第一节 光的折射定律
知识点一 光的折射定律
如图所示，当光线从空气射入介质时，发生折射，折射光线、入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于法线两侧；入射角i的正弦值跟折射角γ的正弦值成正比．用公式表示为：＝n．
知识点二 折射率
1．定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角i的正弦值与折射角γ的正弦值之比n，叫作这种介质的折射率．
2．公式：n＝．
3．意义：折射率与介质的自身性质有关，与入射角大小无关，是一个反映介质光学性质的物理量．
4．折射率与光速的关系：不同介质的折射率不同，是由光在不同介质中的传播速度不同引起的，即n＝，式中c为光在真空中的传播速度．由于c＞v，故n＞1．
考点1 光的折射定律和折射率
有经验的渔民叉鱼时，不是正对着看到的鱼去叉，而是对着所看到鱼的下方叉，如图所示．你知道这是为什么吗？
提示：从鱼身上反射的光线由水中进入空气时，在水面上发生折射，折射角大于入射角，折射光线进入人眼，人眼会逆着折射光线的方向看去，就会觉得鱼变浅了，眼睛看到的是鱼的虚像，在鱼的上方，所以叉鱼时要瞄准像的下方，如图所示．
1．入射角与折射角的大小关系
(1)光从一种介质进入另一种介质时，折射角与入射角的大小关系不要一概而论，要视两种介质的折射率大小而定．
(2)当光从折射率小的介质斜射入折射率大的介质时，入射角大于折射角，当光从折射率大的介质斜射入折射率小的介质时，入射角小于折射角．
2．折射光路是可逆的
在光的折射现象中，光路是可逆的，即让光线逆着原折射光线射到界面上，光线就逆着原来的入射光线发生折射．
3．对折射率的理解
(1)关于正弦值：当光由真空射入某种介质时，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但正弦值的比值是一个常数．
(2)关于常数n：入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一个常数，但不同介质具有不同的常数，说明常数反映了该介质的光学特性．
(3)折射率与光速的关系：光在介质中的传播速度v跟介质的折射率n有关，即n＝，由于光在真空中的传播速度c大于光在任何其他介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率n都大于1．
(4)决定因素：介质的折射率是反映介质的光学性质的物理量，它的大小由介质本身及光的性质共同决定，不随入射角、折射角的变化而变化．
【典例1】 如图所示，一束单色光射入一玻璃球体，入射角为60°，已知光线在玻璃球内经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行．此玻璃的折射率为( )
A． B．1.5 C． D．2
C [作出光线在玻璃球体内光路图如图所示：
A、C是折射点，B是反射点，OD平行于入射光线，由几何知识得，∠AOD＝∠COD＝60°，则∠OAB＝30°，即折射角r＝30°，入射角i＝60°，根据折射定律有：n＝＝，故C正确，A、B、D错误．]
折射问题的四点注意
(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、折射角的确定．
(3)利用反射定律、折射定律求解．
(4)注意光路可逆性、对称性的应用．
考点2 光的色散
如图所示是一束白光照射到三棱镜上后出现的色散现象，请问玻璃对哪种色光的折射率最大，对哪种色光的折射率最小？
提示：由图可知，红光经过棱镜后偏折程度最小，紫光经过棱镜后偏折程度最大，故玻璃对紫光的折射率最大，对红光的折射率最小．
1．同一介质对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大．
2．由n＝可知，各种色光在同一介质中的光速不同，红光速度最大，紫光速度最小．
3．同一频率的色光在不同介质中传播时，频率不变，光速改变，波长亦随之改变．
【典例2】 如图所示，有一截面是直角三角形的棱镜ABC，∠A＝30°，它对红光的折射率为n1，对紫光的折射率为n2，在距AC边d处有一与AC平行的光屏，现有由以上两种色光组成的很细的光束垂直AB边射入棱镜．
(1)红光和紫光在棱镜中的传播速度之比为多少？
(2)若两种色光都能从AC面射出，求在光屏MN上两光点的距离．
[解析] (1)v红＝，v紫＝，所以＝．
(2)画出两种色光通过棱镜的光路图，如图所示，由图得
＝n1，＝n2，
由数字运算得：tan r1＝，tan r2＝，
x＝d(tan r2－tan r1)＝d．
[答案] (1) (2)d
复色光通过三棱镜发生色散的规律
如图所示，复色光经过棱镜折射后分散开来，是因为复色光中包含多种颜色的光，同一种介质对不同色光的折射率不同．
(1)折射率越大，偏折角也越大，经棱镜折射后，越靠近棱镜的底部．
