2022年高考物理一轮复习讲义（新人教版）：第十四章光

2022.湖北卷T142022.浙江1月选考T112022.江苏卷T12

2021•全国甲卷・T34⑴2021•湖南卷丁16(2)2021•浙江6月

光的折射

选考・T12

2019•全国卷I-T34(2)

2022.全国甲卷.T34(2)2022.全国乙卷.T34(2)2022.辽宁

卷・T5

2022•河北卷-T16(2)2022•广东卷・T16(2)2022•重庆

卷T16Q)

光的折射与全反2022-山东卷2022•浙江6月选考・T82021•全国乙

射的综合应用卷734(2)

2021•广东卷116(2)2021・河北卷・T16(2)2021•辽宁卷・T4

考情

2020•全国卷1【134(2)202。・全国卷川了34(2)2020•浙江7

分析

月选考TI3

2019•全国卷IH-T34(2)

2022•浙江6月选考・T42022•山东卷,T102021•江苏卷,T6

光的干涉和衍射2021•浙江6月选考・T16202()・山东卷・T32020•北京卷「门

2019.北京卷.T14

几何光学与物理

2021・湖北卷・T52021・北京卷・T2

光学的综合应用

实验：测量玻璃

2019・天津卷・7^2)

的折射率

实验：用双缝干

2021•浙江6月选考T17⑵2019.全国卷HT34Q)

涉测量光的波长

生活实践类全反射棱镜、光导纤维、增透膜、偏振滤光片、激光等

试题

折射定律、全反射、测量玻璃的折射率、光的干涉现象、光

情境学习探究类

的衍射、光的偏振现象、用双缝干涉测量光的波长

第1讲光的折射全反射

旧标要求】1.理解折射率的概念，掌握光的折射定律2竺握发生全反射的条件并会用全反射

的条件进行相关计算.

考点一折射定律折射率

■梳理必备知识

1.折射定律

M

A

…

阿

空气

力水

WB

（I）内容：如图所示，折射光线与入射光线、法线处在同一平面内,折射光线与入射光线分别

位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成歪比.

（2）表达式：鬻=〃「2（四2为比例常数）.

I）111"2

2.折射率

⑴定义式："=需1

⑵计算公式：〃=£.因为XC,所以任何介质的折射率都大于1.

-判断正误--------------------------------------------------------------------------

1.无论是光的折射，还是反射，光路都是可逆的.（J）

2.入射角越大，折射率越大.（X）

3.若光从空气射入水中，它的传播速度一定增大.（X）

4.格-据可知，介质的折射率马光在该介质中的传播速度成反比.（J）

■提升关键能力

1.对折射率的理解

（1）折射率的大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在该介质中传播速度的天小V

_c

（2）折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关.

①同一种介质中，频率越大的光折射率越大，传播速度越小.

②同一种光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同.

2.光路的可逆性

在光的折射现象中，光路是可逆的.如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会

逆着原来的入射光线发生折射.

3.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体（球）对光路的控制特点

平行玻璃砖三棱镜圆柱体（球）

A

/

人O%

对光线L

B---------圆界面的法线是过圆

的作用通过三棱镜的光线经两

通过平行玻璃砖的光线心的直线，光线经过两

次折射后，出射光线向极

不改变传播方向，但要次折射后向圆心偏折

发生侧移镜底面偏折

【例1】（多选）如图所示，两细束平行的单色光〃射向同一块上、下表面平行的玻璃病的上

表面，最终都从玻璃砖的下表面射出.已知玻璃对单色无。的折射率较小，那么下列说法中

正确的有（）

A.。光束在玻璃砖中传播速度比b光小

B.从玻璃砖下表面射出后，两束光不一定平行

c.从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离•一定增大了

D.从玻璃彼卜.表面射出后，两束光之间的距离可能和射入前相同

答案AC

解析被埔对单色光。的折射率较小，那么光路图如图所示，光在介质中的传播速度为

因为玻璃对单色光。的折射率较小，所以。光束在玻璃砖中传播速度比〃光小，故A正确；

根据光路的可逆性可知：下表面出射角等于上表面的入电角，即两束光下表面的出射角相等，

故从玻璃砖下表面射出后，两束光仍然平行，故B错误；由于。光的折射率大，偏折程度大，

从下表面射出后沿水平方向侧移的距离大，故两束光从下表而射出后，两束光之间的距离一

定增大，故C正确，D错误.

