．2024年2月13日，在卡塔爾首都多哈進行的世界泳聯世錦賽上，中國選手唐錢婷（身高、20歲）以的成績獲得女子蛙泳冠軍。如圖所示是比賽期間安置在游泳池底部的照相機拍攝的一張照片，照相機的鏡頭豎直向上。照片中，游泳館的景象呈現在半徑的圓型范圍內，水面上的唐錢婷手到腳的長度，若已知水的折射率為，根據運動員的實際身高可估算出照相機安置處游泳池的水深最接近　　
A． B． C． D．
【答案】
【解答】解：設照片圓形區域的實際半徑為，運動員的實際身高為，由折射定律得
由幾何關系，
得
解得
故正確，錯誤；
故選：。
3．在雙縫干涉實驗中，光屏上點到雙縫、距離之差△，光屏上點到雙縫、距離之差△，若用頻率為的黃光照射雙縫，則　　
A．點出現明條紋，點出現暗條紋
B．點出現明條紋，點出現暗條紋
C．兩點均出現明條紋
D．兩點均出現暗條紋
【答案】
【解答】解：單色光的波長為：，
點：，路程之差是半波長的奇數倍，則出現暗條紋；
點：，距離之差是波長的整數倍，則出現明條紋。
故選：。
4．如圖，光源到水面的距離為，其發出的光照射到點處恰好發生全反射，到的距離為，真空中光速。從題中信息可知　　
A．臨界角的正弦值為
B．臨界角的正弦值為
C．水的折射率為
D．光在水中的傳播速度為
【答案】
【解答】解：、設發生全反射臨界角為
根據圖中幾何關系可得
根據
可得水的折射率為，故錯誤；
、根據
可得光在水中的傳播速度為，故正確；
故選：。
5．如圖所示，、、為三個透明平板，與的夾角略小于與的夾角，一束平行光垂直的上表面入射，下列干涉條紋的圖象可能正確的是　　
A．
B．
C．
D．
【答案】
【解答】解：角小于角，則左邊玻璃板的高差右側玻璃板高差，左側對應的波程差的范圍比右側要小。則左側的條紋數量要少，右側的條紋數要多，故錯誤，正確。
故選：。
6．如圖甲所示，將兩塊平板玻璃、放在水平桌面上，并在兩塊玻璃之間右側邊緣墊上兩個紙條，用平行單色光豎直向下照射玻璃板，就會在玻璃板上方看到如圖乙所示的明暗相間的條紋。下列說法正確的是　　
A．圖乙中的條紋是的上表面、的下表面兩列反射光發生干涉的結果
B．在任意一條明條紋的下方，空氣薄膜的厚度都是均勻變化的
C．如果撤掉一個紙條，則條紋間距增大
D．若改用頻率更高的單色光進行實驗，則條紋間距會更大
【答案】
【解答】解：、乙圖中的條紋是單色光分別在的下表面和的上表面的反射光發生干涉而形成的，故錯誤；
、在任意一條明條紋的下方，反射光的光程差相等，所以空氣薄膜的厚度都是相等的，故錯誤；
、若抽去一張紙片，同一位置沿著斜面的方向，光程差的變化變緩，條紋間距將變寬，故正確；
、根據可知，改用頻率更高的光，波長變短，條紋間距變窄，故錯誤；
故選：。
7．虹和霓均是太陽光在小水滴內經折射和反射而產生的光學現象。如圖為霓形成的簡化模型，太陽光射入大氣中的球形水滴，經過兩次折射和兩次反射后返回大氣。圖中三束光分別為紫光、綠光和紅光，下列說法正確的是　　
A．是綠光 B．是紅光 C．是紫光 D．是紅光
【答案】
【解答】解：頻率越大，介質對光的折射率越大，則偏折程度越大，可知是紅光，是紫光，是綠光，故正確，錯誤；
故選：。
8．如圖所示，為圓柱體玻璃的橫截面。一束由三種不同頻率的光組成的復色光，沿方向從真空射入玻璃后，從、、三個不同的點射出，對應在玻璃中的傳播時間分別為、、。下列說法正確的是　　
A． B． C． D．
【答案】
【解答】解：根據可知，三束光在點的入射角相同，折射角關系為
可知折射率關系為
根據可知三束光在玻璃內的傳播速度關系為
因在玻璃內的傳播距離關系為
根據可知，故正確，錯誤。
故選：。
9．一玻璃磚橫截面如圖所示，其中為直角三角形邊未畫出），為直角邊，，為一圓弧，其圓心在邊的中點。此玻璃的折射率為1.5。為一貼近玻璃磚放置的、與垂直的光屏。若一束寬度與邊長度相等的平行光從邊垂直射入玻璃磚，則　　
A．從邊折射出一束寬度比邊長度小的平行光
B．從邊折射出一束寬度比邊長度大的平行光
C．屏上有一亮區，其寬度等于邊的長度
D．屏上有一亮區，其寬度小于邊的長度
