(浙江新高考专用版)2019_2020学年高中物理第十三章光7_8光的颜色色散激光教案新人教版

高中物理第十三章光7 光的颜色色散自主练习新人教版选修3-4 编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（高中物理第十三章光7 光的颜色色散自主练习新人教版选修3-4）的内容能够给您的工作和学习带来便利。

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光的颜色 色散我夯基我达标1.如图13-4—5所示，从点光源S 发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象,在光屏的ab 间形成一条彩色光带.下面的说法中正确的是（ )图13-4-5A 。

a 侧是红色光，b 侧是紫色光B.在真空中a 侧光的波长小于b 侧光的波长C 。

三棱镜对a 侧光折射率小于对b 侧光的折射率D 。

在三棱镜中a 侧光的传播速度大于b 侧光的传播速度思路解析：由于玻璃对各色光的折射率不同，导致色散的形成，玻璃对紫光的折射率最大,对红光的最小，据n=ri sin sin 可以得a 侧为紫光，b 侧为红光，红光的波长大于紫光的波长，由n=c/v 可以求出，红光的传播速度大于紫光的.答案：B2.如图13-4-6所示的三棱镜中，BC 面镀有反射膜，一束白光斜射入AB 面，经棱镜后再斜射入AC 面,经棱镜后在屏幕的bc 段形成彩色光带，则b 点颜色是____________色（屏幕距棱镜AC 面较近，且与AC 平行）。

