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第 14 章 光
第 1 节 光的折射 全反射
学生用书P151
考点 1 折射定律 折射率 传播的速度是多少 用题给线段表示
？ （ ）
1.折射定律（如图所示）
$
/ 0
B "
#
3 3
甲
0 3 情境变式 图乙为某教师演示用笔直的箭叉
（２）
鱼的装置 其简化装置见图丙 她先通过水面上
B
/ ， 。
方的空心管道看到鱼缸左侧拐角处的鱼模型左
光的折射与反射同时发生
θ 端 对应图丙中的 Ｂ 点 然后固定管道后用箭
表达式 ｓｉｎ １ ｎ 式中 ｎ 是比例常数 只与 （ ），
： θ ＝ １２（ １２ ， 沿管道叉鱼 却击中了鱼缸侧壁 Ａ 测得 ＯＰ
ｓｉｎ ２ ， 。 ＝
两种介质的性质有关
ＰＡ ＰＢ ． 可视作 求
）。 ＝１０ ｃｍ， ＝１７３ ｃｍ（ １０ ３ ｃｍ）。 ：
2.折射率 水的折射率 ｎ
① ；
θ 欲击中水底的长度为 的鱼模型 现保持
定义式 ｎ ｓｉｎ １ ② ２ ｃｍ ，
（１） ： ＝ θ 。
装置方向不变而将鱼缸向左侧平移 求移动距
ｓｉｎ ２ ，
离 ｄ 的范围
。
0
1
"
#
ｃ
折射率与速度的关系式 ｎ 乙 丙
（２） ： ＝ ｖ 。
拓展变式 由于光的折射 小河底部看起来
（３） ，
折射率的大小不仅与介质本身有关 还与
（３） ， 比实际浅 如果贸然涉水过河 有可能发生危险
， ， 。
光的频率有关 同一种介质中 频率越大的
。 ， 已知河底Ａ点的深度为Ｈ 水的折射率为ｎ 光在
， ，
光折射率越大 传播速度越小 同一种光 在
， ； ， 真空中的传播速度为 ｃ 在 θ 角很小时 近似认
。 ，
不同介质中 虽然波速 波长一般不同 但频
， 、 ， 为 θ θ 下列说法正确的是
ｔａｎ ＝ｓｉｎ 。 （ ）
率相同
光垂直射出水面不是光的折射
。
Ａ．
深挖教材 Ｈ
光从 Ａ 点传播到水面的最短时间为
Ｂ． ｃ
典例1 （人教版选必一 例题改编）如图甲所
Ｐ８８
Ｈ
示 一个容器中装有水 一束单色光从 Ｏ 点射入 从 Ａ 点正上方附近看到 Ａ 点的深度为
， ， Ｃ． ｎ
水中 折射到容器壁的 Ｂ 点 入射光线的延长线
， ， 条件不足 无法计算从 Ａ 点正上方附近看到
Ｄ． ，
交容器壁于 Ａ 点 水面处 Ｃ 点与 Ａ Ｂ 在同一竖
， 、 Ａ 点的深度
直线上
ＯＢ ｃ ＯＡ
。
答案 · ．
回归教材 水的折射率是多少 光在水中 （１）ＯＡ ＯＢ （２）① ２ ②７ ３ ｃｍ≤
（１） ？
第14章 光 １ ７１
ｄ ．
*B
≤９ ３ ｃｍ （３）Ｃ
E."3
提分关键·规律总结 B
解决光的折射问题的常规思路
LD"3
（ ）根据题意画出正确的光路图。
１ 点拨提醒 在入射角增大的过程中，折射光的能量减
（ ）利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入
２ 少，反射光的能量增加，当发生全反射时，反射光的能量
射角、折射角均是光线与法线的夹角。
最强。
θ ｃ
（ ）利用ｎ ｓｉｎ １，ｎ 等公式求解。 2.临界角（Ｃ）：折射角为 ° 刚好发生全反
３ ＝ θ ＝ ｖ ９０ （
ｓｉｎ ２