(2)折射率大的，在介质中传播速度小，复色光经三棱镜折射后，靠近顶端的色光的传播速度大，靠近棱镜底端的色光的传播速度小．
第二节 测定介质的折射率
[实验目标]1．测量玻璃的折射率．2．学习用插针法确定光路．
一、实验原理
用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的折射光线，用量角器测出入射角i和折射角γ，根据折射定律计算出玻璃的折射率n＝．
二、实验器材
玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、刻度尺、铅笔．
三、实验步骤
(1)如图所示，将白纸用图钉钉在平木板上；
(2)在白纸上画出一条直线aa′作为界面(线)，过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线；
(3)把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一边bb′；
(4)在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向直到P2的像挡住P1的像．再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，记下P3、P4的位置；
(5)移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在处作直线O′B与bb′交于O′，直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向；
(6)连接OO′，入射角i＝∠AON，折射角γ＝∠O′ON′，用量角器量出入射角和折射角，从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记录在自己设计的表格中；
(7)用上述方法分别求出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中．
四、数据处理
方法一：平均值法
求出在几次实验中所测的平均值，即为玻璃砖的折射率．
方法二：图像法
在几次改变入射角、对应的入射角和折射角正弦值的基础上，以sin i值为横坐标、以sin γ值为纵坐标，建立直角坐标系，如图所示．描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线．
求解图线斜率k，则k＝＝，故玻璃砖折射率n＝．
方法三：作图法
在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO交于C点，与OE(或OE的延长线)交于D点，过C、D两点分别向N′N作垂线，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的长，如图所示．
由于sin i＝，sin γ＝，而CO＝DO，
所以折射率n1＝＝．
五、注意事项
(1)实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且大头针之间及大头针与光线转折点之间的距离要稍大一些．
(2)入射角i应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大．
(3)在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线．
(4)在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变．
(5)玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm以上．若宽度太小，则测量误差较大．
六、实验误差
(1)入射光线和出射光线画得不够精确．因此，要求插大头针时两大头针间距应稍大．
(2)入射角、折射角测量不精确．为减小测角时的相对误差，入射角要稍大些，但不宜太大，入射角太大时，反射光较强，折射光会相对较弱．
【典例1】 如图所示，关于“测定玻璃的折射率”的实验，回答以下问题．
(1)请证明图中的入射光线和射出玻璃砖的光线是平行的；
(2)为减小实验误差，入射角大一些好还是小一些好？
[解析] (1)如图所示，证明：n＝＝，而r1＝i2，
所以i1＝r2，所以入射光线平行于出射光线．
(2)大一些好．这样测量的误差会小些，可以减小实验误差．
[答案] (1)见解析 (2)大一些
【典例2】 小显和小涛同学“用插针法测玻璃棱镜的折射率”．
甲 乙
(1)小显同学按实验步骤，先在纸上插下二枚大头针P1、P2，然后在玻璃棱镜的另一侧插下另外二枚大头针，如图甲所示．则插针一定错误的是________(选填“P3P4”或“P5P6”)，按实验要求完成光路图，并标出相应的符号，所测出的玻璃棱镜的折射率n＝________．
