新教材 人教版高中物理选择性必修第一册 第四章 光 学案(知识点考点汇总及配套习题)
第四章 光 1 光的折射 ................................................................................................................... - 1 - 2 全反射 ..................................................................................................................... - 17 - 3 光的干涉 ................................................................................................................. - 29 - 4 实验：用双缝干涉测量光的波长 .......................................................................... - 40 - 5 光的衍射 ................................................................................................................. - 48 - 6 光的偏振 激光 ...................................................................................................... - 48 - 本章专题整合提升 ........................................................................................................ - 61 -
1 光的折射 课前自主学习 一、光的反射及反射定律 1．光的反射：光从第1种介质射到与第2种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质的现象． 2．光在反射时遵循反射定律．
预习交流 日常生活中我们利用光的反射原理服务于我们的生活，试举几例． 提示：每天我们照镜子，汽车后视镜，公路急转弯处安装很大的凸面镜等都是利用光的反射为我们服务． 二、光的折射及折射定律 1．光的折射及折射定律
光的折射 光从第1种介质斜射到与第2种介质的分界面时，一部分光进入第2种介质的现象 入射角、 折射角 入射角：入射光线与法线的夹角θ1 折射角：折射光线与法线的夹角θ2
折射定律 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
成正比，即sinθ1sinθ2＝n12 2.光路可逆性 在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的．
预习交流 有经验的渔民叉鱼时，不是正对着看到的鱼去叉，而是对着所看到的鱼的下方叉，如图所示．你知道这是为什么吗？
提示：从鱼身上反射的光线由水中进入空气时，在水面上发生折射，折射角大于入射角，折射光线进入人眼，人眼会逆着折射光线的方向看去，就会觉得鱼变浅了，眼睛看到的是鱼的虚像，在鱼的上方，所以叉鱼时要瞄准像的下方，如图所示．
三、折射率 1．物理意义：反映介质的光学性质的物理量． 2．定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦
之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率：n＝sinθ1sinθ2. 3．研究表明，光在不同介质中的速度不同，某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝cv.
考点一 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种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质的现象． (2)光在反射时遵从反射定律． 2.光的折射 (1)折射现象 如图所示，当光线入射到两种介质的分界面上时，一部分光被反射回原来介质，即反射光线OB.另一部分光进入第2种介质，并改变了原来的传播方向，即光线OC，这种现象叫作光的折射现象，光线OC称为折射光线． 【说明】 光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一般要发生变化，但并非一定要变化，当光垂直界面入射时光的传播方向就不变化． (2)折射定律：折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光
线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比．即sinθ1sinθ2＝n12，式中n12是比例常数． 3．光路可逆性 在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的．如果让光线逆着出射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线出射． 【例1】 如图所示，光线以入射角θ1从空气射向折射率n＝2的玻璃表面．
(1)当入射角θ1＝45°时，反射光线与折射光线的夹角θ为多大？ (2)当入射角θ1为多大时，反射光线和折射光线垂直？ 【审题指导】 1．如何确定θ1与θ1′的关系？ 2．如何确定θ1与θ2的关系？
【解析】 (1)设折射角为θ2，由n＝sinθ1sinθ2，得sinθ2＝sinθ1n＝sin45°2＝12，所以θ2＝30°.又反射角θ1′＝45°，则反射光线与折射光线的夹角θ＝180°－θ1′－θ2＝
105°. (2)当反射光线和折射光线垂直时，
即θ1′＋θ2＝90°，n＝sinθ1sinθ2＝sinθ1cosθ1′＝sinθ1cosθ1＝tanθ1＝2， 则入射角θ1＝arctan2. 【答案】 (1)105° (2)arctan2
解决此类光路问题，关键是辨清“三线、两角、一界面”间的关系.注意以下几点：1根据题意正确画出光路图.2利用几何关系确定光路中的边、角关系，注意入射角、反射角、折射角的确定.3利用反射定律、折射定律求解.4注意光路的可逆性的利用.
对点训练 一束光从空气射入某种透明液体，入射角为40°，在界面上光的一部分被反射，另一部分被折射，则反射光线与折射光线的夹角是( D ) A．小于40° B．在40°与50°之间 C．大于140° D．在100°与140°之间 解析：因为入射角为40°，反射角也为40°，根据折射定律折射角小于40°，所以反射光线与折射光线的夹角在100°与140°之间． 【例2】 有一水池实际深度为3 m，当垂直水面向下看时，水的视深为多少？
(已知水的折射率为43) 【审题指导】 1．观察水中的物体会变浅，是物体真的变浅了吗？ 2．观察水中的物体会变浅，实际看到的是物体的像，要作出物体的像，至少要用几条光线？ 3．当角度很小时，这个角的正弦跟正切可以近似认为相等吗？ 【解析】 设水池的实际深度为H，水的视深为h，从正上方沿竖直向下的方向观察池底S时，由于光的折射现象，其视深位置为S′处，观察光路如图所示．
由几何关系和折射定律可知： n＝sinisinγ，O1O2＝htani＝Htanγ， 考虑到从正上方观察时，角i和γ均很小，所以有：sini≈tani，sinγ≈tanγ. 因此，h＝Hn＝343 m＝94 m＝2.25 m.
