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【期中复习】2023-2024学年人教版高二物理下册专题训练-专题02 光学.zip
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TOC \ "1-3" \h \u \l "_Tc30033" PAGEREF _Tc30033 \h 2
\l "_Tc26723" PAGEREF _Tc26723 \h 2
\l "_Tc15680" 考点01 光的折射现象 PAGEREF _Tc15680 \h 2
\l "_Tc23840" 考题1：n＝eq \f(sin θ1,sin θ2) 的应用 PAGEREF _Tc23840 \h 3
\l "_Tc26629" 考题2：n＝eq \f(c,v) 的应用 PAGEREF _Tc26629 \h 3
\l "_Tc30198" 考点02 全反射的理解及应用 PAGEREF _Tc30198 \h 4
\l "_Tc13751" 考题1：全反射的条件和临界角 PAGEREF _Tc13751 \h 4
\l "_Tc6504" 考题2：折射和全反射的综合问题 PAGEREF _Tc6504 \h 5
\l "_Tc9834" 考点03 光路的控制和色散 PAGEREF _Tc9834 \h 6
\l "_Tc13395" 考题1：不同色光折射率的大小比较 PAGEREF _Tc13395 \h 7
\l "_Tc5180" 考点04 光的干涉 PAGEREF _Tc5180 \h 7
\l "_Tc7755" 考题1：双缝干涉 PAGEREF _Tc7755 \h 9
\l "_Tc28335" 考题2：干涉在生活中的应用 PAGEREF _Tc28335 \h 9
\l "_Tc11774" 考点05 光的衍射和偏振 PAGEREF _Tc11774 \h 10
\l "_Tc10764" 考题1：干涉、衍射现象的判断 PAGEREF _Tc10764 \h 13
\l "_Tc26014" 考题2：光的偏振现象 PAGEREF _Tc26014 \h 13
考点01 光的折射现象
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 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 比．
（2）表达式：eq \f(sin θ1,sin θ2)＝n.
（3）在光的折射现象中，光路是 的．
2．折射率
（1）折射率是一个反映介质的 的物理量．
（2）定义式：n＝eq \f(sin θ1,sin θ2).
（3）计算公式：n＝eq \f(c,v)，因为v（4）当光从真空(或空气)射入某种介质时，入射角 折射角；当光由介质射入真空(或空气)时，入射角 折射角．
3．折射率的理解
（1）n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)中，θ1指的是真空中的光线与法线的夹角，θ2指的是介质中的光线与法线间的夹角；
（2）折射率由 性质决定，与入射角的大小无关．
（3）折射率与介质的 没有关系，光密介质不是指密度大的介质．
（4）同一种介质中，频率越大的色光折射率越 ，传播速度越 ．
（5）同一色光，在不同的介质中，波速和波长不同，但频率不变
考题1：n＝eq \f(sin θ1,sin θ2) 的应用
【例1】（22-23高二下·广西玉林·期中）如图所示，半径为R的半圆形玻璃砖。OP距离，当从P点入射的光线与界面的夹角θ=30°时，光能够射到Q点（OQ连线垂直于界面OP）。已知真空中的光速为c，求：
（1）半圆形玻璃砖的折射率；
（2）光在玻璃砖中从P到Q经历的时间。
【变式】（22-23高二下·安徽芜湖·期中）如图所示，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，，。一束光线平行于底边BC射到AB边上并进入棱镜，然后垂直于AC边射出，则棱镜的折射率为 。
考题2：n＝eq \f(c,v) 的应用
【例2】（22-23高二下·广东佛山·阶段练习）由某种透明材料制成的半球的截面如图所示，O为球心，AO为其对称轴。一单色光从截面的B点平行于对称轴AO射入半球，此时透明半球左侧恰好没有光线射出。透明半球的半径为R，O、B两点间距离为，光在真空中的传播速度为c。求：