（ ）在光的反射与折射现象中光路都是可逆的，利用光 射 时的入射角叫作临界角 Ｃ Ｃ １
４
） ，ｓｉｎ ＝ ｎ。
路的“可逆性”可辅助作光路图和分析几何关系。
3.条件：光从光密介质射入光疏介质且入射角
典例2 如图所示为某手机防窥膜的原理简化
大于或等于临界角 Ｃ
图 在透明介质中等距排列有相互平行的吸光 。
， 4.应用：全反射棱镜 光导纤维等
屏障 屏障的高度与防窥膜厚度相等 方向与屏 、 。
， ， 典例3 （多选）根据国际报道 一项新技术使普
幕垂直 从手机屏幕上相邻两吸光屏障中点 Ｏ ，
。 通单模光纤实时传输速率创造了新的纪录 如
发出的光经透明介质由吸光屏障边缘射入空 ，
果这项技术能大规模商用 网速将得到大幅提
气 在空气中的出射角 θ 称为可视角度 可视角 ，
， ， 升 光纤通信中信号传播的主要载体是光纤
度越小防窥效果越好 下列做法中能提高防窥 。 ，
。 它的结构如图甲所示 一束激光由光导纤维左
效果的是 。
（ ） 端的Ｏ 点以α °的入射角射入一直线光导纤
/!
＝６０
K/6 维内 恰好在光导纤维的侧面 侧面与过 Ｏ 点
， （
0 的法线平行 发生全反射 如图乙所示 下列说
EB K ） ， 。
法正确的是
增大手机屏幕亮度 （ ）
Ａ． "
增大相邻两吸光屏障间距 0
Ｂ． 7 7
减小防窥膜的厚度
Ｃ． 甲 乙
减小透明介质的折射率
光纤内芯的折射率比外套的小
Ｄ．
Ａ．
解题导引
光从左端进入光纤内芯后 其频率不变
Ｂ． ，
“提高防窥效果” 减小可视角度 θ 作出屏障边缘处的
→ → 频率越大的光在光纤中传播的速度越大
Ｃ．
光路图 根据几何关系与折射定律分析选项。
→
答案 Ｄ 内芯对这种激光的折射率 ｎ ７
Ｄ． ＝
２
考点 2 全反射 答案 ＢＤ
1.现象：光从光密介质射入光疏介质 当入射 典例4 （ 山东， ， 分）某光学组件横截面
， ２０２４ １５ ８
角增大到某一角度 使折射角达到 °时 折 如图所示 半圆形玻璃砖圆心为 Ｏ 点 半径为
， ９０ ， ， ，
射光完全消失 只剩下反射光 这种现象叫作 Ｒ 直角三棱镜 ＦＧ 边的延长线过 Ｏ 点 ＥＧ 边平
， ， ； ，
全反射 两种介质比较 折射率 ｎ 较大的介 行于 ＡＢ 边且长度等于 Ｒ ＦＥＧ ° 横截面
。 （ ， ，∠ ＝３０ 。
质叫作光密介质 折射率ｎ 较小的介质叫作光 所在平面内 单色光线以 θ 角入射到 ＥＦ 边发生
， ，
疏介质 折射 折射光线垂直ＥＧ 边射出 已知玻璃砖和
） ， 。
１ ７２ 5年高考3年模拟 A版 高考物理
三棱镜对该单色光的折射率均为 ． 上表面水平 若一束激光从到 Ｏ 点距离为
１ ５。 （ ）。
求 θ Ｒ
（１） ｓｉｎ ； ３ 的Ｅ 点与上表面成 °角射入 则部分光能
以 θ 角入射的单色光线 若第一次到达半圆 ４５ ，
（２） ， ３
弧 ＡＭＢ 可以发生全反射 求光线在 ＥＦ 上入射 从Ｏ点右侧的Ｆ 点射出 Ｆ 点到Ｏ点的距离也为
， ，
点 Ｄ 图中未标出 到 Ｅ 点距离的范围 Ｒ
（ ） 。 ３ 且射出时与上表面也成 °角 现改用一
' ， ４５ 。
３
& ( 束竖直光垂直照射玻璃半球 如图乙 结果在水
（ ），
" 0 # 平桌面上出现了一个亮斑 求该亮斑的半径
， 。
0
.