【答案】 2.25 m 对点训练 如图所示，游泳池宽度L＝15 m，水面离岸边的高度为0.5 m，在左岸边一标杆上装有一A灯，A灯距地面高0.5 m，在右岸边站立着一个人，E点为人眼的位置，人眼距地面高1.5 m，若此人发现A灯经水面反射所成的像与左岸水面下某处的B灯经折射后所成的像重合，已知水的折射率为1.3，则B灯在水面下多深处？(B灯在图中未画出)
答案：灯在水面下4.35 m深处 解析：如图所示，设水面为CF，A到水面C的距离为L1，B灯与C之间的距离为L2，人眼到F之间的距离为L3，C、D之间的距离为L4，由A灯光的反射
得L4L－L4＝L1L3，代入数据得L415－L4＝0.5＋0.51.5＋0.5，得L4＝5 m，对B灯光的折射过程sini＝sin∠CBD＝552＋L22，sinr＝sin∠CAD＝552＋12，sinisinr＝1n＝11.3，代入数据解得：L2≈4.35 m.
考点二 折射率 1.定义
光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，用符号n表示． 2．物理意义 折射率是反映介质折射光的本领大小的一个物理量． 3．折射率与光速的关系 某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播
速度v之比，即n＝cv. 4．折射率的大小特点 任何介质的折射率都大于1.
(1)由公式n＝cv看，由于光在真空中的传播速度c大于光在任何其他介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率都大于1. (2)由公式n＝sinθ1sinθ2看，光从真空斜射向任何其他介质时，入射角都大于折射角．所以任何介质的折射率都大于1. 【说明】 折射率的大小由介质本身及入射光的频率决定，与入射角、折射角的大小无关． 【例3】 一个圆柱形筒，直径为12 cm，高为16 cm.人眼在筒侧壁上方某处观察，所见筒侧壁的深度为9 cm，当筒中装满液体时，则恰能看到筒侧壁的最低点，求： (1)此液体的折射率； (2)光在此液体中的传播速度． 【审题指导】 题中“恰能看到”，表明人眼看到的是筒侧壁最低点发出的光线经界面折射后进入人眼的边界光线，由此可作出符合题意的光路图．在作图或分析计算时还可以由光路可逆原理，认为“由人眼发出的光线”折射后恰好到达筒侧壁最低点． 【解析】 根据题中的条件作光路图如图所示．
(1)由图可知：sinθ2＝dd2＋H2， sinθ1＝sini＝dd2＋h2.
2021-2022学年新教材高中物理 第四章 光 3 光的干涉学案 新人教版选择性必修第一册
光的干涉必备知识·自主学习一、光的双缝干涉灯泡发出的光经挡板上的双缝后，形成如图所示的明暗相间的条纹，这时是什么现象？提示：干涉现象。
1．物理史实：1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象，开始让人们认识到光的波动性。
2．双缝干涉实验(1)实验过程：让一束平行的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干涉。
(2)实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹。
(3)实验结论：光是一种波。
二、干涉条纹和光的波长之间的关系1．决定条纹明暗的条件(1)当两个光源与屏上某点的距离之差等于波长λ的整数倍时，两列光波在这点相互加强，出现亮条纹。
(2)当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长λ2 的奇数倍时，两列光波在这点相互减弱，出现暗条纹。
2．亮条纹中心的位置：x ＝n ldλ(n ＝0，±1，±2…)3．相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距：Δx ＝l dλ。
三、薄膜干涉1．相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面反射的两列光波。
2．图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)纹对应薄膜的厚度相等。
单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时，形成彩色条纹。
3．薄膜干涉在技术上的应用。
可以在光学元件的表面镀一层特定厚度的薄膜，增加光的透射或者反射，还可以利用薄膜干涉的原理对镜面或其他精密的光学平面的平滑度进行检测。
(1)直接用强光照射双缝，发生干涉。
(×)(2)两只手电筒射出的光束在空间相遇，能观察到光的干涉现象。
(×) (3)若用单色光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹。
(√) (4)若用白光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹。
(×) (5)频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定。
(×)关键能力·合作学习知识点一 双缝干涉 1．双缝干涉图样的特点：(1)单色光的干涉图样： ①中央为亮条纹；②明暗相间的条纹，且相邻条纹间距相等； ③波长越大，两相邻亮条纹(或暗条纹)间距越大。
人教版高中物理选择性必修第一册精品课件 第4章 光 本章整合 (3)
光
亮条纹:Δ = ( = 0,1,2,3,…)
的 双缝干涉 明暗条纹的产生条件
