教科版高中物理选择性必修第一册复习提升：光及其应用

章末［

提升光及其应用

霰箫导圜k—思维导图构建网络

规律总结归纳核心素养构建

1.光的折射

(1)定义：光从第1种介质射到它与第2

种介质的分界面时，一部分光进入第2

物理观念

种介质的现象。

光的反射现象、光的折射现象、折射率、

(2)折射定律：折射光线与入射光线、法

光疏介质、光密介质、全反射、临界角、

线处在同一平面内，折射光线与入射光

光的干涉现象、光的衍射现象、薄膜干

线分别位于法线的两侧；入射角的正弦

涉、光的偏振现象、线偏振光、激光

与折射角的正弦成正比，即:胃:一〃。

科学思维

2.折射率的定义：光从真空射入某种(1)光的折射定律、折射率与光速的关系

介质发生折射时，入射角的正弦与折射⑵应用数学关系进行全反射规律的分

角的正弦之比，简称折射率，即"=析

sin61⑶产生干涉现象的条件及双缝干涉的

sin02°

分析

3.折射率与光速的关系：n=*

(4)薄膜干涉的成因

4.全反射及发生条件科学探究

(1)全反射：光从光密介质射入光疏介质(1)用双缝干涉测量光的波长

时，若入射角增大到某一角度，折射光⑵发生明显衍射现象的条件

线就会消失，只剩下反射光线的现象。科学态度与责任

(2)临界角：sinC=:(1)光导纤维在生产、生活中的应用

(2)衍射现象及偏振现象的应用，增透

(3)发生条件：光从光密介质射入光疏介

膜、激光的应用

质且入射角大于等于临界角。

5.光的干涉

(1)光产生干涉的条件：两束光的频率相

同、相位差恒定、振动方向相同。

（2）明暗条纹产生的条件

①亮条纹:△「=伏其中左=0,1,2,3,…）。

②暗条纹：Ar--2”其中k—

0,1,2,3,…）。

6.光的衍射：光通过很小的狭缝（或圆

孔）时，明显地偏离了直线传播的方向，

在屏上应该出现阴影的区域出现明条

纹或亮斑。

7.线偏振光：自然光垂直透过某一偏

振片后，沿着某一特定方向振动。

8.激光的特点：强度大、方向性好、

相干性好、覆盖波段宽而且可调谐。

'|知识整合素养提升

素养1光学中的基本概念

［典例1］下列关于光学现象的说法正确的是（）

A.用光导纤维束传送图像信息，这是光的衍射的应用

B.太阳光通过三棱镜形成彩色光谱，这是光的干涉的结果

C.在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时的景物可使景象更清晰

D.透过平行于日光灯的窄缝看正常发光的日光灯时能观察到彩色条纹，这是光

的折射现象

［解析］用光导纤维束传送图像信息，这是光的全反射的应用，选项A错误；太

阳光通过三棱镜形成彩色光谱，这是光的折射现象，选项B错误；在照相机镜

头前加装偏振滤光片拍摄日落时的景物，可减弱反射光，从而使景象更清晰，选

项C正确；透过平行于日光灯的窄缝看正常发光的日光灯时能观察到彩色条纹，

这是光的衍射现象，选项D错误。

［答案］C

针对训练

1.光射到两种不同介质的分界面，分析其后的传播情形可知（）

A.折射现象的出现说明光是纵波

B.光总会分为反射光和折射光

C.折射光与入射光的传播方向总是不同的

D.发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同

解析：光的折射不能反映光是纵波还是横波，由光的偏振现象可知光是横波，选

项A错误；当光从光密介质射入光疏介质，且入射角大于等于临界角时，发生

全反射现象，没有折射光，选项B错误；当光线垂直于界面入射时，折射光与

入射光的传播方向相同，选项C错误；发生折射是因为在不同介质中光的传播

速度不同，选项D正确。

答案：D

素养2光学中模型构建及数学方法的应用

［典例2］如图所示，△ABC为一直角三棱镜的截面，其顶角a=30。，尸为垂直

于直线的光屏。现有一宽度等于A3的单色平行光束垂直射向A3面，结果

在屏P上形成一宽度等于京3的光谱带，求棱镜对该单色光的折射率。若是宽度

等于A3的白光垂直射向A3面，则屏上被照亮的部分有何变化？说明理由。

［解析］如图所示，当单色平行光束垂直射向A3面时，入射光线在AC面上折