h

【例2】（2021.浙江6月选考・I2）用激光笔照射透明塑料制成的光盘边缘时观察到的现象如图所

示.入射点。和两出射点P、。恰好位于光盘边缘等间隔的三点处，空气中的四条细光束分

别为入射光束〃、反射光束仄出射光束。和d,已知光束。和〃间的夹角为90。，贝"）

A.光盘材料的折射率〃=2

B.光在光盘内的速度为真空中光速的三分之二

C.光束氏。和d的强度之和等于光束。的强度

D.光束。的强度小于O点处折射光束0。的强度

答案D

解析如图所示，由几何关系可得入射角为i=45。,

折射角为r=30°

.。也

根据折射定律有〃=造霁=年=啦，所以A错误：

0111〜JV/A

2

c、巧

根据。=彳=与c,所以B错误；

因为在Q处光还有反射光线，光束从c和d的强度之和小于光束。的强度，所以C错误；

光束c的强度与反射光束PQ强度之和等于折射光束。。的强度，所以D正确.

【例3】（2023•江苏省七市调研汝I图所示，激光笔发出一束激光射向水面。点，经折射后在水

4

槽底部形成一光斑P.已知入射角a=53。，水的折射率n=y真空中光速c=3.0X10sm/s,sin53。

=0.8,cos53°=0.6.

激光笔

出水口

(1)求激光在水中传播的速度大小6

⑵打开出水口放水，求水放出过程中光斑P移动的距离X与水面下降距离力的关系.

7

答案(1)2.25X108m/s(2)x=五〃

解析(1)由于。=：

代入数据解得0=2.25XIO8m/s.

(2)打开出水口后，光路图如图所示

cin(1Qin(t

设水原来深度为“，折射南为人由折射定律有〃=曰，解得sin夕=e=0.6

、11111

由几何关系有//tan«+(//—//)tan夕=x+”tanP

7

代入数据解得工=7剂.

考点二全反射

■梳理必备知识

1.光密介质与光疏介质

介质光密介质光疏介质

折射率大小

光速小大

若〃甲〉〃乙，则甲相对乙是光密介质

相对性

若〃甲V/?内，则甲相对丙是光疏介质

2.全反射

（1）定义：光从光蜜介质射入比琬介质时，当入射角增大到某一角度，折射光线消失,只剩下

反射光线的现象.

（2）条件：①光从光蜜介质射向逊介质.②入射角大于或等于临界角.

（3）临界角：折射角等于90。时的入射角.若光从介质（折射率为〃）射向真空或空气时，发生全

反射的临界角为C,由〃=粤岑，得sinC=）.介质的折射率越大，发生全反射的临界角越

小・

3.光导纤维

光导纤维的原理是利用光的全反射（如图）.

■判断正误二

1.光密介质和光疏介质是相对而言的.同一种介质，相对于其他不同的介质，可能是光密介

质，也可能是光疏介质.（V）

2.只要入射角足够大，就能发生全反射.（X）

3.光线从光疏介质进入光密介质，入射角大于等于临界角时发生全反射现象.（X）

■提升关键能力

分析综合问题的基本思路

（1）判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质.

（2）判断入射角是否大于或等于临界角，明确是否会发生全反射现象.

（3）画出反射•、折射或全反射的光路图，必要时还可应用光路的可.逆原理画出光路图，然后结

合几何知识推断和求解相关问题.

【例4】（多选）一束光在光导纤维中传播的示意图如图所示，光导纤维对该束光的折射率为〃,

光导纤维的长度为L,图中该束光刚好在光导纤维与空气的交界面处发生全反射.已知空气

对该束光的折射率为I,光在真空中传播的速度为c,下列说法正确的是（）

A.光导纤维对该束光的折射率〃>1

B.光导纤维对该束光的折射率〃VI

C.该束光在光导纤维中传播的时间为华

D.该束光在光导纤维中传播的时间为春

答案AC

解析由于光发生全反射的条件之一是光由光密介质射入光疏介质，所以光导纤维的折射率

比空气的折射率大，即〃>1,故A正确，B错误；该束光在交界面处发生全反射的临界角C

的正弦值为sinC=]该兼光在光导纤维中的传播速度为。在沿光导纤维方向的分量

为S=osinC'=滔，则该束光在光导纤维中传播的时间为[=/=-；,故C正确，D错俣.