暗条纹:Δ = (2 + 1) ( = 0,1,2,3,…)
干
2
涉
条纹间距:Δ =
实验:用双缝干涉测量光的波长
薄膜干涉及应用
三、光的衍射、偏振和激光
发生明显衍射的条件:孔或障碍物的尺寸足够小
衍射图样:单色光是明暗相间、
根据折射定律得
解得i=45°。
sin
n=
sin
r= =0.5
(2)设在A点的入射角为i'时,光束经折射后到达内圆面上的C点,并恰好在
C点发生全反射,则光束在内圆面上的入射角∠ACD恰等于临界角θ,如图所
示,
则 sin
1
θ=
解得∠ACD=θ=45°
根据正弦定理得
sin ∠
答案:D
解析:在垂直于传播方向的平面上,沿着某个特定方向振动的光是偏振
光,A、B选项反映了光的偏振特性,C是偏振现象的应用,D是光的衍射现象。
本 课 结 束
偏振特性的是(
)
A.一束自然光相继通过两个偏振片,以光束为轴旋转其中一个偏振片,透
射光的强度发生变化
B.一束自然光入射到两种介质的分界面上,当反射光线与折射光线之间
的夹角恰好是90°时,反射光是偏振光
C.日落时分,拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使
景像更清晰
D.通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹
从BF面射出。
(1)画出光路图。
(2)求该棱镜的折射率n和光线在棱镜中传播的速度大小v(光在真空中的
人教版高中物理选择性必修第一册精品课件 第4章 光 5.光的衍射 6.光的偏振 激光
的衍射现象发生;当挡板AB上的圆孔很小时,光屏上出现图乙所示的衍射
图样,为明暗相间的圆环。
(2)圆孔衍射的图样特征
①单色光:中央亮圆的亮度大,外面是明暗相间的不等距的圆环。越向外,
圆(亮)环亮度越低。
②白光:中央亮圆为白色,周ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ是彩色圆环。
是光的干涉图样,c、d是光的衍射图样,故A错误,B正确;根据Δx=
λ可知,光
的波长越长,双缝干涉相邻条纹间距越大,则知形成a图样的光的波长比形
成b图样的光的波长长,故C错误;波长越长,频率越小,在同种介质中折射率
越小,则形成a图样的光的折射率比形成b图样的光的折射率小,故D错误。
对点演练
2.(多选)(2024山大附中高二期末)如图所示,甲、乙为单色光通过窄缝后形
样的宽),可以得出的正确结论是(
B)
A.a、b是光的衍射图样,c、d为光的干涉图样
B.a、b是光的干涉图样,c、d为光的衍射图样
C.形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长短
D.在同种介质中,形成a图样的光的折射率比形成b图样的光的折射率大
解析 双缝干涉图样的条纹是等间距的,而衍射条纹间距不相等,则知a、b
(2)缝变窄,通过的光变少,而光分布的范围更宽,所以亮条纹的亮度降低。
(3)中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有关。入射
光波长越长,单缝越窄,中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大。
(4)用白光做单缝衍射时,中央亮条纹是白色的,两边是彩色条纹,中央亮条
纹仍然最宽、最亮。
2.圆孔衍射
(1)圆孔衍射
的这个特点使它可以用来进行精确的测距。
2021_2022学年新教材高中物理第四章光5_6光的衍射光的偏振激光学案新人教版选择性必修第一册
光的衍射光的偏振激光必备知识·自主学习一、光的衍射为什么会发生小孔衍射现象？提示：因为光是一种波，衍射是波的特征。
光的单缝衍射中光还沿直线传播吗？提示：光不再沿直线传播。
光只有在没有障碍物的均匀介质中才是沿直线传播的。
1．定义：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，应该属于亮区的地方也会出现暗条纹或暗斑的现象。
2．衍射图样：衍射时产生的明暗条纹或光环。
3．单缝衍射：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，其余条纹变窄变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白条纹。
4．圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现明暗相间的圆环。
5．衍射光栅：(1)结构：由许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器。
(2)衍射图样特点：与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。
二、光的偏振偏振现象只有沿偏振片的“透振方向”振动的光波才能通过偏振片结论偏振现象表明光是一种横波(1)自然光通过偏振片后得到偏振光偏振光的形成(2)自然光在介质表面反射时，反射光和折射光都是偏振光(1)把偏振片装在照相机镜头前偏振现象的应用(2)电子表的液晶显示(1)使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄。
(×)(2)菜汤上的油花呈现彩色，是光的折射现象。
(×)(3)换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽。
(√)(4)凡是波都有偏振现象。
(×)(5)反射可以引起自然光的偏振。