(2)小涛同学突发奇想，用两块同样的玻璃直角三棱镜ABC来做实验，两者的AC面是平行放置的，如图乙所示．插针P1、P2的连线垂直于AB面，若操作正确的话，则在图乙中右边的插针应该是________(选填“P3P4”“P3P6”“P5P4”或“P5P6”)．
[解析] (1)光线经三棱镜折射后应该偏向底边，故插针一定错误的是“P5P6”；光路如图；
根据光的折射定律： n＝．
(2)根据光路图可知，经过P1P2的光线经两块玻璃砖的分界处后向下偏，然后射入右侧玻璃砖后平行射出，则图乙中右边的插针应该是P5P6．
[答案] (1)P5P6 见解析图 (2)P5P6
第三节 光的全反射与光纤技术
知识点一 光的全反射现象
1．光的全反射
当光从折射率较大的介质(光密介质)射入折射率较小的介质(光疏介质)时，折射角大于入射角且随入射角增大而增大．当入射角达到一定角度，折射角变成90°，继续增大入射角，折射角将大于90°．此时，入射光线全都被反射回折射率较大的介质中，这种现象称为光的全反射．
2．临界角
在光的全反射现象中，折射角等于90°时的入射角，记作ic且sin ic＝．
3．发生光的全反射的两个必要条件
(1)光线从光密介质射入光疏介质；
(2)入射角等于或大于临界角．
知识点二 光导纤维的工作原理
1．光纤及原理
光导纤维简称光纤，它能把光(信号)从一端远距离传输到光纤的另一端，其原理就是利用了光的全反射．
2．光纤的构造
光纤用的是石英玻璃或塑料拉制成的细丝，光纤由纤芯和包层组成，纤芯的折射率大于包层的折射率．
知识点三 光纤技术的实际应用
1．光缆可以用来传送图像，医学上用来检查人体消化道的内窥镜就是利用了这种性质．
2．光纤宽带、光纤电话、光纤有线电视等光纤通信网络进入千家万户．
考点1 全反射
光照到两种介质界面处，发生了如图所示的现象．
(1)上面的介质与下面的介质哪个折射率大？
(2)全反射发生的条件是什么？
提示：(1)下面的介质折射率大．
(2)一是光由光密介质射入光疏介质；二是入射角大于等于临界角．
1．对光疏介质和光密介质的理解
(1)光疏介质和光密介质的比较：
| 种类 | 光的传播速度 | 折射率 |
| 光疏介质 | 大 | 小 |
| 光密介质 | 小 | 大 |
2．全反射规律
(1)全反射的条件：
①光由光密介质射向光疏介质．
②入射角大于或等于临界角．
(2)全反射遵循的规律：发生全反射时，光全部返回原介质，入射光与反射光遵循光的反射定律，由于不存在折射光线，光的折射定律不再适用．
3．不同色光的临界角：不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越高的光的临界角越小，越易发生全反射．
【典例1】 一厚度为h的大平板玻璃水平放置，其下表面贴有一半径为r的圆形发光面．在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上．已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求平板玻璃的折射率．
[思路点拨] (1)由圆纸片恰好完全挡住圆形发光面的光线可确定临界角．
(2)根据sin ic＝可计算折射率．
[解析] 根据全反射定律，圆形发光面边缘发出的光线射到玻璃板上表面时入射角为临界角(如图所示)，设为θ，且sin θ＝．
，
而L＝R－r，
．
[答案]
全反射定律的应用技巧
(1)首先判断是否为光从光密介质进入光疏介质，如果是，下一步就要再利用入射角和临界角的关系进一步判断，如果不是则直接应用折射定律解题即可．
(2)分析光的全反射时，根据临界条件找出临界状态是解决这类题目的关键．
(3)当发生全反射时，仍遵循光的反射定律和光路可逆性．
(4)认真规范作出光路图，是正确求解这类题目的重要保证．
考点2 光导纤维的应用
如图所示是光导纤维的结构示意图，其内芯和外套由两种光学性能不同的介质构成，内芯对光的折射率要比外套对光的折射率高．请问：在制作光导纤维时，选用的材料为什么要求内芯对光的折射率要比外套对光的折射率高？
提示：光只有满足从光密介质射入光疏介质，才会发生全反射．而光导纤维要传播加载了信息的光，需要所有光在内芯中经过若干次反射后，全部到达目的地，所以需要发生全反射，故内芯对光的折射率必须要比外套对光的折射率高．
1．构造及传播原理
(1)构造：光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1～100 μm，如图所示，它是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率．
(2)传播原理：光由一端进入，在两层的界面上经过多次全反射，从另一端射出，光导纤维可以远距离传播光，光信号又可以转换成电信号，进而变为声音、图像．
2．光导纤维的折射率