【例5】如图甲所示，在平静的水面下深〃处有一个点光源s,它发出的a、b两种不同颜色的

光，在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域，该区域的中间为由〃、力两种单色光所构成

的圆形复色光区域，周围为环状区域，且为〃光的颜色（如图乙）.设〃光的折射率为〃〃，则

下列说法正确的是（）

心、〃光的单色光区域

三正二◎二复色光区域

乙

A.在水中，4光的波长比〃光小

B.水对4光的折射率比力光大

C.在水中，〃光的传播速度比力光小

D.复色光圆形区域的面积为S=¥y

答案D

解析。光的照射面积大，知。光的临界角较大，根据sinC=:知。光的折射率较小，所以a

光的频率较小，波长较大，根据。=：知，在水中，。光的传播速度比〃光大，同一种色光在

真空中和在水中频率相同，由。=，可知，在水中，。光的波长比A光大，A、B、C错误:

设圆形复色光区域半径为「，圆形复色光区域边缘处〃光恰好发生全反射，依据sinC=J,

•I2

结合几何关系可知sinC=lJ，而圆形复包光区域住面积S=兀,，联立解得5=T-

/nhI

D正确.

考点三光的折射和全反射的综合应用

【例6】（2022•河北卷-16（2））如图，一个半径为R的玻璃球，。点为球心.球面内侧单色点光

源S发出的一束光在4点射出，出射光线AB与球直径SC平行，9=30。.光在真空中的传播

速度为C.求:

AB

⑴玻璃的折射率.；

(2)从S发出的光线经多次全反射回到S点的最短时间.

答案⑴小⑵零

解析(1)光路图如图所示.

根据几何关系可知

八=。=30。，/2=60°

根据折射定律有〃=誓

'IIII|

解得〃=小

(2)设全反射的临界角为C,则sin。=：=乎

光在玻璃球内的传播速度有〃=彳

根据几何关系可知当6=45。时，即光路为圆的内接正方形，从S发出的光线经多次全反射回

到S点的时间最短，则正方形的边长工=啦凡则最短时间为，=手=半".

【例7】(2022•全国甲卷・34(2))如图，边长为。的正方形4BC。为一棱镜的横截面，M为A8边

的中点.在截面所在的平面，一光线自用点射入棱镜，入射角为60。，经折射后在3C边的

N点恰好发生全反射，反射光线从CO边的夕点射出棱镜，求棱镜的折射率以及P、。两点

之间的距离.

答案乎R

解析设光线在48面的折射角为d则有sin60。=〃如1仇由题知，光线经折射后在8c边

的N点恰好发生全反射，则有sinC=］。=90°—〃

联立解得tan。=坐，〃=坐

根据几何关系有lan8=~^=）BN

解得NC=a—BN=a—^

PCS-i

再由tanO=^:,解得PC=、-a

iY4

课时精练

立基础落实练

1.（2023•山东青岛市检测）如图，一玻璃柱体的横截面为半圆形，细的单色光束从柱体的。点（半

圆的圆心）射向空气，入射角a=30。，产生的反射光束1和折射光束2恰好垂直，下歹J说法

正确的是（）

A.玻璃柱体对该单色光束的折射率为必

B.光束1和光束2的传播速度相同

C.光束1和光束2的传播频率相同

D.无论a增加到多大，都不可能发生全发射

答案C

解析反射光束1和折射光束2恰好垂直，由几何知识可求■得此时的折射角为7=6（）。，由折

射定律可得，玻璃柱体对该单色光束的折射率为〃=券缥=仍，故A错误：同一单色光，

在不同介质中传播时，速度不同，但频率相同，故B错误，C正确；光从光密介质进入光疏

介质，当入射角大于或等亍临界角时，将发生全反射现象，根据sinC=：=^,可知当a2c

时，将发生全反射，故D错误.

2.人的眼球可简化为如图所示的光学模型，即眼球可视为由两个折射率相同但大小不同的球

体组成.沿平行于球心连线方向，入射宽度为gR的平行光束进入眼睛，会聚于视网膜上的

2处（两球心连线的延长线在大球表面的交点），图中小球半径为R，光线会聚角为。=30。，

则两球体折射率为（）

A当B.小C.2D.啦

答案D

解析根据几何关系可知，平行光束射入小球的入射角为45。，折射角为45。-15。=30°,由

折射定律可知〃=震盖=6,故选D.