图13-4—6思路解析：在玻璃中，紫光的折射率大于红光的折射率，n=r i sin sin ，经过反射膜，因为入射角等于反射角，可以得知，b点的颜色为红色。

答案：红3.雨过天晴，人们常看到天空中出现彩虹，它是由阳光照射到空中弥漫的水珠上时出现的现象。

5　光的衍射6　光的偏振知识内容选考要求课时要求光的衍射b 光的偏振b 1.了解光的衍射现象，知道光产生明显衍射现象的条件以及衍射条纹的特点．2．会用激光笔和光传感器做单缝衍射实验，能区分干涉条纹和衍射条纹．3．知道光的偏振现象，了解自然光与偏振光的区别以及偏振的简单应用．知道光的偏振现象证明了光是横波.一、光的衍射1．用单色平行光照射狭缝，当缝很窄时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方．这就是光的衍射现象．2．各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，出现明暗相间的条纹．3．发生明显衍射现象的条件：在障碍物的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显．4．衍射光栅(1)构成：由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件．(2)增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加．(3)种类：透射光栅和反射光栅．二、光的偏振1．偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫做“透振方向”．2．自然光和偏振光(1)自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在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光波的强度都相同．这种光是“自然光”．(2)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动，这种光叫做偏振光．3．光的偏振现象说明光是一种横波．4．偏振现象的应用照相机镜头前的偏振滤光片、电子表的液晶显示、立体电影、车灯眩光的消除等．判断下列说法的正误．(1)衍射条纹和干涉条纹都是明暗相间的，所以二者是一样的．(　×　)(2)只有波长长的光才发生明显的衍射现象．(　×　)(3)横波和纵波都能产生偏振现象．(　×　)(4)自然光通过偏振片可以获得偏振光．(　√　)一、光的衍射(1)让一束激光照射在游标卡尺两个卡脚之间的缝上，逐渐减小两个卡脚之间的距离，使缝越来越小，观察照在屏幕上光斑的变化．缝宽大约多大时屏幕上出现条纹？缝间距变小时，条纹有什么变化？(2)用针尖在一张厚纸上扎一个很小的小孔，用眼睛通过小孔观察太阳光，会观察到什么现象？答案　(1)大约0.4 mm时会出现条纹，当缝间距变小时，屏幕上条纹间距逐渐变宽，但亮度逐渐减弱．(2)会观察到中央为亮圆，周围为彩色的圆环．三种衍射图样的特点1．单缝衍射(1)单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹．中央条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹．(2)波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大；单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大．2．圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现明暗相间的圆环．如图1所示．图1 图23．圆板衍射(泊松亮斑)(1)若在单色光(如激光)传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑．衍射图样如图2所示．(2)中央是亮斑，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环．例1　(多选)关于光的衍射现象，下面说法正确的是( )A．红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹B．白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹C．光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射D．光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射答案　AC解析　红光照到狭缝上产生的衍射图样是红暗相间的直条纹，白光的衍射图样是彩色条纹，光照到不透明小圆盘上，在其阴影中心处出现亮点，是衍射现象，光的衍射现象只有明显与不明显之分，D项屏中大光斑的边缘模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象．故A、C正确．针对训练1　观察单缝衍射现象时，把缝宽由0.2 mm逐渐增大到0.8 mm，看到的现象是( )A．衍射条纹的间距逐渐变小，衍射现象逐渐不明显B．衍射条纹的间距逐渐变大，衍射现象越来越明显C．衍射条纹的间距不变，只是亮度增强D．以上现象都不会发生答案　A解析　由单缝衍射实验的调整与观察可知，狭缝宽度越小，衍射现象越明显，衍射条纹越宽，条纹间距也越大，本题是将缝调宽，现象向相反的方向变化，故选项A正确，B、C、D错误．二、单缝衍射与双缝干涉的比较1．不同点(1)产生条件Error!(2)图样Error!2．相同点(1)都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或减弱的结果．(2)都是波特有的现象，表明光是一种波．例2　如图3所示的四幅明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹)．则在下面的四幅图中从左到右排列，亮条纹的颜色依次是( )图3A．红黄蓝紫B．红紫蓝黄C．蓝紫红黄D．蓝黄红紫答案　B解析　双缝干涉条纹平行等距，且波长越长，条纹间距越大，而红光波长比蓝光波长长，故第一幅图为红光，第三幅图为蓝光；又由于黄光波长比紫光波长长，故第四幅图为黄光的衍射图样，第二幅图为紫光的衍射图样．[学科素养]　例2分辨了衍射和干涉图样．宽度上：双缝干涉的条纹是等宽等间距的，而单缝衍射的条纹是中央亮条纹最宽，两侧的条纹变窄；亮度上：双缝干涉条纹从中央往两侧亮度变化很小；而单缝衍射的中央条纹最亮，两侧逐渐变暗，在分辨过程中提高了学生的综合分析能力，这是对基于事实建构的物理模型的应用过程，体现了“科学思维”的学科素养．针对训练2　(多选)如图4(a)所示是做双缝干涉实验的示意图．先做操作1：用两块不同颜色的滤光片分别挡住双缝屏上下两半部分Ⅰ和Ⅱ；接着再做操作2：用不透明的挡板挡住b 缝．若两块滤光片一块是红色，一块是蓝色，则( )图4A．完成操作1后，光屏上出现的是图(b)图案，且甲是红色条纹，乙是蓝色条纹B．完成操作1后，光屏上出现的是图(c)图案，且丙是蓝色条纹，丁是红色条纹C．完成操作2后，光屏上出现的是图(b)图案，且甲是蓝色条纹，乙是红色条纹D．完成操作2后，光屏上出现的是图(c)图案，且丙是红色条纹，丁是蓝色条纹答案　AD解析　题图(b)中的条纹为等间距明暗相间条纹，是干涉图样．题图(c)为中间最宽且不等间距明暗相间条纹，是衍射条纹．操作1是双缝干涉实验，故条纹间距相等，光屏上出现题图(b)图案，由图案知甲的波长大于乙的波长，故甲为红色条纹，乙为蓝色条纹，A正确；操作2是单缝衍射，条纹间距不相等，光屏上为题图(c)图案，再结合波长关系可知D正确．三、光的偏振如图所示，取一个偏振片P，让阳光通过偏振片P，在P的另一侧观察，可以看到偏振片是透明的；在偏振片P的后面再放置另一个偏振片Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片Q，会看到什么现象？这说明什么？答案　会看到在旋转Q时光的亮度发生变化．偏振片的作用类似于狭缝的作用，只有振动方向与透振方向一致的光才能通过．当偏振片Q 与P的透振方向平行时，穿过Q的光最强；当Q与P的透振方向垂直时，光不能透过Q.对偏振方向与透振方向的理解透振方向：偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫做“透振方向”．(1)当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向平行时，透射的光最强；当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向垂直时，光不能穿过偏振片．(2)当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向既不平行也不垂直时，则仍会有部分光透过偏振片，只是透过的光的强度介于平行和垂直两种情况之间．例3　(2018·湖州高二下学期期末)如图5所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q，A 点位于P、Q之间，B点位于Q右侧，以两偏振片的中心连线为轴旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是( )图5A．A、B均不变B．A、B均有变化C．A不变，B有变化D．A有变化，B不变答案　C解析　以两偏振片的中心连线为轴旋转偏振片P，A点的光强不变；当两偏振片的偏振方向平行时B点亮度最大，当偏振方向垂直时B点的亮度最小，则B点亮度有变化，故选C.1．(光的衍射)(多选)对光的衍射现象的定性分析，正确的是( )A．光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物继续传播的现象B．衍射图样是光波相互叠加的结果C．光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据D．光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论答案　ABC解析　根据光的衍射现象的定义可知选项A正确；衍射图样中有亮、暗条纹，这是光波相互叠加的结果，加强区为亮条纹，减弱区为暗条纹，选项B正确；因为衍射也是波特有的现象，所以光的衍射现象的发现为光的波动说提供了有力证据，选项C正确；当障碍物较大时，光的衍射很弱，光几乎沿直线传播，即光的直线传播只是特殊情况下的近似，二者是统一的，选项D错误．2．(光的衍射)让烛光照射到一块遮光板上，板上有一个可自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢地由大收缩变小直到闭合时，则在孔后的屏上将先后出现的现象(遮住侧面光)是( )A．三角形光斑　倒立的烛焰　明暗相间的圆环B．三角形光斑　圆形光斑　倒立的烛焰C．倒立的烛焰　圆形光斑　明暗相间的圆环D．三角形光斑　明暗相间的圆环　倒立的烛焰答案　A解析　当三角形孔较大时，屏上出现一个三角形光斑，如图甲所示，随着三角形缓慢地收缩，光斑逐渐变小；当三角形孔小到一定程度时，屏上会出现倒立的烛焰，如图乙所示；继续使三角形孔缓慢收缩，可以观察到小孔衍射图样；当孔闭合时，屏上就会一片黑暗．故A正确．3．(单缝衍射与双缝干涉的比较)(多选)(2017·宁波效实中学高二第二学期期中)做单缝衍射实验和双缝干涉实验时，用激光比普通光源效果更好，图象更清晰．如图6所示，如果将感光元件置于光屏上，则不仅能在光屏上看到彩色条纹，还能通过感光元件中的信号转换，在电脑上看到光强的分布情况．下列说法正确的是( )图6A．做单缝实验时，光强分布如图乙所示B．做单缝实验时，光强分布如图丙所示C．做双缝实验时，光强分布如图乙所示D．做双缝实验时，光强分布如图丙所示答案　AD4．(光的偏振)(2017·嘉兴一中高二第二学期期中)让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，如图7所示，此时可在屏上看到明显的亮光．以光的传播方向为轴旋转下列仪器，最有可能看到操作前后因透射光的强度发生变化，引起光屏亮度改变的是( )图7A．沿光的传播方向看P顺时针转动90°B．沿光的传播方向看P顺时针转动180°C．沿光的传播方向看光源顺时针转动90°D．沿光的传播方向看光屏顺时针转动180°答案　A一、选择题考点一　光的衍射1．(多选)在单缝衍射实验中，下列说法正确的是( )A．其他条件不变，将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄B．其他条件不变，使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄C．其他条件不变，换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽D ．其他条件不变，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽答案　ACD解析　黄光波长大于绿光波长，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，条纹间距也越宽，所以A 、C 正确；当光的波长一定时，单缝宽度越小，衍射现象越明显，衍射条纹间距会变宽，B 错误；当光的波长一定，单缝宽度也一定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距会变宽，D 正确．2．(多选)沙尘暴是由于土地的沙化引起的一种恶劣的气象现象，发生沙尘暴时能见度只有几十米，天空变黄发暗，这是由于在这种情况下( )A ．只有波长较短的一部分光才能到达地面B ．只有波长较长的一部分光才能到达地面C ．只有频率较高的一部分光才能到达地面D ．只有频率较低的一部分光才能到达地面答案　BD解析　根据光发生明显衍射现象的条件知，发生沙尘暴时，只有波长较长的一部分光能到达地面，据λ＝知，到达地面的光是频率较低的一部分光，故选项B 、D 正确．c f3．(多选)(2018·金华高二检测)抽制细丝时可用激光监控其粗细，如图1所示．激光束通过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝时产生的条纹规律相同，则( )图1A ．这是利用光的干涉现象B ．这是利用光的衍射现象C ．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗了D ．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细了答案　BD解析　由题图图样可知，这是利用了光的衍射现象，当丝变细时(相当于狭缝变窄)条纹间距变宽，B、D选项正确．4．某同学使用激光器做光源，在不透光的挡板上开一条宽度为0.05 mm的窄缝，进行光的衍射实验，如图2所示，则他在光屏上看到的条纹是( )图2答案　B解析　单缝衍射条纹中间宽，两侧越来越窄，又由于单缝是水平的，故衍射条纹也是水平的，B 对．考点二　单缝衍射与双缝干涉的比较5．(多选)关于衍射，下列说法中正确的是( )A．衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果B．双缝干涉中也存在着光的衍射现象C．一切波都很容易发生明显的衍射现象D．影子的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实答案　AB6．如图3所示，a表示单缝，b表示双缝，用某单色光分别照射竖直放置的单缝和双缝，在缝后较远位置竖直放置的光屏上可以观察到明暗相间的条纹(图中阴影表示亮条纹)，则( )图3A ．图c 表示单缝衍射条纹，图d 表示双缝干涉条纹B ．单缝S 越宽，越容易观察到对应的明暗条纹C ．双缝间距离越小，对应条纹间距越大D ．照射双缝的单色光波长越短，对应条纹间距越大答案　C解析　根据单缝衍射条纹间距不等，而双缝干涉条纹间距相等，则有题图c 表示双缝干涉条纹，题图d 表示单缝衍射条纹，故A 错误；根据发生明显衍射现象的条件可知，单缝S 越窄，越容易观察到对应的明暗条纹，故B 错误；在双缝干涉中，干涉条纹的间距Δx ＝λ，由公式l d可得，条纹间距与波长λ、双缝与屏之间的距离l 成正比，与双缝间的距离d 成反比，故C 正确，D 错误．7．一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，只是亮条纹比原来暗些B ．与原来不同的明暗相间的条纹，而中央亮条纹变宽些C ．只有一条与缝宽对应的亮条纹D ．无条纹，只存在一片红光答案　B8．(2017·嘉兴一中高二第二学期期中)在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的明暗相间的图样，图4的四幅图中属于光的单缝衍射图样的是( )图4A．a、c B．b、c C．a、d D．b、d答案　D解析　单缝衍射条纹的特点是中央亮条纹最宽、最亮，双缝干涉条纹的特点是等间距的条纹，所以a是干涉条纹，b、d是单缝衍射条纹，c是水波的衍射图样．考点三　光的偏振9．(多选)如图所示，一束自然光通过起偏振器照射到光屏上，则图中光屏上发亮的有(起偏振器上用箭头表示其透射方向)( )答案　ABD解析　自然光通过起偏振器后成为偏振光，当偏振光的振动方向与起偏振器的透振方向平行时能够通过，垂直时不能通过，所以A、B、D正确．10．(多选)光的偏振现象说明光是横波，下列现象中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，反射光线是偏振光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　ABC解析　自然光通过第一个偏振片后形成单一振动方向的偏振光，再通过第二个偏振片时，若偏振片的透振方向与此偏振光的振动方向垂直，则无光透过第二个偏振片，若二者平行则透射光最强，故选项A反映了光的偏振特性；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垂直时，反射光线和折射光线都是偏振光且偏振方向垂直，选项B反映了光的偏振特性；拍摄水中景物或玻璃橱窗中景物时，由于水或玻璃表面反射光较强，使所拍摄景物不清晰，在照相机镜头前装上偏振片，使其透振方向与反射光的偏振方向垂直，则有效防止反射光进入照相机，从而使所拍景象更清晰，选项C反映了光的偏振特性；选项D中通过手指间的缝隙观察日光灯，看到彩色条纹是光的衍射现象．故选A、B、C.11．(多选)(2017·宁波效实中学高二期中)利用旋光仪这种仪器可以用来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量．其原理是：偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线旋转一个角度θ，这一角度称为“旋光角”，θ的值与糖溶液的浓度有关．将θ的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量．如图5所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达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( )图5A．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B转过的角度等于θD．将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片A转过的角度等于θ答案　ACD12．如图6所示是一种利用光纤温度传感器测量温度的装置，一束偏振光射入光纤，由于温度的变化，光纤的长度、芯径、折射率发生变化，从而使偏振光的振动方向发生变化，光接收器接收的光强度就会变化．设起偏振器和检偏振器透振方向相同，关于这种温度计的工作原理，正确的说法是( )图6A．到达检偏振器的光的振动方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大B．到达检偏振器的光的振动方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大C．到达检偏振器的光的振动方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小D．到达检偏振器的光的振动方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小答案　B解析　根据题意知，温度变化越大，光通过光纤时振动方向变化越大，起偏振器和检偏振器的透振方向是相同的，光从光纤中通过时振动方向变化越大，透过检偏振器的光强度就会越小，所以光接收器接收的光强度也就会越小，因此选项B正确．二、非选择题13.某同学自己动手制作如图7所示的装置观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双缝屏，整个装置位于一暗箱中，实验过程如下：图7(1)该同学用一束太阳光照射A屏时，屏C上没有出现干涉条纹；移去B后，在屏上出现不等间距条纹，此条纹是由于______________产生的．(2)移去A后，遮住缝S1与缝S2中的任一个，C上均出现一窄亮斑，出现以上实验结果的主要原因是______________________________________．(3)若光通过缝S1或缝S2后在C上依次出现如图8甲、乙、丙、丁所示条纹，说明了什么？________________________________________________________________________.图8答案　(1)光的衍射　(2)双缝S1、S2太宽　(3)缝S1或缝S2越来越窄解析　(1)移去B后只剩下单缝，故发生单缝衍射现象形成不等间距的条纹，故此条纹是由于光的衍射产生的．(2)没有出现明暗相间的条纹而只出现一个窄亮斑，说明衍射现象不明显，故主要原因是双缝S1、S2太宽．(3)从四张单缝衍射图样可以看出，由题图甲到题图丁，衍射现象越来越明显，说明缝S1或S2越来越窄．。