设光导纤维的折射率为n，当入射角为θ1时，进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射，如图所示，则有：
sin ic＝，n＝．
，以上是光从纤维射向真空时得到的折射率，由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此折射率要比大些．
【典例2】 如图所示，一根长为l＝5.0 m的光导纤维用折射率n＝的材料制成．一束激光由其左端的中心点以45°的入射角射入光导纤维内，经过一系列全反射后从右端射出来，求：
(1)该激光在光导纤维中的速度v是多大．
(2)该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少．
[思路点拨] (1)由光导纤维的折射率可计算临界角．
(2)光在光导纤维侧面上发生全反射现象，计算出光的总路程，根据光速可求出传播时间．
[解析] (1)由n＝可得v≈2.1×108 m/s．
(2)由n＝≈2.7×10－8s．
[答案] (1)2.1×108 m/s (2)2.7×10－8s
光导纤维问题的解题关键
第一步：抓关键点．
| 关键点 | 获取信息 |
| 光导纤维 | 工作原理：全反射 |
| 光束不会侧漏 | 光束在侧壁发生全反射 |
“从一个端面射入，从另一个端面射出”，根据这句话画出入射、折射及全反射的光路图，根据全反射的知识求解问题．
第四节 光的干涉
知识点一 光的双缝干涉现象
将一支激光笔发出的光照射在双缝上，双缝平行于屏，在屏上观察到了明暗相间的条纹．
知识点二 光产生干涉的条件
1．产生稳定干涉图样的条件
两列光波的频率相同，相位差恒定，振动方向相同，即光波为相干波，而且两列相干光波到达明(暗)干涉条纹的位置的路程差Δr是波长的整数倍(或半波长的奇数倍)，即满足：
Δr＝kλ，k＝0，±1，±2，…(明条纹)
，k＝0，±1，±2，…(暗条纹)
2．干涉条纹间距公式
λ，式中L为观察屏到双缝挡板的距离，d为双缝之间的距离，λ为光的波长．
知识点三 薄膜干涉
1．定义
薄膜干涉是光通过薄膜时产生的干涉．薄膜可以是透明固体、液体或由两块玻璃所夹的气体薄层．
2．应用举例
(1)在相机的镜头上通过镀上增透膜产生干涉，增加透射，减少反射．
(2)肥皂泡上的颜色是由肥皂膜的前、后表面反射回来的两组光波相遇后形成的．
考点1 杨氏双缝干涉
如图所示是杨氏双缝干涉实验的示意图，请问在该实验中单缝屏和双缝屏分别所起的作用是什么？
提示：单缝屏是为了获得具有唯一频率和振动情况的线光源；双缝屏是为了获得两束频率相同、振动情况完全一致的相干光．
1．双缝干涉的示意图
2．屏上某处出现亮、暗条纹的条件
频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加，如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致，即振动方向总是相同；暗条纹处振动步调总是相反．具体产生亮、暗条纹的条件为
(1)亮条纹产生的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍．即：
(k＝0,1,2,3，…)
k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫亮条纹或零级亮条纹．k为亮条纹的级次．
(2)暗条纹产生的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍．即：
(k＝0,1,2,3，…)
k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开．
3．干涉图样的特点
(1)单色光的干涉图样特点：为亮条纹，两边是明、暗相间的条纹，且相邻亮条纹与亮条纹中心间、相邻暗条纹与暗条纹中心间的距离相等．
(2)白光的干涉图样：若用白光做实验，则亮条纹为白色，两侧出现彩色条纹，彩色条纹显示不同颜色光的干涉条纹间距是不同的．
【典例1】 如图所示为双缝干涉实验装置，当使用波长为6×10－7m的橙色光做实验时，光屏P点及上方的P1点形成相邻的亮条纹．若使用波长为4×10－7 m的紫光重复上述实验，在P和P1点形成的亮、暗条纹的情况是( )
A．P和P1都是亮条纹
B．P是亮条纹，P1是暗条纹
C．P是暗条纹，P1是亮条纹
D．P和P1都是暗条纹
[思路点拨] (1)光的路程差为半波长的偶数倍时出现亮条纹．
(2)光的路程差为半波长的奇数倍时出现暗条纹．
，
P1点对橙光：Δr＝n·λ橙，
，
因为P1与P相邻，所以n＝1，P1点是暗条纹．
对P点，因为Δr＝0，所以仍是亮条纹，B正确．]
分析双缝干涉中明暗条纹问题的步骤
(1)由题设情况依λ真＝nλ介，求得光在真空(或空气)中的波长．
(2)由屏上出现明暗条纹的条件判断光屏上出现的是明条纹还是暗条纹．
(k＝0,1,2，…)，判断出k的取值，从而判断条纹数．