【答案】
【解答】解：因，所以，光在面上發生全反射，光經面全反射后由進入空氣，入射角小于臨界角，折射角大于入射角，故所有從曲面射出的光線都向的中央方向偏折，如圖所示，屏上亮區寬度小于邊長度，又邊與邊長度相等，所以屏上有一亮區其寬度小于、邊長度，不是平行光，故正確，錯誤；
故選：。
二．實驗題（共2小題）
10．在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中，如圖甲所示，將實驗裝置按要求安裝在光具座上，并選用縫間距為的雙縫屏。從光具座的刻度尺上讀出毛玻璃屏與雙縫屏間的距離為。接通電源使發白光的光源正常工作。
（1）組裝儀器時，若單縫和雙縫均與豎直方向成平行放置，則 　??；
．可觀察到水平的干涉條紋
．可觀察到傾斜的干涉條紋
．看不到干涉現象
（2）若實驗中在毛玻璃屏上得到的干涉圖樣如圖乙所示，屏上的分劃板刻線分別位于圖中、位置時，游標卡尺的讀數分別為、，則單色光波長的表達式　　。
（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，在這種情況下測出干涉條紋的間距△，則波長的測量值 　?。ㄌ睢按笥凇?、“小于”或“等于” 其實際值。
【答案】（1）；（2）；（3）大于
【解答】解：（1）組裝儀器時，若單縫和雙縫均與豎直方向成平行放置，則可觀察到傾斜的干涉條紋。
故選：。
（2）條紋間距為
由
可得
（3）條紋與分劃板中心刻線不平行時，實際值△△，為條紋與分劃板中心豎直刻線間的夾角，故
△△
由
可知測量值大于實際值。
故答案為：（1）；（2）；（3）大于
11．某學習小組通過實驗測定一截面為半圓形玻璃磚的折射率，可用的實驗器材有半圓形玻璃磚、白紙、激光筆、刻度尺、游標卡尺、光屏、圓規、鉛筆。部分步驟如下：
①用游標卡尺測量玻璃磚的直徑；
②在平鋪的白紙上利用圓規畫出半圓形玻璃磚的位置和圓心，過點畫出法線；將玻璃磚沿畫好的半圓形位置放好，玻璃磚直徑與豎直放置的光屏垂直并接觸于點；
③用激光筆從玻璃磚一側照射半圓形玻璃磚的圓心，如圖甲所示，在光屏上可以觀察到兩個光斑、；從圖示位置逆時針緩慢移動激光筆，使光斑恰好消失，用鉛筆在白紙上標記此時光斑的位置，移走玻璃磚和光屏。根據以上步驟，回答下列問題：
（1）測得半圓形玻璃磚直徑的讀數如圖乙所示，則　7.775??；
（2）為了精準測量半圓形玻璃磚的折射率，還需測量的一個物理量及表示它的字母為 　??；
（3）根據以上測量的物理量，寫出計算玻璃磚折射率的表達式　　。
【答案】（1）7.775；（2）光剛好發生全反射時的反射角；（3）。
【解答】解：（1）20分度游標卡尺的精確度為，直徑
（2）根據實驗原理，從圖示位置逆時針緩慢移動激光筆，使光斑恰好消失，用鉛筆在白紙上標記此時光斑的位置，可以用量角器精確的測出剛好發生全反射的反射角；根據反射定律，反射角等于入射角，即；因此為了精準測量半圓形玻璃磚的折射率，還需測量的一個物理量剛好發生全反射時的反射角。
（3）根據實驗原理可知，臨界角
根據臨界角公式，折射率。
故答案為：（1）7.775；（2）光剛好發生全反射時的反射角；（3）。
三．解答題（共4小題）
12．如圖所示長方體玻璃磚，長為，寬與高均為。邊上有一單色光源。該單色光相對于玻璃的折射率為，當右側面恰好全部都有光線射出時：
（1）光源離點的距離是多少；
（2）左側面有光線射出的面積是多少。
【答案】（1）光源離點的距離是；
（2）左側面有光線射出的面積是。
【解答】解：（1）設該單色光照射發生全反射的臨界角為，根據臨界角公式有：
解得臨界角：
當光在點恰能射出時，如圖所示，
當，在側面恰好全部都有光線射出，根據幾何關系可得
那么：
（2）因為光源在面上發生全反射的臨界角為，假設光源照射到面上的點剛好發生全反射，則有：
根據幾何關系可得：
則左側面有光線射出的面積為：
答：（1）光源離點的距離是；
（2）左側面有光線射出的面積是。