（1）透明材料的折射率n；
（2）光在透明半球中传播所用时间t。
【变式】（22-23高二下·北京西城·期中）玻璃三棱镜ABC顶角为，一束光线垂直于AB面射入棱镜，由AC面射出到空气，今测得射出光线与入射光线夹角为，如图所示，求此玻璃的折射率n和光在玻璃棱镜中传播的速度v。（已知光在真空中的速度为c=3×108m/s）
考点02 全反射的理解及应用
1．定义：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线将全部 ，只剩下反射光线的现象．
2．条件：(1)光从光密介质射入光疏介质．(2)入射角 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，则sin C＝eq \f(1,n).介质的折射率越大，发生全反射的临界角越 ．
4．光导纤维
光导纤维的原理是利用光的 ．如图所示．
考题1：全反射的条件和临界角
【例3】（2023高二下·北京海淀·期中）如图所示，一束红光由空气射入某种液体，是空气与这种液体的分界面，红光由空气射到分界面；一部分光被反射。一部分光进入液体中。当入射角是45°时，折射角为30°，光在真空中的传播速度为3×108m/s。求
（1）该液体对红光的折射率；
（2）红光在该液体中的传播速度；
（3）该液体对红光的全反射临界角。
【变式】（22-23高二下·福建莆田·期中）在一个半径为r的圆形轻木塞中心插一大头针，然后把它倒放在液体中，调节大头针插入的深度，当针头在水面下深度为d时，观察者不论在液面上方何处，都刚好看不到液体下方的大头针（如图所示）。求液体的折射率。
考题2：折射和全反射的综合问题
【例4】（23-24高二上·浙江杭州·期中）如图是内径为R，外径为2R空心玻璃圆柱体横截面图，玻璃的折射率为，圆柱体空心部分为空气，在横截面内，两束单色平行光a、b射向圆柱体，a光的折射光线在圆柱体内表面恰好没有折射进空心部分，b光的折射光线恰好与圆柱体内表面相切，求：
（1）b光射向圆柱体外表面的入射角；
（2）a、b两束光的间距。
【变式】（23-24高二上·江苏镇江·期中）一束范围足够大的平行激光束，垂直于半圆柱透镜的平面射到半圆柱透镜上，如图所示，已知其中一条光线沿直线穿过透镜，它的入射点是O；另一条光线的入射点A，穿过透镜后两条光线交于P点，已知透镜在截面的圆半径为R，，.光在真空中的速度为c
（1）求透镜材料的折射率.
（2）入射点为A的光从A到传播到P所需的时间
（3）光能从半圆柱透镜射出的入射光宽度x
考点03 光路的控制和色散
1．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制
特别提醒 不同颜色的光的频率不同，在同一种介质中的折射率、光速也不同，发生全反射现象的临界角也不同．
2．光的色散及成因
(1)含有多种颜色的光被分解为单色光的现象称为光的色散．
(2)含有多种颜色的光从一种介质进入另一种介质，由于介质对不同色光的折射率不同，各种色光的偏折程度不同，所以产生光的色散．
3．各种色光的比较
考题1：不同色光折射率的大小比较
【例5】（23-24高二上·江苏镇江·期中）如图所示为半圆柱体玻璃的横截面，其中为直径，一束红、蓝复色光沿方向从真空射入玻璃，经折射后分别到达圆弧面上的B、C两点，两色光从O到圆弧面的时间分别记作和，下列说法正确的是（ ）
A．是紫光，B．是紫光，
C．是红光，D．是红光，
【变式】（22-23高二下·云南楚雄·期中）每年夏季，我国多地会出现日晕现象。日晕是太阳光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的。一束太阳光射到正六边形冰晶时的光路图如图所示，a、b为其折射出的光线中的两种单色光。下列说法正确的是（ ）
A．a光的频率大于b光B．a光的波长大于b光
C．在冰晶中，b光的传播速度比a光大D．在真空中，a光的传播速度比b光大
考点04 光的干涉
1．双缝干涉
(1)光能够发生干涉的条件：两光的频率相同，振动步调相同．
(2)双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即Δx＝eq \f(l,d)λ.