实验：测定玻璃的折射率一、实验原理用插针法确定光路，找出与入射光线相应的出射光线，就能在玻璃砖中画出对应的折射光线，从而可以测出一组对应的入射角和折射角，根据折射定律，便可求出玻璃的折射率．二、实验器材玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉(3～4枚)、量角器、直尺、铅笔．三、操作步骤1．把白纸用图钉钉在木板上．2.用直尺画一条平行于玻璃砖一个面的一条线aa ′作为界面，过aa ′上一点O 作垂直于aa ′的直线NN ′作为法线，过O 点画一条入射光线AO ，使入射角θ1适当大些，如图1所示．图13．在AO 线上竖直地插两枚大头针P 1、P 2，在白纸上放上被测玻璃砖，使玻璃砖的一个面与aa ′重合．4．沿玻璃砖的另一侧面用直尺画一条直线bb ′.5．在玻璃砖的bb ′一侧白纸上竖直地立一枚大头针P 3，调整视线，同时移动大头针P 3的位置，当P 3恰好能同时挡住玻璃砖aa ′一侧所插的大头针P 1、P 2的像时，把大头针P 3插好．6．在玻璃砖bb ′一侧再竖直地插一枚大头针P 4，使P 4能挡住P 3本身，同时也能挡住P 1、P 2的像．7．记下P 3、P 4的位置，移去玻璃砖，拔去大头针，过P 3、P 4连一条直线BO ′交bb ′于O ′点，连接OO ′，OO ′就是入射光线AO 在玻璃砖内的折射光线，折射角为θ2.8．用量角器量出入射角θ1和折射角θ2的大小．9．改变入射角θ1，重复上面的步骤再做三、四次，量出相应的入射角和折射角．四、数据处理1．计算法：通过多次测量入射角和折射角，得出多组入射角和折射角的正弦值，再代入n ＝sin θ1sin θ2中求出多个n 的值，然后取其平均值，即为玻璃砖的折射率． 2．单位圆法(1)以入射点O 为圆心，以一定长度R 为半径画圆，交入射光线OA 于E 点，交折射光线OO ′于E ′点，过E 作NN ′的垂线EH ，过E ′作NN ′的垂线E ′H ′，分别交NN ′于点H 、H ′，如图2所示．图2(2)由图中关系知sin θ1＝EH OE ，sin θ2＝E ′H ′OE ′，OE ＝OE ′＝R ，则n ＝sin θ1sin θ2＝EH E ′H ′，只要用刻度尺测出EH 、E ′H ′的长度就可以求出n .3．图象法：求出多组对应的入射角与折射角的正弦值，作出sin θ1－sin θ2图象，由n ＝sin θ1sin θ2可知图象应为直线，如图3所示，其斜率为折射率．图3五、注意事项1．实验中，玻璃砖在纸上的位置不可移动．2．不能用手触摸玻璃砖光洁的光学面，更不能把玻璃砖当尺子用．3．大头针应竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P 1与P 2间、P 3与P 4间的距离应适当大些，以减小确定光路方向时造成的误差．4．实验中入射角不宜过小或过大，否则会使测量误差增大．一、实验原理与操作例1 (2017·浙江11月选考)在“测定玻璃的折射率”实验时，(1)下列做法正确的是________．A ．入射角越大，误差越小B ．在白纸上放好玻璃砖后，用铅笔贴着光学面画出界面C ．实验时既可用量角器，也可用圆规和直尺等工具进行测量D ．判断像与针是否在同一直线时，应该观察大头针的头部(2)小明同学在插针时玻璃砖的位置如图4所示，根据插针与纸上已画的界面确定入射点与出射点，依据上述操作所测得的折射率________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．图4(3)小明同学经正确操作后，在纸上留下四枚大头针的位置P 1、P 2、P 3和P 4，AB 和CD 是描出的玻璃砖的两个边，如图5所示，请在虚线框中画出光路图．图5答案 (1)C (2)偏小 (3)光路图见解析解析 (1)本实验在用插针法时，角度不宜过大，否则很难确定折射角，选项A 错；不能用铅笔贴着光学面画界面，所以选项B 错误；本实验通过n ＝sin i sin r求折射率，也可以通过单位圆法求折射率，所以选项C 正确；在观察像与针是否在一条直线时，应该观察大头针底部，所以D 错误．(2)由图甲可知，此次测量的折射角偏大，导致测得的折射率偏小．(3)光路图如图乙所示．甲乙例2(2017·湖州市第一学期调研)根据“测定玻璃的折射率”的实验要求，回答下列问题：某同学先在图6中的线段AO上竖直插上大头针P1和P2，然后准备在bb′外侧插上大头针P3和P4，则插P3的要求是________；插P4的要求是________；在实验中，有两位同学分别设计了记录表格，记录好数据并完成了计算．图6甲同学设计的表格：乙同学设计的表格：两位同学做得正确的是________(填“甲”或“乙”)．答案竖直插P3时，应让P3挡住P1、P2的像竖直插P4时，应让P4挡住P1、P2的像和P3甲二、实验数据处理例3(2017·浙江十校联盟3月适应性考试)在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确的操作，插好了4枚大头针P 1、P 2和P 3、P 4，如图7所示．图7(1)在图中坐标纸上画出完整的光路图，并标出入射角θ1和折射角θ2；(2)对你画出的光路图进行测量，求出该玻璃的折射率n ＝________(结果保留两位有效数字)．答案 (1)如图所示(2)1.4(1.2～1.6)例4 (2018·温州新力量联盟高二第二学期期中)在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，画出完整的光路图，由于没有量角器，他以入射点O 为圆心画圆交入射光线于A 点，交折射光线于B 点，过A 点画法线的垂线与法线交于C 点，过B 点画法线的垂线与法线交于D 点，如图8所示，若各线段的长度可以用AC 、CO 、BD 、DO 表示，则玻璃的折射率可表示为________．图8答案 AC BD解析 由折射定律有n ＝sin θ1sin θ2＝AC OA BD OB＝AC BD. 三、其他形状玻璃砖测折射率例5 (2017·宁波诺丁汉大学附中高二下学期期末)在“用插针法测定玻璃砖折射率”的实验中，玻璃砖的ab 边与a ′b ′边相互平行，aa ′边与bb ′边不平行，某同学在白纸上仔细画出了玻璃砖的两条边线aa ′与bb ′，如图9所示．图9(1)实验时，先在玻璃砖的一侧插两枚大头针P 1和P 2以确定入射光线AO ，接着，眼睛应在玻璃砖的________(填“同一侧”或“另一侧”)观察所插的两枚大头针P 1和P 2，同时通过插第三、第四枚大头针来确定从玻璃砖射出的光线．(2)实验中是否要求四枚大头针的针帽在同一视线上？________(填“是”或“否”)．(3)下列操作可以减小实验误差的是________(填字母代号)．A ．适当增大大头针P 1、P 2的间距B ．选择玻璃砖相互平行的ab 、a ′b ′边来测量C ．选用尽可能细的笔画线D ．使AO 的入射角接近90°答案 (1)另一侧 (2)否 (3)AC解析 (1)实验时，先在玻璃砖的一侧插两枚大头针P 1和P 2以确定入射光线AO ，接着，眼睛在玻璃砖的另一侧观察所插的两枚大头针P 1和P 2，同时通过插第三、第四枚大头针来确定从玻璃砖射出的光线；(2)实验中要求四枚大头针的针尖在同一视线上，而不是针帽．(3)大头针P 1和P 2及P 3和P 4之间的距离适当大些时，角度的测量误差会小些，故A 正确；用插针法测定玻璃砖折射率时，玻璃砖上、下表面不一定要平行，故B 错误；为了准确确定入射光线和折射光线，选用尽可能细的笔画线，故C 正确；为了减小测量的相对误差，选择的入射角应适当，不宜过小也不宜过大，故D 错误．1．(实验原理与操作)在测定玻璃的折射率的实验中，对一块两面平行的玻璃砖，用插针法找出与入射光线对应的出射光线，现在甲、乙、丙、丁四位同学分别作出如图10所示的四组插针结果．图10(1)从图上看，肯定把大头针插错了的同学是________．(2)从图上看，测量结果准确度最高的同学是________．答案(1)甲、乙(2)丁2．(实验数据处理)(2018·金华一中高二上学期第二次段考)在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图11所示．图11(1)请在图12中画出完整的光路图．图12(2)对画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n＝________(保留3位有效数字)．(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图13所示．图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和________(填“A”或“B”)．图13答案(1)如图所示(2)1.53(说明：±0.03范围内均可) (3)A解析(1)分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点并延长，与玻璃砖两平行边分别相交，标出传播方向，然后连接玻璃砖边界的两交点，即为光线在玻璃砖中的传播线路．光路图如图所示．(2)设方格纸上正方形的边长为1，光线的入射角为θ1，折射角为θ2，则sin θ1＝5.3 5.32＋42≈0.798，sin θ2＝2.22.22＋3.62≈0.521，所以该玻璃砖的折射率n＝sin θ1sin θ2＝0.7980.521≈1.53.(3)由题图可知，光线P1P2入射到玻璃砖上时，相当于光线射到了一个三棱镜上，因此出射光线将向底边偏折，所以出射光线过P3和A.3．(实验数据处理)(2017·金华十校高三第一学期质检)如图14所示，某同学做“测定玻璃的折射率”实验时，完成光路图后，由于没有量角器，借助圆规以O为圆心画圆，该圆交入射光线于A点，交OO′连线延长线于C点．分别过A点、C点作法线NN′的垂线AB、CD交NN′于B点、D点，请用刻度尺测量并计算得到此种玻璃的折射率n＝________.