3.如图，一长方体透明玻璃砖在底部挖去半径为R的半圆柱，玻璃砖长为L.一束单色光垂直

于玻璃砖上表面射入玻璃传，且覆盖玻璃砖整个上表面.已知玻璃砖对该单色光的折射率为

也，则半圆柱面上有光线射出（）

A.在半圆柱穹顶部分，面积为华

B.在半圆柱穹顶部分，面枳为兀

C.在半圆柱穹顶两侧，面积为当

D.在半圆柱穹顶两侧，面积为兀柱

答案A

解析该单色光经过玻璃店上表面到达下方的半圆柱面出射时可能发生全反射，如图.设恰

好发生全反射时的临界角为C,则有〃=芸7，解得。=今则半圆柱面上有光线射出部分

oiiiq

的面积为S=2CR/,,代入数据解得S=1nRL,故选A.

4.（多选）如图所示，一束光由空气斜射到透明介质球上的A点，入射角为。贝心）

A.当i足够大时，在A点将发生全反射

B.当i足够大时，光从球内向外射出时将发生全反射

C.无论，・多大，在A点都不会发生全反射

D.无论i多大，光从球内向外射出时，都不会发生全反射

答案CD

解析光从光密介质射向光疏介质时才可能发生全反射，因此光在A点由空气射入介质球，

肯定不能发生全反射.在图中，对于球上任意一点，球面法线一定过球心，设r为光从A点

射入时的折射角，V为光从8点射出时的入射角，它们为等腰三角形的两底角，因此有i'

=r,根据折射定律八=瑞得sin/=*,即随着i的增大，〃增大，但/•不能等于或大于临

Al11，/1

界角C,故也不可能等于或大于临界角，即光从8点射出时，也不可能发生全反射，在B

点的反射光射向。点，从。点射出时也不会发生全反射.故选C、D.

5.如图所示，ZVIBC是一直角三棱镜的横截面，NA=90°,AB长0.2m,AC长0.1m.一细

光束沿平行于8C边的方向从43边入射后直接射到AC必，恰好在AC边发生全反射，则棱

镜对该细光束的折射率为（）

八或R空「空口辿

A,5B.5C,5D,5

答案C

解析光路图如图所示

B

0.22^/5

根据折射定律有第=〃，sin又因为a+夕

由几何关系可知sin~22

^/0.2+0.1~5Ca11II

=90°,联立解得〃=¥，故C正确.

6.（2022・辽宁卷・5）完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮.2021年12月，在中

国空间站“天宫课堂”的水球光学实验中，航天员向水球中注入空气形成了一个内含气泡的

水球.如图所示，若气泡与水球同心，在过球心。的平面内，用单色平行光照射这一水球.下

列说法正确的是（）

A.此单色光从空气进入水球，频率一定变大

B.此单色光从空气进入水球，频率一定变小

C.若光线I在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射

D.若光线2在N处发生全反射，光线I在M处一定发生全反射

答案C

解析光的频率是由光源决定的，与介质无关，故此单色光从空气进入水球频率不变，A、B

错误；由题图可看出光线1入射到水球的入射角小于光线2入射到水球的入射角，则光线1

在水球外表而折射后的折射角小于光线2在水球外表面折射后的折射角，设水球半径为R、

气泡半径为八光线进入水球后的折射角为。、光线进入气泡的入射角为仇根据几何关系有

鸣二久=生1&,则可得出光线2进入气泡的入射角大于光线1进入气泡的入射角，故若光

1\/

线1在M处发生全反射，则光线2在N处一定发生全反射，若光线2在N处发生全反射，

光线1在M处不一定发生全反射，C正确，D错误.