13．如圖甲所示，王亞平在天宮課堂中演示了水球光學實驗，在完全失重時往水球中央注入空氣形成了一個內含氣泡的水球。其簡化模型如圖乙所示，氣泡與水球同心，半徑分別為，。在過球心的球面內，用一細束單色光照射這一水球上的點，光束恰好在氣泡表面發生全反射，然后從水球點射出。已知、兩點之間的距離為，光在真空中的傳播速度為。求：
（1）水的折射率；
（2）細光束在水球中的傳播時間。
【答案】（1）水的折射率為；
（2）細光束在水球中的傳播時間為。
【解答】解：（1）光路圖如圖所示，
由幾何關系可得：
那么有：
解得：
由于光束恰好在氣泡表面發生全反射，根據光的折射定律可得：
聯立解得：
（2）根據折射定律可得細光束在水球中的傳播速度為：
由幾何關系可得細光束在水球中傳播的距離為：
細光束在水球中傳播的時間為：
聯立解得：
答：（1）水的折射率為；
（2）細光束在水球中的傳播時間為。
14．某透明材料對紅光的折射率為，工廠用這種材料做出一個半徑為的透明半球體，其底面內壁涂有吸光材料，為半球體的球心，在點正上方有一點光源，能夠朝各個方向發射紅光，如圖為透明半球體的截面示意圖。已知的距離，真空中的光速（忽略經透明半球體內表面反射后射出的光），答案可保留根號，求：
（1）紅光到透明半球體表面的最長時間；
（2）透明半球體外表面不發光區域在此截面上形成的弧長。
【答案】（1）；（2）。
【解答】解：（1）因底面有吸光材料，故光線從點沿著方向向上射出時，傳播時間最長。如圖：
光在介質中傳播的速度滿足
光在介質中傳播的最長時間
（2）光由介質射向空氣，臨界角滿足，解得
恰好發生全反射的光路如圖所示
由正弦定理得，解得
則，
透明半球體外表面不發光區域在此截面上形成的弧長為
答：（1）紅光到透明半球體表面的最長時間是；
（2）透明半球體外表面不發光區域在此截面上形成的弧長為。
15．如圖所示，等腰三棱鏡，頂角，的長度為，一束光從某點垂直于邊界射入三棱鏡，恰好在邊界上發生全反射，再直接經過邊界射出三棱鏡。已知真空中的光速，不考慮光在邊界的反射。求：
（1）三棱鏡折射率；
（2）從邊界射出的光在三棱鏡中的傳播速度和時間。
【答案】（1）三棱鏡折射率為2.0；
（2）從邊界射出的光在三棱鏡中的傳播速度為；時間為。
【解答】解：（1）垂直于邊界入射的光沿直線傳播到邊界的入射角，根據全反射條件，由題意可知，代入數據解得
（2）根據
代入數據解得
光傳播的光路如圖，
則光在棱鏡中傳播距離
傳播時間
代入數據解得
答：（1）三棱鏡折射率為2.0；
（2）從邊界射出的光在三棱鏡中的傳播速度為；時間為。專題03 光
目錄
01、TOC \o "1-2" \h \u HYPERLINK \l _Toc17099 知識精講 1
02、 HYPERLINK \l _Toc13874 題型過關 2
HYPERLINK \l _Toc19966 題型一 光的折射定律及折射率 2
HYPERLINK \l _Toc12308 題型二 全反射 2
HYPERLINK \l _Toc31429 題型三 光的干涉、衍射和偏振 2
HYPERLINK \l _Toc18820 題型四 測定玻璃的折射率 2
HYPERLINK \l _Toc18820 題型五 用雙縫干涉測光的波長 2
03、 HYPERLINK \l _Toc3011 實戰訓練 2
一、光的折射定律及折射率
1．對折射率的理解
(1)折射率大小不僅反映了介質對光的折射本領，也反映了光在介質中傳播速度的大?。簐＝。
(2)折射率的大小不僅與介質本身有關，還與光的頻率有關。同一種介質中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越小。
(3)同一種色光，在不同介質中雖然波速、波長不同，但頻率相同。
2．應用光的折射定律解題的一般思路
(1)根據入射角、折射角及反射角之間的關系，作出比較完整的光路圖。
(2)充分利用光路圖中的幾何關系，確定各角之間的聯系，根據折射定律求解相關的物理量：折射角、折射率等。
(3)注意在折射現象中，光路是可逆的。
