文档文本内容
第 24 讲 光
题型一 光的折射、全反射
题型二 光的干涉、衍射和偏振
题型三 光学实验
课标要求 命题预测 重难点
1.理解折射率的概念，掌
握光的折射定律。
生活实践类：全反射棱镜、光
2.掌握发生全反射的条件
导纤维、增透膜、偏振滤光
并会用全反射的条件进行 （1）双缝干涉中出现亮、暗条纹的条件。
片、激光等
相关计算。 （2）知道发生明显衍射的条件。
（3）会灵活应用运动学公式及推论解题。
学习探究类：折射定律、全反
3.知道什么是光的干涉、
射、测量玻璃的折射率、光的
衍射和偏振。
干涉现象、光的衍射、光的偏
4.掌握测量折射率的原理 振现象、用双缝干涉测量光的
及方法。 波长
5.掌握由Δx＝λ测量光的
波长的原理，并会测单色
光波长。
题型一 光的折射、全反射
【典型例题剖析】
【例1】(2023·河北石家庄市一模)如图所示，一束激光照射在横截面为正方形的透明玻璃柱上，光线与横截面平行，则透过玻璃柱的光线可能是图中的( )
A．① B．② C．③ D．④
【答案】 C
【详解】 根据折射定律有n＝，且n>1，解得i>r ，所以折射光线向右偏折；根据折射定律有n＝，n
1 1
＝，根据几何关系可知r＝r，解得i＝i，所以出射光线与入射光线平行，故选C。
1 2 1 2
【高考考点对接】
1．折射定律
(1)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正比。
(2)表达式：＝n (n 为比例常数)。
12 12
2．折射率
(1)定义式：n＝。
(2)折射率与速度的关系式：n＝。因为v<c，所以任何介质的折射率都大于1。
说明：①关系式n＝中的n是指介质相对于真空的折射率，即绝对折射率。
②折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。
a．同一种介质中，频率越大的光折射率越大，传播速度越小；
b．同一种光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。
3．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n ＞n ，则甲相对乙是光密介质
甲 乙
相对性
若n ＜n ，则甲相对乙是光疏介质
甲 乙
2．全反射
(1)定义：光从光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到某一角度，使折射角达到 90°时，折射光完全
消失，只剩下反射光的现象。
说明：入射角增大的过程中，折射光的能量减少，反射光的能量增加，当发生全反射时，反射光的能
量最强。
(2)条件：①光从光密介质射入光疏介质。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。若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射
的临界角为C，由n＝，得sin C＝。介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。
4．全反射的应用
(1)全反射棱镜
(2)光导纤维
说明：内芯相对于外套为光密介质，内芯的折射率大于外套的折射率。
【解题能力提升】
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)
对光
路的
圆界面的法线是过圆心的
控制
通过三棱镜的光线经两
通过平行玻璃砖后光线不 直线，光线经过两次折射
特点
次折射后，出射光线向
改变传播方向，但要发生 后向圆心偏折
棱镜底面偏折
侧移【跟踪变式训练】
【变式1-1】(多选)(2023·湖北荆门市龙泉中学三模)日晕是一种常见的大气光学现象，如图甲所示。太
阳光线经卷层云中同一冰晶的两次折射，分散成单色光，形成日晕。冰晶截面可看作正六边形。如图
乙所示为一束紫光在冰晶上的折射光路，θ 为冰晶上的入射角，θ 为经过第一个界面的折射角，θ 为光
1 2 3
线离开冰晶的折射角，θ 为出射光相对入射光的偏转角。下列说法中正确的是( )
4
A．在冰晶内红光的传播速度比紫光的小
B．若θ＝θ＝60°，则冰晶对紫光的折射率为
1 3
C．保持入射角不变，将紫光改为红光，偏转角将增大
D．若红光和紫光均能使同一金属发生光电效应，紫光照射产生的光电子的最大初动能大
【答案】 BD
【详解】 由于红光的折射率小于紫光的折射率，根据v＝，可知在冰晶内红光的传播速度比紫光的大，
故A错误；若题图乙中紫光满足θ ＝θ ＝60°，根据几何关系可知θ ＝30°，则折射率为n＝，代入数据
1 3 2
解得n＝，故B正确；保持入射角不变，将紫光改为红光，因紫光的折射率大于红光的折射率，则偏转
角将减小，故C错误；根据光电效应方程有E ＝hν－W 可知，由于红光频率小于紫光频率，且红光和
km 0
紫光均能使同一金属产生光电效应，则紫光对应的光电子最大初动能一定比红光的大，故D正确。
【变式1-2】 (2023·陕西咸阳市模拟)如图所示，透明玻璃体的上半部分是半球体，下半部分是圆柱体，
半球体的半径为R，O为半球体的球心。圆柱体的底面半径和高也为R，现有一半径为R的圆环形平行
光垂直于圆柱体底面射向半球体，OO 为圆光环的中心轴线，所有光线经折射后恰好经过圆柱体下表面