(3)用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白条纹，两侧为彩色条纹．
2．亮暗条纹的判断方法
(1)如图1所示，光源S1、S2发出的光到屏上某点的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)时，光屏上出现亮条纹．
(2)光的路程差r2－r1＝(2k＋1)eq \f(λ,2)(k＝0,1,2…)时，光屏上出现暗条纹．
3．条纹间距：Δx＝eq \f(l,d)λ，其中l是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，λ是光波的波长．
4．薄膜干涉
(1)形成：如图2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，在膜的前表面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)亮、暗条纹的判断
①在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于波长的整数倍，即Δr＝nλ(n＝1,2,3…)，薄膜上出现亮条纹．
②在Q处，两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍，即Δr＝(2n＋1)eq \f(λ,2)(n＝0,1,2,3…)，薄膜上出现暗条纹．
(3)薄膜干涉的应用
①增透膜：增透膜的厚度为透射光在薄膜中波长的四分之一，使薄膜前后两面的反射光的路程差为薄膜中波长的一半，故反射光叠加后减弱，透射光的强度增强。
②干涉法检查平面如图所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检查平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检查平面不平整，则干涉条纹发生弯曲．
考题1：双缝干涉
【例6】（22-23高二上·江苏徐州·期中）图甲为研究光的干涉与衍射现象的实验装置。狭缝、的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。用单色光垂直照射在狭缝上，调节狭缝、的宽度，分别在屏上得到图乙和图丙所示的图样（图中阴影表示暗条纹）。下列说法正确的是（ ）
A．图乙是单缝衍射图样，图丙是双缝干涉图样
B．仅增大L，图乙中相邻亮条纹的中心间距减小
C．仅减小狭缝宽度，图丙中亮条纹的条数将减小
D．将单色光由绿光改为红光，图乙中相邻亮条纹的中心间距减小
【变式】（多选）（23-24高二上·上海浦东新·期中）2003年全美物理学家的一项调查中评选出“十大最美物理实验”，图甲是双缝干涉示意图，两种单色光分别通过同一双缝干涉装置得到的干涉图样如图乙、丙所示，下列说法正确的是（ ）
A．屏上亮条纹处到双缝的距离一定相等
B．丙图样比乙图样中光的频率小
C．若只增大挡板与屏间的距离l，相邻亮条纹间的距离将增大
D．若挡住挡板上其中一个狭缝，屏上将无亮暗条纹呈现
考题2：干涉在生活中的应用
【例7】（23-24高二上·江苏徐州·期中）光的干涉现象在技术中有许多应用。如图甲所示是利用光的干涉检查某精密光学平面的平整度，若在被检平面上有一处凸起，则观察者从上往下看到的干涉条纹可能为（ ）
A．B．C．D．
【变式】（多选）（22-23高二上·湖北武汉·期中）如图所示，下列图片场景解释说法错误的有（ ）
A．如图甲，立体电影原理和照相机镜头表面涂上的增透膜的原理一样
B．如图乙，肥皂膜上的彩色条纹是薄膜干涉现象
C．如图丙，筷子“折断”的现象说明光线在不同介质的交界处发生了折射
D．如图丁，是光线通过一个不透光的小圆盘得到的干涉图样
考点05 光的衍射和偏振
一、光的衍射
几种典型衍射条纹的特点
(1)单缝衍射：①单色光的衍射图样中间为 (填特点)的单色条纹，两侧是 的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；单色光的波长越长，单缝越窄，中央亮纹越宽。如图7所示。
②白光的衍射图样中间为宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹。其中最靠近中央的色光是紫光，离中央最远的是红光，如图8所示，这是光在衍射时的色散。
(2)圆孔衍射：如图9所示，中央是大且亮的 ，周围分布着明暗相间的 圆环，且越靠外，亮圆环越窄越暗。
(3)圆盘衍射(泊松亮斑)：如图10所示，当光照到不透明的半径很小的小圆盘上时，对于一定的波长，在适当的距离上，圆盘的阴影中心出现亮斑，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。
2．发生明显衍射的条件
