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1、用心爱心专心1 高考综合复习光学专题复习总体感知知识网络考纲要求考点要求光的折射定律折射率全反射、光导纤维光的干涉、衍射和偏振现象实验：测定玻璃的折射率实验：用双缝干涉测量光的波长命题规律用心爱心专心2 1 从近几年的高考试题来看，命题频率最高的知识点是几何光学中不同色光的折射率问题和光的全反射问题，而且大多将光的本性和几何光学的知识结合起来进行考查，题型多以选择题为主。2 在新课标教材中，此部分内容位于选考系列，在今后的高考中出题的可能性很大，重点应是几何光学和物理光学的综合应用。预计在今后的高考中，对本专题内容的考查将会以定性为主，试题难度不会太大，且重点考查光的折射定律，折射率和光速、频
2、率的关系，光的干涉（尤其是薄膜干涉）。复习中应注意对全反射、临界角、光的衍射等基本规律、概念的理解和掌握以及通过做光路图、综合几何关系的计算来掌握对基本规律的应用。复习策略 1 在复习光时，注意该部分问题高中阶段要求虽不太高，但该部分知识比较琐碎，概念较多，应在理解概念和规律上多下功夫。重点是光的折射、光的干涉及光的衍射现象以及利用它们分析解决实际问题。2 干涉和衍射的图样有相似之处，都是明暗相间的条纹。只是干涉条纹中条纹宽度和亮度基本相同，衍射条纹中条纹宽度和亮纹亮度均不等，中央亮纹最宽最亮，应注意二者的区别。3 光的衍射现象表明，光的直线传播是一种近似规律。实际上，在任何条件下；光通过孔或
3、障碍物时都会产生衍射，但只有满足一定的条件，才会发生明显的衍射现象。往往错误理解为只有孔或障碍物的尺寸比光的波长小或者跟光的波长相差不多时，才会发生衍射现象。第一部分光的折射全反射知识要点梳理知识点一折射定律知识梳理1光的折射光射到两种介质的界面处，一部分进入到另一种介质中，并且改变原来的传播方向的现象叫做光的折射。2折射定律折射光线跟入射光线和法线在同一平面上，并且分别位于法线两侧，入射角 i 的正弦跟折射角 r 的正弦成正比，即常数。用心爱心专心3 3折射率光从真空射入某种介质发生折射时，入射角 i 的正弦跟折射角r 的正弦之比，叫做这种介质的折射率，即。它还等于光在真空中的速度c 跟光在
4、这种介质中的速度v 之比，即。特别提醒：（1）任何介质的折射率均大于1。（2）相比较而言，折射率大的物质叫光密介质，折射率小的物质叫光疏介质，因此光疏介质或光密介质是相对的。（3）介质的折射率表明了介质的折光能力，是由介质的属性决定的，不同的介质有不同的折射率，所以光在不同的介质中的速度不同。（4）光的折射现象中，光路是可逆的。疑难导析1怎样认识折射定律折射定律给出了入射光线、法线、折射光线三线的空间分布，即三线在同一个垂直于界面的平面内，分别位于两种介质中，且位于法线两侧；给出了两角的数量关系，即两角正弦值之比是一个常数，不是两角之比是一个常数。入射角和折射角分别是入射线和法线、折射线和法线
5、的夹角，而不是跟界面的夹角。2如何理解折射率（1）当光从真空射入某一介质中时，入射角、折射角都可以发生变化，但它们的正弦值之比却是不变的，是一个常数，例如，当介质是水时，这个常数是1.33。（2）对于不同介质，这个常数不同。例如光从真空射入玻璃时这个常数是1.5。介质不同 n 不同，说明n 反映了介质的光学性质，这个常数叫介质的绝对折射率，简称折射率。光在介质中的传播速度与介质的折射率n 有关，即，对此公式要求能熟练运用，但不要求知道公式是怎么来的。由知道介质的折射率n1，即，就是说光由真空射入介质时，都是入用心爱心专心4 射角大于折射角，折射光线向法线偏折；反之当光由介质射入真空时，入射角小
6、于折射角，折射光线远离法线偏折。折射率 n 是反映介质光学性质的物理量，它的大小只能由介质本身的物质结构及光的频率决定，与入射角、折射角的大小无关，“折射率n 与入射角的正弦成正比，与折射角的正弦成反比”的说法是错误的。例如：入射角正弦值变为原来的2 倍，折射角的正弦亦变为原来的 2 倍，但 n 不变。：空中有一只小鸟，距水面3m，其正下方距水面4m深处的水中有一条鱼。已知水的折射率为4/3。（1）鸟从空中看到水中的鱼离它的距离是多少？（2）鱼在水中看空中的鸟离它的距离是多少？解析：（1）首先作出鸟看鱼的光路图，如图所示：由于是在竖直方向上看，所以入射角很小，即图中的i 和 r 均很小，故有。
7、由图可得m 3m 则鸟看水中的鱼离它m=6m（2）同理可得鱼看鸟时：m=4m 则m=8m。知识点二全反射知识梳理1全反射光从光密介质射入光疏介质时，在界面处，一部分光被反射，另一部分光被折射到另一种介质中，随着入射角的增大，折射角增大，且折射光线能量减弱，反射光线能量增强，当入射角增大到某一角度时，使折射角等于，折射光线消失，只剩下反射光线，这种现象叫做全反射。用心爱心专心5 2临界角在全反射中，当折射角等于时的入射角叫临界角。临界角 C的计算：当光线由某种折射率为n 的介质射入真空（或空气）时，。3发生全反射的条件光从光密介质射向光疏介质；入射角大于或等于临界角。4全反射现象的应用在理解并掌