1
圆心O 点，光线从O 点射出后在玻璃体下方的水平光屏上形成圆形亮环，光屏到圆柱体底面的距离为
1 1
R，光在真空中的传播速度为c。求：
(1)透明玻璃体的折射率；(2)光从入射点传播到光屏所用的时间。
【答案】 (1) (2)
【详解】 (1)作出光路图如图所示，
设光线的入射角为α，出射角为β，则由几何关系可得
Rsin α＝R，解得α＝60°
由几何关系可知β＝30°
由折射定律可知n＝＝
(2)光在透明玻璃体中的传播速度v＝
光在透明玻璃体中的传播时间t ＝＝，由图及折射定律知光线从O 点出射后与竖直方向的夹角α＝
1 1
60°，所以光从透明玻璃体出射后到光屏所用的时间t ＝＝，则光从入射点传播到光屏所用的时间t＝t
2 1
＋t＝。
2
【变式1-3】 (2023·湖北卷·6)如图所示，楔形玻璃的横截面POQ的顶角为30°，OP边上的点光源S到
顶点O的距离为d，垂直于OP边的光线SN在OQ边的折射角为45°。不考虑多次反射，OQ边上有光
射出部分的长度为( )
A.d B.d C．d D.d
【答案】 C
【详解】 设光线在OQ界面的入射角为α，折射角为β，由几何关系可知α＝30°，则由折射定律可知
n＝＝，光线射出OQ界面的临界条件为恰好发生全反射，光路图如图所示，
其中CS⊥OB，光线在A、B两点发生全反射，由全反射规律sin C＝＝可得，全反射的临界角为45°，
AB之间有光线射出，由几何关系可知AB＝2AC＝2CS＝OS＝d，故选C。题型二 光的干涉、衍射和偏振
【典型例题剖析】
【例2】 (2023·江苏卷·6)用某种单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到的干涉条纹如图甲所示，改
变双缝间的距离后，干涉条纹如图乙所示，图中虚线是亮纹中心的位置。则双缝间的距离变为原来的(
)
A.倍 B.倍 C．2倍 D．3倍
【答案】 B
【详解】 根据双缝干涉的条纹间距与波长关系有 Δx＝λ，由题图知Δx ＝2Δx ，则d ＝d ，故选
乙 甲 乙 甲
B。
【高考考点对接】
1．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，出现暗条纹，
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。
2．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。
(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S、S 发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r－r。
1 2 2 1
当Δr＝nλ(n＝0,1,2，…)时，光屏上P′处出现亮条纹。
当Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2，…)时，光屏上P′处出现暗条纹。
3．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P、P 处，Δr＝nλ(n＝1,2,3，…)，薄膜上出现亮条纹。
1 2
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。
4．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。
5．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，只沿着某个特定的方向振动的光。
(3)偏振光的形成
①让自然光通过偏振片形成偏振光。
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。
(5)光的偏振现象说明光是一种横波。
【解题能力提升】
单缝衍射与双缝干涉的比较
单缝衍射 双缝干涉
不 条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等
同 条纹间距 各相邻亮(暗)条纹间距不等 各相邻亮(暗)条纹等间距
点 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、衍射都有明暗相间的条纹，干涉、衍射都是波特有的现象；
从本质上看都属于光波的叠加，干涉是从双缝通过两列频率相同的
相同点
光波在屏上叠加形成的，衍射是由来自单缝上不同位置的光在屏上
叠加形成的
【跟踪变式训练】【变式2-1】 (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( )
A．入射光C应采用单色光
B．图乙条纹是由A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、B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，被检查物体表面上有洞状凹陷
【答案】 AB
【详解】 薄膜干涉形成的条纹是膜的上下表面的反射光干涉产生的，根据干涉条件，入射光C应采
用单色光，波长一定，不会出现干涉条纹重合现象，若采用复合光则会出现干涉条纹重合的现象，选