DE

射，折射角y=a+e,而tan6=3万，

2

因为EC=^AB,

所以。AD=BC=ABtana,

尹万1y［3

=

所以tan。、o+T7Qo

Antana3tana=3

由以上各式解得8=30。，y=60。，〃=sin

若是白光垂直射向A5面，光线在AC面上发生折射，红光偏折程度最小，紫光

偏折程度最大，所以光屏P上被照亮部分变宽，且上边缘为红色，下边缘为紫

色。

［答案］小见解析

［点评］有关光学和数学结合问题的解题思路：

(1)正确的画出光路图。

(2)找出入射角、反射角和折射角的关系。

(3)利用折射定律求解问题时，若涉及全反射问题首先找出临界角，再通过反射

定律和几何关系求解。

针对训练

2.如图所示，三角形ABC是由折射率为限的某种透明物质制成的直角三棱镜

的横截面(。为A3的中点)，ZA=30%一束光线在纸面内从。点射入棱镜，光

线与AB面间的夹角为a。不考虑光线在AB和BC面上的反射。

(1)若a=45。，请作出光路图并标明相应角度。

(2)要使射入0点的光线能从AC面射出，夹角川0。＜。＜90。)应满足什么条件？

结果可用反三角函数表示。

解析：(1)光线射向AB面的入射角61=45。，由折射定律有设祟=表，解得02

=30°,

设该透明物质的临界角为C,则sinC=±,

解得C=45。,

由几何知识知，光线射向AC面的入射角a=60°>C,故发生全反射。

而仇=仇，故反射光线垂直于5c面从棱镜射出，光路图如图所示。

(2)由几何关系可知，射向AC面的光线恰好发生全反射时少2=15。，设此时a

,.sin（90°—ai）

=如，则有一sin15°—二@r

解得ai=arccos^2

当a角为90。时，射向AC的光线入射角为30。，不会发生全反射，故要使射入O

、-1

点的光线能从AC面射出,夹角a应满足arccos~VaW90。。

\13—1

答案：（1）图见解析（2）arccos?VaW90°

素养3实验设计对光的波长的测量或玻璃折射率的计算实验

［典例3］在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，已知双缝间的距离为小

⑴若测定绿光的波长，应选用_______色的滤光片。实验时需要测定的物理量

有和o

(2)已知双缝到光屏之间的距离£=500mm,双缝之间的距离d=0.50mm,单缝

到双缝之间的距离s=100mm,某同学在用测量头测量时，调整手轮，在测量头

目镜中先看到分划板中心刻线对准A条亮纹的中心，然后他继续转动手轮，使

分划板中心刻线对准B条亮纹的中心，前后两次游标卡尺的读数如图所示，则

入射光的波长丸=m(结果保留两位有效数字)。

2

ABi

05

A位置读数

2

-w

0510

B位置读数

(3)实验中发现条纹太密，难以测量，可以采用的改善办法有

A.改用波长较长的光(如红光)作为入射光

B.增大双缝到屏的距离

C.增大双缝到单缝的距离

D.增大双缝间距

［解析］(1)由于测量绿光的波长，因此应用绿色滤光片。由可知要想测2

必须测定双缝到屏的距离I和条纹间距Axo

(2)游标卡尺读数精确度为0.1mm,A位置主尺读数为11mm,游标尺读数为

1X0.1mm=0.1mm,故A位置读数为％i=llmm+0.1mm=11.1mm,同理5

九2—XlL

位置读数为X2=15.6mm,则条纹间距Ax=-q—=0.64mm。利用Ax=不得A

-7

=yAx=6.4X10mo

(3)由八十=夕可知，要增大条纹间距，可用波长更长的入射光或增大双缝到屏的

距离或减小双缝间距，故选项A、B正确。

［答案］(1)绿双缝到屏的距离相邻条纹间距

(2)6.4X10—7(3)AB

针对训练

3.某同学用插针法测定一半圆柱形玻璃砖的折射率，实验后留下的痕迹如图所

示，设A3的长度为/i,A。的长度为乱8的长度为屈的长度为乐为较

方便地表示出玻璃砖的折射率，只需用刻度尺测量________和(均选填

*”“/2”“/3”或“/4”)，则玻璃砖的折射率可表示为o

sin//AT?