在障碍物或狭缝的尺寸与光的波长 ，甚至比光的波长 的时候，衍射现象才会十分明显。在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别。
3．单缝衍射与双缝干涉的比较
4．白光干涉和衍射形成彩色条纹的原因
(1)双缝干涉时，根据亮条纹中心位置的公式x＝neq \f(l,d)λ(n＝0，±1，±2，…)，各种单色光的波长不同，在屏上的亮纹位置(间距)就不同，所以各色光亮纹不重合呈现彩色条纹，中央位置对各单色光路程差都为0，所以叠加出白色条纹。
(2)单缝衍射时，缝宽一定，光的波长越长，中央亮纹越宽，且各单色光衍射时的其他条纹位置不同，所以白光的单缝衍射中央亮纹叠加出白色，两侧呈彩色。
5．干涉与衍射的本质
光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理。光的干涉是两列波的叠加，光的单缝衍射是来自单缝不同位置的无限列光波通过缝之后叠加时加强或削弱的结果。
二、光的偏振
1．偏振
在横波中，各点的振动方向总与波的传播方向 。不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是 ，这个现象称为“偏振现象”。横波的振动方向称为“偏振方向”。
2.自然光
太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿 振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫作自然光。如图11所示。
3．偏振光
在 于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光，叫作偏振光。光的偏振证明光是 。自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。
偏振光并不罕见。除了从太阳、白炽灯等光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是不同程度的偏振光。自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光(如图12所示)，入射角变化时偏振的程度也有变化。
4、偏振光的产生方式
(1)自然光通过起偏器时产生偏振光。
通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器。第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器。
(2)自然光射到两种介质的界面上时，反射光和折射光都是偏振光。
5．自然光和偏振光的比较
6.光的偏振的理论意义及应用
(1)理论意义：光的干涉和衍射现象说明了光是波，但不能确定光是横波还是纵波，光的偏振现象说明了光是横波。
(2)应用：照相机镜头前装偏振片减弱反射光，放映和观看立体电影，电子表的液晶显示器等。
考题1：干涉、衍射现象的判断
【例8】（22-23高二下·北京海淀·期中）在一束单色光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后，在光屏上得到如图四幅图样，关于光屏前传播方向上放置的装置，以下说法正确的是（ ）
A．甲是单缝、乙是双缝
B．乙是双缝、丙是小圆孔
C．甲是双缝、丁是小圆孔
D．丙是小圆孔、丁是小圆板
【变式】（多选）（20-21高二下·浙江嘉兴·期中）对下图中所列光学现象的认识，正确的是（ ）
A．甲图中，全息照片的拍摄利用了光的干涉原理，因此需要用激光进行拍摄
B．乙图中，用白光照射不透明的小圆盘，在圆盘阴影中心出现一个亮斑是光的折射现象
C．丙图中，用3D眼镜看3D电影感受到的立体影像是利用了光的偏振现象
D．丁图中，阳光下吹出的肥皂泡呈现出彩色花纹是光的全反射现象
考题2：光的偏振现象
【例9】（19-20高二下·江苏苏州·期中）如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，则（ ）
A．图中a光为偏振光
B．图中b光为偏振光
C．以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮
D．以SP为轴将B转过90°后，在P处仍看不到光亮
【变式】（22-23高二下·北京西城·期中）如图所示，让白炽灯发出的光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P和Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象。这个实验说明（ ）
A．光在真空中可以传播B．光是一种横波
C．光是一种纵波D．光能发生衍射现象
类别
项目
平行玻璃砖
三棱镜
圆柱体(球)
结构
玻璃砖上下表面是平行的