& '
Ｒ
答案 ３ ＥＤ ２ ３
（１） （２） ≤
４ ９ 甲 乙
高考变式 平面变曲面 二维变三维 一个半径 答案 Ｒ
＋ （ ２－１）
为Ｒ 的玻璃半球 如图甲所示平放在水平桌面上
，
第14章 光 １ ７３
第 2 节 光的波动性
学生用书P153
考点 1 光的干涉现象 于重力的作用形成上薄下厚的楔形 当光照
。
1.现象：来自两个光源的光在一些位置相互加 射到薄膜上时 从膜的前表面 ＡＡ′和后表面
，
强 在另一些位置相互削弱 因此在挡板后面 ＢＢ′分别反射回来 形成两列频率相同的光
， ， ，
的屏上得到明暗相间的条纹 波 并且叠加
。 ， 。
2.条件：两列光波的频率相同 相位差恒定
、 。
将同一列光波分解为两列光波可以得到相
（
干光源
）
3.双缝干涉
如图所示 相干光源 Ｓ Ｓ 发出的光到屏上 Ｐ′
， １、 ２
点的路程差 ｒ ｒ ｒ
Δ ＝ ２ － １。
应用 增透膜 检查光学平面的平滑度
（２） ：① ；② 。
S 1
4 S Y 教考衔接
E 1
4
典例1 如图所示为双缝干涉装置示意图
（１） ，
M
双缝到光屏的距离为 Ｌ 双缝的中垂线与光屏
，
当 ｒ ｎλ ｎ 时 光屏上 Ｐ′ 交于 Ｏ 点 某种单色光照射到双缝上 观察到
（１） Δ ＝± （ ＝０，１，２，…） ，
。 ，
处出现亮条纹
光屏上 Ｏ 处为第 级亮条纹的中心位置 Ａ 点
。
０ ，
λ
为第 级亮条纹的中心位置 图中黑色部分表
当 ｒ ｎ ｎ 时 光
２ ，
（２） Δ ＝±（２ ＋１） （ ＝０，１，２，…） ，
２ Ｌ
示亮条纹 现将光屏缓慢向左平移 该过程
屏上 Ｐ′处出现暗条纹
。 ，
。
２
4.薄膜干涉
中 Ａ 点由亮变暗的次数为
（ ）
形成原因 如图所示 竖直的肥皂薄膜 由
（１） ： ， ，
03 3 所示 用波长为 λ 的光 垂直标准工件方向射
" 。 ，
向玻璃板 在玻璃板上方形成平行条纹 测出相
4 03 3 ， ，
4 0 邻亮条纹中心间的距离为 ｘ 金属丝与标准工
Δ ，
件的接触点 Ｄ 到楔形顶端 Ｃ 点的距离为 Ｌ 下
，
列说法正确的是
（ ）
次 次 次 次
Ａ．４ Ｂ．３ Ｃ．２ Ｄ．１
#
回归教材 （人教版选必一 ， 组， 改编）
（２） Ｐ１１５ Ｂ Ｔ４
（多选） 年 托马斯 杨用双缝干涉实验研 "
１８０１ ， · $ %
-
究了光波的性质 年 洛埃用平面镜同样
。 １８３４ ，
条纹方向平行于 ＣＤ
得到了杨氏干涉的结果 称洛埃镜实验 洛埃 Ａ．
（ ）。
λＬ
镜实验的基本装置如图所示 Ｓ 为单色光源 Ｍ 金属丝的直径约为
， ， Ｂ． ｘ
为一平面镜 Ｓ 发出的光直接照到光屏上 同 ２Δ
。 ， 当金属丝向右移动少许时 ｘ 变小
时 Ｓ 发出的光还通过平面镜反射到光屏上 这 Ｃ． ，Δ
， 在同一位置换用更细的金属丝时 ｘ 变小
两束光在光屏上叠加发生干涉形成明暗相间的 Ｄ． ，Δ