解析：根据光的折射定律可知，玻璃的折射率为n=l,由题图可知，sini=~^,

S1X1TCXJL)

sinr=^~,显然03、0c为圆半径，有OB=OC,解得〃=错，所以需栗用刻

度尺测量h和h,即〃=*。

答案：/1h?

素养4光学现象在生活、生产、科技中的应用

［典例4］登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更

不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力。有人想利用薄膜干涉的原

理设计一种能大大减少紫外线对眼睛伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为

n=1.5,所要消除的紫外线的频率为/=8.1XIO】4Hz,那么他设计的这种“增反

膜”的厚度至少是（）

A.9.25X10-8mB.1.85X10-7m

C.1.23X10~7mD.6.18X108m

［解析］为了减少进入眼睛的紫外线，应使人射光分别从该膜的前后两个表面反

射出来形成的光叠加后加强，则光程差（大小等于薄膜厚度d的2倍）应等于光在

薄膜中的波长储的整数倍，即2d=NT（N=l,2,…），因此，薄膜的厚度至少

是紫外线在膜中波长的右紫外线在真空中的波长是4条在膜中的波长是储

=：,故膜的厚度至少是1.23X1（）-7m。

［答案］C

针对训练

4.如图所示，为了观察门外情况，可在门上开一小圆孔，将一块圆柱形玻璃嵌

入其中，圆柱体轴线与门面垂直。从圆柱底面中心看出去，可以看到的门外入射

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〃，圆柱长为/,

底面半径为「，则视场角是（

..nl.nr

A.…百

2n产?