立能力综合练

7.（多选）如图所示，一束复色光沿。。方向射向一上、下表面平行的无限大的厚玻璃平面镜的

上表面，一共得到三束光I、H、山.则（）

A.该复色光由三种颜色的光混合而成

B.光束I【在玻璃平面镜中的传播速度比光束II【小

C.光束II、山在玻璃平面镜内部传播的时间不可能相同

D.改变a角且a<90。，光束H、HI一定始终与光束I平行

答案BD

解析根据题意将光路图补充完整，如图所示，其中尸为光束II的折射南，/为光束III的折

射角

光束【为反射光线，仍是复色光，光束II、in由于折射型不同导致偏折分离，为单色光，即

该复色光由两种颜色的光混合而成，A错误；根据折射里的定义，光束H、m的折射率表示

为〃2=3署=.，〃3=票=2因为内y〈90。，则有〃2>〃3,。2<。3,光束H在被墙平面镜中

AIIII）Alli/

的传播速度比光束川小，B正确；设玻璃平面镜的厚度为乩光束n、川在玻璃平面镜中传

2d2d

i-Lecr士一cos/?2tZcosa4Jcosacos2dcosa4dcosa

播的时间表7F为f,=---=-------=—「77；,当满足sin2£

V2ccos「sm0csin20V3-ccosysiny~csin2y

=sin2>时，为=白，即2>=加一2"或2/?=2y,又因为夕vy,且均为锐角，则有夕+》=号，因此

光束II、III在玻璃平面镜内部传播的时间有可能相同，C错误；玻埔平而镜上、下表而平行,

根据光的反射定律及光路的可逆性，改变a角且a<90。，光束II、HI一定始终与光束I平行,

D正确.

8.（2022・山东卷7）柱状光学渊件横截面如图所示，OP右侧是以。为圆心、半径为R的;圆，

左侧是直角梯形，AP长为R,AC与C。夹角45。，AC中点为8々、〃两种频率的细激光束,

垂直48面入射，器件介质对a、〃光的折射率分别为1.42、1.40.保持光的入射方向不变，入

射点从4向4移动过程中，能在PM面全反射后，从OM面出射的光是（不考虑三次反射以

后的光）（）

A.仅有a光B.仅有人光

C.〃、人光都可以D.a、b光都不可以

答案A

解析当两种频率的细激光束从4点垂直于A8面入射时，由几何知识可知，激光沿直线传

播到。点，经第一次反射沿半径方向直线传播出去，如图甲，

保持光的入射方向不变，入射点从A向4移动过程中，如图乙，可知激光沿直线传播到CO

面经反射，射向PM面，入射点从人向8移动过程中，光线传播到面的入射角逐渐增大.

当入射点为8点时，如图丙所示，根据光的反射定律及几何关系可知，光线传播到PM面的

P点，此时光线在PM而上的入射角最大，设为巴由几何关系得a=45。，

根据全反射临界角公式得sinG=-=rn<^

IlaI，

•厂」__!_、正

sin2

两种频率的细激光束的全反射的临界角关系为

G<45°<G„故在入射光从A向8移动过程中，a光能在PM面全反射后，从OM面射出，b

光不能在PM而发生全反豺，故A正确，B、C、D错误.

9.如图中阴影部分ABC为一透明材料做成的柱形光学元件的横截面，该种材料的折射率〃=

2,AC为一半径为R的;圆弧，。为圆弧面的圆心，ABC。构成正方形，在力处有一点光源.若

只考虑首次从圆弧4C直接射向AB、BC的光线，从点光源射入圆弧AC的光中，能从48、

8C面直接射出的部分占整个:圆弧的（）

B.|C.|D.1

答案C

解析设。处点光源发出的光射入该种透明材料发生全反射的临界角为C,则有sinC='

解得C=30°.如图所示,

若沿。E方向射到A8面上的光线刚好发生全反射，则NA。/=30。；同理，若沿。G方向射

出的光线刚好在3c面上发生全反射，则NCOG=30。，因此/尸。〃=30°,根据几何关系可

得商$X2nR=%则能从AB、8c面直接射出的部分为竽一野=竽，故能从AB、BC面

7lR

1T2

直接射出的部分占整个即圆弧的比值为；=之C正确.

471K3

T

10.（2022・广东卷-16（2））一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体，液体上方是空气,

其截面如图所示.一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动，它所发出的光束始终

指向圆心O点.当光束与竖直方向成45。角时，恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光

束.已知光在空气中的传播速度为c,求液体的折射率〃和激光在液体中的传播速度仇

答案^2名

解析当入射角达到45。时，恰好到达临界角C,根据sinC=*可得该液体对激光的折射率

由于〃=W，可知激光在液体中的传播速度0=《=当（?.

o111o111•Cz，，/

11.（2023.江苏盐城市滨海中学模拟）半径为R的固定半圆形玻璃砖的横截面如图所示，0点为

圆心，与直径A8垂直的足够大的光屏CZ）紧靠在玻璃植的左侧，00'与AB垂直.一细光

束沿半径方向与。。'成6=30。角射向。点，光屏CQ区域出现两个光斑，两光斑间的距禽

为（巾+1）R.