横截面为三角形
横截面是圆
对光线的作用
通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移
通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底边偏折
圆界面的法线是过圆心的直线，经过两次折射后向圆心偏折
应用
测定玻璃的折射率
全反射棱镜，改变光的传播方向
改变光的传播方向
颜色
红橙黄绿青蓝紫
频率f
低→高
同一介质中的折射率
小→大
同一介质中速度
大→小
波长
大→小
临界角
大→小
通过棱镜的偏折角
小→大
两种现象
单缝衍射
双缝干涉
不同点
图样特点
条纹宽度
条纹宽度不等，中央最宽
条纹宽度相等
条纹中心间距
两相邻亮条纹中心间距不等
两相邻亮条纹中心间距相等
亮度情况
中央条纹最亮，两侧条纹逐渐变暗
条纹清晰，亮度基本相等
发生条件
产生明显衍射的条件：障碍物或孔、缝的尺寸与光的波长差不多或比光的波长更小
两束光频率相同、相位差恒定、振动方向相同
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象，波长越长越明显；干涉、衍射都形成明暗相间的条纹
自然光(非偏振光)
偏振光
光的来源
直接从光源发出的光
自然光通过起偏器后的光
光的振动方向
在垂直于光的传播方向的平面内，光的振动沿任意方向，且沿各个方向振动的光的强度相同
在垂直于光的传播方向的平面内，光的振动沿特定方向
TOC \ "1-3" \h \u \l "_Tc30033" PAGEREF _Tc30033 \h 2
\l "_Tc26723" PAGEREF _Tc26723 \h 2
\l "_Tc15680" 考点01 光的折射现象 PAGEREF _Tc15680 \h 2
\l "_Tc23840" 考题1：n＝eq \f(sin θ1,sin θ2) 的应用 PAGEREF _Tc23840 \h 3
\l "_Tc26629" 考题2：n＝eq \f(c,v) 的应用 PAGEREF _Tc26629 \h 3
\l "_Tc30198" 考点02 全反射的理解及应用 PAGEREF _Tc30198 \h 4
\l "_Tc13751" 考题1：全反射的条件和临界角 PAGEREF _Tc13751 \h 4
\l "_Tc6504" 考题2：折射和全反射的综合问题 PAGEREF _Tc6504 \h 5
\l "_Tc9834" 考点03 光路的控制和色散 PAGEREF _Tc9834 \h 6
\l "_Tc13395" 考题1：不同色光折射率的大小比较 PAGEREF _Tc13395 \h 7
\l "_Tc5180" 考点04 光的干涉 PAGEREF _Tc5180 \h 7
\l "_Tc7755" 考题1：双缝干涉 PAGEREF _Tc7755 \h 9
\l "_Tc28335" 考题2：干涉在生活中的应用 PAGEREF _Tc28335 \h 9
\l "_Tc11774" 考点05 光的衍射和偏振 PAGEREF _Tc11774 \h 10
\l "_Tc10764" 考题1：干涉、衍射现象的判断 PAGEREF _Tc10764 \h 13
\l "_Tc26014" 考题2：光的偏振现象 PAGEREF _Tc26014 \h 13
考点01 光的折射现象
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 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 比．
（2）表达式：eq \f(sin θ1,sin θ2)＝n.
（3）在光的折射现象中，光路是 的．
2．折射率
（1）折射率是一个反映介质的 的物理量．
（2）定义式：n＝eq \f(sin θ1,sin θ2).
（3）计算公式：n＝eq \f(c,v)，因为v
3．折射率的理解
（1）n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)中，θ1指的是真空中的光线与法线的夹角，θ2指的是介质中的光线与法线间的夹角；
（2）折射率由 性质决定，与入射角的大小无关．
（3）折射率与介质的 没有关系，光密介质不是指密度大的介质．
（4）同一种介质中，频率越大的色光折射率越 ，传播速度越 ．
（5）同一色光，在不同的介质中，波速和波长不同，但频率不变
考题1：n＝eq \f(sin θ1,sin θ2) 的应用
【例1】（22-23高二下·广西玉林·期中）如图所示，半径为R的半圆形玻璃砖。OP距离，当从P点入射的光线与界面的夹角θ=30°时，光能够射到Q点（OQ连线垂直于界面OP）。已知真空中的光速为c，求：
（1）半圆形玻璃砖的折射率；
（2）光在玻璃砖中从P到Q经历的时间。