Carcs叱面D-历；行

解析：门外光线经圆柱形玻璃折射后进入眼睛，其光路如图。

根据折射定律得〃=;;二，①

根据几何关系得sin%=②

nr

解得sin仇=贝U=arcsin］，+广故B正确。

答案：B

章末检测卷（四）光及其应用

（时间：90分钟满分：100分）

一、选择题（本题共12小题，共40分。第1〜8小题只有一个选项正确，每小题

3分，第9〜12小题有多个选项正确，全选对的得4分，选对但不全的得2分,

有选错的得0分）

1.下列关于光学现象的说法正确的是（）

A.在水中绿光的传播速度比红光的小

B.光纤由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的小

C.在岸边观察水中的鱼，看到的深度比实际的深

D.分别用绿光和红光在同一装置上做双缝干涉实验，用红光时得到的条纹间距

更窄

解析：在水中红光的折射率小于绿光，由”=已知在水中红光的传播速度比绿光

的大，故A正确；光纤利用全反射现象传输信号，由于内芯是光密介质即内芯

的折射率大于外套的折射率，所以光在由内芯向外套传播时发生全反射而不泄

露，故B错误；在岸边观察水中的鱼，鱼的实际深度比看到的要深，即看到的

要浅，故C错误；条纹间距&=夕，红光的波长较长，则条纹间距较宽，故D

错误。

答案：A

2.取两块平玻璃板，合在一起用手捏紧，会从玻璃板上看到彩色条纹，这是光

的干涉现象。有关这一现象的叙述正确的是（）

A.这是上下两块玻璃板的上表面反射光干涉的结果

B.这是两玻璃板间的空气薄层上下两表面的反射光相干涉的结果

C.这是上面一块玻璃的上、下两表面的反射光干涉的结果

D.这是下面一块玻璃的上、下两表面的反射光干涉的结果

解析：形成干涉条纹是有一定条件的，即两列相干光的光程差需栗连续变化，当

△x=双时，形成明条纹，当Ax=（2左+1）1时，形成暗条纹，当入射光是白光时,

就会形成彩色条纹。对平板玻璃来说，每一块平板玻璃上下表面都是平行的，故

不具备产生干涉条纹的条件，而中间的空气膜，则可能具备这一条件，故应选B。

答案：B

3.一束单色光由空气进入水中，则该光在空气和水中传播时（）

A.速度相同，波长相同B.速度不同，波长相同

C.速度相同，频率相同D.速度不同，频率相同

解析：不同的单色光频率不相同，同一单色光在不同介质内传播的过程中，光的

频率不会发生改变；由公式可以判断，水的折射率大于空气的，所以该单

色光进入水中后传播速度减小，波长减小，故选项D正确。

答案：D

4.某同学使用激光器作光源，在不透光的挡板上开一条缝宽为0.05mm的窄缝,

进行光的衍射实验，如图所示，则他在光屏上看到的条纹是下列选项中的（）

OA

激光器挡板光屏

0三mmin

ABCD

解析：单缝衍射条纹中间宽，两侧越来越窄，又由于单缝是水平的，所以衍射条

纹也是水平的，B正确。

答案：B

5.如图所示，a、6两束光以不同的入射角由介质射向空气，结果折射角相同。下

列说法正确的是（）

A.6在该介质中的折射率比a的大

B.若用6做单缝衍射实验，要比用。做中央亮条纹更宽

C.用a更易观测到泊松亮斑

D.做双缝干涉实验时，用a光比用匕光两相邻亮条纹中心的距离更大

•Z）

解析：由题设条件知，O\a=Olb,O2a<02b,由片黑卷知加〉侬，A错误；因为

na>nb,所以丸九，又Ax=（九故D错误；波长越长，衍射现象越明

显，衍射条纹中央亮条纹更宽，B正确，C错误。

答案：B

6.如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏上观察到干涉条纹。

要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以（）

单」卜

光----]俨

单缝屏双亚屏光屏

A.增大Si与S2的间距

B.减小双缝屏到光屏的距离

C.将绿光换为红光

D.将绿光换为紫光

解析：双缝干涉的条纹间距公式增大Si与S2的间距就是增大d,所以

条纹间距变小，A错误；减小双缝屏到光屏的距离就是减小/,条纹间距变小，

B错误；红光波长比绿光波长长，紫光波长比绿光波长短，所以将绿光换为红光，

条纹间距增大，将绿光换为紫光，条纹间距变小，C正确，D错误。

答案：C

7.如图所示，红色细光束。射到折射率为限的透明球表面，入射角为45。，在球

的内壁经过一次反射后，从球面射出的光线为。，则入射光线。与出射光线6之

间的夹角0:为（）

A.30°B.45°

C.60°D.75°

解析：由折射定律有色=毛箸，得折射角。=30。，画出光路图，由几何关系

知夹角a=30。，选项A正确。

答案：A

8.在完全透明的水下某处，放一点光源，在水面上可见到一个圆形透光平面。

如果圆形透光平面的半径匀速增大，则光源在（）

A.加速上升B.加速下沉

C.匀速上升D.匀速下沉

解析：点光源S发出的光经水面折射后，进入空气，其光路如图所示，水面上的

发光面的半径厂和点光源的深度〃之间满足r=/?，tanC,即厂与力成正比，据题

意知，厂均匀增大，则〃也随时间均匀增大，即点光源S匀速下沉。

答案：D

9.一单色光，在真空中的波长为加，在玻璃中的波长为九波速为0,玻璃对这

种色光的折射率为小已知光在真空中的速度为c,此光从玻璃射向真空发生全

反射的临界角为C,则（）

A.sinC=B.sinC=~

1c

C.sinC=~nD.sinC=v~

解析：单色光在真空中传播时，速度为C,设其频率为力因波长为赤，则有

=M该光在玻璃中传播时，波长为九波速为o,则有0=y玻璃对此单色光

