高中物理光的波动性知识点(夯实基础拿高分)

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第 70 讲 光的波动性
1.光的偏振现象说明光是横波，下列现象中，不．能．反映光的偏振特性的是
()
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.通过两并在一起的铅笔缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹
答案：D
2.用 a、b 两束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，其中图甲是用 a 光照射时形成的，图乙是用 b 光
照射时形成的.则关于 a、b 两束单色光，下
列说
法正确的是( )
A.a 光光子的能量比 b 光的大 B.在水中，a 光传播的速度比 b 光的大 C.水对 a 光的折射率比对 b 光的小 D.b 光的波长比 a 光的短
L 解析：双缝干涉条纹的间距 Δx＝dλ，由题图可得 λa<λb.故选项 A 正确. 答案：A 3. 劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示.将一块平板玻璃放置在另 一平板玻璃上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空 气薄膜.当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示.干涉条纹的特点 如下：(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻 明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定.现若在图甲装置中抽去一张纸片，则 当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹( )
A.变疏
B.变密
C.不变
D.消失
解析：撤去一张纸后，劈形空气薄膜的劈势减缓，在相同的水平距离上，
劈势厚度变化减小，以至光程差变化减小，条纹变宽，条纹的数量变少(条纹变
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疏)，故 A 正确. 答案：A
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4.用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象.
图
甲是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐)，图乙是竖立的
附
着一层肥皂液薄膜的金属线圈，将金属线圈在其所在
的
竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是[2020 年高
考·上海物理卷]( )
A.当金属线圈旋转 30°时，干涉条纹同方向旋转
30°
B.当金属线圈旋转 45°时，干涉条纹同方向旋转 90°
C.当金属线圈旋转 60°时，干涉条纹同方向旋转 30°
D.干涉条纹保持不变
解析：肥皂液膜上出现干涉条纹的原因为：由于重力作用液膜上薄下厚，
在同一水平高度厚度大致相同，故可看到水平方向的平行干涉条纹.当线圈在竖
直方向缓慢旋转时，液膜能保持上薄下厚不变，故干涉条纹保持不变.
答案：D
5.一种电磁波入射到半径为 1 m 的孔上，可发生明显的衍射现象.由此可知
这种波属于电磁波谱的区域是( )
A.γ 射线 B.可见光
C.无线电波 D.紫外线
解析：根据发生明显的衍射现象的条件可知，障碍物或孔的尺寸和波长相
差不多或比波长还要小.电磁波谱中无线电波的波长范围大约在 120～102 m，
而红外线的波长范围大约在 10－1～10－6 m，可见光、紫外线、γ 射线的波长更短.
故只有无线电波才能发生明显的衍射现象.故选项 C 正确.
答案：C
6.市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品处产生的
热效应大大降低，从而被广泛应用于各种场所.这种灯降低热效应的原理之一是
灯泡后面放置的反光镜的表面上镀有一层薄膜(例如氟化镁)，这种膜能消除不镀
膜时表面反射回来的热效应最显著的红外线.以 λ1 表示红外线在真空中的波长， 以 λ2 表示此红外线在薄膜中的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为( )
A.λ21 B.λ41 C.λ22 D.λ42
解析：为了减小反射的热效应显著的红外线，则要求红外线在薄膜的前后
表面反射叠加作用减弱，即路程差为半波长的奇数倍，因路程差为膜厚度的 2
1 倍.故膜的最小厚度为红外线在该膜中波长的4.
答案：D
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金典练习三十五 光的波动性
体验成功
1.对于“测定玻璃的折射率”的实验.
(1)实验中的光路如图甲所示，实验步骤如下，请你
按
正确顺序重新排列： .
A.用公式
sin n＝sin
αβ算出不同入射角时的折射率，看
是
否近于一个常数，求出几次实验中测得的 n 的平均值.
B.用图钉将白纸钉在平木板上，在白纸上画一直线 aa′作为界面，通过 aa′
上的一点 O 画出法线 NN′，并画一条线段 AO 作为入射光线，使入射角 α＝∠
AON＝30°，然后将玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟 aa′对齐，画出玻璃砖的
另一界面 bb′.
C.移去大头针和玻璃砖，过 P3、P4 引一直线 O′B，连接 O、O′， 就是折射 光线的方向，用量角器量出折射角 β＝∠O′ON′.
D.用同样的方法找出入射角是 45°、60°、75°时的折射角，查出正弦值并记
入表中.
E.在线段 AO 上竖直地插上两枚大头针 P1、P2，透过玻璃砖观察大头针的像，
调整视线直到 P2 的像挡住 P1 的像，再在观察的这一边竖直
插
上两枚大头针 P3、P4，使 P3 挡住 P1、P2 的像，P4 挡住 P3
和
P1、P2 的像.记下 P3、P4 的位置.
乙
(2)假设实验中得到了如图乙所示的光路.为了测量入
射
角和折射角，作法线时将法线画得与界面不垂直，由这样
量
得的角 i 和 r 算出的折射率与真实值相比较
.(填
“偏大”、“偏小”或“不变”)
答案：(1)BECDA (2)偏大
2.如图甲所示，在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，
甲
(1)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光屏.