8、握了全反射现象及其产生的条件后，可以举出一些现象，运用全反射的知识进行分析解释。例如：（1）草叶上的露珠在阳光照射下晶莹透亮，空试管放在盛水的烧杯中，会看到试管壁很明亮，等等。（2）光导纤维是全反射的实际应用，与现代科学技术的发展关系密切。光导纤维，简称光纤，如图所示。光导纤维是利用全反射的原理来传播光信号的，通常光纤是由内芯和外套两层组成的，内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射，利用光纤可实现光纤通信，而光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰。疑难导析对全反射现象的理解全反射现象在生活中常会遇到，在学习中要认识并掌握全反射现象产生的条件：一是光由光密介质进入光疏介
9、质，二是入射角大于（或等于）临界角。首先要正确理解“光密”和“光疏”的概念，不但要了解“密”与“疏”是相对而言的，还不能把光密与光疏跟介质密度的大小混同起来，例如酒精对水来说是光密介质，它的密度却比水小。其次，要正确理解临界角的概念。为此，要清楚地认识到在全反射现象中折射角随入射角的增大而增大，入射角增大到某一角度时，折射角达到最大值（），再增大入射角，光疏介质中就没有折射光了，还要注意，随着入射角和折射角的增大，反射光不断增强，折射光不断减弱，当折射角接近时，折射光急剧减弱（直到为零），反射光急剧增强（直到跟入射光强度相等）。用心爱心专心6：光导纤维的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在
10、内芯中传播。以下关于光导纤维的说法正确的是（）A 内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射 B 内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射 C 内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界面发生折射 D 内芯的折射率与外套相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用答案：A 解析：发生全反射的条件是光从光密介质进入光疏介质，且入射角大于临界角。光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到一百微米之间，由内芯和外套组成，内芯的折射率比外套大，光从一端进入，经内芯与外套的界面多次全反射从另一端射出，从而使载有声音、图像以及各种数字信号的激光在光纤中随全反射远距离
11、传播，实现光纤通信。所以选项 A正确。知识点三棱镜、光的色散知识梳理1棱镜棱柱形的透明体为棱镜，而横截面为三角形的棱镜即为三棱镜。折射率大于周围介质的棱镜具有使光线向底面偏折的作用，一个物体通过它所成的虚像则向顶角偏移。而折射率小于周围介质的棱镜对光线的作用则正好相反。需注意的是光在通过三棱镜时，光线要经过两次折射。2一束白光经棱镜折射后会发生色散现象。复色光在介质中由于折射率不同而分解成单色光的现象，叫做光的色散。一束白光通过三棱镜后产生色散，在屏上形成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫彩色光谱，说明白光是复色光。3不同色光在介质中的速度是不同的红光在玻璃中的光速最大，故红光在玻璃中的折射率最小，偏
12、向角也最小，而紫光在玻璃中的光速最小，故紫光在玻璃中的折射率最大，偏向角也最大，因此白光由于各色光通过棱镜后偏向角不同而产生色散现象（如图）。用心爱心专心7 特别提醒：（1）白光为复色光。（2）同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率越大。（3）不同色光在同一介质中传播速度不同。疑难导析正确理解光的频率、折射率、光速等物理量的关系白光通过三棱镜后会发生色散，光从一种介质射入另一种介质时，频率是不变的。但同一介质对不同频率的入射光，折射率n 不同，入射光频率越高，介质的折射率就越大。红光到紫光的特点如下表所示：物理量红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫原理频率波动理论折射率实验测定同种介质中光
13、速用心爱心专心8 同种介质中波长同种介质中折射率：红光和紫光相比（）A 红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较大 B 红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较大 C 红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较小 D 红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较小答案：B 解析：在电磁波谱中，紫光的频率比红光高，由爱因斯坦的光子说可知，紫光的能量较大；由于紫光的频率高，故紫光在同介质中的折射率较大，由可知，在同一介质中，紫光传播速度较小，而红光传播速度较大；由以上分析得，正确选项为B。典型例题透析题型一光的折射的理解和计算分析解决有关光的折射问题的一般