链接高考 （ 山东， ， 分）用平行单色光
条纹 事实证明光从光疏介质射向光密介质 （４） ２０２１ ７ ３
。 垂直照射一层透明薄膜 观察到如图所示明暗
时 反射光会产生 大小的相位突变 即发生所 ，
， π ， 相间的干涉条纹 下列关于该区域薄膜厚度 ｄ
谓半波损失 设光源 Ｓ 到平面镜的距离和到光 。
。 随坐标 ｘ 的变化图像 可能正确的是
屏的距离分别为 ｄ 和 Ｌ 单色光的波长为 λ 下 ， （ ）
， ，
列说法正确的是
（ ）
4
E
" . #
-
Ａ Ｂ
在整个光屏上都会呈现明暗相间的干涉条纹
Ａ．
若将平面镜向左平移 则光屏上相邻亮条纹
Ｂ． ，
中心间距将增大
若将光屏向左平移到平面镜右端 Ｂ 处 光屏
Ｃ． ， Ｃ Ｄ
上与 Ｂ 接触处出现暗条纹 答案
（１）Ｃ （２）ＣＤ （３）Ｂ （４）Ｄ
在光屏上相邻亮条纹中心或相邻暗条纹中心
考点 2 光的衍射和偏振现象
Ｄ．
Ｌ
间的距离 ｘ λ 1.光的衍射（如图所示）
Δ ＝ ｄ
２
回归教材 （人教版选必一 ， 改编）利用
（３） Ｐ１００ Ｔ４ 7
薄膜干涉原理可以测量金属丝的直径 将矩形
。
的平行薄玻璃板 ＡＢ 放在水平标准工件的上面 点拨提醒 注意单缝衍射和双缝干涉图样的区别。
，
右侧垫有粗细均匀的直金属丝 在标准工件与 衍射 当光照射到狭缝或障碍物上时 光
， （１） ： ，
玻璃板之间形成一个楔形空气膜 其截面如图 绕过缝的边缘或障碍物偏离直线传播的现象
， 。
１ ７４ 5年高考3年模拟 A版 高考物理
发生明显衍射的条件 障碍物或狭缝的尺 丙图是光射到圆孔后的干涉图样
（２） ： Ｃ．
寸足够小 障碍物或狭缝的尺寸与光的波长 丁图是光射到圆板后的衍射图样
（ Ｄ．
相近 或比光的波长还小 用红光 蓝光分别做双缝干涉实验 同一实
， ）。 （２） 、 （
应用 衍射光栅 射线晶体衍射实验等 验装置 用黄光 紫光分别做单缝衍射实验 同
（３） ： 、Ｘ 。 ）， 、 （
2.光的偏振（如图所示） 一实验装置 得到的图样如图所示 黑色部分
）， （
表示亮条纹 在下面的四幅图中从左往右排
）。
列 亮条纹的颜色依次是
， （ ）
自然光 包含着在垂直于传播方向上沿一 红 黄 蓝 紫 红 紫 蓝 黄
（１） ： Ａ． 、 、 、 Ｂ． 、 、 、
切方向振动的光 而且沿着各个方向振动的 蓝 紫 红 黄 蓝 黄 红 紫
， Ｃ． 、 、 、 Ｄ． 、 、 、
光波的强度都相同 答案
。 （１）Ｄ （２）Ｂ
偏振光 在垂直于光的传播方向的平面 提分关键·规律总结
（２） ：
上 只沿着某个特定的方向振动的光 各种色光的比较
， 。
偏振光的形成 颜色 红橙黄绿青蓝紫
（３）
让自然光通过偏振片形成偏振光 频率 低 高
① 。 →
让自然光在两种介质的界面发生反射和折 同一介质中的波长 大 小
→
②
同一介质中的折射率 小 大
射 反射光和折射光可以成为部分偏振光或 →
，
ｃ