(√)关键能力·合作学习知识点一三种不同的衍射现象及特点1．单缝衍射：(1)现象：如图，点光源S发出的光经过单缝后照射到光屏上，若缝较宽，则光沿直线传播，传播到光屏上的AB区域；若缝足够窄，则光不再沿直线传播而是传到几何阴影区，在AA′、BB′区出现亮暗相间的条纹，即发生了衍射现象。
(2)单缝衍射图样的四个特点：①中央条纹亮而宽；②两侧亮条纹具有对称性，亮条纹宽度逐渐变窄，亮度逐渐减弱；③波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，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；④白光的单缝衍射条纹中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近白色亮条纹的内侧为紫色。
2024_2025学年新教材高中物理第4章光本章整合课件新人教版选择性必修第一册
思维方法
由折射定律求出折射率,求出临界角,画出光路图,确定有光射
出的范围
2.(2023海南卷)用激光测玻璃砖折射率的实验中,
玻璃砖与屏P平行放置,从另一侧用激光笔以一
定角度照射,此时在屏上的S1处有激光点,移走玻
璃砖,光点移到S2处,回答下列问题:
(1)请画出激光束经玻璃折射后完整的光路图;
见解析
所以顶角θ的范围为0°<θ<45°(或θ<45°)。
(2)脉冲激光从第一个三棱镜右侧斜面射出时发生折射,设折射角分别为α1
sin 1
sin 2
和α2,由折射定律得 n1= sin ,n2= sin
设两束光在前两个三棱镜斜面之间的路程分别为L1和L2,则
L1=cos ,L2=cos
(2)已经测出AB=l1,OA=l2,S1S2=l3,则折射率n=
1 (1 -3 )2 + 2 2
(1 -3 ) 1 2 + 2 2
(用l1、l2、l3表示);
(3)若改用宽度更小的玻璃砖做实验,则S1S2间的距离会 变小 (选填“变
大”“变小”或“不变”)。
解析 (1)根据题意画出光路图如图所示
左侧面入射,经过前两个棱镜后分为平行的光束,再经过后两个棱镜重新合
成为一束,此时不同频率的光前后分开,完成脉冲展宽。已知相邻两棱镜斜
面间的距离d=100.0 mm,脉冲激光中包含两种频率的光,它们在棱镜中的
折射率分别为
n1= 2和2 =
31
。取
4
sin 37°=
3
, cos
5
37°=
4 5
, =1.890。
专项提升
高中新教材物理课件选择性必修第一册第四章光光的偏振激光
使用相机或手机拍摄衍射图样，记录不同波长、不同单缝宽度下的衍射结果，以 便后续分析和比较。
干涉和衍射在光学领域重要性
揭示光的波动性质
拓展研究领域
干涉和衍射现象是光波动性质的重要 表现，通过这些实验可以验证光具有 波动性，加深对光本质的理解。
随着科技的发展，干涉和衍射技术不 断应用于新的研究领域，如光学信息 处理、光学通信等，推动了相关领域 的进步和发展。
高中新教材物理课件 选择性必修第一册第 四章光光的偏振激光
汇报人：XX 20XX-01-23
目 录
• 光的偏振现象 • 激光原理及技术基础 • 光的干涉与衍射实验探究 • 偏振光在通信技术中应用 • 激光在材料加工中应用 • 总结回顾与拓展延伸
01
光的偏振现象
偏振光定义及产生条件
偏振光定义
光波中只包含单一振动方向的光 称为偏振光。
激光技术在现代科技中应用
光通信
利用激光的高亮度和高方向性特点，实现 高速、大容量的光纤通信，是现代通信领 域的重要技术之一。
军事应用
利用激光的高能量密度和高方向性特点， 实现激光雷达、激光制导等军事应用技术 ，是现代战争中的重要手段之一。
光存储
利用激光对存储介质进行读写操作，具有 高速度、高密度和高可靠性的优点，广泛 应用于计算机存储、数字音视频等领域。
01
02
03
04
液晶显示器
利用偏振光和液晶分子的旋转 特性，控制光的透过与阻挡，
实现图像显示。
太阳镜和摄影滤镜
采用偏振片消除反射光和散射 光，提高视觉清晰度和色彩饱
和度。
光学仪器
如显微镜、望远镜等，利用偏 振光提高分辨率和对比度，增
强观测效果。
江苏专用_新教材高中物理第四章光4实验：用双缝干涉测量光的波长学案新人教版选择性必修第一册
1 实验：用双缝干涉测量光的波长 一、实验目的 1．观察白光及单色光的双缝干涉图样。
2．掌握利用公式Δx＝ld λ测量单色光波长的方法。 二、实验原理 1．测量原理
在双缝干涉实验中，由条纹间距公式Δx＝ldλ可知，已知双缝间距d，测出双缝到屏
的距离l，再测出相邻两明条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx，即可由公式λ＝dlΔx计算出入射光波长的大小。 2．条纹间距Δx的测量方法
如图甲所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，测量时先转动测量头，让分划板中心刻线与亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，然后转动手轮，使分划板向左(向右)移动至分划板的中心刻线与另一相邻亮条纹的中心对齐，如图乙所示，记下此时读数，再转
动手轮，用同样的方法测出n条亮纹间的距离a，可求出相邻两亮纹间的距离Δx＝an－1。 三、实验器材 双缝干涉仪(包括：光具座、光源、透镜、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃及测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等)、滤光片、学生电源、导线、米尺。 四、实验步骤 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光具座上，如图所示。 2