的折射率为“=三=§,临界角为C,则有sin。=1=g=与，选项A、C正确，B、

VZ72CZO

D错误。

答案：AC

10.如图所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法正确的是（）

A.人从右侧向左看，可以看到彩色条纹

B.人从左侧向右看，可以看到彩色条纹

C.彩色条纹水平排列

D.彩色条纹竖直排列

解析：一束白光射到薄膜上，经前后两个面反射回来的光相遇，产生干涉现象，

我们由左向右看，可看到彩色条纹。又由于薄膜同一水平线上的厚度相同，所以

彩色条纹是水平排列的。故选B、Co

答案：BC

n.抽制细丝时可用激光监控其粗细，如图所示。激光束越过细丝时产生的条纹

和它通过遮光板的同样宽度的窄缝时产生的条纹规律相同，则（）

A.这是利用光的干涉现象

B.这是利用光的衍射现象

C.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝粗了

D.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝细了

解析：由题意可知，这是利用了光的衍射现象，当丝变细时（相当于狭缝变窄），

条纹间距变宽，故B、D正确。

答案：BD

12.如图所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球，则（）

A.小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球

B.小球所发的光能从水面任何区域射出

C.小球所发的光从水中进入空气后频率不变

D.小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大

解析：小球位于缸底边缘时也能从侧面看到小球，A错误；把发光小球放入口径

较大、充满水的浅玻璃缸底的任何位置，小球发出的光从中射向空气时，会发生

折射或全反射，逆着折射光线看能看到小球，而在发生全反射的区域则没有光射

出，B错误；光从水中进入空气不改变光的频率，改变的是波速和波长，由

cV

一和7=7可知，波速、波长都变大，C、D正确。

答案：CD

二、非选择题（本题共6小题，共60分）

13.（6分）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：

滤光片双缝屏/转轮

光源一铲设…毛平亭中一目镜

（1）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

（2）若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为/,测得第1条暗条纹到第〃条暗条

纹之间的距离为Ax,则单色光的波长2=.；

（3）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1.20

m,第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56mm,则所测单色光的波长

为nm（结果保留3位有效数字）。

解析：（1）由因Ax越小，目镜中观察到的条纹数越多，故B符合题意；

Ax

由/=；

(2)n~1(n-l)Z

dAx0.3X10~3X7.56X1Q~3

7

⑶2=(7L1)/=(4-l)X1.2m=6.3X10m=630nmo

答案：(1)B⑵谑可⑶630

14.(8分)如图所示，标有直角坐标系xOy的白纸放在水平桌面上，半圆形玻璃砖

放在白纸上，圆心在坐标的原点，直径与x轴重合，是画在白纸上的直线，

Pi、P2是竖直插在直线上的两枚大头针，P3是竖直插在白纸上的第三枚大头

针，a是直线。4与y轴正方向的夹角，夕是直线。尸3与y轴负方向的夹角，只

要直线画得合适，且尸3的位置取得正确，测得角a和〃便可求得玻璃的折

射率小某同学用上述方法测量玻璃的折射率，在他画出的直线上竖直插上

了Pi、P2两枚大头针，但在y<0的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过玻

璃病看到尸1、P2的像。

(1)他应该采取的措施是

⑵若他已透过玻璃砖看到了Pl、P2的像，确定P3位置的方法是

(3)若他已正确地测得了a、夕的值，则玻璃的折射率"=0

解析：(1)在yVO的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过玻璃砖看到P、P2

的像，是因为发生了全反射现象，故栗减小a。

⑵插针法就是要用Pz挡住Pi和尸2的像。

(3)介质的折射率等于空气中折射角正弦值与介质中入射角正弦值之比。

答案：⑴减小a⑵用尸3挡住P和P2的像⑶柒

15.(10分)已知一平行玻璃砖厚度为d=15cm,某单色光从A点以入射角为7=60。

入射时，折射到对边的3点，其折射角为r=30。，如图所示。求：

旦

(1)该玻璃砖对这种单色光的折射率〃；

(2)该单色光在玻璃砖中由A到B的传播时间/(光在真空中的传播速度为c=

3X108m/s)o

角牛析：(1)由折射二一无,律打f行n=7shi7n-ir=sin6300°o=^°r-

(2)光在玻璃砖中传播的速度。=：=坐c

由几何知识得AB=~^=l(h/3cm=m

COSJU1U

AH

单色光在玻璃砖中由A到B的传播时间t=-

解得7=1X10-9s。

答案：⑴小(2)1义10-9$

16.(10分)如图所示，用频率为了的单色光垂直照射双缝，在光屏上尸点出现第