项A正确；干涉条纹是由A的下表面反射光和B的上表面反射光发生干涉产生的，选项B正确；当
A、B之间某处距离为入射光的半波长奇数倍时，则两列光波的光程差为半波长的偶数倍，所以对应条
纹是亮条纹，选项C错误；薄膜干涉是等厚干涉，即亮条纹处空气膜的厚度相等，亮条纹右偏说明被
检查物体表面上有凸起，选项D错误。
【变式2-2】 (多选)(2023·河北省联考)如图甲所示，等腰△ABC为一棱镜的横截面，AB＝AC；一平行
于BC边的细光束从AB边射入棱镜，在BC边经过一次反射后从AC边射出，出射光分成了不同颜色的
Ⅰ、Ⅱ两束光。图乙是这两束光分别通过相同的双缝和单缝装置后形成的图样，下列说法正确的是(
)
A．Ⅰ光的波长比Ⅱ光的长
B．Ⅰ光在棱镜中的传播速度比Ⅱ光的小
C．图乙中a是Ⅱ光的干涉图样
D．图乙中c是Ⅰ光的衍射图样
【答案】 AD
【详解】 由折射定律可得，Ⅱ光的折射角小，折射率大，所以Ⅱ光的频率大，波长短，故 A正确；
由n＝得，Ⅰ光在棱镜中的传播速度比Ⅱ光的大，故B错误；干涉条纹间距与波长成正比，Ⅱ光的波长
短，故题图乙中a是Ⅰ光的干涉图样，故C错误；衍射图样中央亮条纹宽度与波长成正比，故题图乙
中c是Ⅰ光的衍射图样，故D正确。【变式2-3】 (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( )
A．入射光C应采用单色光
B．图乙条纹是由A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、B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，被检查物体表面上有洞状凹陷
【答案】 AB
【详解】 薄膜干涉形成的条纹是膜的上下表面的反射光干涉产生的，根据干涉条件，入射光C应采
用单色光，波长一定，不会出现干涉条纹重合现象，若采用复合光则会出现干涉条纹重合的现象，选
项A正确；干涉条纹是由A的下表面反射光和B的上表面反射光发生干涉产生的，选项B正确；当
A、B之间某处距离为入射光的半波长奇数倍时，则两列光波的光程差为半波长的偶数倍，所以对应条
纹是亮条纹，选项C错误；薄膜干涉是等厚干涉，即亮条纹处空气膜的厚度相等，亮条纹右偏说明被
检查物体表面上有凸起，选项D错误。
题型三 光学实验
【典型例题剖析】
【例3】 (2024·广东河源市开学考)某实验小组欲测定一段圆柱形玻璃砖的折射率，其操作步骤如下：
a．将白纸固定在水平桌面上，将圆柱形玻璃砖竖直放在白纸上，用铅笔准确描出玻璃砖底面圆的轮廓。
b．将底面圆圆周平分为60等份，并标上相应的数字，如图甲所示，再将玻璃砖竖直放回图甲中的底
面圆轮廓上进行实验。
c．用激光笔发出细束激光，沿平行于圆直径OO′的方向入射，分别准确记录入射点P和出射点Q在圆
周上对应的读数N 、N 。
1 2
d．改变入射点位置，重复步骤c。
(1)根据圆周上的读数N 、N 可得，入射角i＝________，折射角γ＝________________。(以弧度制表
1 2
示)(2)若经过多次测量，作出sin i－sin γ的图像如图乙所示，则玻璃砖的折射率为n＝______(结果保留三
位有效数字)。
(3)在本实验的操作过程中，若入射光线发生了如图甲中虚线 AB所示的偏离，则折射率的测量值将
____________(选填“偏大”或“偏小”)。
【答案】 (1)(或) － (2)1.50 (3)偏小
【详解】 (1)圆周上的刻度被平分为60等份，则每个刻度表示的弧度为＝，根据圆周上的读数可得，
入射角i＝
折射角γ＝＝－
(2)sin i－sin γ图像的斜率表示玻璃砖的折射率，则有n＝＝＝1.50
(3)若入射光线发生如题图甲中虚线AB所示的偏离，则折射角的测量值偏大，折射率的测量值偏小。
【高考考点对接】
实验一：测量玻璃的折射率
1．实验原理
如图所示，当光线AO以一定的入射角θ 穿过一块两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线
1
AO对应的出射光线O′B，从而画出光从空气射入玻璃后的折射光线OO′，求出折射角θ ，再根据n
2
＝或n＝计算出玻璃的折射率。
2．实验器材
木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、直尺(刻度尺)、铅笔。
3．实验步骤
(1)用图钉把白纸固定在木板上。
(2)在白纸上画一条直线aa′，并取aa′上的一点O为入射点，作过O点的法线MM′。
(3)画出线段AO作为入射光线，并在AO上插上P、P 两个大头针。
1 2
(4)在白纸上放上玻璃砖，使玻璃砖的一条长边与直线aa′对齐，并画出另一条长边的对齐线bb′。
(5)眼睛在bb′的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向，使P 被P 挡住，然后在眼睛这一侧
1 2
插上大头针P，使P 挡住P 、 P 的像，再插上P，使P 挡住P 、 P 的像和 P 。
3 3 1 2 4 4 1 2 3
(6)移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针P、P 的针孔位置确定出射光线O′B及出射点O′，连接O、