14、思路：（1）根据题意画出正确的光路图（2）利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角均以法线为标准。（3）利用折射定律、折射率公式（、）求解。（4）注意在折射现象中，光路是可逆的。特别提醒：准确、规范地画出光路图是解决几何光学问题的前提和关键。从光路图上找准入射角和折射角，应用数学知识求出它们的正弦值。必要时可利用光路用心爱心专心9 可逆原理辅助解题。1、如图所示，巡查员站立于一空的贮液池边，检查池角处出液口的安全情况。已知池宽为，照明灯到池底的距离为。若保持照明光束方向不变，向贮液池中注入某种液体，当液面高为时，池底的光斑距离出液口。（1）试求当液面高为时，池底的光斑到出液口的
15、距离x。（2）控制出液口缓慢地排出液体，使液面以的速率匀速下降，试求池底的光斑移动的速率。思路点拨：因折射率不变，若保持照明光束方向不变，即入射角不变，则折射角也不变，根据几何关系可求解。解析：（1）设光斑距离出液口的距离为x，液面高为h，光斑距入射点的水平距离为l，如图：由几何关系知，即用心爱心专心10 将代入解得液面高度变化，折射角不变，所以由得，即所以将代入解得。（2）由可得，液面速率匀速下降，光斑也做匀速运动。总结升华：池中没有液体时，光沿直线传播，池中注入液体时会发生折射现象，正确地画出折射光路图是计算折射率的关键。举一反三【变式】如图所示，游泳池宽度L=15m，水面离岸边的高度为0
16、.5m，在左岸边一标杆上装有一 A灯，A灯距地面高0.5m，在右岸边站立着一个人，E点为人眼的位置，人眼距地面离1.5m，若此人发现A灯经水反射所成的像与左岸水面下某处的B灯经折射后所成的像重合，已知水的折射率为1.3，则 B灯在水面下多深处？（B灯在图中未画出）解析：如图所示，设水面为CF，A到水面点C的距离为，B灯与水面点C之间的距离为，人眼到水面上点F 之间的距离为，点 C、D之间的距离为由 A灯光的反射得用心爱心专心11 得=5m 对 B灯光的折射过程，有，解得：=4.35m 即灯在水面下4.35m 深处。题型二对全反射的理解和计算分析光的全反射、临界角问题的一般思路：（1）画出恰好发
17、生全反射的光路。（2）利用几何知识分析线、角关系，找出临界角。（3）以刚好发生全反射的光线为比较对象来判断光路是否发生全反射，从而画出其他光线的光路图。2、如图，置于空气中的一不透明容器中盛满某种透明液体。容器底部靠近器壁处有一竖直放置的6.0cm 长的线光源。靠近线光源一侧的液面上盖有一遮光板，另一侧有一水平放置的与液面等高的望远镜，用来观察线光源。开始时通过望远镜不能看到线光源的任何一部分。将线光源沿容器底向望远镜一侧平移至某处时，通过望远镜刚好可能看到线光源底端。再将线光源沿同一方向移动8.0cm，刚好可以看到其顶端。求此液体的折射率n。思路点拨：当折射角等于时的入射角等于临界角，画出光
18、路图，根据函数关系和几何关系即可求出折射率。用心爱心专心12 解析：当线光源上某一点发出的光线射到未被遮光板遮住的液面上时，射到遮光边缘的那条光线的入射角最小。若线光源底端在点时，望远镜内刚好可以看到此光源底端，设过 O点液面的法线为，则其中为此液体到空气的全反射临界角。由折射定律有同理，若线光源顶端在点时，通过望远镜刚好可以看到此光源顶端，则。设此时线光源底端位于点。由图中几何关系可得联立式得由题给条件可知，代入式得n=1.25。总结升华：该题考查全反射的问题，在分析时，要画出光路图，然后利用几何关系求解。举一反三【变式】如图所示，一立方体玻璃砖，放在空气中，平行光束从立方体的顶面斜射入玻璃
19、砖，然后投射到它的一个侧面上。若全反射临界角为，问：（1）这光线能否从侧面射出？（2）若光线能从侧面射出，玻璃砖折射率应满足什么条件？用心爱心专心13 解析：（1）因为玻璃的临界角为C，所以不论入射角i 为多少，折射角r 总小于 C=，折射光在侧面的入射角总大于，因而光线在侧面要发生全反射而不能射出。（2）因 r 总小于临界角，要在侧面能射出，也应小于临界角，即，所以，这就要求玻璃的折射率n 满足：，所以。题型三光的色散应着重理解两点内容：其一，光的频率（颜色）由光源决定，与介质无关；其二，同一介质中，频率越大的光折射率越大。再应用等知识，就能准确而迅速地判断有关色光在介质中的传播速度、波长、
20、折射光线偏折程度等问题。3、一束复色光由空气射向玻璃，发生折射而分为a、b 两束单色光，其传播方向如图所示。设玻璃对a、b 的折射率分别为和，a、b 在玻璃中的传播速度分别为和，则（）A B C D用心爱心专心14 思路点拨：解决本题的关键在于知道，知道。解析：由折射率公式可知，当入射角i 相同时，折射角r 越大，n 越小，可知，即 A对 B错；由公式可知，即 C错 D对。答案：AD 总结升华：本题主要考查了光的折射定律，折射率与光的传播速度的关系以及学生对光路图的分析能力。举一反三【变式】两种单色光由水中射向空气时发生全反射的临界角分别为、，已知。用、分别表示水对两单色光的折射率，、分别表示