(2)如果将灯泡换成激光光源，该实验照样可以完成，并测出光波波长.这时
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可以去掉的部件是
(填数字代号).
(3)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第 1 条亮纹，手轮的示数如
图乙所示；继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第 10 条亮纹，手轮的示数如
图丙所示，则条纹的间距是
mm.
乙
丙
(4)如果已经测得双缝的间距是 0.30 mm、双缝和光屏之间的距离是 1 m，
则待测光的波长是
m.(结果保留三位有效数字)
答案：(1)滤光片 单缝 双缝
(2)②③
(3)1.55 提示：xn2－－x1 1
d (4)4.65×10－7 提示：λ＝L·Δx
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金典练习三十六 实验：测定玻璃的折射率 用双缝干涉测光的波长
选择题部分共 4 小题，每小题 6 分.在每小题给出的四个选项中，有的小题 只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确.
1.某同学安装好实验装置仪器后，成功观察到光的干涉现象.若他在此 基础上对仪器的安装做如下改动，还能使实验成功的操作是( )
A.将遮光筒内的光屏向靠近双缝的方向移动少许，其他不动 B.将滤光片移至单缝和双缝之间，其他不动 C.将单缝向双缝移动少许多 ，其他不动 D.将单缝与双缝的位置互换，其他不动 解析：干涉条纹是双缝发出的光叠加的结果，双缝后面的区域处处存在， 所以屏前后移动，条纹仍然有；单缝是点光源，距双缝距离稍微变化仍能引起 双缝后面叠加区域干涉，所以选项 A、C 正确；将滤光片放在单缝和双缝间，照 到两缝上的光仍是振动情况完全一样的光源，故选项 B 正确；将单缝与双缝互 换，失去了产生干涉的条件，即没有相干光源，故选项 D 错. 答案：ABC
2.某同学在做“测定玻璃的折射率”的实验中，操
作
时将玻璃砖的界线 aa′、bb′画好后误用另一块宽度稍窄
的
玻璃砖，如图甲所示.实验中除仍用原界线外，其他操作
都
正确.则所测玻璃的折射率将( )
A.偏大
B.偏小
C.不变
D.不能确定
解析：如图乙所示，光线实际上在 A 点发生折射，
折
射光线为 AO′，O′为出射点.该同学以 O 为折射点，折
射
光线 OO′，折射角为 α，实际上折射角为 β，β＜r＝α.
故
折射率偏小.
答案：B
3.某同学在做双缝干涉实验中，安装好实验装置后，在光屏上却观察不到干 涉图样，这可能是由于( )
A.光束的中央轴线与遮光筒的中心轴线不一致，相差较大 B.没有安装滤光片 C.单缝与双缝不平行 D.光源发出的光束太强 解析：安装实验器件时要注意：光束的中央轴线与遮光筒的轴线要重合， 光源与光屏正面相对，滤光片、单缝和双缝要在同一高度，中心位置在遮光筒 轴线上，单缝与双缝要相互平行，才能使实验成功.当然还要使光源发出的光束
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不致太暗.据上述分析，可知选项 A、C 正确. 答案：AC 4.图示为双缝干涉实验中产生的条纹图样，甲图为用绿光进行实验的图样，
a 为中央亮条纹；乙图为换用另一种单色光进行实验的图样，a′为中央亮条纹， 则下列说法正确的是( )
A.乙图可能是用红光实验产生的条纹，表
明
红光波长较长
B.乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长
C.乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短
D. 乙 图 可 能 是 用 红 光 实 验 产 生 的 条 纹 ， 表 明 红 光 波 长 较 短
甲
乙
L 解析：由于条纹宽度 Δx＝dλ，波长越长条纹宽度越大，又因红光的波长比
绿光的波长长，而紫光的波长比绿光的波长短.故选项 A 正确.
答案：A
非选择题部分共 6 小题，共 76 分.
5.(8 分)在一次“测定玻璃的折射率”的实验中，采用了如下方法：将一块
半圆形玻璃砖放在水平面上(如图所示)，用一束光线垂直玻璃砖直径平面射入圆
心 O，以 O 为转动轴在水平面内缓慢转动半圆形玻璃砖，当刚转过 θ 角度时，
观察者在玻璃砖平面一侧恰好看不到出射光线，这样就可以知道该玻璃砖的折
射率 n 的大小.那么，上述测定方法主要是利用了
的原
理，该玻璃的折射率 n＝
.
解析：此测定方法显然是利用了全反射的原理.由题
意可
1
知，此玻璃的临界角 C＝θ，即 sin C＝sin θ＝n，所以 n
＝
1 sin θ.