考点2 薄膜干涉及应用
如图所示是几种常见的薄膜干涉图样，这些干涉图样是怎样形成的呢？
提示：是由薄膜前、后或上、下表面反射光束相遇而产生的干涉．
1．薄膜干涉现象
(1)现象：
①每一条纹呈水平状态排列．
②由于各种色光干涉后相邻两亮纹中心的距离不同，所以若用白光做这个实验，会观察到彩色干涉条纹．
(2)成因：
①如图所示，竖直放置的肥皂薄膜由于受到重力的作用，下面厚、上面薄．
②在薄膜上不同的地方，从膜的前、后表面反射的两列光波叠加，在某些位置这两列波叠加后互相加强，则出现亮条纹；在另一些位置，叠加后互相削弱，则出现暗条纹．故在单色光照射下，就出现了明暗相间的干涉条纹．
③若在白光照射下，则出现彩色干涉条纹．
2．用干涉法检查平面平整度
如图甲所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等间距的．如果被测表面某处凹下，则对应亮条纹(或暗条纹)提前出现，如图乙中 P条纹所示；如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图乙中Q所示．(注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左到右的位置顺序上)
甲 乙
3．增透膜
(1)为了减少光学装置中的反射光的能量损失，可在元件表面涂一层透明薄膜，一般是氟化镁．
(2)如图所示，在增透膜的前后表面反射的两列光波形成相干波，相互叠加，当路程差为半波长的奇数倍时，在两个表面反射的光产生相消干涉，反射光的能量几乎等于零．
．(λ为光在介质中传播时的波长)
(3)由于白光中含有多种波长的光，所以增透膜只能使其中一定波长的光相消．
(4)因为人对绿光最敏感，一般选择对绿光起增透作用的膜，所以在反射光中绿光强度几乎为零，而其他波长的光并没有完全抵消，所以增透膜呈现淡紫色．
【典例2】 (多选)光的干涉现象在技术中有重要应用．例如，在磨制各种镜面或其他精密的光学平面时，可以用干涉法检查平面的平整程度．如图所示，在被测平面上放一个透明的样板，在样板的一端垫一个薄片，使样板的标准平面与被测平面之间形成一个楔形空气薄层．用单色光从上面照射，在样板上方向下观测时可以看到干涉条纹．如果被测表面是平整的，干涉条纹就是一组平行的直线(如图甲)，下列说法正确的是( )
A．这是空气层的上下两个表面反射的两列光波发生干涉
B．空气层厚度相同的地方，两列波的路程差相同，两列波叠加时相互加强或相互削弱的情况也相同
C．如果干涉条纹如图乙所示发生弯曲，就表明被测表面弯曲对应位置向下凹
D．如果干涉条纹如图乙所示发生弯曲，就表明被测表面弯曲对应位置向上凸
ABC [在标准样板平面和被测平面间形成了很薄的空气薄膜，用单色光从标准平面上面照射，从空气薄膜的上下表面分别反射的两列光波频率相等，符合相干条件，在样板平面的下表面处发生干涉现象，出现明暗相间的条纹，A正确；在空气层厚度d相等的地方，两列波的波程差均为2d保持不变，叠加时相互加强和削弱的情况是相同的，属于同一条纹，故薄膜干涉也叫等厚干涉，B正确；薄膜干涉条纹，又叫等厚条纹，厚度相同的地方，应该出现在同一级条纹上．图乙中条纹向左弯曲，说明后面较厚的空气膜厚度d，在左面提前出现，故左方存在凹陷现象，C正确，D错误．故本题选ABC．]
被测平面凹下或凸起的形象判断法
被测平面凹下或凸起的形象判断法——矮人行走法．即把干涉条纹看成“矮人”的行走轨迹．让一个小矮人在两板间沿着一条条纹直立行走，始终保持脚踏被测板，头顶样板，在行走过程中：
(1)若遇一凹下，他必向薄膜的尖端去绕，方可按上述要求过去，即条纹某处弯向薄膜尖端，该处为一凹下．
(2)若遇一凸起，他必向薄膜的底部去绕，方可按上述要求过去，即条纹某处弯向薄膜底部，该处为一凸起．
因此，条纹向薄膜尖端弯曲时，说明下凹，反之，上凸．
第五节 用双缝干涉实验测定光的波长
[实验目标]1．用双缝干涉实验装置测量光的波长．2．学习测量微小距离的方法．
一、实验原理
如图所示，与两缝之间的距离d相比，每个狭缝都很窄，宽度可以忽略．
λ．
已知双缝间距d，再测出双缝到屏的距离L和条纹间距Δx，就可以求得光波的波长．
二、实验器材
双缝干涉仪(包括：光具座、光源、滤光片、单缝屏、双缝屏、遮光筒、毛玻璃屏及测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、刻度尺．
三、实验步骤
(1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示．
(2)接好光源，打开开关，使灯丝正常发光．
(3)调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏．
(4)安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，两者间距5～10 cm，这时可观察白光的干涉条纹．