【变式】（22-23高二下·安徽芜湖·期中）如图所示，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，，。一束光线平行于底边BC射到AB边上并进入棱镜，然后垂直于AC边射出，则棱镜的折射率为 。
考题2：n＝eq \f(c,v) 的应用
【例2】（22-23高二下·广东佛山·阶段练习）由某种透明材料制成的半球的截面如图所示，O为球心，AO为其对称轴。一单色光从截面的B点平行于对称轴AO射入半球，此时透明半球左侧恰好没有光线射出。透明半球的半径为R，O、B两点间距离为，光在真空中的传播速度为c。求：
（1）透明材料的折射率n；
（2）光在透明半球中传播所用时间t。
【变式】（22-23高二下·北京西城·期中）玻璃三棱镜ABC顶角为，一束光线垂直于AB面射入棱镜，由AC面射出到空气，今测得射出光线与入射光线夹角为，如图所示，求此玻璃的折射率n和光在玻璃棱镜中传播的速度v。（已知光在真空中的速度为c=3×108m/s）
考点02 全反射的理解及应用
1．定义：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线将全部 ，只剩下反射光线的现象．
2．条件：(1)光从光密介质射入光疏介质．(2)入射角 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，则sin C＝eq \f(1,n).介质的折射率越大，发生全反射的临界角越 ．
4．光导纤维
光导纤维的原理是利用光的 ．如图所示．
考题1：全反射的条件和临界角
【例3】（2023高二下·北京海淀·期中）如图所示，一束红光由空气射入某种液体，是空气与这种液体的分界面，红光由空气射到分界面；一部分光被反射。一部分光进入液体中。当入射角是45°时，折射角为30°，光在真空中的传播速度为3×108m/s。求
（1）该液体对红光的折射率；
（2）红光在该液体中的传播速度；
（3）该液体对红光的全反射临界角。
【变式】（22-23高二下·福建莆田·期中）在一个半径为r的圆形轻木塞中心插一大头针，然后把它倒放在液体中，调节大头针插入的深度，当针头在水面下深度为d时，观察者不论在液面上方何处，都刚好看不到液体下方的大头针（如图所示）。求液体的折射率。
考题2：折射和全反射的综合问题
【例4】（23-24高二上·浙江杭州·期中）如图是内径为R，外径为2R空心玻璃圆柱体横截面图，玻璃的折射率为，圆柱体空心部分为空气，在横截面内，两束单色平行光a、b射向圆柱体，a光的折射光线在圆柱体内表面恰好没有折射进空心部分，b光的折射光线恰好与圆柱体内表面相切，求：
（1）b光射向圆柱体外表面的入射角；
（2）a、b两束光的间距。
【变式】（23-24高二上·江苏镇江·期中）一束范围足够大的平行激光束，垂直于半圆柱透镜的平面射到半圆柱透镜上，如图所示，已知其中一条光线沿直线穿过透镜，它的入射点是O；另一条光线的入射点A，穿过透镜后两条光线交于P点，已知透镜在截面的圆半径为R，，.光在真空中的速度为c
（1）求透镜材料的折射率.
（2）入射点为A的光从A到传播到P所需的时间
（3）光能从半圆柱透镜射出的入射光宽度x
考点03 光路的控制和色散
1．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制
特别提醒 不同颜色的光的频率不同，在同一种介质中的折射率、光速也不同，发生全反射现象的临界角也不同．
2．光的色散及成因
(1)含有多种颜色的光被分解为单色光的现象称为光的色散．
(2)含有多种颜色的光从一种介质进入另一种介质，由于介质对不同色光的折射率不同，各种色光的偏折程度不同，所以产生光的色散．
3．各种色光的比较
考题1：不同色光折射率的大小比较
【例5】（23-24高二上·江苏镇江·期中）如图所示为半圆柱体玻璃的横截面，其中为直径，一束红、蓝复色光沿方向从真空射入玻璃，经折射后分别到达圆弧面上的B、C两点，两色光从O到圆弧面的时间分别记作和，下列说法正确的是（ ）
A．是紫光，B．是紫光，
C．是红光，D．是红光，
【变式】（22-23高二下·云南楚雄·期中）每年夏季，我国多地会出现日晕现象。日晕是太阳光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的。一束太阳光射到正六边形冰晶时的光路图如图所示，a、b为其折射出的光线中的两种单色光。下列说法正确的是（ ）
A．a光的频率大于b光B．a光的波长大于b光
C．在冰晶中，b光的传播速度比a光大D．在真空中，a光的传播速度比b光大
考点04 光的干涉
1．双缝干涉
(1)光能够发生干涉的条件：两光的频率相同，振动步调相同．
(2)双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即Δx＝eq \f(l,d)λ.
