高中物理选修3-4第十三章----光-总结及练习资料讲解

高中物理选修3-4第十三章----光-总结
及练习
高中物理选修3-4第十三章知识点总结及练习
第十三章 光
第一节光的反射和折射
知识点1光的折射定律 折射率
1）光的折射定律
①入射角、反射角、折射角都是各自光线与法线的夹角！
②表达式：2211sin sin θθn n =
③在光的折射现象中，光路也是可逆的
2）折射率
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，叫做这种介质的绝对折射率，用符号n 表示
sin sin n θθ=大
小
n 是反映介质光学性质的一个物理量，n 越大，表明光线偏折越厉害。

发生
折射的原因是光在不同介质中，速度不同 例题：光在某介质中的传播速度是2.122×108m/s ，当光线以30°入射角，由该介质射入空
气时，折射角为多少？
解：由介质的折射率与光速的关系得
又根据介质折射率的定义式得
r 为在空气中光线、法线间的夹角即为所求．i 为在介质中光线与法线间的夹角30°． 由(1)、(2)两式解得：
所以r=45°．
白光通过三棱镜时，会分解出各种色光，在屏上形成红→紫的彩色光带（注意：不同介质中，光的频率不变。

）
练习：1、如图所示，平面镜AB 水平放置，入射光线PO 与AB 夹角为30°，当AB 转过20°角至A′B′位置时，下列说法正确的是 ( )
A ．入射角等于50°
B ．入射光线与反射光线的夹角为80°
c n v =
C ．反射光线与平面镜的夹角为40°
D ．反射光线与AB 的夹角为60°
2、一束光从空气射入某种透明液体，入射角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 ( )
A ．小于40°
B ．在40°与50°之间
C ．大于140°
D ．在100°与140°与间
3、太阳光沿与水平面成30°角的方向射到平面镜上，为了使反射光线沿水平
方向射出，则平面镜跟水平面所成的夹角可以是 ( )
A ．15°
B ．30°
C ．60°
D ．105°
知识点：2、测定玻璃的折射率（实验、探究）
1．实验的改进：找到入射光线和折射光线以后，可以入射点
O 为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO 、OO′（或OO′的
延长线）交于C 点和D 点，过C 、D 两点分别向NN′做垂线，
交NN′于C′、D′点， 则易得：n = CC′/DD′
2．实验方法：插针法
例题：光线从空气射向玻璃砖，当入射光线与玻璃砖表面成30°角时，折射光线与反射光线恰好垂直，则此玻璃砖的折射率为 ( ) A ．2 B ．3 C ．22 D ．3
3 练习：1、光线从空气射向折射率n ＝2的玻璃表面，入射角为θ1，求：
当θ1＝45º时，折射角多大？
2、光线从空气射向折射率n ＝2的玻璃表面，入射角为θ1，求：当θ1多大时，反射光线和折射光线刚好垂直？
（1）300（2）arctan 2
3、为了测定水的折射率，某同学将一个高32cm ，底面直径24cm 的圆筒内注满水，如图所示，这时从P 点恰能看到筒底的A 点．把水倒掉后仍放在原处，这时再从P 点观察只能看到B 点，B 点和C 点的距离为18cm ．由以上数据计算得水的折射率为多少? 4/3
第二节全反射
知识点：光的全反射
i 越大，γ越大，折射光线越来越弱，反射光越来越强。

1）全反射：
光疏介质和光密介质：折射率小的介质叫光疏介质，折射率大的介质叫光
密介质。

注意：光疏和光密介质是相对的。

全反射是光从光密介质射向光疏介质时，折射光线消失（γ=900），只剩下反射光线的现象。

2）发生全反射的条件：
①光必须从光密介质射向光疏介质
②入射角必须大于（或等于）临界角
3）临界角1sin c n 4）应用
①全反射棱镜
形状：等腰直角三角形
原理：如图
条件：玻璃折射率大于1.4
优点：比平面镜反射时失真小
②光导纤维：折射率大的内芯、折射率小的外套 P71光导纤维P72做一做
时间计算中注意光的路程不是两地距离及光在介质中的速度不是光速
③海市蜃楼：
沙漠：倒立虚像；海洋：正立虚像
例题：如图，长方体ABCD 是折射率为1.5的玻璃砖，将其放在空气中，一束光以入射角θ射到AB 面的P 点上，AD=2AP ，求：
（1）要使此光束进入长方体后能直接折射到AD 面上，θ
的最小值是多少；
（2）要使此光束直接折射到AD 面上的光能在AD 面上发
生全反射，θ的取值范围是多少。