21、两单色光在水中的传播速度（）A、B、C、D、答案：B 解析：由临界角定义可知，临界角越小，折射率越大，因为，所以，故选项 C、D是错误的。由知，故选项A错误，B正确。第二部分光的波动性知识要点梳理知识点一光的干涉知识梳理11801 年，英国物理学家托马斯杨成功地观察到了光的干涉现象，证明了光的确是一种用心爱心专心15 波。2光的干涉现象在两列光波的叠加区域，某些区域相互加强，出现亮纹，某些区域相互减弱，出现暗纹，且加强和减弱的区域相间，即亮纹和暗纹相间的现象。3干涉条件光的干涉的条件是有两个振动情况总是相同的波源，即相干波源。（相干波源的频率必须相同）。形成相干波源的方法有两种：利用激光（因为
22、激光发出的是单色性极好的光）。设法将同一束光分为两束（这样两束光都来源于同一个光源，因此频率必然相等）。下面四个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源的示意图。4干涉区域内产生的亮、暗纹亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即暗纹：屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍，即相邻亮纹（暗纹）间的距离。用此公式可以测定单色光的波长。用白光作双缝干涉实验时，由于白光内各种色光的波长不同，干涉条纹间距不同，所以屏的中央是白色亮纹，两边出现彩色条纹。5薄膜干涉当光照射到薄膜上时，可以看到在薄膜上出现明暗相间的条纹。当入射光是白光时，得到彩色条纹，当入射光是单色光时，
23、得到单色条纹。参与薄膜干涉的两列光是分别从薄膜的前表面和后表面反射出来的两列光。用薄膜干涉可以检查工件表面是否平整，在透镜表面涂上增透膜以增大透射光。特别提醒：薄膜干涉中的色散：（1）成因：由膜的前后表面反射回来的光叠加的结果，所以观察时只能在光源的同侧才能看到。用心爱心专心16（2）形状：明暗相间的条纹。纹的亮暗与膜的厚度有关。疑难导析增透膜能“增透”吗？利用薄膜干涉现象可以制作增透膜，例如在透镜表面涂一层厚度均匀的介质薄膜，要求介质的折射率小于制作透镜的玻璃，厚度等于黄绿色光在介质中传播时的波长的，这样从介质膜后表面反射的光与从介质膜前表面反射的光恰好相差半个波长，干涉的结果相互抵消，即反
24、射光的强度大大降低，有人对以上分析都能接受，但他们认为这只能叫“消反”，却不能“增透”。这是由于人们仍然习惯于用宏观的思维方式来思考问题，认为反射回来的光互相抵消，并没有增加透射光。其实光的干涉现象将引起整个光场分布的改变，总的能量是守恒的，反射光的能量被消弱，透射光的能量就必然得到增强，增透膜由于消反而确实在“增透”，在光学仪器上，包括人配戴的眼镜镜片，都已广泛使用了增透膜。：用氦氖激光器进行双缝干涉实验，已知使用的双缝间距离d=0.1mm，双缝到屏的距离 L=6.0m，测得屏上干涉条纹中亮纹的间距是3.8cm，氦氖激光器发出的红光的波长是多少？假如把整个装置放入折射率是4/3 的水中，这时
25、屏上的条纹间距是多少？解析：由条纹间距、双缝间距d、双缝到屏的距离L 及波长的关系，可测光波的波长，同理知道水的折射率，可知该波在水中的波长，然后由的关系，可计算条纹间距。由可以得出，红光的波长激光器发出的红光的波长是如果整个装置放人水中，激光器发出的红光在水中的波长为用心爱心专心17 这时屏上条纹的间距是。知识点二光的衍射知识梳理1光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象叫光的衍射。2产生明显衍射现象的条件障碍物（或孔）的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小。特别提醒：关于衍射的表述一定要准确（区分能否发生衍射和能否发生明显衍射）。各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。3泊松亮斑当光照到不透光的
26、小圆板上时，在圆板的阴影中心出现的亮斑（在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环）。疑难导析1衍射与干涉的比较单缝衍射双缝干涉不同点条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度用心爱心专心18 中央条纹最亮，两边变暗清晰条纹，亮度基本相等相同点干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹2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。在衍射现象中，可以认为从单缝通过两列或多列频率相同的光波，它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹。双缝干涉：是等间距、等亮度的。单缝衍射