(2)接好光源，打开开关，使灯丝正常发光。 (3)调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒的轴线到达毛玻璃屏。 (4)安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝平行，二者间距约为5 ～10 cm，这时可观察到白光的干涉条纹。 (5)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。 2．测定单色光的波长 (1)安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹。 (2)使分划板的中心刻线对齐某条亮条纹的中央，如图所示。记下手轮上的读数a1，转动手轮，使分划板中心刻线移至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2，得出n个亮
条纹间的距离为a＝|a2－a1|，则相邻两亮条纹的间距Δx＝|a2－a1|n－1。
(3)用刻度尺测量双缝到光屏的距离l(d是已知的)。 (4)重复测量、计算，求出波长的平均值。 (5)换用不同的滤光片，重复实验。 五、数据处理
新教材高中物理第四章光及其应用4光的干涉学案教科版选择性必修第一册(含答案)
新教材高中物理学案教科版选择性必修第一册：4．光的干涉课标要求1.知道光的双缝干涉现象和产生干涉现象的条件．2．理解明暗条纹的成因及出现明暗条纹的条件．3．掌握干涉条纹间距和光的波长之间的关系．4．知道薄膜干涉的现象和应用．思维导图必备知识·自主学习——突出基础性素养夯基一、双缝干涉1．双缝干涉实验(1)实验：如图，让一束平行的____________投射到一个有两条狭缝的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，它们的振动情况总是________的，两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加．(2)现象：屏上得到了____________的条纹．(3)结论：证明光是一种____．2．出现明、暗条纹的条件的________(即波长λ的整数倍)时，这(1)当光从两狭缝到屏上某点的路程差为半波长λ2λ的________时，这些点出现暗条纹．些点出现明条纹；当路程差为半波长12(2)和一般波的干涉一样，光干涉的条件是两列光的________相同．能发生干涉的两束光称为相干光．3．计算波长的公式设两缝间距为d，两缝到屏的距离为l，当d和l一定时，计算表明：当l≫d时，相邻λ.两条亮条纹(或暗条纹)的间距为Δx＝ld利用此式，测出条纹间距离Δx，即可求出光的波长．二、薄膜干涉1．定义由薄膜两个面________的光波相遇而产生的干涉现象．2．应用(1)检查平面的____________．(2)光学镜头上的________．(3)太阳镜片上的________．[导学1](1)用滤光片和单缝屏也可以获得单一频率的光源．(2)单色光的波长越大，光屏上的条纹间距越大；双缝屏到光屏的距离越大，条纹间距越大；双缝间距离越小，条纹间距越大．[举例]热菜汤表面的油花、马路上积水表面的油膜都会呈现彩色的条纹，这些彩色花纹是由于白光中各色光波长不同，发生干涉后条纹间距不同，薄膜上就会出现彩色花纹．关键能力·合作探究——突出综合性素养形成探究点一对双缝干涉实验原理的理解归纳总结1.光的干涉现象两列光波在空间相遇时发生叠加，在某些区域总加强，在另外一些区域总减弱，且加强区和减弱区相互间隔，从而出现明暗相间条纹的现象叫光的干涉现象．2．干涉条件两列光的频率相同，振动方向相同且相位差恒定．能发生干涉的两列波称为相干波，两个光源称为相干光源，相干光源通常可用同一束光分成两列而获得，称为分光法．3．杨氏干涉实验法利用如图所示装置，让一束平行的单色光(例如激光)射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝S1和S2相距很近(约0.1 mm)．如果光是一种波，这样的两条狭缝即成为振动情况总相同的两个波源．两个波源发出来的光在挡板后面的空间相互叠加，观察到的现象：光在一些位置相互加强，在另一些位置相互减弱，在挡板后面的屏上得到明暗相间的条纹．4．杨氏实验的意义：证明了光的确是一种波．典例示范例1在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏上观察到彩色干涉条纹．若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，已知红光与绿光频率、波长均不相等，这时( )A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失B．有除红色、绿色外的其他颜色的双缝干涉条纹C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮D．屏上无任何光亮归纳总结双缝干涉问题的三点注意(1)双缝干涉的条件是必须有相干光源，且双缝间的间距必须很小．(2)光源不同部位发出的光不一定具有相同的频率和恒定的相位差，所以一般情况很难观察到光的干涉现象，用单一频率较好的激光做实验比较容易获得成功，用普通光源做实验时可先用单缝获得相同频率的光，再用双缝将一束光“一分为二”的方法获得相干光源．(3)在单色光的干涉条纹中，两相邻明条纹或暗条纹间的距离是相等的，不同色光的条纹间距不相等．素养训练1 由两个不同光源所发出的两束白光落在同一点上，不会产生干涉现象．