(结果保留两位有效数字)图14答案 1.5解析 由折射定律有n ＝sin θ1sin θ2＝AB OA CD OC＝AB CD，测得AB ＝1.13 cm 、CD ＝0.73 cm ，代入数据解得n ≈1.5.4．(其他形状玻璃砖测折射率)在做“插针法测定玻璃砖的折射率”的实验中，对于如图所示的梯形玻璃砖(两个光学面不平行)，实验结果可能是下列图中的________．(请选择一个正确答案)答案B1．在“用插针法测玻璃砖折射率”的实验中，实验方法和步骤完全正确，但测后发现玻璃砖的两个光学面不平行，则( )A ．入射光线与出射光线一定不平行，测量值偏大B ．入射光线与出射光线一定不平行，测量值偏小C ．入射光线与出射光线一定不平行，测量值仍然正确D ．入射光线与出射光线可能平行，测量值仍然正确答案 C解析 只要实验方法和步骤完全正确，测量值的准确性与玻璃砖的两个光学面是否平行没有关系．2.(多选)在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中，其实验光路图如图1所示，对实验中的一些具体问题，下列说法正确的是( )图1A．为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当大一些B．为减小测量误差，P1、P2连线与玻璃砖界面法线的夹角应适当大一些C．若P1、P2的距离较大时，通过玻璃砖会看不到P1、P2的像D．实验中为方便操作可用玻璃砖代替尺子画线答案AB解析实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1与P2之间，P2与O点之间，P3与P4之间，P3与O′点之间距离要稍大一些．入射角θ1应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大，也不宜太小．实验中严禁用玻璃砖代替尺子画线．故A、B正确，C、D错误．3．(2018·湖州高二下学期期末)如图2所示，某同学在“测定玻璃的折射率”实验中，先确定了上边界和入射光线AO，竖直插好大头针P1、P2，在画边界a时不小心将玻璃砖向下平移一小段，然后玻璃砖保持在此位置继续实验，则测得的折射率________(填“偏小”“不变”或“偏大”)．图2答案偏小4.如图3所示，把玻璃砖放在木板上，下面垫一张白纸，在白纸上描出玻璃砖的两个边a和a′.然后在玻璃砖的一侧插两个大头针A、B，AB的延长线与直线a的交点为O.眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使B把A挡住．然后在眼睛所在的一侧再插第三个大头针C，使它把A、B的像都挡住，插第四个大头针D，使它把A、B的像和C都挡住，那么后两个大头针就确定了从玻璃砖射出的光线．在白纸上描出光线的径迹，要计算玻璃砖的折射率需要测量的物理量是图中的________；为了减小实验误差，入射角应________(选填“大些”或“小些”)．图3答案 α和β 大些5.用三棱镜做测定玻璃的折射率的实验，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧插入两枚大头针P 1和P 2，然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使P 1的像被P 2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P 3、P 4，使P 3挡住P 1、P 2的像，P 4挡住P 1、P 2的像和P 3，在纸上标出大头针的位置和三棱镜轮廓，如图4所示．图4(1)在图上画出所需的光路图；(2)为了测出该三棱镜的折射率，需要测量的物理量是________，在图上标出它们；(3)计算折射率的公式是n ＝________.答案 见解析解析 (1)光路图如图所示，画出通过P 1、P 2的入射光线，交AC 于O ，画出通过P 3、P 4的出射光线交AB 于O ′，连接OO ′，则光线OO ′就是入射光线P 1P 2在三棱镜中的折射光线．(2)在所画的图上画出虚线部分，并注明入射角θ1和折射角θ2，用量角器量出θ1和θ2(或用直尺测出线段EF 、OE 、GH 、OG 的长度)．(3)n ＝sin θ1sin θ2(或因为sin θ1＝EF OE ，sin θ2＝GH OG， 则n ＝EF OE GH OG＝EF ·OG OE ·GH) 6．如图5甲所示为光学实验用的长方体玻璃砖，它的____面不能用手直接接触．在“用插针法测定玻璃砖折射率”的实验中，两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔a 、b 、c 的位置相同，且插在c 位置的针正好挡住插在a 、b 位置的针的像，但最后一个针孔的位置不同，分别为d 、e 两点，如图乙所示．计算折射率时，用______(填“d ”或“e ”)点得到的值较小，用________(填“d ”或“e ”)点得到的值误差较小．图5答案光学d e解析光学实验用的玻璃砖的光学面不能用手接触，以防止损坏其光学面．如图所示，连接cd、ce并反向延长分别交CD于O1、O2点，并连接OO1、OO2，入射角i相同，折射角∠O′OO2<∠O′OO1，由折射定律得，折射角越大的，求得的折射率越小．由图可得，用d点得到的值较小，而ce与ab近似平行，故用e点得到的值误差较小．7．利用插针法测玻璃的折射率，实验中先将玻璃砖固定在水平桌面上的白纸上，画出玻璃砖两侧界面MN、PQ，在玻璃砖的一侧插好大头针P1、P2后，某同学发现在P1、P2的同侧通过玻璃砖在如图6所示位置也可观察到P1、P2的像，于是他在白纸上插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，然后，他又插下大头针P4，使P4挡住P3以及P2、P1的像，取走玻璃砖，画P1、P2连线交MN于O点，P4、P3连线交MN于O′点，测出P1、P2连线与MN间的夹角α＝30°，玻璃砖的厚度h＝2.00cm，OO′两点间的距离l＝3.00cm.则玻璃砖的折射率为________．图6答案 1.44解析将P1、P2所在直线当作入射光线，其光路图如图所示：即光线折射入玻璃砖，射到其下表面后发生反射，反射光又经上表面折射后穿出玻璃砖，由光的反射定律及几何关系知：sin β＝l2h 2＋(l 2)2＝l 4h 2＋l 2＝ 3.004×2.002＋3.002＝35由折射定律得，n ＝sin (90°－α)sin β≈1.44. 8．在“测定玻璃的折射率”的实验中(1)操作步骤如下：①先在白纸上画出一条直线aa ′代表两种介质的界面，过aa ′上的O 点画出界面的法线NN ′，并画一条线段AO 作为入射光线．②把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa ′对齐．③在线段AO 上竖直地插上两枚大头针P 1、P 2，透过玻璃砖观察大头针P 1、P 2的像．调整视线方向，直到P 1的像被P 2的像挡住．再在观察的这一侧插两枚大头针P 3、P 4，使P 3挡住P 1、P 2的像，P 4挡住P 3以及P 1、P 2的像，记下P 3、P 4的位置．④移去大头针和玻璃砖，连接P 3、P 4作为折射光线，测量出入射角θ1与折射角θ2，填入表格中．上述操作步骤中存在严重的缺漏，应做的补充是____________________________________ ________________________________________________________________________.(2)实验中测出了多组入射角θ1与折射角θ2，并作出了sin θ1－sin θ2的图象如图7所示，则下列说法正确的是________．图7A ．实验时，光线是由空气射入玻璃B ．实验时，光线是由玻璃射入空气C ．玻璃的折射率为0.67D ．玻璃的折射率为1.5答案 (1)见解析 (2)BD解析 (1)步骤②中应在白纸上画出玻璃砖的另一个界面bb ′，步骤④中应令P 3、P 4的连线与bb ′的交点为O ′，连接O ′和aa ′上的入射点O ，作出玻璃砖中的光线OO ′.(2)由题图可看出入射角θ1小于折射角θ2，因此，光线应该是由玻璃射入空气，则玻璃折射率n ＝sin θ2sin θ1＝0.3－00.2－0＝1.5，所以选项B 、D 正确．9.(2017·余姚中学高二第二学期期中)学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图8所示，在一圆盘上，过其圆心O 作两条互相垂直的直径BC 、EF ，在半径OA 上，垂直盘面插下两枚大头针P 1、P 2，并保持P 1、P 2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直浸入液体中，而且总保持液面与直径BC 相平，EF 作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P 1、P 2的像，并在圆周上插上大头针P 3，使P 3正好挡住P 1、P 2的像，同学们通过计算，预先在圆周EC 部分刻好了折射率的值，这样只要根据P 3所插的位置，就可直接读出液体折射率的值，则：图8(1)若∠AOF ＝30°，OP 3与OC 的夹角为30°，则P 3处对应的折射率的值为________．(2)图中P 3、P 4两位置哪一处所对应的折射率的值大？答：____________.(3)作AO 的延长线交圆周于K ，K 处所对应的折射率的值应为________．答案 (1) 3 (2)P 4 (3)1解析 (1)根据折射定律n ＝sin θ1sin θ2， 题中θ1＝∠EOP 3＝60°，θ2＝∠AOF ＝30°，所以n ＝sin60°sin30°＝ 3. (2)题图中P 4对应的空气中光线与法线夹角大于P 3对应的空气中光线与法线夹角，所以P 4对应的折射率的值大．(3)因A 、O 、K 在一条直线上，入射角等于折射角，所以K 处对应的折射率的值应为1.。