(1)求此玻璃砖对细光束的折射率；

(2)当。变为多大时，两光孤恰好变为一个？

答案(1)6(2)45°

解析(1)由题意知，细光束在48界面一部分发生反射，另一部分发生折射，设折射角为人

光路图如图所示，

RR

由几何关系得心=而刁=而而=小m根据题意，两光斑间的距离为(小+1)R,所以可知

L?=R,由几何关系知4=45。，根据折射定律得，此玻璐砖对细光束的折射率为〃=%=

sin30°

(2)若光屏CO上恰好只剩一个光斑，则说明该光束恰好在面发生全反射，由sinC=1可

得，临界角大小为C=45。，即当9=45。时，光屏上恰好只剩下一个光斑.

立素养提升练

12.如图，一潜水员在距海岸A点45m的B点竖直下潜，B点和灯塔之间停着一条长4m

的皮划艇.皮划艇右端距B点4m,灯塔顶端的指示灯与皮划艇两端的连线与竖直方向的夹

角分别为a和伙sin。=小sin片骂)，水的折射率为小皮划艇高度可忽略.

灯塔丹大、、BK/

“荀询底;----------温岸

I

i潜水员

I

(1)潜水员在水卜.看到水面上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里.若海岸上A点恰好处在

倒立圆锥的边缘上，求潜水员下潜的深度；

(2)求潜水员竖直下潜过程中看不到灯塔指示灯的深度范围.

答案见解析

解析(I)潜水员在水下看到景物示意图如图甲

A

潜水员下潜深度为BO，则有

133

sinC=~,又〃=则tan0="

AB—

结合几何关系可有tanC==r,其中48=45m

BO

由以上数据可得/=15、Qm

(2)由题意分析，由于皮划挺遮挡引起水下看不到灯光，光路示意图如图乙

①灯光到达皮划躯右端E点，则有〃=狭

mi(/]

ci.„sina3_3

则sinO|=-=5,tan〃]=a

又tan0\——>,解得hi=r~m

②灯光到达皮划艇左端尸点，则有〃=普

oil1。2

1212

则sin仇=/，tan优=云

70

又tan。2=，解得“2=3-m

综上所述，潜水员在水下与m至与m之间看不到灯光.

第2讲光的干涉、衍射和偏振

【目标要求】1.知道什么是光的干涉、衍射和偏振2掌握双缝干涉中出现亮、暗条纹的条件.

3.知道发生明显衍射的条件.

考点一光的干涉现象

■梳理必备知识

光的干涉

(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出

现喧条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象.

(2)条件：两束光的频率相同、相位差恒定.

(3)双缝干涉图样特点：单色光照射时,形成明暗相间的等间距的干涉条纹.

-判断正误二

1.光的颜色由光的频率决定.(V)

2.频率不同的两列光波不能发生干涉.(J)

3.在“双缝干涉”实验中，双缝的作用是使白光变成单色光.(X)

4.在“双缝干涉”实脸中，双缝的作用是用“分光”的方法使两列光的频率相同.(J)

■提升关键能力

1.双缝干涉

(1)条纹间距：&=夕，对司一双缝干涉装置，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&、S2发出的光到屏上P'点的路程差为一人

当△「=〃/(〃=()」,2,…)时，光屏上P处出现明条纹.

当△r=(2〃+l)&〃=0,l,2,…)时，光屏上P'处出现暗釜纹.

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I：时，从膜的前表面AA'和后表面3夕分别反射回来，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△厂等于薄膜厚度的2倍，光在薄膜中的波长为九

在外、P2处,1,2,3,…)，薄膜上出现明条纹.

在Q处，△/=(2〃+1)a(〃=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.

考向1双缝干涉

【例1】在图示的双缝干涉实验中，光源S到缝S、S?距离相等，凡为$、S2连线的中垂线与

光屏的交点.用波长为400nm的光实验时，光屏中央益处呈现中央亮条纹(记为第0条亮条

纹)，尸处呈现第3条亮条纹.当改用波长为600nm的光实验时，P处将呈现()

A.第2条亮条纹B.第3条亮条纹

C.第2条暗条纹D.第3条暗条纹

答案A

解析由公式醺=夕可知华2=夕1,当改用波长为600nm的光实脸时，则有等即力

1=而，解得〃=2,即尸处将呈现第2条亮条纹，A正确.