这是因为( )A.两个光源发出光的频率不同B．两个光源发出光的强度不同C．两个光源的光速不同D．这两个光源是彼此独立的，不是相干光源素养训练2 (多选)用红光做光的双缝干涉实验，如果将其中一缝改用蓝光，下列说法正确的是( )A．在光屏上出现红蓝相间的干涉条纹B．只有相干光源发出的光才能在叠加时产生干涉现象，此时不产生干涉现象C．频率不同的两列光也能发生干涉现象，此时出现彩色条纹D．尽管亮暗条纹都是光波相互叠加的结果，但此时红光与蓝光只叠加不产生干涉现象探究点二双缝干涉中明暗条纹的判断归纳总结1.亮条纹的条件屏上某点P到两狭缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍．即：(k＝0，1，2，3，…)|PS1－PS2|＝kλ＝2k·λ2k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹．k为亮条纹的级次．2．暗条纹的条件屏上某点P到两狭缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍．即：|PS1－PS2|＝(2k－1)·λ(k＝1，2，3，…)2k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开．3．相邻亮条纹(暗条纹)间的距离Δx与波长λ的关系λ，其中l为双缝到屏的距离，d为双缝之间的距离．Δx＝ld典例示范例2如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1、S2距离之差为2.1×10－6 m，分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹．(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7 m；(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°(已知sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)；(3)若让A光照射S1，B光照射S2，试分析光屏上能观察到的现象．素养训练3 图示是研究光的双缝干涉用的示意图，挡板上有两条狭缝S1、S2，由S1和S2发出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹．已知入射激光的波长为λ，屏上的P点到两缝S1和S2的距离相等，如果把P处的亮条纹记作第0号亮纹，由P向上数，与0号亮纹相邻的亮纹为1号亮纹，与1号亮纹相邻的亮纹为2号亮纹，则P1处的亮纹恰好是10号亮纹．设直线S1P1的长度为δ1，S2P1的长度为δ2，则|δ1－δ2|等于( )A．9λ B．10λ C．11λ D．20λ素养训练4 如图所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600 nm的橙色光源照射单缝S，在光屏中央P处观察到亮条纹，在位于P点上方的P1点出现第一条亮条纹(即P1到S1、S2的路程差为一个波长)．现换用波长为400 nm的紫光源照射单缝，则( )A．P和P1仍为亮条纹B．P为亮条纹，P1为暗条纹C．P为暗条纹，P1为亮条纹D．P、P1均为暗条纹探究点三对薄膜干涉的理解及应用导学探究在酒精灯的灯芯上撒一些食盐，灯焰就能发出明亮的黄光．把铁丝圈在肥皂水中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜，把这层液膜当作一个平面镜，用它观察灯焰的像如图所示．这个像与直接看到的灯焰有什么不同？如果用白光做实验情况又会如何？归纳总结1.形成原因如图所示，照射到液膜上的光线从前、后两个表面反射回来，形成两列光波．由于这两列光波是由同一入射光波产生的，因此频率相同、相位差恒定，满足干涉条件．2．用干涉法检查平面平整度如图甲所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检测平面是平滑的，得到的干涉图样必是等间距的．如果条纹发生弯曲，就表明被测表面不够平整．3．增透膜(1)增透膜的原理如图所示，增透膜的前后表面反射的两列光波形成相干波，相互叠加，当路程差为半波长的奇数倍时，两个表面反射的光互为反向，相互抵消，从而使反射的两列光波产生相消干(此波长为光在该种介质中的涉，反射光的能量几乎等于零．一般取最小厚度d满足2d＝λ2波长)，由于白光中含有多种波长的光，所以增透膜只能使其中一定波长的光相互抵消．(2)增透膜的应用为了减少光学装置中的反射光的损失，可在元件表面涂一层透明薄膜，一般是氟化镁．典例示范例3用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象．图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐)，图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈．将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是( )A．当金属丝圈旋转30°时干涉条纹同方向旋转30°B．当金属丝圈旋转45°时干涉条纹同方向旋转90°C．当金属丝圈旋转60°时干涉条纹同方向旋转30°D．干涉条纹保持原来状态不变素养训练5有一个半径较大的透明玻璃球体，若截去其上面的一大部分，然后将这一部分放到标准的水平面上，再让单色光竖直射向截面，如图所示，在反射光中看到的是( ) A．