3.全反射問題的解題要點
兩個技巧 四點注意
(1)解答全反射類問題時，要抓住發生全反射的兩個條件：①光必須從光密介質射入光疏介質；②入射角大于或等于臨界角。(2)利用好光路圖中的臨界光線，準確地判斷出恰好發生全反射的光路圖是解題的關鍵，且在作光路圖時盡量與實際相符。 (1)明確哪種是光密介質、哪種是光疏介質。同一種介質，相對于其他不同的介質，可能是光密介質，也可能是光疏介質。(2)如果光線從光疏介質進入光密介質，則無論入射角多大，都不會發生全反射現象。(3)光的反射、折射和全反射現象，光路均是可逆的。(4)當光射到兩種介質的界面上時，往往同時發生光的折射和反射現象，但在全反射現象中，只發生反射，不發生折射。
二、光的色散
1.光的色散
(1)現象：一束白光通過三棱鏡后在屏上會形成彩色光帶。
(2)成因：棱鏡材料對不同色光的折射率不同，對紅光的折射率最小，紅光通過棱鏡后的偏折程度最小，對紫光的折射率最大，紫光通過棱鏡后的偏折程度最大，從而產生色散現象。
2．各種色光的比較分析
顏色 紅橙黃綠青藍紫
頻率ν 低→高
同一介質中的折射率 小→大
同一介質中的速度 大→小
同一介質中的波長 大→小
通過同一棱鏡的偏折角 小→大
同一介質中的臨界角 大→小
同一裝置的雙縫干涉條紋間距 大→小
三、光的干涉
1．產生干涉的條件
兩列光的頻率相同，振動方向相同，且具有恒定的相位差，才能產生穩定的干涉圖樣。
2．楊氏雙縫干涉
(1)原理如圖所示。
(2)形成亮、暗條紋的條件
①單色光：形成明暗相間的條紋，中央為亮條紋。
光的路程差r2－r1＝kλ(k＝0，1，2，…)，光屏上出現亮條紋。
光的路程差r2－r1＝(2k＋1)(k＝0，1，2，…)，光屏上出現暗條紋。
②白光：光屏上出現彩色條紋，且中央亮條紋是白色(填寫顏色)。
③條紋間距公式：Δx＝λ。
3．薄膜干涉的理解和應用
(1)形成：如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上時，在膜的前表面AA′和后表面BB′分別反射回來，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加。
(2)亮、暗條紋的判斷
①在P1、P2處，兩個表面反射回來的兩列光波的路程差Δr等于波長的整數倍，即Δr＝nλ(n＝1,2,3，…)，薄膜上出現亮條紋。
②在Q處，兩列反射回來的光波的路程差Δr等于半波長的奇數倍，即Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2,3，…)，薄膜上出現暗條紋。
(3)應用：干涉法檢查平面如圖所示，兩板之間形成一楔形空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢查平面是平整光滑的，我們會觀察到平行且等間距的明暗相間的條紋；若被檢查平面不平整，則干涉條紋發生彎曲。
四、光的衍射
1．發生明顯衍射的條件：只有當障礙物的尺寸與光的波長相差不多，甚至比光的波長還小的時候，衍射現象才會明顯。
2．衍射條紋的特點
(1)單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較
單縫衍射 圓孔衍射
單色光 中央為亮且寬的條紋，兩側為明暗相間的條紋，且越靠近兩側，亮條紋的亮度越弱，寬度越小 ①中央是大且亮的圓形亮斑，周圍分布著明暗相間的同心圓環，且越靠外，圓形亮條紋的亮度越弱，寬度越?、诹镰h或暗環間的距離隨圓孔半徑的增加而減小
白光 中央為亮且寬的白色條紋，兩側為亮度逐漸變暗、寬度逐漸變窄的彩色條紋，其中最靠近中央的色光是紫光、離中央最遠的是紅光 中央是大且亮的白色亮斑，周圍是不等間距的彩色的同心圓環
(2)泊松亮斑(圓盤衍射)
當光照射到不透明的半徑很小的圓盤上時，在圓盤的陰影中心出現亮斑(在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環)。
五、光的偏振