（1）arcsin 1053 （2）arcsin 10
53≤θ≤ arcsin 25
练习：1、光导纤维的内部结构由内芯和外套组成，它们的材料不同，光在内芯中传播，则 ( )
A ．内芯的折射率比外套大，光在内芯与外套的界面上发生全反射
B ．内芯的折射率比外套小，光在内芯与外套的界面上发生全反射
C ．内芯的折射率比外套小，光在内芯与外套的界面上发生折射
D ．内芯和外套的折射率相同，外套的材料韧性较强，起保护作用
2、自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理，在夜间骑车时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯时，会有较强的光被反射回去，从而引起汽车司机的注意，若尾灯的纵截面图如图所示，则汽车灯光应从
（ ）
A ．左侧射入在尾灯右侧发生全反射
B ．左侧射入在尾灯左侧发生全反射
C ．右侧射入在尾灯右侧发生全反射
D ．右侧射入在尾灯左侧发生全反射
3、一潜水员在水深为h 的地方向水面观察时，发现整个天空及远处地面的景物均呈现在水面处的一圆形区域内。

已知水的折射率为n ，则圆形区域的半径为 ( )
A ．nh
B ．n h
C ．12-n h
D ．12-n h
第三节光的干涉
知识点：光的干涉
1）光的干涉现象：是波动特有的现象，由托马斯•杨首次观察到。

（1）在双缝干涉实验中，条纹宽度或条纹间距：
λd
L x =∆ L ：屏到挡板间的距离，d ：双缝的间距，λ：光的波长，△x ：相邻亮纹
（暗纹）间的距离
（2）图象特点：
中央为明条纹，两边等间距对称分布明暗相间条纹。

红光（λ最大）明、暗条纹最宽，紫光明、暗条纹最窄。

白光干涉图象中央明条纹外侧为红色。

2）光的颜色、色散
A 、薄膜干涉（等厚干涉）：
图象特点：同一条亮（或暗）条纹上所对应薄膜厚度完全相等。

不同λ的光做实验，条纹间距不同
单色光在肥皂膜上（上薄下厚）形成水平状明暗相间条纹
B 、薄膜干涉中的色散
⑴、各种看起来是彩色的膜，一般都是由于干涉引起的
⑵、原理：膜的前后两个面反射的光形成的
⑶、现象：同一厚度的膜，对应着同一亮纹（或暗纹）
⑷、厚度变化越快，条纹越密
白光入射形成彩色条纹。

C 、折射时的色散
⑴光线经过棱镜后向棱镜的底面偏折。

折射率越大，偏折的程度越大
⑵不同颜色的光在同一介质中的折射率不同。

同一种介质中，由红光到紫光，波长越来越短、折射率越来越大、波速越来越慢
3）光的衍射：单缝衍射图象特点：中央最宽最亮；两侧条纹不等间隔且较暗；条纹数较少。

（白光入射为彩色条纹）。

光的衍射条纹：中间宽，两侧窄的明暗相间条纹（典例：泊松亮斑）
共同点：同等条件下，波长越长，条纹越宽
4）光的偏振：证明了光是横波；常见的光的偏振现象：摄影，太阳镜，动感投影片，晶体的检测，玻璃反光
⑴偏振片由特定的材料制成，它上面有一个特殊的方向（叫做透振方向），只有振动方向与透振方向平行的光波才能通过偏振片。

⑵当只有一块偏振片时，以光的传播方向为轴旋转偏振片，透射光的强度不变。

当两块偏振片的透振方向平行时，透射光的强度最大，但是，比通过一块偏振片时要弱。

当两块偏振片的透振方向垂直时，透射光的强度最弱，几乎为零。

⑶只有横波才有偏振现象。

⑷光波的感光作用和生理作用等主要是由电场强度E所引起的，因此常将E
的振动称为光振动。

⑸除了从光源（如太阳、电灯等）直接发出的光以外，我们通常看到的绝大
部分光，都是偏振光。

自然光射到两种介质的界面上，如果光入射的方向合适，使反射光与折射光之间的夹角恰好是90°，这时，反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振方向互相垂直。