平行的、明暗相间的干涉条纹B．环形的、明暗相间的干涉条纹C．只能看到同颜色的平行反射光D．一片黑暗随堂演练·自主检测——突出创新性素养达标1．(多选)两列光波在空中叠加，以下说法正确的是( )A．不同的色光有可能产生干涉现象B．不同的色光不可能产生干涉现象C．光的强度不同有可能产生干涉现象D．光的强度不同不可能产生干涉现象2．(多选)用a、b两种单色光分别照射同一双缝干涉装置，在距双缝恒定距离的屏上得到如图所示的干涉图样，其中图甲是a光照射形成的，图乙是b光照射形成的，则关于a、b 两束单色光，下述说法正确的是( )A．a光的频率比b光的大B．在水中a光传播的速度比b光的大C．水对a光的折射率比b光的大D．b光的波长比a光的短3．(多选)用单色光做双缝干涉实验时( )A．屏上到双缝的路程差等于波长整数倍处出现亮条纹B．屏上到双缝的路程差等于半波长整数倍处，可能是亮条纹，也可能是暗条纹C．屏上的亮条纹一定是两列光波的波峰与波峰相遇的地方D．屏上的亮条纹是两列光波的波峰与波谷相遇的地方4．如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂泡薄膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯．往火焰上撒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图样应是图中的( )5．在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6 μm，若分别用频率f1＝5.0×1014Hz和f2＝7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现亮、暗条纹的情况是：用频率为f1的单色光照射时出现________条纹，用频率为f2的单色光照射时出现________条纹．4．光的干涉必备知识·自主学习一、1．(1)红色激光 相同 (2)明暗相间且间距相等 (3)波 2．(1)偶数倍 奇数倍 (2)频率 二、 1．反射2．(1)平整程度 (2)增透膜 (3)反射膜 关键能力·合作探究【典例示范】例 1 解析：两束光能发生干涉的条件之一是频率相等．利用双缝将一束光分成能够发生干涉的两束光，在屏上形成干涉条纹，但分别用红色滤光片和绿色滤光片挡住两条缝后，红光和绿光频率不相等，不能发生干涉，因此屏上不会出现干涉条纹，但屏上仍会有光亮，C 正确．答案：C素养训练1 解析：题中两光源发出的光都是白光，频率不确定，A 错误；光的强度对光是否产生干涉没有影响，B 错误；光速在真空中是确定的，对光的干涉无影响，C 错误；题中的是两个独立光源，二者产生的不是相干光，D 正确．答案：D素养训练2 解析：频率相同、相位差恒定是产生干涉现象的条件，红光和蓝光频率不同，不能产生干涉现象，不会产生干涉条纹，A 、C 错误，B 、D 正确．答案：BD 探究点二 【典例示范】例2 解析：(1)设A 光在空气中的波长为λ1，在介质中的波长为λ2，由n ＝cv ＝λ1f λ2f＝λ1λ2得λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7 m ＝6×10－7 m因为光程差Δr ＝2.1×10－6m ，所以N 1＝Δr λ1＝2.1×10−66×10−7＝3.5由此可知，从S 1和S 2到P 点的路程差是波长λ1的3.5倍，即半波长的奇数倍，所以P 点为暗条纹．(2)根据临界角与折射率的关系sin C ＝1n 得n ′＝1sin 37°＝53由此可知，B 光在空气中波长为λ′1＝n ′λ′2＝53×3.15×10－7 m ＝5.25×10－7 m由路程差Δr和波长λ的关系得N2＝Δrλ′1＝2.1×10−65.25×10−7＝4，即路程差是波长的整数倍．可见，用B光做光源，P点为亮条纹．(3)A、B两种光频率不同，不能发生干涉，此时在光屏上只能观察到亮光．答案：(1)暗条纹(2)亮条纹(3)见解析素养训练3 解析：出现明条纹的条件是光程差|δ1－δ2|＝nλ，n＝0时，出现0号亮纹；n＝1时，出现1号亮纹……n＝10时，出现10号亮纹，故B正确．答案：B素养训练4 解析：从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成两束相干光，由题意知屏中央P点到S1、S2距离相等，即分别由S1、S2射出的光到P点的路程差为零，因此中央是亮条纹，无论入射光是什么颜色的光，波长多大，P点都是中央亮条纹．而分别由S1、S2射出的光到P1点的路程差刚好是橙光的一个波长，即|P1S1－P1S2|＝600 nm＝λ橙，当换用波长为400nm的紫光时，|P1S1－P1S2|＝600 nm＝32λ紫，则两列光波到达P1点时振动情况完全相反，即分别由S1、S2射出的光到达P1点时相互削弱，因此，在P1点出现暗条纹．综上所述，B正确．答案：B探究点三【导学探究】提示：灯焰的像由明暗相间的水平条纹组成．如果用白光做实验，肥皂膜上会出现彩色水平条纹．【典例示范】例 3 解析：金属丝圈的转动，改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状，由干涉原理可知干涉条纹与金属丝圈在该竖直平面内的转动无关，仍然是水平的干涉条纹，A、B、C错误，D 正确．答案：D素养训练5 解析：薄膜干涉条纹可看作等厚线，题图中，厚度相同的空气薄膜应是以切点为圆心的一个个圆，故干涉条纹应是环形的条纹，又因是单色光照射，所以是明暗相间的条纹，故B正确，A、C、D错误．答案：B随堂演练·自主检测1．