27、：除中央明条纹最宽最亮外，两侧条纹亮度、宽度逐渐减小。白光衍射时，中央仍为白光，最靠近中央的色光是紫光，最远离中央的色光是红光。圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环。泊松亮斑：光照射到一个半径很小的圆板上后，在圆板的阴影中心出现的亮斑，这是光能发生衍射的有力证据之一。特别提醒：干涉和衍射是波的特征，光的干涉和衍射现象证明了光具有波动性，波长越大，干涉和衍射现象就越明显，也越容易观察到干涉和衍射现象。：一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板，在薄板后的光屏上呈现明、暗相间的干涉条纹。现在将其中一条窄缝挡住，让这束红光只通过一条窄缝，则在光屏上可以看到（）A 与原来相同的明暗相间的条纹，只是明条纹比原来暗
28、些 B 与原来不同的明暗的条纹，而中央明条纹变宽些 C 只有一条与缝宽相对应的明条纹 D 无条纹，只存在一片红光答案：B 解析：本题要考查学生对发生明显衍射条件的理解，及单缝衍射图样特点的认识，能够比较双缝干涉图样和单缝衍射图样的异同点。本题中这束红光通过双缝时，产生了干涉现象，说明每一条缝宽都很窄，满足这束红光发生明显衍射的条件，这束红光通过双缝在光屏上形成的干涉图样的特点是：中央出现明条纹，两侧对称出现等间隔的明暗相间条纹。而这束红光通过单缝时形成的衍射图样的特点是：中央出现较宽的明条纹，两侧对称出现不等间隔的明暗相间条纹，且距中央明条纹远的明条纹亮度迅速减小，所以衍射图样看上去明暗相间的
29、条纹数量较少，本题正确选项是B项。知识点三光的偏振知识梳理1光的偏振自然光是指在垂直于光的传播方向上，各个方向强度相同。偏振光是指在垂直于光的传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动。用心爱心专心19 光的偏振现象说明光波是横波。2偏振光的产生方式偏振光的产生方式是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获得偏振光，叫起偏器，第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器特别提醒：光的偏振理解：（1）光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度E引起的，因此将E的振动称为光振动。（2）自然光：太阳、电灯等普通光源直接发出的光，包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的
30、光波的强度都相同，这种光叫自然光。（3）偏振光：自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定的方向振动，叫偏振光。自然光射到两种介质的界面上，如果光的入射方向合适，使反射和折射光之间的夹角恰好是，这时，反射光和折射光就都是偏振光，且它们的偏振方向互相垂直。我们通常看到的绝大多数光都是偏振光（如图）。疑难导析1偏振光是怎样产生的（1）偏振光的产生方式自然光通过起偏器，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为偏振光，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。其实，偏振片并非刻有狭缝，而是具有一种特性，即存在一个偏振方向，只让平行于该方向振动的
31、光通过，其他振动方向的光被吸收了。自然光射到两种介质的交界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是时，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直。（2）偏振光的理论意义和应用理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能确定光波是横波还是纵波，光的偏振现象说明光波是横波。应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光、液晶显示等等。2光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，现象很相似，但光学本质不同，分析问题要首先弄清其原理和本质。：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（）用心爱心专心20 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
32、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，当反射光与折射光线之间的夹角恰好是时，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光片可以使景象更清晰 D 通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹答案：D 解析：自然光经过偏振片或经过界面反射和折射后（反射光线与折射光线夹角为）会形成偏振光。经指缝观察日光灯看到的彩色条纹是光的衍射现象，D不正确。典型例题透析题型一光的干涉和衍射（1）双缝干涉和单缝衍射都是叠加的结果，只是干涉条纹是有限的几束光的叠加，而衍射条纹是极多且复杂的相干光的叠加。在双缝干涉实验中，光在通过其中的三个狭缝时，都发生了衍射