(3)用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白条纹，两侧为彩色条纹．
2．亮暗条纹的判断方法
(1)如图1所示，光源S1、S2发出的光到屏上某点的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)时，光屏上出现亮条纹．
(2)光的路程差r2－r1＝(2k＋1)eq \f(λ,2)(k＝0,1,2…)时，光屏上出现暗条纹．
3．条纹间距：Δx＝eq \f(l,d)λ，其中l是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，λ是光波的波长．
4．薄膜干涉
(1)形成：如图2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，在膜的前表面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)亮、暗条纹的判断
①在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于波长的整数倍，即Δr＝nλ(n＝1,2,3…)，薄膜上出现亮条纹．
②在Q处，两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍，即Δr＝(2n＋1)eq \f(λ,2)(n＝0,1,2,3…)，薄膜上出现暗条纹．
(3)薄膜干涉的应用
①增透膜：增透膜的厚度为透射光在薄膜中波长的四分之一，使薄膜前后两面的反射光的路程差为薄膜中波长的一半，故反射光叠加后减弱，透射光的强度增强。
②干涉法检查平面如图所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检查平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检查平面不平整，则干涉条纹发生弯曲．
考题1：双缝干涉
【例6】（22-23高二上·江苏徐州·期中）图甲为研究光的干涉与衍射现象的实验装置。狭缝、的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。用单色光垂直照射在狭缝上，调节狭缝、的宽度，分别在屏上得到图乙和图丙所示的图样（图中阴影表示暗条纹）。下列说法正确的是（ ）
A．图乙是单缝衍射图样，图丙是双缝干涉图样
B．仅增大L，图乙中相邻亮条纹的中心间距减小
C．仅减小狭缝宽度，图丙中亮条纹的条数将减小
D．将单色光由绿光改为红光，图乙中相邻亮条纹的中心间距减小
【变式】（多选）（23-24高二上·上海浦东新·期中）2003年全美物理学家的一项调查中评选出“十大最美物理实验”，图甲是双缝干涉示意图，两种单色光分别通过同一双缝干涉装置得到的干涉图样如图乙、丙所示，下列说法正确的是（ ）
A．屏上亮条纹处到双缝的距离一定相等
B．丙图样比乙图样中光的频率小
C．若只增大挡板与屏间的距离l，相邻亮条纹间的距离将增大
D．若挡住挡板上其中一个狭缝，屏上将无亮暗条纹呈现
考题2：干涉在生活中的应用
【例7】（23-24高二上·江苏徐州·期中）光的干涉现象在技术中有许多应用。如图甲所示是利用光的干涉检查某精密光学平面的平整度，若在被检平面上有一处凸起，则观察者从上往下看到的干涉条纹可能为（ ）
A．B．C．D．
【变式】（多选）（22-23高二上·湖北武汉·期中）如图所示，下列图片场景解释说法错误的有（ ）
A．如图甲，立体电影原理和照相机镜头表面涂上的增透膜的原理一样
B．如图乙，肥皂膜上的彩色条纹是薄膜干涉现象
C．如图丙，筷子“折断”的现象说明光线在不同介质的交界处发生了折射
D．如图丁，是光线通过一个不透光的小圆盘得到的干涉图样
考点05 光的衍射和偏振
一、光的衍射
几种典型衍射条纹的特点
(1)单缝衍射：①单色光的衍射图样中间为 (填特点)的单色条纹，两侧是 的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；单色光的波长越长，单缝越窄，中央亮纹越宽。如图7所示。
②白光的衍射图样中间为宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹。其中最靠近中央的色光是紫光，离中央最远的是红光，如图8所示，这是光在衍射时的色散。
(2)圆孔衍射：如图9所示，中央是大且亮的 ，周围分布着明暗相间的 圆环，且越靠外，亮圆环越窄越暗。
(3)圆盘衍射(泊松亮斑)：如图10所示，当光照到不透明的半径很小的小圆盘上时，对于一定的波长，在适当的距离上，圆盘的阴影中心出现亮斑，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。
2．发生明显衍射的条件
在障碍物或狭缝的尺寸与光的波长 ，甚至比光的波长 的时候，衍射现象才会十分明显。在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别。
3．单缝衍射与双缝干涉的比较
4．白光干涉和衍射形成彩色条纹的原因
(1)双缝干涉时，根据亮条纹中心位置的公式x＝neq \f(l,d)λ(n＝0，±1，±2，…)，各种单色光的波长不同，在屏上的亮纹位置(间距)就不同，所以各色光亮纹不重合呈现彩色条纹，中央位置对各单色光路程差都为0，所以叠加出白色条纹。
(2)单缝衍射时，缝宽一定，光的波长越长，中央亮纹越宽，且各单色光衍射时的其他条纹位置不同，所以白光的单缝衍射中央亮纹叠加出白色，两侧呈彩色。
5．干涉与衍射的本质