3 4
O′得到线段OO′。
(7)用量角器测量入射角θ 和折射角θ，并查出其正弦值sin θ 和sin θ。
1 2 1 2
(8)改变入射角，重复实验。4．数据分析
(1)计算法
用量角器测量入射角θ 和折射角θ ，并查出其正弦值sin θ 和sin θ 。算出不同入射角时的n＝，并取
1 2 1 2
平均值。
(2)图像法
改变入射角θ，测出对应的折射角θ，作sin θ－sin θ 的图像，由n＝可知图像应是过原点的直线，如
1 2 1 2
图所示，其斜率为折射率。
(3)“单位圆”法
以入射点O为圆心，以一定的长度R为半径画圆，如图所示，sin θ ＝，sin θ ＝，OE＝OE′＝R，则
1 2
n＝＝。只要用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n。
5．误差分析
本实验误差主要来源于入射光线、出射光线确定的准确性以及入射角和折射角的测量造成的偶然误差。
6．注意事项
(1)实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且 P 和P 之间、P 和P 之间、P 与O之间、P 与O′之
1 2 3 4 2 3
间距离要稍大一些。
(2)入射角θ 不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)。
1
(3)操作时手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，也不能把玻璃砖界面当尺子画界线。
(4)实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。
(5)玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm以上，若宽度太小，则测量误差较大。
实验二：用双缝干涉测量光的波长
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，图样中单色光波长 λ与双缝间距d、双缝到屏的距离
l、相邻两条亮(暗)条纹间距Δx之间满足λ＝Δx。
2．实验步骤
(1)观察双缝干涉图样
①将光源、遮光筒、毛玻璃依次安放在光具座上，如图所示。②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光。
③调节各器件的高度和角度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏。
④安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝平行，二者间距约为 5～10
cm。
⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。
(2)测量单色光的波长
①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹。
②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数 a ，将该条纹记为第1条亮条纹；
1
转动手轮，使分划板中心刻线移动至第n条亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数a。
n
③用刻度尺测量双缝与光屏间距离l(d是已知的)。
④改变双缝间的距离d，双缝到屏的距离l，重复测量。
3．数据分析
(1)条纹间距Δx＝。
(2)波长λ＝Δx。
(3)计算多组数据，求λ的平均值。
4．误差分析
(1)误差来源
由于光波的波长很短，双缝到光屏的距离l和条纹间距Δx的测量是否准确对波长的测量影响很大，是
本实验误差的主要来源。
(2)减小误差的方法
①l的测量：使用毫米刻度尺测量，可多测几次求平均值。
②Δx的测量：使用测量头测量，测出n条亮条纹间的距离a，则Δx＝，同样可以多测几次求平均值，
进一步减小实验误差。
5．注意事项
(1)安装时，注意使光源、透镜、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双
缝平行且间距适当。
(2)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近。
(3)调节的基本依据：照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴；
干涉条纹不清晰，一般原因是单缝与双缝不平行。
【跟踪变式训练】【变式3-1】 某小组做测量玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖、大头针、刻度尺、圆规、笔、
白纸。
(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度________。
A．选用两光学表面间距大的玻璃砖
B．选用两光学表面平行的玻璃砖
C．选用粗的大头针完成实验
D．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些
(2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的针孔如图所示，其中