(5)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹．
四、数据处理
(1)安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹．
．
(3)用刻度尺测量双缝到光屏间的距离L(d是已知的)．
(4)重复测量、计算，求出波长的平均值．
五、误差分析
(1)光波的波长很小，Δx、L的测量对波长λ的影响很大．
(2)在测量L时，一般用毫米刻度尺；而测Δx时，用千分尺且采用“累积法”．
(3)多次测量求平均值．
六、注意事项
(1)双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒、测量头等元件．
(2)滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦去．
(3)安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直，间距大约5～10 cm．
(4)调节的基本依据：照在像屏上的光很弱．主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线所致．干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行．
(5)测量头在使用时应使中心刻度线对应着亮(暗)条纹的中心．
(6)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近．
【典例1】 现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长．
(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、________、A．
(2)本实验所用的滤光片应选用________色滤光片，实验时需要测量的物理量是________和________．
(3)本实验的步骤有：
①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；
②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；
③用米尺测量双缝到屏的距离；
④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮(暗)条纹间的距离．在操作步骤②时还应注意________和________．
[解析] (1)滤光片E是从白光中选出单色红光，单缝屏是获取线光源，双缝屏是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏上，所以排列顺序为：C、E、D、B、A．
(2)红色滤光片能透过红光，而吸收其他颜色的光，所以应选用红色滤光片．根据实验原理，实验时需要测量的物理量有：双缝到屏的距离和n条亮(暗)条纹的距离．
(3)在操作步骤②时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使单缝与双缝相互平行，且单缝、双缝距离为5～10 cm；要使光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上．
[答案] (1)E、D、B
(2)红 双缝到屏的距离 n条亮(暗)条纹的距离
(3)单缝和双缝间距为5～10 cm 使单缝与双缝相互平行
【典例2】 在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，将所有器材按要求安装在如图甲所示的光具座上，然后接通电源使光源正常工作．已知实验中选用缝间距d＝0.2 mm的双缝，像屏与双缝之间的距离L＝0.7 m．
甲
(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度．用某单色光照射双缝得到如图乙所示的干涉图样，分划板在图中A、B位置时的游标卡尺读数分别如图丙、图丁所示， 求得相邻亮纹之间的间距Δx＝________mm．
乙 丙 丁
(2)利用题目中的已知量和测量结果就可算出这种单色光的波长，其字母表达式为λ＝__________(用题目中已知量和测量量的字母表示)；代入数据，可计算出λ＝__________nm．
(3)下列现象中能够观察到的有________．
A．将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽
B．将光源向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽
C．换一个两缝间距较大的双缝屏，干涉条纹间距变窄
D．去掉滤光片后，干涉现象消失
[解析]＝2.31 mm．
，代入数据可得λ＝660 nm．