⑹偏振现象的应用：拍摄、液晶显示、汽车车灯（偏振化方向都沿同一方向
并与水平面成45°）、立体电影（左眼偏振片的偏振化方向与左面放像机上的偏振化方向相同，右眼偏振片的偏振化方向与右面放像机上的偏振化方向相同）
例题：在双缝干涉实验中保持狭缝间的距离和狭缝到屏的距离都不变，用不同的色光照射时，则下列叙述正确的是
( )
A．红光的干涉条纹间距最大 B．紫光的干涉条纹间距最大
C．红光和紫光干涉条纹间距一样大 D．用白光照射会出现白色干涉条纹
练习：1、薄膜干涉条纹产生的原因是( )
A．薄膜内的反射光线和折射光线相互叠加
B．同一束光线经薄膜前后两表面反射后相互叠加
C．入射光线和从薄膜反射回来的光线叠加
D．明条纹是波峰和波峰叠加而成，暗条纹是波谷与波谷叠加而成
2、下面有关光的干涉现象的描述中，正确的是( )
A．在光的双缝干涉实验中，将入射光由绿光改为紫光，则条纹间隔变宽
B．白光经肥皂膜前后表面反射后，反射光发生干涉形成彩色条纹
C．在光的双缝干涉实验中，若缝S1射入的是绿光，S2射入的是紫光，则条纹是彩色的
D．光的干涉现象说明光具有波动性
3、在双缝干涉中，用白光入射双缝时，在光屏上可观察到彩色条纹，若把双缝
分别用红色滤光片（只能通过红光）和蓝色滤光片（只能通过蓝光）挡住，则在光屏上可以观察到( )
A．红色和蓝色两套干涉条纹的叠加
B．紫色干涉条纹（红色和蓝色叠加为紫色）
C．屏上两种色光叠加，但不会出现干涉条纹
D．屏上的上半部分为红色光，下半部分为蓝色光，不发生光的叠加、
第四节实验：用双缝干涉测量光的波长
知识点:杨氏干涉
光的干涉现象：是波动特有的现象，由托马斯•杨
首次观察到。

（1）在双缝干涉实验中，条纹宽度或条纹间距： λd
L x =∆ L ：屏到挡板间的距离，d ：双缝的间距，λ：光的波长，△x ：相邻亮纹
（暗纹）间的距离
（2）图象特点：
中央为明条纹，两边等间距对称分布明暗相间条纹。

红光（λ最大）明、暗条纹最宽，紫光明、暗条纹最窄。

白光干涉图象中央明条纹外侧为红色。

例题：（1）在“用双缝干涉测光的波长”实验中，装置如
图1所示，光具座上放置的光学元件依次为①光源、②____________、③____________、④____________、⑤遮光筒、⑥____________。

对于某种单色光，为增加相邻亮纹间距，可采取_______________________
或_________________________的方法。

（2）将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，
将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图2所示。

然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹
中心对齐，记下此时图3中手轮上的示数____________mm ，
求得相邻亮纹的间距Δx 为____________mm 。

（3）已知双缝间距为2×10-4m ，测得双缝到屏的距离为0.7m ，则所测红光的波长为
____________nm 。

（1）滤光片，单缝，双缝，光屏，减小双缝间距，增大双缝到光屏的距离
（2）2.320，13.870 （3）3970
练习：1、在双缝干涉实验中，波长λ＝550 nm 的单色平行光垂直入射到缝间距d ＝2×10-4 m 的双缝上，屏到双缝的距离D ＝2 m ．求：
(1) 中央明纹两侧的两条第10级明纹中心的间距；
(2) 用一厚度为e ＝6.6×10-6 m 、折射率为n ＝1.58的玻璃片覆盖一缝后，零级明纹将移到原来的第几级明纹处？(1 nm = 10-9 m)
解：(1) ∆x ＝20 D λ / d 2分
＝0.11 m 2分
(2) 覆盖云玻璃后，零级明纹应满足
0=δ ⇒ (n －1)e ＋r 1＝r 2 2分
设不盖玻璃片时，此点为第k 级明纹，则应有
r 2－r 1＝k λ 2分
所以 (n －1)e = k λ
k ＝(n －1) e / λ＝6.96≈7
零级明纹移到原第7级明纹处 2分
2、在双缝干涉实验中，双缝与屏间的距离D＝1.2m，双缝间距d＝0.45 mm，若测得屏上干涉条纹相邻明条纹间距为1.5mm，求光源发出的单色光的波长λ．
解：根据公式x＝kλ D / d
相邻条纹间距∆x＝D λ / d
则λ＝d∆x / D 3分
＝562.5 nm． 2分3、如所示，在双缝干涉实验中，A、B、C为光屏上出现的三条相邻的明条纹
的位置，由双缝S1和S2到C点的路程差为
A．λ
B．2λ
C．3λ
D．4λ
第五节光的衍射
知识点：光的衍射
光的衍射：单缝衍射图象特点：中央最宽最亮；两侧条纹不等间隔且较暗；条纹数较少。