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光的颜色色散1．竖直的肥皂膜在单色光的照射下，表面会形成明暗相间的条纹，下列说法中正确的是（）.A．干涉条纹基本上是竖直的B．干涉条纹基本上是水平的C．干涉条纹的产生是由于光在肥皂膜前后表面反射的两列波叠加的结果D．干涉条纹是彩色的2．太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如图所示。

则（）。

A．屏上C处是紫光B．屏上D处是红光C．屏上B处是紫光D．屏上A处是红光3。

如图所示,在水中有一厚度不计的薄玻璃片制成的中空三棱镜，里面是空气,一束光A 从棱镜的左边射入,从棱镜的右边射出时发生了色散，射出的可见光分布在a点和b点之间，则（）。

A．从a点射出的是红光，从b点射出的是紫光B．从a点射出的是紫光，从b点射出的是红光C．从a点和b点射出的都是红光,从ab中点射出的是紫光D．从a点和b点射出的都是紫光，从ab中点射出的是红光4．一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖,经折射分成两束单色光a、b。

已知a光的频率小于b光的频率.则图中光路图可能正确的是( )。

5．一束由红、蓝两单色光组成的光线从一平板玻璃砖的上表面以入射角θ射入，穿过玻璃砖自下表面射出.已知该玻璃对红光的折射率为1.5。

设红光与蓝光穿过玻璃砖所用的时间分别为t1和t2，则在θ从0°逐渐增大至90°的过程中（).A．t1始终大于t2B．t1始终小于t2C．t1先大于后小于t2D．t1先小于后大于t26．用红光做双缝干涉实验，在屏上观察到干涉条纹。

一、光的颜色色散1．光的颜色与波长：不同颜色的光，波长不同．1．判断下列说法的正误．一、薄膜干涉中的色散小朋友吹出的肥皂泡、热菜汤表面的油花、马路上积水表面的油膜，都会看到彩1．薄膜干涉中相干光的获得光照射到薄膜上，在薄膜的前、后两个面反射的光是由同一个实际的光源分解而例1．由于薄膜干涉是经薄膜前、后表面反射的两束光叠加而形成的，所以观察时例图11．拔一根鸡翅膀上的羽毛进入棱镜时，靠近法线．射出棱镜时，远离法线．用白光做实验，会看到屏上出1．衍射时的色散图2射出棱镜的光线与入射光线方向的夹角叫通过棱镜的偏向角，如图所示，白例图31．同一介质对不同的色光有不同的折射率，介质对频率大、波长短的光折射率激光作为一种人造光源在科研、通信、工业生产、军事科技等领域都有着广泛应例1.(薄膜干图4时，干涉条纹同方向旋转时，干涉条纹同方向旋转图5．干涉条纹的产生是由于光在空气劈尖膜的上、下两表面反射形成的两列光波图6B．黄光考点一薄膜干涉中的色散图2图3薄膜干涉为前后两个面反射回来的光发生干涉形成干涉条纹，故从肥皂薄膜观察到水平干涉条纹，用复色光时出现彩色条纹．由于重力作用，肥皂膜前后图4．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．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图5图6．紫色光带在上，红色光带在下，紫色光带较宽．紫色光带在下，红色光带在上，紫色光带较宽在光屏由近及远移动过程中，可能是红色光带在上，紫色光带在下，也可能是红色光带在下，紫色光带在上，但红色光带始终较宽，故选项虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可用白光照图7B．红、紫、红、紫D．紫、红、紫、红。