33、而形成三个线光源。所以，一般现象中既有干涉又有衍射。（2）单缝衍射时，照射光的波长越长，中央亮纹越宽，所以衍射和干涉都能使白光发生色散现象，且中央白光的边缘均呈红色。（3）干涉和衍射的图样有相似之处，都是明暗相间的条纹。只是干涉条纹中条纹宽度和亮纹亮度基本相同，衍射条纹中条纹宽度和亮纹亮度均不等，中央亮纹最宽最亮。1、如图所示，在双缝干涉实验中，和为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与和距离之差为m，今分别用A、B 两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问 P点是亮条纹还是暗条纹？（1）已知 A光在折射率为n=1.5 的介质中波长为m。（2）已知 B光在某种介质中波长为m，当 B光从这种介质射向空气
34、时，临界角为。（sin=0.6，cos=0.8）（3）若让 A光照射，B光照射，试分析光屏上能观察到的现象。用心爱心专心21 思路点拨：已知 P点与和的距离之差，由出现明暗条纹的条件可判断是亮条纹或暗条纹。解析：（1）设 A光在空气中波长为，在介质中波长为，由，得根据光程差m，所以。由此可知，从和到 P点的光程差是波长的 3.5 倍，所以P点为暗条纹。（2）根据临界角与折射率的关系得由此可知，B光在空气中波长为由光程差和波长的关系，可见，用B光作光源，P 点为亮条纹。（3）若让 A光和 B光分别照射和，这时既不能发生干涉，也不发生衍射，此时在光屏上只能观察到亮光。总结升华：（1）同一种光在不同
35、介质中的频率都相同，但波速和波长不同，由此可得出折射率与波长的关系。（2）频率不同的光不符合形成干涉的条件，故无法得到干涉图样。举一反三【变式】光通过各种不同的障碍物后会产生各种不同的衍射条纹，衍射条纹的图样与障碍物的形状相对应，这一现象说明（）用心爱心专心22 A 光是电磁波 B 光具有波动性 c光可以携带信息 D 光具有波粒二象性。答案：BC 解析：干涉和衍射是波的特性，由此可知B正确。由题设条件可知图样形状与障碍物形状相似，可以推断C正确。题型二薄膜干涉的应用薄膜干涉的应用应注意：（1）劈形空气薄膜顶角越小，光程差变化越缓和，条纹间距越宽。（2）增透膜的厚度为某种色光在膜中波长的时，增透
36、膜起到对该种色光增透的作用。2、利用薄膜干涉的原理可以用干涉法检查平面和制造增透膜，回答以下两个问题：（1）用如图所示的装置检查平面时，是利用了哪两个表面反射光形成的薄膜干涉图样？（2）为了减少光在透镜表面由于反射带来的损失，可在透镜表面涂上一层增透膜，一般用折射率为1.38 的氟化镁，为了使波长为m的绿光在垂直表面入射时使反射光干涉相消，求所涂的这种增透膜的厚度？思路点拨：（1）薄膜干涉是利用了光在空气膜前后表面的反射光叠加形成的。（2）增透膜的厚度为某种色光在膜中波长的时，增透膜起到对该种色光增透的作用。解析：（1）干涉图样是利用了标准样板和被检查平面间空气膜即b、c 表面反射光叠加形成的
37、.（2）若绿光在真空中波长为，在增透膜中的波长为，由折射率与光速的关系和光速与波长及频率的关系得：即，那么增透膜厚度。总结升华：本题易出现的错误是由于不理解薄膜干涉形成原因导致错误判断或不能将真空中光的波长换算为增透膜中的波长。用心爱心专心23 举一反三【变式】如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环。以下说法正确的是（）A 干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的 B 干涉现象是由于凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
38、 C 干涉条纹不等是因为空气膜厚度不是均匀变化的 D 干涉条纹不等是因为空气膜厚度是均匀变化的答案：AC 解析：薄膜干涉中的“薄膜”指的是两个玻璃面之间所夹的空气膜，故选项A是正确的，B是错误的。两列波的光程差满足一定的条件：如两列波的光程差是半波长的偶数倍，形成明条纹；如两列波的光程差是半波长的奇数倍，形成暗条纹，明暗条纹间的距离由薄膜的厚度决定，膜厚度不均匀，则干涉条纹不等距，故选项C是正确的，D不正确。题型三光的偏振光的偏振充分说明光是横波，只有横波才有偏振现象。除了从光源直接发出的光以外，我们通常见到的大部分光都是偏振光。例如自然光射到两种介质的界面上，调整入射角的大小，使反射光与折射