λ可得干涉条纹间距变宽，A正确；光源向双缝移动一小段距离，不会影响条纹间距，B错误；增大双缝的间距，d增大，干涉条纹间距变窄，C正确；去掉滤光片，通过双缝的不是单色光，干涉现象不消失，光屏上出现彩色的干涉条纹，故D错误．
[答案] 660 (3)AC
测量Δy的方法
．
第六节 光的衍射和偏振、激光
知识点一 光的衍射
1．定义
光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，会偏离原有直线传播的途径而绕到障碍物后面的现象．
2．常见的衍射现象
(1)狭缝衍射现象．
(2)圆孔衍射现象．
3．光的明显衍射的条件
当障碍物或孔的尺寸与光的波长相当，甚至小于光的波长时，衍射现象将十分明显．
知识点二 光的偏振
1．偏振片是一种由特殊材料制成的元件，它有一个特殊的方向，叫作透振方向．当光的振动方向与透振方向平行时，光能完全通过偏振片；当光的振动方向与透振方向垂直时，光不能通过偏振片，当处于两者之间时，光只能部分通过．
2．只有横波才具有偏振性，光的偏振现象验证了光是横波．
3．偏振现象在生活中的应用：
(1)保护眼睛的偏振光眼镜．
(2)摄影爱好者常备的偏振滤光片．
知识点三 激光
1．激光的特性
(1)单色性好．
(2)相干性好．
(3)平行度好．
(4)亮度高．
2．激光的应用
(1)光导纤维中用激光作为信息高速传输的载体．
(2)激光在雷达上用于测量距离和跟踪目标．
(3)工业上的激光切割、激光焊接技术，医学上切割肿瘤的“光刀”等．
(4)全息照相．
考点1 光的衍射
取3块不透光的板，在每块板的中间各开1个圆孔，3块板所开的圆孔大小不一．先用点光源照射圆孔最大的那块板，在屏上会出现一个明亮的圆形光斑图a；再换上圆孔中等的那块板，在屏上会出现图b；最后用圆孔最小(直径约为1 mm)的那块板，在屏上会出现图c．
(1)屏上图b产生了什么现象？
(2)比较屏上图b和图c，说明了什么？
提示：(1)衍射现象．
(2)孔越小，衍射现象越明显．
1．单缝衍射图样
(1)条纹最亮，越向两边越暗；条纹间距不等，越靠外，条纹间距越小，条纹最宽，两边条纹宽度变窄．
(2)缝变窄通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮条纹的亮度降低．
(3)亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有关，入射光波长越大，单缝越窄，亮条纹的宽度及条纹间距就越大．
(4)用白光做单缝衍射实验时，亮条纹是白色的，两边是彩色条纹，亮条纹仍然最宽最亮．
2．圆孔衍射图样
(1)是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小，如图所示．
(2)圆孔越小，亮斑的直径越大，同时亮度越弱．
(3)用不同色光照射圆孔时，得到的衍射图样的大小和位置不同，波长越大，圆形亮斑的直径越大．
(4)白光的圆孔衍射图样中，是大且亮的白色光斑，周围是彩色同心圆环．
(5)只有圆孔足够小时才能得到明显的衍射图样．在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中，光屏上依次得到几种不同的现象——圆形亮斑(光的直线传播)、光源的像(小孔成像)、明暗相间的圆环(衍射图样)．
3．不透明的小圆板衍射图样(泊松亮斑)
(1)是亮斑．
(2)形成泊松亮斑时，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．
(3)周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小．
【典例1】 对于单缝衍射现象，下列说法正确的是( )
A．缝的宽度d越小，衍射条纹越亮
B．缝的宽度d越小，衍射现象越明显
C．缝宽度d越小，光传播路线越接近直线
D．入射光的波长越短，衍射现象越明显
B [单缝衍射现象中，波长越长越容易衍射，亮纹越宽，所以d减小，相对波长变长，因此衍射现象越明显．缝宽度d越小，越体现光子的随机性，衍射越明显，入射光的波长越长，衍射现象越明显，所以答案为B．]
考点2 单缝衍射、双缝干涉的比较
如图甲是光的干涉图样，如图乙是光的衍射图样，在条纹宽度和条纹间距方面有什么不同？
提示：甲图条纹宽度相等，乙图不等．
甲图条纹间距等距，乙图不等．
单缝衍射与双缝干涉的比较
| 名称 | 单缝衍射 | 双缝干涉 | |
| 不同点 | 产生条件 | 只要狭缝足够小，任何光都能发生 | 频率相同的两列光波相遇叠加 |
| 条纹宽度 | 条纹宽度不等，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 | 条纹最亮，两边变暗 | 条纹清晰，亮度基本相等 | |
| 相同点 | 成因 | 都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或削弱的结果 | |