A2OlnJ

考向2薄膜干涉

【例2](多选)图甲是用光的干涉法来检查物体平面平整程度的装置，其中A为标准平板，B

为待检查的物体，C为入射光，图乙为观察到的干涉条纹，下列说法正确的是()

IIIC

旦条纹|川》|

甲乙

A.入射光。应采用单色光

B.图乙条纹是由4的下表面反射光和B的上表面反射光发生干涉形成的

C.当A、4之间某处距离为入射光的半波长奇数倍时，对应条纹是暗条纹

D.由图乙条纹可知，被检杳表面上有洞状凹陷

答案AB

【例3】(2021.江苏卷.6)铁丝圈上附有肥皂膜，竖直放置时，肥皂膜上的彩色条纹上疏F密,

由此推测肥皂膜前后两个面的侧视形状应当是()

答案C

解析薄膜干涉为前后两个面反射回来的光发生干涉形成干涉条纹，当入射光为复色光时，

出现彩色条纹.由于重力作用，肥皂膜前后表面的厚度从上到下逐渐增大，从而使干涉条纹

上疏下密，由于表面张力的作用，使得肥皂膜向内凹陷，故C正确，A、B、D错误.

考点二光的衍射和偏振现象

■梳理必备知识

1.光的衍射

发生明显衍射现象的条件：只有当障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候，衍射现象才会明显.

2.光的偏振

(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿着各个方向振动的光波

的强度都相同.

(2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个捶定的方向振动的光.

(3)偏振光的形成

①让自然光通过随上形成偏振光.

②让自然光在两种介质的界面发生反射和折射，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全

偏振光.

(4)偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等.

⑸光的偏振现象说明光是一种槿波.

■判断正误

1.阳光下茂密的树林中，地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的.（X）

2.泊松亮斑是光的衍射形成的.（V）

3.光遇到障碍物时都能产生衍射现象.（V）

4.自然光是偏振光.（X）

■提升关键能力

1.单缝衍射与双缝干涉的比较

单缝衍射双缝干涉

条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等

不同点条纹间距各相邻亮条纹间距不等各相邻亮（暗）条纹等间距

亮度情况中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相同

干涉、衍射都是波特有的现象，都属于波的叠加；干涉、

相同点

衍射都有明暗相间的条纹

2.光的干涉和衍射的本质

从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，光的干涉和衍射都属于光波的叠加,

干涉是从单缝通过两列频率相同的光在屏上叠加形成的，衍射是由来自单缝上不同位置的光

在屏上叠加形成的.

考向1单缝衍射与双缝干涉的比较

【例41如图所示的4种明暗相间的条纹分别是红光、蓝尤各自通过同一个双缝干涉仪器形成

的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样（黑色部分表示亮条纹）.在

下面的4幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是（）

mmlinnIIIIIIIIiiiiiii

1234

A.红黄蓝紫B.红紫蓝黄

C.蓝紫红黄D.蓝黄红紫

答案B

解析双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽、最亮之外，两侧条纹

亮度、宽度都逐渐减小，因此1、3为双缝干涉条纹，2、4为单缝衍射条纹.相邻亮条纹间

距AA=3，红光波长比蓝光波长长，则红光干涉条纹间距大于篮光干涉条纹间距，即1、3

分别对应红光和蓝光.而在单缝衍射中，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射越明显，即中

央条纹越宽越亮，黄光波长比紫光波长长，即2、4分别对应紫光和黄光.综上所述，I、2、

3、4四幅图中亮条纹的颜色依次是：红、紫、蓝、黄，B正确.

考向2光的偏振

【例51奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓

度，从而鉴定含糖量.偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋

转一个角度。，这一角度〃称为“旋光度”，。的值只与糖溶液的浓度有关，将。的测量值

与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了.如图所示，S是自然光源，A、8是偏振片，

转动氏使到达0处的光最强，然后将被测样品。置于A、B之间.

SAPB

自然光源偏振片被测样品偏振片

(1)偏振片4的作用是.

(2)偏振现象证明了光是一种.

(3)以下说法中正确的是.

A.到达。处光的强度会减弱

B.到达。处光的强度不会减弱

C.将偏振片8转动一个角度，使得。处光强度最强，偏振片B转过的角度等于a

D.将偏振片A转动•个角度，使得。处光强度最强，偏振片A转过的角度等于a

答案(1)把自然光变成偏振光(2)横波

(3)ACD

解析(1)自然光通过偏振片后变为偏振光，故A的作用是把自然光变成偏振光.