完全偏振光 同一介质中的速度（ｎ ） 大 小
。 ＝ ｖ →
光的偏振现象说明光是一种横波
（４） 。 同一介质中的临界角（ Ｃ １ ） 大 小
ｓｉｎ ＝ ｎ →
典例2 如图所示 甲 乙 丙 丁四个图是单
（１） ， 、 、 、
通过同一棱镜的偏折角 小 大
色光形成的干涉或衍射图样 根据各图样的特 →
， 光子的能量（Ｅ ｈν） 小 大
＝ →
点可知
（ ） 同一介质中光子的动量（ｐ ｈ ） 小 大
＝ λ →
用同一双缝干涉装置
大 小
Ｌ
甲 乙 丙 丁 产生的条纹中心间距（ ｘ λ） →
Δ ＝ ｄ
甲图是光的衍射图样
Ａ．
乙图是光的干涉图样
Ｂ．
第14章 光 １ ７５
实验 15 测量玻璃的折射率
学生用书P156
一、实验原理及装置图 θ
计算不同入射角时的ｓｉｎ １ 并取平均值
θ ， 。
ｓｉｎ ２
2.图像法 改变不同的入射角 θ 测出不同的折
： １，
θ
射角θ 作 θ θ 图像 由ｎ ｓｉｎ １可知
２， ｓｉｎ １ －ｓｉｎ ２ ， ＝ θ
ｓｉｎ ２
图线应是一条过原点的倾斜直线 其斜率为
，
折射率
。
3.“单位圆”法 以入射点 Ｏ 为圆心 以一定的
： ，
如图所示 当光线 ＡＯ 以一定的入射角穿过两面
， ＥＨ
长度 Ｒ 为半径画圆 如图所示 θ
平行的玻璃砖时 通过插针法找出跟入射光线 ， ，ｓｉｎ １ ＝ ＯＥ，
，
ＡＯ 对应的出射光线 Ｏ′Ｂ 从而画出折射光线 Ｅ′Ｈ′ θ ＥＨ
， θ ＯＥ ＯＥ′ Ｒ 则 ｎ ｓｉｎ １
ＯＯ′ 测量入射角 θ 折射角 θ 再根据ｎ ｓｉｎ ２ ＝ ＯＥ′， ＝ ＝ ， ＝ θ ＝Ｅ′Ｈ′。
， １、 ２， ＝ ｓｉｎ ２
θ 只要用刻度尺测量出 ＥＨ Ｅ′Ｈ′的长度就可以
ｓｉｎ １计算出玻璃的折射率 、
θ 。 求出折射率 ｎ
ｓｉｎ ２ 。
二、操作要领及注意事项
1.实验操作应注意哪些细节 尽可能将大头针
：
竖直插在纸上 Ｐ 和 Ｐ 之间 Ｐ 和 Ｐ 之间
， １ ２ 、 ３ ４ 、
Ｐ 与 Ｏ 之间 Ｐ 与 Ｏ′之间距离要稍大一些
２ 、 ３ ；
插针时 眼睛在 ｂｂ′的一侧透过玻璃砖观察两
，
枚大头针并调整视线方向 使 Ｐ 挡住 Ｐ 四、误差分析
， ３ １、
Ｐ 的像 再插上 Ｐ 使 Ｐ 挡住 Ｐ 和 Ｐ Ｐ 1.若本实验方案中直线ａａ′与直线ｂｂ′不平行 则
２ ， ４， ４ ３ １、 ２ ，
的像 会产生误差
。 。
2.入射角应满足什么要求 入射角 θ 不宜太大 2.如图甲所示 若误将本实验方案中的玻璃砖
： １ ，
接近 ° 或太小 接近 ° 入射角太大折 稍向上平移了一些 ａａ′ ｂｂ′的间距与玻璃砖
（ ９０ ） （ ０ ）。 （ 、
射光较弱入射角太小角度测量的误差较大 的宽度仍相等 不影响实验结果
， 。 ）， 。
3.画线时应如何操作先在白纸上画一条直线
：
ａａ′ 再在白纸上放上玻璃砖 使玻璃砖的一条
， ，