——教学资料参考参考范本——浙江专版高中物理第13章光课时跟踪检测十六光的颜色色散激光新人教版选修3_4______年______月______日____________________部门一、单项选择题1．关于激光与自然光，下列说法不正确的是( )A．激光的频率单一，而自然光是含有各种色光频率的光，所以激光的相干性好B．自然光是由物质的原子发射出来的，而激光是人工产生的，所以激光不是由物质的原子发射出来的C．激光和自然光都具有相同的本质，它们都是由原子的跃迁产生的D．相干性好是激光与普通光的重要区别解析：选B 光都是由物质的原子中发射出来的，激光的频率单一，相干性很好，是与普通光的重要区别所在，自然光中含有各种频率的光，A、C、D正确，B错误。

2．一个半径较大的透明玻璃球体，若截去其上面的一大部分，然后将这一部分放到标准的水平面上，现让单色光竖直射向截面，如图所示，在反射光中看到的是( )A．平行的、明暗相间的干涉条纹B．环形的、明暗相间的干涉条纹C．只能看到同颜色的平行反射光D．一片黑暗解析：选B 薄膜干涉条纹可看做等厚线，题图中，厚度相同的空气薄膜应是以切点为圆心的一个个圆，故干涉条纹应是环形的条纹，又因是单色光照射，所以是明暗相间的条纹，故选项B正确，A、C、D 错误。

3．如图所示，从点光源S发出的一束细白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的ab间形成一条彩色光带。

下面的说法中正确的是( )A．在三棱镜中a侧光的传播速率大于b侧光的传播速率B．b侧光更容易产生衍射现象C．若改变白光的入射角，在屏上最先消失的是b侧光D．通过同一双缝干涉装置产生的干涉条纹的间距Δxa>Δxb解析：选B 根据色散形成的光谱，可知fa>fb，λa<λb，所以b 侧光更容易产生衍射现象，故选项B正确；na>nb，根据n＝，所以va<vb，故选项A错误；sin C＝，所以b侧光的临界角大，a侧光更容易发生全反射，在屏上消失，故选项C错误；根据Δx＝λ可知，Δxa<Δxb，故选项D错误。

章末小结与测评光⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎧几何光学⎩⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎧光的反射{反射定律：反射角等于入射角，光路可逆光的折射⎩⎪⎨⎪⎧折射定律：入射光线、折射光线、法线的分布折射率：n ＝sin θ1sin θ2＝c v 光路可逆光的全反射⎩⎪⎨⎪⎧条件⎩⎪⎨⎪⎧从光密介质到光疏介质入射角大于或等于临界角临界角：sin C ＝1n全反射棱镜：截面是直角三角形⎩⎪⎨⎪⎧改变90°改变180°平行玻璃砖⎩⎪⎨⎪⎧对光线的控制作用：侧移测定玻璃的折射率：插针法光⎩⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎧光的色散：把复色光分解成单色光的现象⎩⎪⎨⎪⎧三棱镜折射的色散干涉、衍射时的色散物理光学⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧光的干涉⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧干涉条件：相干光，一束光分解为两束干涉现象：明暗相间的条纹解释⎩⎪⎨⎪⎧亮条纹：路程差是波长的整数倍暗条纹：路程差是半波长的奇数倍双缝干涉实验测定光波的波长：两相邻亮(暗)条纹间距：Δx ＝l d λ薄膜干涉及其应用光⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧物理光学⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧光的衍射⎩⎪⎨⎪⎧明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸与波长相差不多或更小衍射现象：明暗相间的条纹，中央条纹最宽最亮衍射光栅：单缝叫衍射，双缝叫干涉，多缝称为衍射光栅光的偏振⎩⎨⎧自然光通过偏振片后变成偏振光偏振现象说明光波是横波激光⎩⎪⎨⎪⎧特点：相干性、单色性、平行度好，亮度高应用：传播信息，激光测距，光储存，医疗，全息照相光的折射、全反射现象的分析计算1．几何光学是以光线为工具研究光的传播规律的，所以解决几何光学问题的关键是根据“光的传播规律”画出光路图，然后再利用几何学知识，寻找相应的边角关系。

(1)几何光学主要包括四条原理：①光的直线传播规律；②光的反射定律；③光的折射定律；④光路可逆原理。

(2)解题时常用的三个公式：①折射定律公式：n 12＝sin θ1sin θ2；②折射率与光速的关系n ＝cv ；③全反射的临界角sin C＝1n。

高中物理第十三章光7 光的颜色、色散名师导航学案新人教版选修3-4 编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（高中物理第十三章光7 光的颜色、色散名师导航学案新人教版选修3-4）的内容能够给您的工作和学习带来便利。

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7 光的颜色 色散名师导航知识梳理1。

光的色散:含有多种_______________的光被分解为的现象叫做光_____________的色散.2。

光谱：含有多种_____________的光被分解后，各种色光按_____________的有序排列，就是光谱.3。

同一种介质对不同色光的折射率n 不同，对红光的折射率_____________,对紫光的折射率___________，由n=vc 知，在同一种介质中，红光光速_____________,紫光光速____________，但各种颜色的光在真空中的光速都是________________.知识导学学习本节内容,首先要理解关于色散的基本知识，掌握发生色散的本质原因及一些重要结论，重视光路图的规范画法，在解决有关问题时，注重数学知识的灵活运用，体现数学知识和物理知识相结合的思维方法，同时应用逆向思维，把光的可逆性原理运用其中，来解决有关问题。

疑难突破1。

对色散的理解剖析：(1）白光通过棱镜后，出射光束变为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的有规律排布彩色光带，这称为光的色散现象，这种由不同色光形成的彩色亮带,称为光谱。

如图13—4—1所示，白光从AB 面射入时，各色光的折射角已经不同，各色光已分解开，即已发生了色散，各色光从AC 面透出时，进一步拉大了各光传播方向间的差距.图13—4—1（2）①色散说明白光是复色光，它是由各种不同色光复合而成的.②同一种介质对于不同频率的光的折射率不同，在同一种介质中，色光频率越大，波长越短，折射率越大，介质中光速越小.各色光的情况列表统计如下:各种色光红橙黄绿蓝靛紫1偏折角小→大2折射率小→大3介质中光速大→小由上表看出，在七色光中，红光偏折角最小，即介质对红光的折射率最小，由公式n=c/v可知，红光在介质中的传播速度最大.而紫光偏折角最大，介质对紫光的折射率最大,紫光在介质中传播速度最小.2。