实验操作正确的是________。
(3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，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NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如图甲所示，
则玻璃的折射率n＝________。(用图中线段的字母表示)
(4)在用插针法测量玻璃的折射率的实验中，甲、乙两位同学在纸上画出的界面 aa′、bb′与玻璃砖位置
(图中阴影)的关系分别如图乙中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。
他们的其他操作均正确，且均以 aa′、bb′为界面画光路图。则甲同学测得的折射率与真实值相比
________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)；乙同学测得的折射率与真实值相比________(选填“偏
大”“偏小”或“不变”)。
【答案】 (1)AD (2)D (3) (4)偏小 不变
【详解】 (1)为了使作图误差更小，应选用两光学表面间距大的玻璃砖，A正确；根据折射定律可知，
如果两个光学面不平行，不影响入射角与折射角的值，所以对折射率的测定结果不产生影响，B错误；
为了准确测量光路图，应选用较细的大头针来完成实验，若选用粗的大头针完成实验，容易出现观察
误差，从而造成测量误差，C错误；插在玻璃砖同侧的两枚大头针之间的距离应适当大些，引起的角度
误差会减小，D正确。
(2)由题图可知，选用的玻璃砖两光学表面平行，则入射光线应与出射光线平行，B、C错误；又光线在玻璃砖中与法线的夹角应小于光线在空气中与法线的夹角，A错误，D正确。
(3)由折射定律可知n＝＝＝。
(4)如图，
甲同学在测定折射率时，作出的折射光线如图中虚线所示，实线表示实际光线，可见测量的折射角偏
大，则由折射定律n＝可知，测量的折射率n比真实值偏小。用题图②测折射率时，只要操作正确，折
射率的测量值与玻璃砖形状无关，故乙同学测得的折射率与真实值相比不变。
【变式3-2】 (2023·黑龙江省哈尔滨六中一模)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。
(1)实验前打开光源，调节光源的高度和角度，使它发出的光束沿着遮光筒的轴线把屏照亮；然后光具
座上先放置b________和c________，再放置a________，就可以观察到单色光的双缝干涉图样。(均选
填“双缝”“单缝”或“滤光片”)
(2)如图所示，实验中发现目镜中干涉条纹与分划板中心刻线始终有一定的角度，下列哪个操作可以使
得分划板中心刻线与干涉条纹平行________。
A．仅拨动拨杆
B．仅旋转单缝
C．仅前后移动凸透镜
D．仅旋转毛玻璃处的测量头
(3)实验中已知双缝间的距离d＝0.4 mm，双缝到光屏的距离L＝1.6 m，某种单色光照射双缝时，用测
量头测量条纹间的宽度：先将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第 1条
亮条纹，此时手轮上的示数如图甲所示为________ mm；然后同方向转动手轮，使分划板中心刻线与第
6条亮条纹中心对齐，此时手轮上的示数如图乙所示为__________ mm，则这种单色光的波长为______
m(最后一空结果保留两位有效数字)。(4)上述实验中，若仅将红色滤光片更换为蓝色滤光片，则相邻亮条纹中心间距________(选填“增大”
“减小”或“不变”)。
【答案】 (1)单缝 双缝 滤光片 (2)D
(3)2.332(2.331、2.333均可) 15.325(15.324、15.326均可) 6.5×10－7 (4)减小
【详解】 (1)观察单色光的双缝干涉图样实验中，通过滤光片获得单色光，通过单缝获得线光源，通
过双缝获得相干光，故光具座上先放置b单缝和c双缝，再放置a滤光片，就可以观察到单色光的双缝
干涉图样。
(2)若要使得分划板中心刻线与干涉条纹平行，则仅旋转毛玻璃处的测量头即可，故选D。
(3)由题图甲可知示数为
2 mm＋0.332 mm＝2.332 mm(2.331、2.333均可)
由题图乙可知示数为15 mm＋0.325 mm
＝15.325 mm(15.324、15.326均可)
由Δx＝λ得λ＝
＝ m
≈6．5×10－7 m
(4)若仅将红色滤光片更换为蓝色滤光片，则λ减小，由Δx＝λ可知相邻亮条纹中心间距减小。
【变式3-3】 洛埃德在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示，单色光从单缝 S射
出，一部分入射到平面镜后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现
干涉条纹。单缝S通过平面镜成的像是S′。
(1)通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如
果S被视为其中的一个缝，________相当于另一个“缝”。