（白光入射为彩色条纹）。

光的衍射条纹：中间宽，两侧窄的明暗相间条纹（典例：泊松亮斑）
共同点：同等条件下，波长越长，条纹越宽
例题：用平行的单色光垂直照射不透明的小圆板，在圆板后面的屏上发现圆板阴影中心有一个亮斑，阴影外面有一圈一圈明暗相间的条纹，这是光的
( )
A．干涉现象 B．衍射现象
C．色散现象 D．反射现象
【习题】1．用红光进行双缝干涉实验时(缝极窄)，如果用不透光的纸遮住一个缝，则屏上出现( )
A．一片黑暗 B．一片红光
C．原干涉条纹形状不变，但亮度减弱D．红、黑相间的条纹
2．关于光的干涉和衍射，下列说法正确的是( )
A．形成原因完全相同
B．水面上的油层在阳光照射下出现的彩色条纹是光的干涉现象
C．泊松亮斑是光的衍射现象
D．激光防伪标志看起来是彩色的，这是光的干涉现象
3．让太阳光垂直照射到一块遮光板上，板中间有一个可以自由收缩的三角形孔，当此孔慢慢缩小直至闭合的过程中，在孔后的屏上将先后出现
( )
A．由大到小的三角形光斑，直到消失
B．由大到小的三角形光斑，明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失
C．由大到小的三角形光斑，明暗相间的黑白条纹，直至条纹消失
D．由大到小的三角形光斑，小圆形光斑，明暗相间的彩色条纹，直至条纹消失
第六节光的偏振
知识点：光的偏振
光的偏振：证明了光是横波；常见的光的偏振现象：摄影，太阳镜，动感投影片，晶体的检测，玻璃反光
⑴偏振片由特定的材料制成，它上面有一个特殊的方向（叫做透振方向），只有振动方向与透振方向平行的光波才能通过偏振片。

⑵当只有一块偏振片时，以光的传播方向为轴旋转偏振片，透射光的强度不变。

当两块偏振片的透振方向平行时，透射光的强度最大，但是，比通过一块偏振片时要弱。

当两块偏振片的透振方向垂直时，透射光的强度最弱，几乎为零。

⑶只有横波才有偏振现象。

⑷光波的感光作用和生理作用等主要是由电场强度E所引起的，因此常将E 的振动称为光振动。

⑸除了从光源（如太阳、电灯等）直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是偏振光。

自然光射到两种介质的界面上，如果光入射的方向合适，使反射光与折射光之间的夹角恰好是90°，这时，反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振方向互相垂直。

⑹偏振现象的应用：拍摄、液晶显示、汽车车灯（偏振化方向都沿同一方向并与水平面成45°）、立体电影（左眼偏振片的偏振化方向与左面放像机上的偏振化方向相同，右眼偏振片的偏振化方向与右面放像机上的偏振化方向相同）
例题：在垂直于太阳光的传播上前后各放置两个偏振片P和Q，在Q的后面放一光屏，则( )
A．Q不动，旋转P，屏上的光的亮度不变
B．Q不动，旋转P，屏上的光的亮度时强时弱
C．P不动，旋转Q，屏上的光的亮度不变
D．P不动，旋转Q，屏上的光的亮度时强时弱
练习：1、将两个偏振片紧靠在一起，把它们放在一盏灯前面，没有光通过；若将其中一个偏振片旋转180º，在旋转过程中将会出现
( )
A．透过偏振片的光的强度先增强，后又减弱到零
B．透过偏振片的光的强度先增强，后又减弱到不为零的最小值
C．透过偏振片的光的强度始终增强
D．透过偏振片的光的强度先增强，后减弱，再增强
2、关于纵波和横波，下列说法正确的是( )
A．都可以产生偏振现象B．只有横波可以产生偏振现象
C．只有纵波可以产生偏振现象D．光的偏振现象说明光是横波
3、如图所示，P是一偏振片，P的透振方向（如图中箭头所示）竖直，下列四
种入射光束中，能在P的另一侧观察到透射光的是( )
a b A ．太阳光
B ．沿竖直方向振动的偏振光
C ．沿水平方向振动的偏振光
D ．沿与竖直方向成45º角的偏振光
第七节光的颜色 色散
知识点：光的颜色、色散
A 、薄膜干涉（等厚干涉）：
图象特点：同一条亮（或暗）条纹上所对应薄膜厚度完全相等。