光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理。光的干涉是两列波的叠加，光的单缝衍射是来自单缝不同位置的无限列光波通过缝之后叠加时加强或削弱的结果。
二、光的偏振
1．偏振
在横波中，各点的振动方向总与波的传播方向 。不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是 ，这个现象称为“偏振现象”。横波的振动方向称为“偏振方向”。
2.自然光
太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿 振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫作自然光。如图11所示。
3．偏振光
在 于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光，叫作偏振光。光的偏振证明光是 。自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。
偏振光并不罕见。除了从太阳、白炽灯等光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是不同程度的偏振光。自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光(如图12所示)，入射角变化时偏振的程度也有变化。
4、偏振光的产生方式
(1)自然光通过起偏器时产生偏振光。
通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器。第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器。
(2)自然光射到两种介质的界面上时，反射光和折射光都是偏振光。
5．自然光和偏振光的比较
6.光的偏振的理论意义及应用
(1)理论意义：光的干涉和衍射现象说明了光是波，但不能确定光是横波还是纵波，光的偏振现象说明了光是横波。
(2)应用：照相机镜头前装偏振片减弱反射光，放映和观看立体电影，电子表的液晶显示器等。
考题1：干涉、衍射现象的判断
【例8】（22-23高二下·北京海淀·期中）在一束单色光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后，在光屏上得到如图四幅图样，关于光屏前传播方向上放置的装置，以下说法正确的是（ ）
A．甲是单缝、乙是双缝
B．乙是双缝、丙是小圆孔
C．甲是双缝、丁是小圆孔
D．丙是小圆孔、丁是小圆板
【变式】（多选）（20-21高二下·浙江嘉兴·期中）对下图中所列光学现象的认识，正确的是（ ）
A．甲图中，全息照片的拍摄利用了光的干涉原理，因此需要用激光进行拍摄
B．乙图中，用白光照射不透明的小圆盘，在圆盘阴影中心出现一个亮斑是光的折射现象
C．丙图中，用3D眼镜看3D电影感受到的立体影像是利用了光的偏振现象
D．丁图中，阳光下吹出的肥皂泡呈现出彩色花纹是光的全反射现象
考题2：光的偏振现象
【例9】（19-20高二下·江苏苏州·期中）如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，则（ ）
A．图中a光为偏振光
B．图中b光为偏振光
C．以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮
D．以SP为轴将B转过90°后，在P处仍看不到光亮
【变式】（22-23高二下·北京西城·期中）如图所示，让白炽灯发出的光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P和Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象。这个实验说明（ ）
A．光在真空中可以传播B．光是一种横波
C．光是一种纵波D．光能发生衍射现象
类别
项目
平行玻璃砖
三棱镜
圆柱体(球)
结构
玻璃砖上下表面是平行的
横截面为三角形
横截面是圆
对光线的作用
通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移
通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底边偏折
圆界面的法线是过圆心的直线，经过两次折射后向圆心偏折
应用
测定玻璃的折射率
全反射棱镜，改变光的传播方向
改变光的传播方向
颜色
红橙黄绿青蓝紫
频率f
低→高
同一介质中的折射率
小→大
同一介质中速度
大→小
波长
大→小
临界角
大→小
通过棱镜的偏折角
小→大
两种现象
单缝衍射
双缝干涉
不同点
图样特点
条纹宽度
条纹宽度不等，中央最宽
条纹宽度相等
条纹中心间距
两相邻亮条纹中心间距不等
两相邻亮条纹中心间距相等
亮度情况
中央条纹最亮，两侧条纹逐渐变暗
条纹清晰，亮度基本相等
发生条件
产生明显衍射的条件：障碍物或孔、缝的尺寸与光的波长差不多或比光的波长更小
两束光频率相同、相位差恒定、振动方向相同
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象，波长越长越明显；干涉、衍射都形成明暗相间的条纹
自然光(非偏振光)
偏振光
光的来源
直接从光源发出的光
自然光通过起偏器后的光
光的振动方向
在垂直于光的传播方向的平面内，光的振动沿任意方向，且沿各个方向振动的光的强度相同
在垂直于光的传播方向的平面内，光的振动沿特定方向
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