1．偏振：光波只沿某一特定的方向振動。
2．自然光：太陽以及日光燈、發光二極管等普通光源發出的光，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，這種光叫作自然光。
3．偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，只沿某個特定方向振動的光。光的偏振證明光是橫波。自然光通過偏振片后，就得到了偏振光。
4．偏振光的應用：應用于照相機鏡頭、立體電影、消除車燈眩光等。
六、測定玻璃的折射率
實驗目的 測量玻璃的折射率，掌握光線發生折射時入射角和折射角的確定方法。 實驗原理
如圖所示，當光線AO以一定的入射角θ1穿過兩面平行的玻璃磚時，通過插針法找出跟入射光線AO對應的出射光線O′B，從而得出折射光線OO′和折射角θ2，再根據n＝或n＝計算出玻璃的折射率。
七、用雙縫干涉測光的波長
驗目的 1.理解雙縫干涉實驗原理。2.觀察雙縫干涉圖樣，掌握實驗方法。3.測定單色光的波長。 實驗原理
如圖所示，光源發出的光，經過濾光片后變成單色光，再經過單縫S時發生衍射，這時單縫S相當于一個單色光源，衍射光波同時到達雙縫S1和S2之后，S1、S2雙縫相當于兩個步調完全一致的單色相干光源，產生穩定的干涉圖樣，圖樣中相鄰兩條亮(暗)條紋間的距離Δx與入射光波長λ、雙縫間距離d及雙縫與屏的距離l有關，其關系式為：Δx＝λ，因此，只要測出Δx、d、l即可測出波長λ。兩條相鄰亮(暗)條紋間的距離Δx用測量頭測出。測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構成，如圖所示。
題型一 光的折射定律及折射率
1．如圖，一橢球形玻璃置于真空中，其中心截面的橢圓長軸和短軸長度分別為和。一束從左焦點射向最高點的激光，恰好在點發生全反射。已知光在真空中的速度為，則該激光在玻璃中傳播的速度為　　
A． B． C． D．
2．為玻璃等腰三棱鏡的橫截面。、兩束可見單色光從空氣垂直射入棱鏡底面，在棱鏡側面、上反射和折射的情況如圖所示。由此可知　　
A．棱鏡內光的傳播速度比光的小
B．光在玻璃中的折射率大于光在玻璃中的折射率
C．光的頻率比光的高
D．光的波長比光的長
3．如圖（a）所示，容器中盛有深度的透明液體，一激光束垂直液面射入液體，并在底板發生漫反射，部分漫反射光會在液面發生全反射，恰好發生全反射的光在容器底板上形成直徑的圓形亮環，如圖（b）所示。該液體的折射率為　　
A．2 B． C． D．
題型二 全反射
4．球心在點，半徑為，折射率為的勻質透明球，球內邊緣有一點光源。光在真空中傳播速度為，則發出的光線，經多次全反射后回到點的最短時間為　　
A． B． C． D．
5．如圖所示，一個折射率為的柱狀玻璃磚橫截面由四分之一圓和直角三角形組成，，。一束單色光從的中點以入射角入射，折射光線恰好射向圓心點，已知光在真空中傳播的速度為，則　　
A．玻璃磚材料的折射率
B．光束在點將發生全反射
C．光束在玻璃磚內的傳播時間為
D．如果入射光束繞點逆時針旋轉使入射角減小，折射光束一定會在點發生全反射
6．如圖所示為半圓形玻璃磚的橫截面，直徑與水平面平行。由兩種單色光組成的細光束沿從邊射入玻璃磚，細光束進入玻璃磚后分成兩束光分別打到玻璃磚截面的、兩點處（入射到、兩點的兩束單色光分別稱為單色光和單色光，、兩點分別位于玻璃磚截面最低點的左右兩側。下列說法正確的是　　
A．單色光可能在點發生全反射
B．在玻璃磚中，單色光的速度比單色光的大
C．單色光的波長比單色光的長
D．單色光的頻率比單色光的小
題型三 光的干涉、衍射和偏振
7．如圖甲所示為牛頓環裝置意識圖，將一塊曲率半徑較大的平凸透鏡放在一塊玻璃平板上，用單色光照射透鏡與玻璃板，就可以觀察到一些明暗相間的同心圓環，如圖乙所示。如果將下方的玻璃平板換成凸面朝上的平凸透鏡，如圖丙，則觀察到的條紋可能是（已知選項中的同心圓環條紋與乙圖完全相同）　　
A． B．
C． D．
8．關于光學現象，下列說法正確的是　　