(2)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h＝0.15 mm，单缝到光屏的距离D＝1.2 m，观测到第3条
亮条纹中心到第12条亮条纹中心的间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ＝________ m。(结果保留1
位有效数字)
(3)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离________。
A．将平面镜稍向上移动一些
B．将平面镜稍向右移动一些C．将光屏稍向右移动一些
D．将光源由红色光改为绿色光
【答案】 (1)S′ (2)6×10－7 (3)AC
【详解】 (1)如果S被视为其中的一个缝，S′相当于另一个“缝”。
(2)第3条亮条纹中心到第12条亮条纹中心的间距为22.78 mm，则相邻亮条纹间距为Δx＝ m≈2.53×10
－3 m，等效双缝间的距离为d＝2h＝0.30 mm＝3.0×10－4 m，根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ，有λ
＝Δx＝ m≈6×10－7 m。
(3)根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ可知，仅增大D、仅减小d或仅增大波长λ都能够增大光屏上相
邻两条亮条纹之间的距离，所以A、C正确。
1．由两种不同单色光组成的一束复色光，沿图示方向从空气射向圆柱形玻璃砖，经过玻璃砖两次折射后
射出，可能的光路是( )
【答案】 B
【详解】 由于两种不同单色光的折射率不同，在由空气进入玻璃砖时，入射角相同，根据n＝可知，
两单色光的折射角不同，作出完整光路图如图所示，故选B。
2．(2023·江苏卷·5)地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲。
下列光路图中能描述该现象的是( )
【答案】 A
【详解】 由nsin θ ＝nsin θ 可知，越靠近地球表面，空气的折射率越大，从光疏介质射入光密
1 上 2 下
介质的光路如图所示，随着折射率不断变大，太阳光不断向法线方向偏折，A正确。3．(2023·山东济南市一模)如图甲所示，一细束白光通过某种特殊材料制成的三棱镜发生色散。图乙是其
光路平面图，已知三棱镜的截面为等边三角形，白光由M点入射，入射角α＝60°，其中红光对应的该
材料的折射率为n＝，则红光通过三棱镜后的出射光线与M点入射光线的夹角为( )
A．30° B．45° C．60° D．75°
【答案】 C
【详解】 光线射到左侧侧面时的折射角的正弦值sin β＝＝，可知β＝30°，由几何关系可知，光线
射到右侧面时的入射角也为30°，则折射角为60°，由几何关系可知红光通过三棱镜后的出射光线与M
点入射光线的夹角为60°，故选C。
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i，则( )
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i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
【详解】 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，i′为光从B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n＝得sin r＝，即随着i的
增大，r增大，但r不能等于或大于临界角C，故i′也不可能等于或大于临界角，即光从B点射出时，
也不可能发生全反射，在B点的反射光射向D点，从D点射出时也不会发生全反射。故选C、D。
5．(2024·江苏南京市调研)下列说法正确的是( )
A．图甲为一定波长的光照射到不透明圆盘上，在圆盘后得到的衍射图样
B．图乙为双缝干涉示意图，双缝间距越大，则相邻亮条纹间距越大
C．图丙为光导纤维工作原理示意图，内芯的折射率比外套的折射率小
D．图丁为自然光照射两个竖直放置的偏振片，若只旋转其中一个偏振片，光屏上的亮度不变
【答案】 A
【详解】 题图甲为一定波长的光照射到不透明圆盘上，在圆盘后得到的衍射图样，选项A正确；题
图乙为双缝干涉示意图，根据Δx＝λ可知，双缝间距越大，则相邻亮条纹间距越小，选项 B错误；题
图丙为光导纤维工作原理示意图，利用光的全反射，所以内芯的折射率比外套的折射率大，选项 C错
误；题图丁为自然光照射两个竖直放置的偏振片，若只旋转其中一个偏振片，偏振方向不平行，此时
光屏上的亮度变暗，选项D错误。
6．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
P处放置的光学元件说法正确的是( )
A．甲对应单缝，乙对应双缝
B．甲对应双缝，乙对应单缝
C．都是单缝，甲对应的缝宽较大
D．都是双缝，甲对应的双缝间距较大【答案】 A
【详解】 由题图中给出的甲、乙两种图样可知，甲是单缝衍射的图样，乙是双缝干涉的图样，A项
正确，B、C、D项错误。
7．(2023·山东济宁市模拟)用光传感器能直观地演示双缝干涉，实验装置如图甲所示，某次实验的双缝间