微型专题几何光学的原理及应用1.知道光的反射定律、折射定律和全反射的规律，知道光的可逆原理.课时要求2.会根据几何光学的根本原理画出光路图并会利用几何关系找出相应的边、角关系.一、几何光学的根本原理及应用几何光学就是以光线为工具，研究光的传播规律．解几何光学的题目，首先根据几何光学的根本原理画出光路图，然后利用几何关系找出相应的边、角关系．几何光学研究的是光线传播的规律，主要包括五条根本规律．1．光的直线传播规律2．光的反射定律(1)反射光线与入射光线、法线在同一平面内，反射光线、入射光线分居在法线两侧．(2)反射角等于入射角．3．光的折射定律折射光线与入射光线、法线在同一平面内，折射光线、入射光线分居法线两侧；入射角的正sinθ1弦与折射角的正弦成正比．公式：n12＝.其中θ1为入射光线与法线的夹角，θ2为折射sinθ2光线与法线的夹角．4．光的全反射规律发生全反射的条件是：(1)由光密介质射向光疏介质；(2)入射角θ≥临界角C，其中sinC＝1 n5．光的可逆原理在反射、折射和直线传播中，光路都是可逆的．例1如图1所示，一棱镜的截面为直角三角形ABC，∠A＝30°，斜边AB＝a.棱镜材料的折射率为2.在此截面所在的平面内，一条光线以45°的入射角从AC边的中点M射入棱镜．画出光路图，并求光线从棱镜射出的点的位置(不考虑光线沿原路返回的情况)．图1答案见解析解析设入射角为θ1，折射角为θ2，由折射定律得sinθ1＝n①sinθ2由条件及①式得θ2＝30°②如果入射光线在法线的右侧，光路图如图甲所示．设出射点为F，由θ2＝30°得光线垂直于3AB射出，且由几何关系可得AF＝a③8甲3即出射点在AB边上离A点a的位置．8如果入射光线在法线的左侧，光路图如图乙所示．乙设折射光线与AB边的交点为D.由几何关系可知，在D点的入射角θ＝60°④设全反射的临界角为C，那么1sinC＝⑤n由⑤式和条件得C＝45°⑥因此，光在D点发生全反射．设此光线的出射点为E，由几何关系得∠DEB＝90°，BD＝a－2AF⑦BE＝BDsin30°⑧联立③⑦⑧式得BE＝1 81即出射点在BC边上离B点a的位置．8求解几何光学的题目首先要画出光路图，然后利用相应的公式结合几何知识分析边、角关系.而光从光密介质射到光疏介质时，首先要判断是否发生了全反射.二、全反射和临界角的综合问题分析光的全反射、临界角问题的一般思路(1)确定光是由光疏介质进入光密介质，还是由光密介质进入光疏介质．1(2)假设光是由光密介质进入光疏介质，根据公式sinC＝确定临界角．n(3)画出恰好发生全反射的光路图，利用几何知识分析边、角关系，找出临界角．(4)以恰好发生全反射的光线为比拟对象来判断其他光线是否发生全反射，从而画出其他光线的光路图．例2如图2，△ABC是一直角三棱镜的横截面，∠A＝90°，∠B＝60°.一细光束从BC边的D点折射后，射到AC边的E点，发生全反射后经AB边的F点射出．EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中点．不计屡次反射．图2(1)求出射光相对于D点的入射光的偏角；(2)为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？答案(1)60°(2)233≤n<2解析(1)光线在BC面上发生折射，由折射定律有sini1＝nsinr1①式中，n为棱镜的折射率，i1和r1分别是该光线在BC面上的入射角和折射角．光线在AC面上发生全反射，由反射定律有i2＝r2②式中i2和r2分别是该光线在AC面上的入射角和反射角．光线在AB面上发生折射，由折射定律有nsini3＝sinr3③式中i3和r3分别是该光线在AB面上的入射角和折射角．由几何关系得i2＝r2＝60°，r1＝i3＝30°④F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为δ＝(r1－i1)＋(180°－i2－r2)＋(r3－i3)⑤由①②③④⑤式得δ＝60°⑥(2)光线在AC面上发生全反射，光线在AB面上不发生全发射，有nsini2≥nsinC>nsini3⑦式中C是全反射临界角，满足nsinC＝1⑧由④⑦⑧式知，棱镜的折射率n的取值范围应为233≤n<2.[学科素养]光在穿过有形介质时，往往要发生屡次折射和反射，所以常把全反射现象和一般的折射问题综合起来考查．在解题时，要边计算、边作图、边考虑几何关系，三个环节同步进行，才能得到合理的情况．例2表达了“物理观念〞和“科学思维〞的学科素养．针对训练如图3所示，ABC为一透明材料制成的柱形光学元件的横截面，该种材料的折射率n＝3，AC是一半径为R的14圆弧，O为圆弧的圆心，ABCO构成正方形，在O处有一点光源．从点光源射到圆弧AC的光线进入透明材料后首次射向AB或BC界面时，有一局部不能从AB或BC界面直接射出．下面的问题只研究进入透明材料后首次射向AB或BC界面的光线，AB面上的P点到A点的距离为3R.求：3图3(1)从P点射出的光线的折射角；(2)AB和BC横截面上没有光线射出局部的总长度．答案(1)60°(2)(2－2)R解析(1)设射向P点的光线入射角为θ1，折射角为θ2，如下图，tan θ1＝3R33，θ1＝30°，＝3 R故sinθ1＝根据折射定律有n＝sinθ2 sinθ1＝3解得θ2＝60°(2)设临界角为C，射向M点的光线恰好发生全反射，那么有sinC＝1＝n3，由数学知识可得3tanC＝2AB横截面没有光线射出局部的长度BM＝(1－tanC)R ＝(1－2) R2同理可知BC横截面没有光线射出局部的长度为(1－2) R2两横截面上没有光线射出局部的总长度l＝2(1－2)R＝(2－2)R.21.(几何光学的根本原理及应用)如图4所示，一个三棱镜的截面为等腰直角△ABC，腰长为a，∠A＝90°.一束细光线沿此截面所在平面且平行于BC边的方向从真空射到AB边上的中点M，光在M点发生折射后射到AC边上，并刚好在AC边上发生全反射．真空中的光速为c，试求：图4(1)该棱镜材料的折射率n；(2)光从AB边到AC边的传播时间t.答案见解析解析(1)设光从AB边射入时入射角为i，折射角为α，射到AC边上N点时入射角为β，作出光路图如下图．根据折射定律：n＝s inis inα光在AC边上恰好发生全反射：1sinβ＝n又由几何关系：α＋β＝90°，i＝45°联立解得：n＝2a(2)由图中几何关系可得M、N 间距x＝2s inα光在棱镜内传播的速度v＝cx，t＝nv32a联立解得：t＝4c2.(全反射和临界角的综合问题)用某种透明材料制成的一块柱体形棱镜的水平截面图如图5所示，左侧ABOD为长方形，右侧DOF为以O 为圆心的14圆．光线从真空以入射角θ1＝60°射到棱镜AB面，经折射后，光线到达BF面上的O点并恰好不从BF面射出．图5(1)画出光路图；(2)求该棱镜的折射率n和光线在棱镜中传播的速度大小v(光在真空中的传播速度c＝3×108m/ s)．答案(1)见解析图(2)72677×108m/s解析(1)光路图如下图(2)设光线在AB面的折射角为θ2，折射光线与OD的夹角为C，那么n＝si nθ1si nθ21由题意可知，光线在BF面恰好发生全反射sinC＝n 由图可知，θ2＋C＝90°联立以上各式解得n＝7c，又n＝，2v678可解得v＝×10m/s.73.(全反射和临界角的综合问题)一个半圆柱形玻璃砖，其横截面是半径为R的半圆，AB为半圆的直径，O为圆心，如图6所示，玻璃的折射率为n＝2.图6(1)一束平行光垂直射向玻璃砖的下外表，假设光线到达上外表后，都能从该外表射出，那么入射光束在AB上的最大宽度为多少？(2)一细束光线在O点左侧与O相距3R处垂直于AB从下方入射，求此光线从玻璃砖射出点2的位置．答案见解析解析(1)在O点左侧，设从E点射入的光线进入玻璃砖后在上外表的入射角恰好等于发生全反射的临界角θ，那么OE区域的入射光线经上外表折射后都能从玻璃砖射出，如图甲．