A．圖甲：光導纖維中，不管光的入射角多大，一定能發生全反射
B．圖甲：若光源是白光，則射出光導纖維的光一定是彩色的
C．圖乙：看到彩色條紋，是因為光發生了衍射現象
D．圖乙：看到彩色條紋，是因為光發生了干涉現象
9．夏季常出現如圖甲所示的日暈現象，日暈是太陽光通過卷層云時，受到冰晶的折射或反射形成的。圖乙為一束太陽光射到六角形冰晶上時的光路圖，、為其折射出的光線中的兩種單色光，比較、兩種單色光，下列說法正確的是　　
A．在冰晶中，光的波速比光大
B．通過同一儀器發生雙縫干涉，光的相鄰明條紋間距較大
C．光比光更容易發生明顯衍射現象
D．、兩種光分別從水射入空氣發生全反射時，光的臨界角比光的小
題型四 測定玻璃的折射率
10．如圖1所示，在插針法測量玻璃折射率的實驗中，兩位同學在木板上。在方格紙上畫出一條直線作為界面，過上的點畫出法線，并畫一條線段作為入射光線，再把玻璃磚放到方格紙上，畫出玻璃磚的下界面的位置，在直線上插兩枚大頭針和，再在玻璃磚的另一側插上大頭針和。確定光路后計算玻璃的折射率。
（1）關于本實驗下列說法正確的是 　?。?br/>實驗時入射角應適當大些
為了減小誤差，插大頭針時應使盡和、和的間距小一些
插大頭針時，應使同時擋住和、的像
應用該實驗原理只能測量兩面平行的玻璃磚的折射率
（2）利用上述方格紙上的實驗記錄，得此玻璃磚的折射率　??；（答案可以用分數或根號表示）
（3）若某同學準確畫好玻璃磚界面和后，實驗過程中不慎將玻璃磚向下平移了一些，如圖2所示，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。
11．某實驗興趣小組用插針法測定玻璃磚的折射率。
（1）實驗示意如圖，下列說法中正確的是 　　。
為了使、的像重合，、的距離應盡可能小一些
為減少測量誤差，、的連線與法線的夾角應盡量小些
為了減小作圖誤差，和的距離應適當取大些
若、的連線與法線夾角較大時，有可能在面發生全反射
（2）在該實驗中，光線是由空氣射入玻璃磚，根據測得的入射角和折射角的正弦值畫出的圖線如圖所示，則玻璃磚的折射率是 　　。
（3）甲、乙二位同學在紙上畫出的界面與玻璃磚位置的關系分別如圖①、②所示，其它操作均正確，且均以、為界面畫光路圖。則甲同學測得的折射率與真實值相比 　　；乙同學測得的折射率與真實值相比 　　。（填“偏大”、“偏小”或“不變”
12．某實驗小組欲測定一圓柱形玻璃磚的折射率，其操作步驟如下：
將白紙固定在水平桌面上，將圓柱形玻璃磚豎直放在白紙上，用鉛筆準確描出玻璃磚底面圓的輪廓；
將底面圓圓周平分為60等份，并標上相應的數字，如圖甲所示，再將玻璃磚豎直放回圖甲中的底面圓輪廓上進行實驗；
用激光筆發出細束綠色激光，沿平行于圓直徑的方向入射，分別準確記錄入射點和出射點在圓周上對應的讀數；
改變入射點位置，重復步驟。
（1）根據圖甲中圓周上的讀數可得，入射角　　，折射角　　（均用弧度制表示）。
（2）若經過多次測量，作出的圖像如圖乙所示，則玻璃磚的折射率為　　（結果保留2位有效數字）。
（3）該實驗中，若改用紅色激光筆照射，其他條件不變，當光線沿圖甲中光路入射時，則光斑出現在點的 　　（填“上方”或“下方” 。
題型五 用雙縫干涉測光的波長
13．某同學對如圖1所示的雙縫干涉實驗裝置進行調節并觀察實驗現象。
（1）若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數增多，可以 　?。ㄟx填選項前的字母）。
．將單縫向雙縫靠近
．將紅色濾光片換成綠色濾光片
．使用間距更小的雙縫
（2）若在屏上觀察到的干涉條紋如圖2中所示，改變雙縫間的距離后，干涉條紋如圖2中所示，圖中虛線是亮紋中心的位置。則雙縫間的距離變為原來的 　　。
．倍
．倍
．2倍
．3倍
（3）某次測量時，選用的雙縫的間距為，測得屏與雙縫間的距離為，叉絲中心線對準第1條亮紋中心時讀數為，旋轉測量頭旋鈕，叉絲中心線對準第4條亮紋中心時讀數如圖3所示，則讀數為 　　。所測單色光的波長為 　?。ńY果保留2位有效數字）。