39、光的夹角是，这时反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向互相垂直。偏振光的产生方式：自然光通过起偏器，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为偏振光，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。3、一段时间一来，“假奶粉事件”闹得沸沸扬扬，奶粉的碳水化合物（糖）含量是一种重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量，偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度,这一角度称为“旋光度”,的值只与糖溶液的浓度有关，将的测量值与标准值相比较，就能测量被测样品的含糖量了。如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达
40、O处的光最强，然后将被测样品P置于 A、B之间，则下列说法中正确的是（）A 到达 O处光的强度会明显减弱 B 到达 O处光的强度不会明显减弱 C 将偏振片B转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片转过的角度等于 D 将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片转过的角度等于用心爱心专心24 思路点拨：由题知，转动B使到达 O处的光最强，则A、B的偏振方向必相同，若在A、B间放入待检糖溶液，因糖溶液对偏振光有旋光效应，使来自 A的偏振光经过样品后，偏振方向发生改变，则到达O处的光强度会明显减弱，若适当把A 或 B 旋转角度，还可以使偏振光恰好通过A、B后，使 O处的光强度最大，故选AC
41、D。答案：ACD 总结升华：自然光通过起偏器，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为偏振光，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。举一反三【变式】如图，P是一偏振片，P 的透振方向（用带箭头的实线表示）为竖直方向。下列四种入射光束中哪几种照射P时能在 P的另一侧观察到透射光（）A 太阳光 B沿竖直方向振动的光 C 沿水平方向振动的光 D沿与竖直方向成45角振动的光答案：ABD 解析：当光的振动方向与偏振光的方向平行时，透光最强；垂直时，无光透过；若为某一角度时，有部分光透过。而太阳光是自然光，沿各个方向的振动都存在，因此A、B、D选项正确。第三部
42、分光的粒子性物质波知识要点梳理知识点一黑体辐射理论知识梳理1热辐射一切物体都在辐射电磁波，辐射与物体的温度有关。2黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射。3能量子普朗克认为振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍。当带电微粒辐射或吸收能量时，也以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收。这个不可再分的最小能量值叫能量子。，h 为普朗克常量，是电磁波的频率。疑难导析黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知：随着温度的升高，各种波长的辐射强度都会增加；辐射强度的用心爱心专心25 极大值向波长较短的方向移动。：关于黑体辐射，下列说法中正确的是（）A 随着温度的升高，物体辐射的电磁波
43、的各种波长的辐射强度都会增加 B 随着温度的升高，物体辐射的电磁波的各种波长的辐射强度都会减小 C 随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 D 随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动答案：AC 解析：由黑体辐射的实验规律可知：随着温度的升高，各种波长的辐射强度都会增加；辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。所以选项AC正确。知识点二光的粒子性知识梳理1、光电效应定义：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象叫做光电效应。逸出的电子叫光电子。实验规律：存在饱和光电流、遏止电压和截止频率，光电效应具有瞬时性。2、爱因斯坦光电效应方程光子说：光本身就是由一个个
44、不可分割的能量子组成的，频率为的每个光子的能量为，这些能量子为光子。逸出功（）：使电子脱离某金属表面所做的功的最小值。数学表达式：3、康普顿效应用心爱心专心26 在散射光中，波长变长的现象。特别提醒：光电效应和康普顿效应揭示了光的粒子性。疑难导析1光电效应实验规律电路图如图所示：（1）存在饱和光电流在光照不变时，所加电压增大，光电流增大、当电流增大到一定值时，即使电压再增大，电流也不再增大，达到一个饱和值。如图所示。入射光越强，饱和光电流越大，说明入射光越强，单位时间内发射光电子数越多。（2）存在着遏止电压和截止频率使光电流减小到零的反向电压称为遏止电压。，为光电子的最大初速度，同一频率的光，