距d＝0.6 mm，调整双缝到光传感器的距离L＝0.3 m，在计算机中得到图乙所示光强变化的图样，可以
推断该实验所用单色光波长为( )
A．200 nm B．400 nm C．600 nm D．800 nm
【答案】 B
【详解】 根据题图乙可知Δx＝ μm＝200 μm，由Δx＝λ，得λ＝Δx＝400 nm，故选B。
8．(2023·山西怀仁市第一中学二模)如图甲所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝 S时，在屏上观察到如
图乙所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图丙所示，则改变的实验条件可能是( )
A．减小双缝到光屏之间的距离
B．增大双缝之间的距离
C．将绿光换为红光
D．减小光源到单缝的距离
【答案】 C
【详解】 根据题图乙和题图丙可知条纹宽度变大，根据条纹间距公式Δx＝λ可知，条纹间距变大，
可能是改用了波长较长的光，也有可能是增大了双缝到光屏的距离l，也有可能减小了双缝间的距离
d，但是，条纹间距与光源到单缝的距离无关；红光的波长大于绿光的波长，故C正确，A、B、D错
误。
9．(2023·江西宜春市第一中学期末)在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将实验仪器按要求安装在光具
座上，如图甲所示。(1)关于该实验，下列说法正确的是________；
A．单缝及双缝必须平行放置
B．干涉条纹与双缝垂直
C．干涉条纹疏密程度与单缝宽度有关
D．若用绿色滤光片替换红色滤光片，干涉条纹间距会变小
(2)某同学在做该实验时，在同一视野中选取了 A、B两条纹，第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心
时(图乙)，游标卡尺的示数如图丙所示；第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时(图丁)，游标卡尺的
示数如图戊所示。已知双缝间距为 0.50 mm，双缝到屏的距离为1.00 m，则图丙游标卡尺的示数为
________ mm，两个相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离为______ mm。所测单色光波长为______ m。
【答案】 (1)AD (2)11.5 1.3 6.5×10－7
【详解】 (1)为使屏上的干涉条纹清晰，单缝和双缝必须平行放置，所得到的干涉条纹与双缝平行，
A正确，B错误；根据公式Δx＝λ可知，干涉条纹疏密程度与双缝间距离、双缝到屏的距离和光的波
长有关，绿光的波长小于红光的波长，若用绿色滤光片替换红色滤光片，干涉条纹间距会变小，C错
误，D正确。
(2)由题图丙可知，
读数为x＝11 mm＋5×0.1 mm＝11.5 mm
1
由题图戊可知，
读数为x＝16 mm＋7×0.1 mm＝16.7 mm
2
由题图乙和题图丁可知，A、B两条纹间有4个间距，则两个相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离为
Δx＝＝1.3 mm
根据公式Δx＝λ，代入数据解得所测单色光波长为λ＝＝ m＝6.5×10－7 m。
10．在“测量玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作后插好了4枚大头针，如图甲所示。(1)下列说法正确的是________；
A．入射角越大，误差越小
B．在白纸上放好玻璃砖后，用铅笔贴着光学面画出界面
C．实验时既可用量角器，也可用圆规和直尺等工具进行测量
D．判断像与大头针是否在同一直线时，应观察大头针的头部
(2)请在图乙中画出完整的光路图；
(3)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n＝_____(保留三位有效数字)；
(4)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作后插好了 8枚大头针，
如图丙所示。图丙中P 和P 是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P 和
1 2 3
________(选填“A”或“B”)。
【答案】 (1)C (2)见【详解】图 (3)1.57 (4)A
【详解】 (1)入射角尽量大些，折射角也会大些，折射现象较明显，角度测量的相对误差会减小，但
要注意并不是入射角越大越好，应适度，故A错误；为了防止弄脏玻璃砖，不能用铅笔贴着光学面画
出界面，故B错误；实验中需要测角度时可用量角器，也可通过单位圆法用圆规和直尺等工具进行线
段的测量，故C正确；判断像与针是否在同一直线时，应观察大头针的整个部分，不能只观察其头部，
故D错误。
(2)光路图如图所示
(3)如图所示，取小方格的边长为单位长度，
则sin i＝≈0.793
sin r＝≈0.504
n＝＝≈1.57
(4)光线经由P、P 射入后光路图如图所示
1 2第一次折射时入射角大于折射角，第二次是从玻璃砖射向空气，折射角大于入射角，由图可知经 P 、
3
A的出射光线符合事实，故对应的出射光线上的2枚大头针是P 和A。
3