14．某同學利用如圖所示裝置測量某種單色光的波長。實驗時，接通電源使光源正常發光；調整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋?；卮鹣铝袉栴}：
（1）若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數，該同學可 　?。ㄌ钭帜感蛱枺?br/>．將單縫向雙縫靠近
．將屏向靠近雙縫的方向移動
．將屏向遠離雙縫的方向移動
．使用間距更小的雙縫
（2）若雙縫的間距為，屏與雙縫間的距離為，測得第1條暗條紋到第條暗條紋之間的距離為△，則單色光的波長　　。
（3）某次測量時，選用的雙縫的間距為，測得屏與雙縫間的距離為，第1條暗條紋到第4條暗條紋之間的距離為。則所測單色光的波長為 　　。（結果保留3位有效數字）
15．某同學在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中，實驗裝置如圖甲所示，使用的雙縫間距已知。
（1）下列說法正確的是 　　。
．如果將光源換成激光光源，去掉單縫，該實驗照樣可以完成
．去掉濾光片，不可能觀察到干涉圖樣
．毛玻璃屏上的干涉條紋與雙縫垂直
．僅將雙縫與光屏之間的距離減小少許可以增加從目鏡中觀察到的條紋個數
（2）當屏上出現了干涉圖樣后，通過測量頭（與螺旋測微器原理相似，手輪轉動一周，分劃板前進或后退觀察到第一條亮紋的位置如圖乙中（a）所示，第五條亮紋位置如圖乙中（b）所示，可得相鄰兩條亮紋間的距離△　　，再測出雙縫與屏之間的距離，即可根據公式　?。ㄓ妙}中所給字母表示）算出光的波長。
一．選擇題（共9小題）
1．關于下面五幅圖像，下列說法正確的是　　
A．甲是光的干涉圖樣，乙是光的衍射圖樣，丙為薄膜干涉圖樣，丁為小孔衍射圖樣
B．雙縫干涉實驗中，波長越長亮條紋越窄
C．從圖丙檢驗工件平整度的操作中，通過干涉條紋可推斷出為凸處、為凹處
D．如圖戊所示，真空玻璃管上采用鍍膜技術增加透射光，使盡可能多的太陽能轉換成熱能，這種鍍膜技術的物理依據是光的干涉
2．2024年2月13日，在卡塔爾首都多哈進行的世界泳聯世錦賽上，中國選手唐錢婷（身高、20歲）以的成績獲得女子蛙泳冠軍。如圖所示是比賽期間安置在游泳池底部的照相機拍攝的一張照片，照相機的鏡頭豎直向上。照片中，游泳館的景象呈現在半徑的圓型范圍內，水面上的唐錢婷手到腳的長度，若已知水的折射率為，根據運動員的實際身高可估算出照相機安置處游泳池的水深最接近　　
A． B． C． D．
3．在雙縫干涉實驗中，光屏上點到雙縫、距離之差△，光屏上點到雙縫、距離之差△，若用頻率為的黃光照射雙縫，則　　
A．點出現明條紋，點出現暗條紋
B．點出現明條紋，點出現暗條紋
C．兩點均出現明條紋
D．兩點均出現暗條紋
4．如圖，光源到水面的距離為，其發出的光照射到點處恰好發生全反射，到的距離為，真空中光速。從題中信息可知　　
A．臨界角的正弦值為
B．臨界角的正弦值為
C．水的折射率為
D．光在水中的傳播速度為
5．如圖所示，、、為三個透明平板，與的夾角略小于與的夾角，一束平行光垂直的上表面入射，下列干涉條紋的圖象可能正確的是　　
A．
B．
C．
D．
6．如圖甲所示，將兩塊平板玻璃、放在水平桌面上，并在兩塊玻璃之間右側邊緣墊上兩個紙條，用平行單色光豎直向下照射玻璃板，就會在玻璃板上方看到如圖乙所示的明暗相間的條紋。下列說法正確的是　　
A．圖乙中的條紋是的上表面、的下表面兩列反射光發生干涉的結果
B．在任意一條明條紋的下方，空氣薄膜的厚度都是均勻變化的
C．如果撤掉一個紙條，則條紋間距增大
D．若改用頻率更高的單色光進行實驗，則條紋間距會更大
7．虹和霓均是太陽光在小水滴內經折射和反射而產生的光學現象。如圖為霓形成的簡化模型，太陽光射入大氣中的球形水滴，經過兩次折射和兩次反射后返回大氣。圖中三束光分別為紫光、綠光和紅光，下列說法正確的是　　
A．是綠光 B．是紅光 C．是紫光 D．是紅光