由全反射条件有sinθ＝1n①甲由几何关系有OE＝R sinθ②由对称性可知，假设光线都能从上外表射出，光束的宽度最大为l＝2OE③联立①②③式，代入数据得l＝2R④(2)设光线在距O点3R的C点射入后，在上外表的入射角为α，由几何关系及①式和2条件得α＝60°>θ⑤光线在玻璃砖内会发生三次全反射，最后由G点射出，如图乙，由反射定律和几何关系得OG ＝OC＝3R⑥2乙射到G点的光有一局部被反射，沿原路返回到达C点射出．1.如图1所示，△ABC为一直角三棱镜的横截面，∠BAC＝30°，现有两条间距为d的平行单色光线垂直于AB面射入三棱镜，棱镜对该单色光的折射率为3.图1(1)假设两条单色光线均能从AC面射出，求两条单色光线从AC面射出后的距离；(2)假设第三条单色光线垂直于AB面射入三棱镜，到达AC面恰好能发生全反射，假设真空中光速为c，求这条光线在三棱镜中的传播速度．答案见解析解析(1)如下图，两条单色光线在AC面的折射点分别为D、E，由图中几何关系可知，入射角i＝30°那么根据光的折射定律有sinrsini＝n得r＝60°在直角三角形DEF中∠EDF＝30°所以EF＝11DE＝·22dcos30°＝3d.3(2)由题意结合光路图知入射的临界角为30°，n2＝1sin30°＝2，那么光在三棱镜中的传播速c 度v＝. 22．如图2所示为平安防盗门上的观察孔(俗称“猫眼〞)，直径为d，为了扩大向外观察的范围，在孔中完全嵌入折射率为n＝3的玻璃，玻璃由圆柱体和顶角为60°的球冠组成，猫眼的平面局部正好和平安门内外表平齐，球冠的边缘恰好和防盗门外外表平齐．假设要让房间里的人能看到门外全部的景象，门的厚度不能超过多少？图2答案33解析假设要让房间的人能看到门外全部的景象，那么沿平行门方向射向C处的光线能够折射经过A点即可．光路如下图：根据光的折射定律有sin60°sinγ＝n可得γ＝30°由几何关系知∠CAB＝30°那么门的厚度最大为BC＝ABtan30°＝3.33.如图3所示是一个半球形透明物体的侧视图，现在有一细束单色光沿半径OA方向入射，保持入射方向不变，不考虑光线在透明物体内部的反射．图3(1)将细光束平移到距O点3R处的C点，此时透明物体左侧恰好不再有光线射出，求透明3物体对该单色光的折射率；(2)假设细光束平移到距O点R处，求出射光线与OA轴线的交点与O点的距离．答案(1)3(2)3R解析(1)如图甲所示，甲光束由C处水平射入，在B处恰好发生全反射，∠OBC为临界角，由几何关系有sin∠OBC＝33R ＝31，那么折射率n＝＝3.3sin∠OBC(2)如图乙所示，乙光束由D点水平射入，在E点发生折射，入射角为∠OED＝α，折射角为∠NEF＝β，折射率s inβs inαn＝12R＝3，sinα＝＝R联立解得：sinβ＝3，β＝60°2由几何关系可知：∠FOE＝α＝30°，∠OFE＝β－α＝30°＝α，那么出射光线与OA轴线的交点F与O点的距离为：OF＝2R cos30°＝3R.4.如图4所示，横截面为直角三角形的玻璃砖ABC，AC边长为L，∠B＝30°.两条同种色光的光线P、Q，从AC边中点射入玻璃砖，其中光线P垂直AC边，光线Q与AC边夹角为45°.发现光线Q第一次到达BC边后垂直BC边射出，真空中的光速为c.求：图4(1)玻璃砖的折射率；(2)光线P由进入玻璃砖到第一次从BC边射出经过的时间．答案(1)2(2)56L6c解析(1)作出光路图如下图：光线Q在AC边的入射角i＝45°由几何关系可知在AC边的折射角r＝30°sinisinr由折射定律得n ＝＝2(2)光线P在玻璃砖中传播时s1＝L2tan30°＝3L2s 2＝L 2cos30°＝33cs1＋s2光线P在玻璃砖内传播的速度v＝，那么所要求的时间为t＝nv由以上各式可得t＝5 6L6 c5.如图5所示，圆形的光学仪器(斜线阴影)内有一个半径为2R的圆形空腔，空腔左面侧壁上有一台激光器，可以沿空腔的直径方向发出在真空中速度为c的激光束．空腔中放置了一个比空腔略小(半径可视为2R)的折射率为2的透明圆柱状光学材料，光学材料的圆心在空腔的圆心O点，并且材料中被挖掉了一块半径为R的截面为半圆形的柱体(圆心和O点重合)，挖掉的局部为真空．(反射与折射在同一界面时只考虑折射)图5(1)求激光从发出到照射到空腔壁的时间．(2)激光器始终开启，假设光学材料围绕空腔圆心O点顺时针转动90°，空腔壁上能被激光照射到的圆弧长度为多少？(只考虑反射光线照射的圆弧长度)答案(1)7Rc(2)2πR3R解析(1)光在半圆真空中的传播时间为t1＝c光学材料中光速为v＝c，传播距离为3Rn3R传播时间为：t2＝＝v 6Rc7R总时间t＝t1＋t2＝c1(2)在O处，光从光密介质射入光疏介质，设发生全反射的临界角为C，那么sinC＝，解得Cn2πR＝30°，所以照射的弧长范围为l＝.36．很大的池子里有足够深的某种液体，液面下有一点光源．(1)假设发现点光源照亮的面积正在变大，那么点光源是正在下沉还是上浮？(2)假设点光源在液面上沿竖直方向以3m/s的速度匀速运动，测得液面被照亮的圆面的半径正以4m/s的速度均匀变化，求该池子里液体的折射率．答案(1)下沉解析(1)点光源照亮水面的面积正在变大说明点光源正在下沉；(2)假设点光源正在下沉，因为下沉速度为3m/s，圆面半径变化为4m/s，所以在1s时间内，点光源下沉3m，而液面被照亮的圆面半径向右移动4m，作出光路图，如下图．设光在该液体中发生折射的临界角为θ，那么tanθ＝44，sinθ＝，所以该液体的折射率n＝351＝1.25.sinθ7.如图6所示，由两种不同透明介质制成的直角三棱镜甲和乙，并排放在一起刚好构成一截面为正三角形的棱镜，甲的折射率为n1＝，一细光束由AB边的中点O斜射入棱镜甲，已知入射光线在AB边的入射角的正弦值为sini＝，经折射后该光束刚好在棱镜乙的AC边发生全反射，最后从BC边射出，真空中的光速为c＝8m/s，AB边的长度为l3×10＝6cm，求该细光束在棱镜中的传播时间．图6答案×10－10s解析由题意可知该细光束在棱镜甲中的传播速度为：v1＝c＝2×10n18m/s设该细光束在AB边的折射角为θ，由折射定律可得：n 1＝sinis inθ，得到：θ＝30°由几何关系可知，细光束在棱镜甲中的折射光线与AB边的夹角为90°－30°＝60°，故折射光线与底边BC平行，光线进入棱镜乙时传播方向不变．因光束刚好在AC边发生全反射，由几何知识得到，光线在AC边的入射角为90°－60°＝30°，即发生全反射的临界角为：C＝30°设棱镜乙的折射率为n2，那么有1sinC＝，得到：n2＝2n2那么该细光束在棱镜乙中的传播速度为v 2＝c＝×10n28m/sl由几何关系可知：OE＝＝，4llEF＝＝，FD＝＝3cm42那么该光束在棱镜中的传播时间为：OEEF＋FD t＝＝×10＋v1v2－10s.8.如图7所示，有一透明玻璃砖的截面，其上面的局部是半径为R的半圆，下面是边长为2R 的正方形，在玻璃砖的两侧面距离R处，分别放置和侧面平行的足够大的光屏，玻璃砖的折射率n＝53，一束光线按图示方向从左侧光屏的P点射出，过M点射入玻璃砖，恰好经过半圆局部的圆心O，且∠MOA＝45°，光在真空中的传播速度为c.求：图7(1)光在玻璃砖中发生全反射的临界角；(2)光从P点发出到第一次传播到右侧光屏上所用的时间．答案(1)37°(2)322＋4R3c解析(1)设光在玻璃砖中发生全反射的临界角为C，那么：n＝1，解得：sinC＝sinC35，C＝37°(2)由于光射到玻璃砖的平面上时的入射角均为i＝45°>C＝37°，那么射到玻璃砖面上的光线发生全反射，其光路图如下图．由几何知识可得，光在玻璃砖和光屏之间传播的距离x1＝2(22－1)Rx1c传播的时间t1＝＝42－2Rc光在玻璃砖内传播的距离：x2＝(42＋2)Rc光在玻璃砖内传播的速度为v＝＝n 3 5光在玻璃砖内传播的时间t2＝x2v＝202＋10R3c光从P点发出到第一次传播到右侧光屏上所用时间：t＝t1＋t2＝322＋4R3c。