(2)偏振现象证明光是一种横波.

(3)偏振片只能让一定偏振方向的光通过，没有样品时，要他到达O处的光最强，偏振片A、

8的透光方向应相同；当放入样品时，由于样品的“旋光度”是a,即偏振方向不再与B的

透光方向平行，到达。处光的强度会减弱，A正确，B错误；偏振片8转过的角度等于a,

并使偏振片8的透振方向与偏振光的偏振方向平行时，光到达。处的强度将再次最大，C正

确：同理，D正确.

考点三几何光学与物理光学的综合应用

【例6】如图所示，不同波长的两单色光。、沿同一方向从空气射向半圆形玻璃砖，入射点

。在直径的边缘，折射光线分别为04、0B,则()

A.。单色光的频率比〃单色光的频率小

B.当a、b两束光由玻璃射向空气中，。光临界角比8光临界角大

C.在玻璃砖中a单色光从0到A的传播时间不等于b单色光从。到B的传播时间

D.用〃、〃两束光在相同条件下做双缝干涉实验，。光产生的干涉条纹间距比〃光小

答案D

解析因为。光的偏折程度大于。光，所以根据折射定律得知：玻埔对。光的折射率大于对

b光的折射率，所以a单色光的频率比方单色光的频率大，故A错误；根据全反射临界角公

式sinC=[可知，。光的折射率大，则。光的临界角小于沙光的临界角，故B错误；对于

任一光束研究：设入射角为i,折射角为r,玻璃碣的半径为R,则折射率为〃=需:，光在

oil1f

玻璃中传播速度为光在玻璃中传播距离为s=2Rsinr,光在玻璃中传播时间为尸宗

2i

联立以上可得/=「一，i、R、c均相等，所以在玻璃属中。单色光从。到4的传播时间等

于人单色光从。到8的传播时间，故C错误：根据折射率大，频率高，波长短，可知a光的

折射率大于〃光的折射率，则。光在真空中的波长小于。光在真空中的波长，根据双缝干涉

条纹间距公式，可知〃光产生的干涉条纹间距比〃光小，故D正确.

m7]如图所示，截面为等腰直角三角形ABC的玻璃砖，N8=90。，一束频率为/=6X

Hz的光线从A8面中点处垂直射入棱镜，在AC面发生全反射，从8c面射出后，进入双缝

干涉装置.已知AC长度L=0.3m,双缝间距d=0.2mm,光屏与双缝间距离/=1.0m,光在

真空中的传播速度为c=30X1()8m/s.求：

(1)玻璃砖对该光线的折射率的最小值〃:

(2)光线在玻璃砖中传播的最短时间/；

(3)光屏上相邻亮条纹的间距堆.

答案(1)72(2)lX10-9s(3)2.5mm

解析(1)由几何关系知，光线在AC面发生全反射的入射角为45。，可知临界角CW45。时,

折射率有最小值，由sinC=［得〃2/，印最小折射率为加.

(2)由几何关系可知，光线在玻璃碣中传播距离

5=半心，光线在玻璃砖中的传播速度。=彳

传播时间4

代入数据解得最短时间/=1X10-9s

(3)由z=y,最=今

联立代入数据解得At=2.5mm.

课时精练

安基础落实练

1.下列有关光学现象说法中正确的是()

甲乙丙丁

A.甲中荷叶上的露珠显得特别“明亮”是由于水珠将光线会聚而形成的

B.乙中将双缝干涉实验中的双缝间距调小，则干涉条纹间距变小

C.丙中用加有偏振滤光片的相机拍照，可以拍摄清楚汽车内部的情景

D.丁中肥皂膜在阳光下呈现彩色条纹是光的衍射现象

答案C

解析题图甲中荷叶上的露珠显得特别“明亮”是由于水珠对光线的全反射形成的，故A错

误；在双缝干涉实验中，条纹间距以=)，若将双缝间苑d调小，则条纹间距Ax变大，故

B错误：在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄汽车内部恃景，滤去了汽车外玻璃的反射光，

使景象清晰，故C正确；肥皂膜表面可看到彩色条纹，是因为肥皂膜的前后两面反射回来的

两列光发生干涉时形成的，故D错误.

2.(2019・北京卷・14)利用图示的装置(示意图)，观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图

中甲和乙两种图样.下列关于夕处放置的光学