8．如圖所示，為圓柱體玻璃的橫截面。一束由三種不同頻率的光組成的復色光，沿方向從真空射入玻璃后，從、、三個不同的點射出，對應在玻璃中的傳播時間分別為、、。下列說法正確的是　　
A． B． C． D．
9．一玻璃磚橫截面如圖所示，其中為直角三角形邊未畫出），為直角邊，，為一圓弧，其圓心在邊的中點。此玻璃的折射率為1.5。為一貼近玻璃磚放置的、與垂直的光屏。若一束寬度與邊長度相等的平行光從邊垂直射入玻璃磚，則　　
A．從邊折射出一束寬度比邊長度小的平行光
B．從邊折射出一束寬度比邊長度大的平行光
C．屏上有一亮區，其寬度等于邊的長度
D．屏上有一亮區，其寬度小于邊的長度
二．實驗題（共2小題）
10．在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中，如圖甲所示，將實驗裝置按要求安裝在光具座上，并選用縫間距為的雙縫屏。從光具座的刻度尺上讀出毛玻璃屏與雙縫屏間的距離為。接通電源使發白光的光源正常工作。
（1）組裝儀器時，若單縫和雙縫均與豎直方向成平行放置，則 　??；
．可觀察到水平的干涉條紋
．可觀察到傾斜的干涉條紋
．看不到干涉現象
（2）若實驗中在毛玻璃屏上得到的干涉圖樣如圖乙所示，屏上的分劃板刻線分別位于圖中、位置時，游標卡尺的讀數分別為、，則單色光波長的表達式　　。
（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，在這種情況下測出干涉條紋的間距△，則波長的測量值 　?。ㄌ睢按笥凇?、“小于”或“等于” 其實際值。
11．某學習小組通過實驗測定一截面為半圓形玻璃磚的折射率，可用的實驗器材有半圓形玻璃磚、白紙、激光筆、刻度尺、游標卡尺、光屏、圓規、鉛筆。部分步驟如下：
①用游標卡尺測量玻璃磚的直徑；
②在平鋪的白紙上利用圓規畫出半圓形玻璃磚的位置和圓心，過點畫出法線；將玻璃磚沿畫好的半圓形位置放好，玻璃磚直徑與豎直放置的光屏垂直并接觸于點；
③用激光筆從玻璃磚一側照射半圓形玻璃磚的圓心，如圖甲所示，在光屏上可以觀察到兩個光斑、；從圖示位置逆時針緩慢移動激光筆，使光斑恰好消失，用鉛筆在白紙上標記此時光斑的位置，移走玻璃磚和光屏。根據以上步驟，回答下列問題：
（1）測得半圓形玻璃磚直徑的讀數如圖乙所示，則　　；
（2）為了精準測量半圓形玻璃磚的折射率，還需測量的一個物理量及表示它的字母為 　??；
（3）根據以上測量的物理量，寫出計算玻璃磚折射率的表達式　　。
三．解答題（共4小題）
12．如圖所示長方體玻璃磚，長為，寬與高均為。邊上有一單色光源。該單色光相對于玻璃的折射率為，當右側面恰好全部都有光線射出時：
（1）光源離點的距離是多少；
（2）左側面有光線射出的面積是多少。
13．如圖甲所示，王亞平在天宮課堂中演示了水球光學實驗，在完全失重時往水球中央注入空氣形成了一個內含氣泡的水球。其簡化模型如圖乙所示，氣泡與水球同心，半徑分別為，。在過球心的球面內，用一細束單色光照射這一水球上的點，光束恰好在氣泡表面發生全反射，然后從水球點射出。已知、兩點之間的距離為，光在真空中的傳播速度為。求：
（1）水的折射率；
（2）細光束在水球中的傳播時間。
14．某透明材料對紅光的折射率為，工廠用這種材料做出一個半徑為的透明半球體，其底面內壁涂有吸光材料，為半球體的球心，在點正上方有一點光源，能夠朝各個方向發射紅光，如圖為透明半球體的截面示意圖。已知的距離，真空中的光速（忽略經透明半球體內表面反射后射出的光），答案可保留根號，求：
（1）紅光到透明半球體表面的最長時間；
（2）透明半球體外表面不發光區域在此截面上形成的弧長。
15．如圖所示，等腰三棱鏡，頂角，的長度為，一束光從某點垂直于邊界射入三棱鏡，恰好在邊界上發生全反射，再直接經過邊界射出三棱鏡。已知真空中的光速，不考慮光在邊界的反射。求：
（1）三棱鏡折射率；
（2）從邊界射出的光在三棱鏡中的傳播速度和時間。

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