不同λ的光做实验，条纹间距不同
单色光在肥皂膜上（上薄下厚）形成水平状明暗相间条纹
B 、薄膜干涉中的色散
⑴、各种看起来是彩色的膜，一般都是由于干涉引起的
⑵、原理：膜的前后两个面反射的光形成的
⑶、现象：同一厚度的膜，对应着同一亮纹（或暗纹）
⑷、厚度变化越快，条纹越密
白光入射形成彩色条纹。

C 、折射时的色散
⑴光线经过棱镜后向棱镜的底面偏折。

折射率越大，偏折的程度越大
⑵不同颜色的光在同一介质中的折射率不同。

同一种介质中，由红光到紫光，波长越来越短、折射率越来越大、波速越来越慢
例题：一束红光和一束紫光以相同的入射角沿CO 方向入射半圆形玻璃砖的下
表面，之后沿OA ，OB 方向射出，如图所示，则下列说法中正确的是
( )
A ．OA 是红光，穿过玻璃砖的时间较短
B ．OB 是红光，穿过玻璃砖的时间较短
C ．OA 是紫光，穿过玻璃砖的时间较长
D ．OB 是紫光，穿过玻璃砖的时间较短
练习：1、如图所示，一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象，下列说法正确的是
( )
A ．红光的偏折最大，紫光的偏折最小
B ．红光的偏折最小，紫光的偏折最大
C ．玻璃对红光的折射率比紫光大
D ．玻璃中紫光的传播速度比红光大
2、如图所示，一束红光和一束蓝光平行入射到三棱镜上，经棱镜折射后，交会
在屏上同一点，若n 1和n 2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率，则有
( )
A ．n 1＜n 2，a 为红光，b 为蓝光
B ．n 1＜n 2，a 为蓝光，b 为红光
C ．n 1＞n 2，a 为红光，b 为蓝光
D ．n 1＞n 2，a 为蓝光，b 为红光
3、如图所示，一束复色可见光射到置于空气中的平板玻璃上，穿过玻璃后从下表面射出，变为a 、b 两束平行单色光，则 ( )
A ．玻璃对a 光的折射率较大
a b
B．a光在玻璃中传播的速度较大
C．b光的频率较大
D．b光的波长较长
第八节激光
知识点：激光的特性及应用
激光是一种人工产生的相干光。

（1）电磁波频率越高，能量越大，可以比无线电波传递更多信息。

（2）特点：A、频率单一（频宽很小）。

B、相干性好：可传递信息，可以用于全息照相；
C、平行度好（方向性好），传播很长距离后仍能保持一定强度，可精确测距。

应用在VC
D、雷达测距、测速（多普勒原理）、追踪目标；
D、亮度高（能在很小空间、很短时间内集中很大的能量）。

应用
A．晚上手电筒发出的光束就是激光B．激光可以发生干涉
C．激光可以发生衍射 D．激光是纵波
练习1、纳米科技是跨世纪的新技术，将激光束宽度聚焦到纳米范围，可以修复人体内已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把令人类无奈的癌症、遗传疾病彻底根除。

以上应用是利用了激光的
（）
A．单色性 B．方向性C．高能量 D．平行性
2、激光火箭的体积小，却可以装载更大、更重要的卫星或飞船，激光由地面激
光站或空间激光动力卫星提供，通过一套装置，像手电筒一样，让激光束射入火箭发动机的燃烧室，使推进剂受热而急剧膨胀，于是形成了一股高温高压的燃气流，以极大的速度喷出，产生巨大的推力，把卫星或飞船送入太空，激光火箭利用的是激光的（）
A．相干性好 B．方向性好C．高能量 D．平行度高
3、利用激光束来切割各种物质，这是利用了激光的( )
A．相干性好 B．方向性好C．高能量 D．平行度高。