1 答案：全反射 sin θ
6.(8 分)用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间的距离 d＝0.20 mm，
双缝到毛玻璃屏间的距离 L＝75.0 cm，如图甲所示.实验时先转动图乙所示的测
量头上的手轮，使与卡尺游标相连的分划线对准如图丙所示的第 1 条明条纹，此
时卡尺的主尺和游标的位置如图戊所示.则游标尺上的示数 x1＝
mm；然
后再转动手轮使划分线对准第 5 条明条纹，如图丁所示，此时卡尺的主尺和游
标的位置如图己所示，则游标卡尺上的示数 x2＝
mm.由以上已知数据
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和测量数据可知该单色光的波长是
nm.
a
L
解析：由 Δx＝n－1和 Δx＝dλ 两式，代入数据即可.
答案：0.3 9.6 620
7.(15 分)某同学在测定一厚度均匀的圆形玻璃砖的折射率时，先在白纸上作
一与圆形玻璃砖同半径的圆，圆心为 O，将圆形玻璃砖平放在白纸上，使其边
界与所画的圆重合.在玻璃砖一侧竖直插两枚大头针 P1 和 P2，在另一侧再先后插
两枚大头针 P3 和 P4，使从另一侧隔着玻璃砖观察
时，
大头针 P3、P4 和 P1、P2 的像恰在一条直线上.移去
圆
形玻璃砖和大头针后，如图甲所示.
(1)在图甲中作出光线在圆形玻璃内的传播方
向.
(2)标出入射角 i 和折射角 r，写出玻璃折射率
的
公式 n＝
.
解析：(1)连接 P1、P2，得入射光线与圆交于 M 点；再连接 P3、P4，得出射 光线与圆交于 N 点；连接 M、N 就得到光在玻璃内的传播路径，如图乙所示.
(2)入射角 i 和折射角 r 如图乙所示，由折射定律可得：
sin i n＝sin r.
答案：(1)光路图如图乙所示.
(2)入射角 i 和折射角 r 如图乙所示
sin i sin r
8.(15 分)图示是用“双缝干涉测光的波长”的实验装置示意图.
(1)图中①是光源，⑤是光屏，它们之间的②、③、④依次是
、
和
.
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(2)下列操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离的是
.
A.增大③和④之间的距离
B.增大④和⑤之间的距离
C.将红色滤光片改为绿色滤光片
D.增大双缝之间的距离
(3)一同学在“用双缝干涉测光的波长”实验中，使用的双缝的间距为 0.02
cm，测得双缝与光屏之间的距离为 50 cm.第 1 级亮纹中心到第 5 级亮纹中心的
距离为 0.45 cm，则待测单色光的波长是
cm.
0.45 解析：Δx＝ 4 cm
λ＝Δx·dL＝4.5×10－5 cm.
答案：(1)滤光片 单缝 双缝
(2)B
(3)4.5×10－5
甲
9.(15 分)现要估测一矩形玻璃砖的折射率 n，给定的器材有：待测玻璃砖、
白纸、铅笔、大头针 1 枚、直尺、直角三角板.实验时，先将直尺的一端 O 和另
一点 M 标上两个明显的标记，再将玻璃砖平放在白纸上，沿其两个长边在白纸
上画出两条直线 AB、CD，再将直尺正面紧贴玻璃砖的左边缘放置，使 O 点与
直线 CD 相交，并在白纸上记下点 O、点 M 的位置，如图甲所示，然后在右上
方通过 AB 所在界面向左下方观察，调整视线方向，让 O 点挡住 M 的像，再在
观察的一侧插上大头针，使大头针挡住 M、O 的像，记下大头针 P 点的位置.
(1)请在原图上作出光路图.
(2)计算玻璃砖的折射率的表达式为：n＝
(用图中线段字母表
示)
解析：(1)调整视线方向，当 O 点挡住 M 的像时，从 O 点发出的光线经玻
璃折射后与从 M 点发出的光线经 AB 面反射后重合.在观察的一侧插上大头针，
使大头针挡住 M、O 的像，则大头针的位置为折射
光线
射出玻璃的点和从 M 点发出的光线在 AB 面上的反射
点，
如图乙所示.
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乙 (2)由几何关系作出角度i 、r ，即可求出折射率.折射率n ＝sin i sin r ＝PQ MP PQ OP
＝OP MP
. 答案：(1)光路图如图乙所示 (2)OP MP
10.(15分)麦克斯韦在1865年发表的《电磁场的动力学理论》一文中揭示了电、磁现象与光的内在联系及统一性，即光是电磁波.
(1)一单色光波在折射率为1.5的介质中传播，某时刻电场横波图象如图甲所示，求该光波的频率.
(2)图乙表示两面平行玻璃砖的截面图，一束平行于CD 边的单色光入射到AC 界面上，a 、b 是其中的两条平行光线.光线a 在玻璃砖中的光路已给出.画出光线b 从玻璃砖中首次出射的光路图，并标出出射光线与界面法线夹角的度数.
[2020年高考·山东理综卷
]
解析：(1)设光在介质中的传播速度为v ，波长为λ，频率为f ，则：
f ＝v λ，v ＝c n
联立解得：f ＝c n λ
从波形图上读出波长λ＝4×10－7 m
代入数据解得：f ＝5×1194 Hz.
(2)光路图如图丙所示.
丙
答案：(1)5×1194 Hz (2)如图丙所示。