解析：两列光波叠加是否发生干涉现象的关键是看两列光是不是相干光，不同的色光频率一定不相同，所以不可能产生干涉现象，A错误，B正确；光的强度不同但有可能满足相干光的条件，若满足，当然能产生干涉现象，C正确，D错误．答案：BC2．解析：从题图可以看出，a光的条纹间距小，说明a光的波长小，频率大，D错误，A正确；水对频率低的单色光的折射率小，即水对b光的折射率小，C正确；由n＝cv知，折射率小的光在水中的传播速度大，即b光在水中的传播速度大，B错误．答案：AC3．解析：在双缝干涉实验中，屏上到双缝的路程差等于波长整数倍处出现亮条纹，是振动加强处，不一定是两列光波的波峰与波峰相遇的地方，A正确，C错误；屏上到双缝的路程差等于半波长整数倍处，可能是半波长的奇数倍(暗条纹)，也可能是半波长的偶数倍(亮条纹)，B正确；两列光波的波峰与波谷相遇的地方，应是暗条纹，D错误．答案：AB4．解析：酒精灯发出的光在肥皂膜前、后两个表面上反射后叠加，形成干涉图样，两列反射光叠加时的路程差与肥皂膜的厚度有关，相同厚度处路程差相同，而同一条亮条纹(或暗条纹)上路程差也相同，肥皂膜竖起时同一水平线的膜厚度相同，故肥皂膜上的亮(暗)条纹是一些水平的平行直线，即正确选项为D.答案：D5．解析：根据波的叠加知识，可知与两个狭缝的光程差是波长的整数倍处出现亮条纹，与两个狭缝的光程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹．根据λ＝cf 可得λ1＝cf1＝3×1085.0×1014m＝0.6×10－6 m＝0.6 μm，λ2＝cf2＝3.0×1087.5×1014m＝0.4×10－6 m＝0.4 μm，即d＝λ1，d＝32λ2，则用频率为f1的单色光照射时出现亮条纹，用频率为f2的单色光照射时出现暗条纹．答案：亮暗。
高中新教材物理课件选择性必修第一册第四章光本章整合
摄像机
与照相机类似，但能够 连续捕捉并记录光线信 息，形成动态视频。
扫描仪
利用光学系统和图像传 感器的组合，将纸质文 档或照片转换为数字图 像文件。
06 本章知识总结与拓展延伸
关键知识点回顾与总结
A
光的直线传播
光在同种均匀介质中沿直线传播，如影子的形 成、日食、月食等。
光的反射
光在两种介质分界面上改变传播方向又返 回原来介质中的现象，遵循反射定律，如 平面镜成像、凹面镜和凸面镜的应用等。
03
掌握光的色散原理，理解复色光和单色光的关系，能够 分析光的色散现象。
与生活、科技相关联的拓展内容
01
02
03
04
光学仪器
了解望远镜、显微镜、照相机 等光学仪器的原理和应用。
光的干涉和衍射
了解光的波动性，理解干涉和 衍射现象的原理和应用，如双 缝干涉实验、薄膜干涉等。
激光技术
了解激光的产生原理和特点， 理解激光在科技、医疗、军事
B
C
光的折射
光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方 向发生改变的现象，遵循折射定律，如透镜 成像、海市蜃楼等。
光的色散
复色光分解为单色光的现象，如彩虹的形成 、光谱分析等。
D
解题技巧和方法指导
01
熟练掌握反射定律和折射定律，理解光线在不同介质分 界面上的行为。
02
学会利用几何关系解决光学问题，如平面镜成像中的物 像关系、透镜成像中的物像距关系等。
03
02
折射定律
折射光线、入射光线和法线在同一平面内，折射光线和 入射光线分居法线两侧，且满足折射角正弦与入射角正 弦之比等于两种介质的折射率之比。
折射率
光在真空中传播速度与光在该介质中传播速度之比，反 映了介质对光的偏折能力。
新教材人教版选择性必修第一册 第四章 第5节 光的衍射 学案
第5节光的衍射课标解读课标要求 素养要求 1.观察光的衍射现象。
2.了解明显衍射产生的条件，知道其在生产生活中的应用。
1.物理观念:知道光的衍射现象，知道几种衍射现象的图样。
⒉科学思维:理解光产生明显衍射的条件，知道衍射光栅的结构和衍射图样的特点，知道衍射光栅的两种分类。
自主学习·必备知识教材研习教材原句要点光的衍射光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方。
这就是光的衍射①现象。
在障碍物的尺寸与光的波长相当，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十清楚显。
自主思考①〔1〕白光经单缝衍射和双缝干预产生的条纹有什么共同特点？〔2〕衍射和干预条纹都是明暗相间的，两种条纹是否完全一样？〔3〕光遇到小孔、单缝或障碍物时，衍射现象可能发生，也可能不发生，这种说法对吗？ 答案：〔1〕都是中央为白色条纹，两侧为彩色条纹。
〔2〕不一样。
衍射条纹是中间最宽、最亮，从中间向两侧逐渐变窄、变暗；干预条纹是等间距的条纹，宽度和亮度相同。
〔3〕不对。
光遇到小孔、单缝或障碍物时，一定发生衍射现象，只是有明显与不明显之分，无发生与不发生之别。
名师点睛1.单缝衍射的条纹特点：中央条纹为亮条纹，离中心条纹越远，亮条纹的宽度越窄，亮度越暗；狭缝越窄，中央亮条纹越暗。
2.圆盘衍射〔泊松亮斑〕现象：用平行光照射一个不透光的小圆盘时，在圆盘阴影中心出现一个亮斑；衍射图样的特点：圆形阴影中心有一亮斑，与圆孔衍射图样有明显区别。
互动探究·关键能力探究点光的折射情境探究1.在十字路口为什么用红色灯作为停止的信号灯呢？答案：提示停止信号灯之所以选择红色，一方面是由于我们的眼睛对红色比拟敏感，敏感度超过黄色或绿色；另一方面是由于在可见光中红光的波长最长，容易穿透空气中的水雾和烟尘，即波动性较强，靠衍射现象绕过水雾和烟尘。
而其他的光波长较短，容易受到空气中浮动的粒子扰乱，因此红光比其他各种颜色的光更容易透过空气传到远方。