| 意义 | 都是波特有的现象，表明光是一种波 | ||
A B C D
D [双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，故A、C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；单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越长，亮条纹越粗，故B、D是衍射图样，紫光波长较短，则亮条纹较细，故B是紫光的衍射条纹，D是黄光的衍射条纹．故选D．]
区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法
(1)根据条纹的宽度区分：双缝干涉的条纹是等宽的，条纹间的距离也是相等的，而单缝衍射的条纹，亮条纹最宽，而两侧的亮条纹逐渐变窄．
(2)根据亮条纹的亮度区分：双缝干涉条纹，从亮纹往两侧亮度变化很小，而单缝衍射条纹的亮纹最亮，而两侧的亮纹逐渐变暗．
考点3 激光
激光作为一种人造光源在科研、通讯、工业生产、军 事科技等领域都有着广泛应用，如激光干涉仪、激光切割机、激光炮等．激光的应用如此广泛，激光到底具有哪些特性？
激光干涉仪 激光切割机 激光炮
提示：激光具有单色性好、相干性好、方向性好、亮度高等特点．
激光的特性及应用
特点
| (与普通光相比) | 特点内容 | 应用 |
| 单色性好相干性好 | 频率单一，相位差恒定，易发生干涉现象，可像无线电波一样调制 | 激光全息照相、光纤通信、光的干涉 |
| 方向性好 | 激光的方向性非常好，是一束几乎不发散的平行光，可以会聚到很小的点上 | 测距和跟踪目标、CD唱片、计算机光盘 |
| 亮度高 | 激光能在很小的空间、很短的时间内集中很大的能量 | “光刀”、激发核反应 |
A．全息照片拍摄是利用了激光的全反射原理
B．利用激光是相干光，可以用在雷达上进行精确的测距
C．由于激光平行度好，它能像无线电波那样被调制，用来传递信息
D．利用激光亮度高，可以用在医学上做光刀切除肿瘤，或“焊接”剥落的视网膜
D [全息照片拍摄是利用了激光的频率单一，相干性好，能够产生明显的干涉，故A错误；利用激光平行度好，可以用在雷达上进行精确的测距，故B错误；利用激光相干性好，它能像无线电波那样被调制，用来传递信息，故C错误；利用激光光强度大、能量集中，可以用在医学上做光刀切除肿瘤，或“焊接”剥落的视网膜，故D正确．]
考点4 光的偏振
如图所示是立体电影中的图片．为什么立体电影会产生如此神奇的效果？
提示：在观看立体电影时，观众要戴上一副特制的眼镜，这副眼镜就是一对透振方向相互垂直的偏振片．
1．偏振现象
对于横波通过狭缝的情况，只有狭缝的方向与横波质点的振动方向相同时，横波才能无阻碍地通过狭缝，而当狭缝的方向与横波质点的振动方向垂直时，横波不能通过狭缝，说明偏振是横波特有的现象．
2．自然光与偏振光的区别
| 种类 | 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，光振动沿所有方向，且沿各个方向振动的光强度都相同 | 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某一特定方向(与起偏器透振方向一致) |
A．Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度不变
B．Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度时强时弱
C．P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度不变
D．P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度时强时弱
[思路点拨] 该题可按如下思路分析：太阳光是自然光 振动方向与偏振片的透振方向相同的光透过 两平行偏振片的透振方向平行时透光最多，垂直时不透光．
BD [P是起偏器，它的作用是把太阳光(自然光)转变为偏振光，该偏振光的振动方向与P的透振方向一致，所以当Q与P的透振方向平行时，通过Q的光强最大；当Q与P的透振方向垂直时通过Q的光强最小，即无论旋转P或Q，屏上的光强都是时强时弱．]
关于“偏振”的几个注意事项
(1)偏振片是由特定的材料制成的，每个偏振片都有一个特定的方向，这个方向叫作“透振方向”，只有沿透振方向振动的光才能通过偏振片．
(2)偏振片上的“狭缝”表示透振方向，而不是真实狭缝．
(3)光的偏振现象说明光是一种横波．
(4)自然光透过偏振片可以变成偏振光．
(5)当偏振片的偏振方向与光的偏振方向夹角不同时，透过偏振片的光的强度不同．
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