45、遏止电压相同，与光强弱无关。入射光的频率减小到某一值时，减小到零，即不施加反向电压也没有光电流，称为截止频率或极限频率。光电子的能量与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关。当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应，不同金属的截止频率不同。（3）光电效应具有瞬时性当时，无论光多微弱，也会产生光电效应，光电子的发射时间不超过s。2光电效应解释中的疑难经典电磁理论只能解释：光越强，光电流越大。按照光的经典电磁理论，还应得出如下结论：光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压应与光的强弱有关；用心爱心专心27 不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够能量从而逸出金属表面，不应存在截止频
46、率；如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于s，所有这些结论都与实验结果相矛盾。此外，对于遏止电压与光的频率的关系，经典电磁理论更是无法解释。3光子说很好地解释了光电效应的规律（1）爱因斯坦光电效应方程表明，光电子的初动能与入射光的频率成线性关系，与光强无关。只有当时，才有光电子逸出，就是光电效应的截止频率。（2）电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流几乎是瞬时发生的。（3）光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子数越多，因而饱和电流越大。4经典电磁理论对解释康普顿效应中遇到的困难光是电磁振动的传播
47、，入射光将引起物质内部带电微粒的受迫振动，振动着的带电微粒从入射光中吸收能量，并向四周辐射，这就是散射光。散射光的频率应等于带电粒子受迫振动的频率，即入射光的频率。所以散射光的波长与入射光的波长应相同，不应出现的散射光。5用光子说十分成功地解释了康普顿效应 X 射线的光子不仅具有能量，也具有动量，与晶体中的电子碰撞，要遵守能量和动量守恒定律。当入射的光子与电子碰撞时，损失一部分动量给电子，动量变小，由，变大，所以散射光中有些光子波长变大。如图所示。：用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效应。现将该单色光的光强减弱，则（）用心爱心专心28 A 光电子的最大初动能不变 B光电子的最大初动能减小
48、C 单位时间内产生的光电子数减少 D可能不发生光电效应答案：AC 解析：根据光电效应的规律可以判知光电子的最大初动能决定于照射光的频率，A正确，B错误。单位时间内产生的光电子数决定于光强，C正确。知识点三光的波粒二象性和物质波知识梳理1光的波粒二象性光既具有波动性，又具有粒子性。2物质波实物粒子（如电子、质子等）也具有波动性。频率，波长。3概率波光波是一种概率波。光子落在明纹处的概率大，落在暗纹处的概率小。个别光子表现出粒子性，大量光子表现出波动性。4不确定性，h 为普朗克常量，表示粒子位置的不确定量，表示粒子在x 方向上的动量的不确定量。疑难导析光的本性学说发展史上的五个学说（1）牛顿的微粒
49、说：认为光是高速粒子流。它能解释光的直进现象、光的反射现象。（2）惠更斯的波动说：认为光是某种振动，以波的形式向周围传播。它能解释光的干涉和衍射现象。（3）麦克斯韦的电磁说：认为光是电磁波。实验依据是赫兹实验证明了光与电磁波在真空中传播速度相等且均为横波。（4）爱因斯坦的光子说：认为光的传播是一份一份的，每一份叫一个光子，其能量与它的频率成正比，即。光子说能成功地解释光电效应现象。（5）德布罗意的波粒二象性学说：认为光是既有粒子性，又有波动性。个别光子表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性；频率大的光子粒子性明显，而频率小的光子波动性明显。：对于光的波粒二象性的说法中，下列说法正确的是（）A
50、 一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子用心爱心专心29 B 光子与电子是同一种粒子，光波与机械波是同一种波 C 光的波动性是由光子间的相互作用形成的 D 光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，光子能量，仍表示的是波的特性答案：D 解析：光的波粒二象性是光的本质属性。典型例题透析题型一光电效应现象的理解分析光电效应问题：（1）深刻理解极限频率和逸出功的概念，从能量转化角度理解最大初动能。（2）必须掌握光电效应的四个规律，即：产生条件：每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能产生光电效应；光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率的增大而增大；光