长边与直线 ａａ′对齐 在玻璃砖另一条边上确
，
定两点 并用刻度尺画出该条长边的对齐线
，
ｂｂ′ 操作时 手不能触摸光通过的玻璃砖的光
。 ， 甲 乙
洁面 也不能把玻璃砖的棱当尺子画边界线
3.如图乙所示 若在本实验操作中误将两界面
， 。
，
三、数据处理
ａａ′ ｂｂ′的间距画得比玻璃砖的宽度大些 则
、 ，
1.计算法 用量角器测量入射角 θ 和折射角 θ
会导致测量的折射率偏小
： １ ２， 。
１ ７６ 5年高考3年模拟 A版 高考物理
实验 16 用双缝干涉测量光的波长
学生用书P157
一、实验原理 干涉条纹没有调整到最清晰的程度
（１） 。
光源发出的光 经过滤光片后变成单色光 再经 分划板中心刻线与干涉条纹不平行 中心
， ， （２） ，
过单缝 Ｓ 时发生衍射 Ｓ Ｓ 相当于两个相干光 刻线没有恰好位于条纹中心
， １、 ２ 。
源 相邻两条亮 暗 条纹中心间的距离 ｘ 测量多条亮条纹中心间的距离时因读数
， （ ） Δ ＝ （３）
ｌ 不精准存在的误差
λ 因此 只要测出 ｘ ｄ ｌ 即可测出波长 λ 。
ｄ 。 ， Δ 、 、 。
五、其他方案
二、操作要领及注意事项
方案一 利用激光笔和双缝进行实验
1.安装时应注意的细节 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.如何进行调节 调整光源的高度和亮度 使它
： ， 让一束激光经过双缝后投射到光屏上 测出相
发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照 ，
ｄ
亮 调节测量头时 应使分划板中心刻线和亮 邻两亮条纹中心间的距离 ｘ 由 λ ｘ 测出
； ， Δ ， ＝ ｌ Δ
条纹的中心对齐 记下此时手轮上的读数 转
， ， λ 本方案操作简便 现象明显 但相邻亮条纹
。 ， ，
动手轮 使分划板中心刻线和另一亮条纹的
， 中心之间的距离测量误差较大
。
中心对齐 记下此时手轮上的读数 两次读数
， ， 方案二 洛埃镜实验
之差就表示这两条亮条纹中心间的距离
。
三、数据处理
1.条纹间距的计算 转动测量头的手轮 分划板
： ，
中心刻线在第 条亮条纹中央时读数为 ａ
１ １，
Ｓ 为单色光源 一部分入射到平面镜后反射到
在第 ｎ 条亮条纹中央时读数为 ａ 则 ｘ
ｎ， Δ ＝ ，
光屏上 一部分直接照射到光屏上 在光屏上两
ａ ｎ－ ａ
１ 再根据 ｘ
ｌ
λ 求出 λ
， ，
ｎ ， Δ ＝ ｄ 。 光束交叠区域里将出现干涉条纹 Ｓ 和 Ｓ 通过
－１ 。
2.测量时需测量多组数据 求 λ 的平均值 平面镜成的像 Ｓ′构成相干光源 ｄ ｈ 在光屏
， 。 ， ＝２ 。
四、误差分析 ｄ
上可以观察到明暗相间的干涉条纹 由 λ ｘ
， ＝ ｌ Δ
1.双缝到屏的距离 ｌ 的测量存在误差
。
可以求出 λ
2.测条纹间距 ｘ 带来的误差 。
Δ
第14章 光 １ ７７
