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 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、频率的关系，光的干涉（尤
2、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；光通过孔或障碍物时都会产生衍射，
3、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。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跟光在这种介质中的速度v之比，即。 特别提醒
4、： （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、折射线和法线的夹角，而不是跟界面的夹角
5、。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，入射角小于折射角，折射光线远离法线偏折。 折射率n
6、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。 由图可得 m3m 则鸟看水中的鱼离它m=6m （
7、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。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
8、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质，二是入射角大于（或等于）临界角。首先要
9、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）。 ：光导纤维的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播。以下关于光导纤维的说法正确的是（ ） A内
10、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传播，实现光纤通信。所以选项A正确。知识点三棱镜、光的色
11、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，偏向角也最小，而紫光在玻璃中的光速最小，故紫光在玻
12、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）。 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速同种介质中波长同种介质中折射率 ：红光和紫光相比（
13、 ） 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
14、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
15、，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 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0.5m，在左岸边一标杆上装有一A灯，A灯距地面高0.5m，
16、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 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
17、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，画出光路图，根据函数关系和几何关系即可求出折射率。 解析：当线光源上某一点发
18、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
19、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？ 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、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
20、，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 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
21、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）。
22、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，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
23、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。 （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
24、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
25、， 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 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
26、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：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
27、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
28、，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
29、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。 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
30、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，
31、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（ ） 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，当反射光与折射光线之间的夹
32、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
33、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
34、观察到的现象。 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
35、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 （ ） 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）
36、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. （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：
37、 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。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 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：
38、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
39、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
40、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 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ACD。 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
41、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
42、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
43、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
44、式：3、康普顿效应 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，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
45、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； 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
46、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，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
47、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（ ） A光电子的最大初动能不变 B光电子的最大初动能减小 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
48、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
49、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一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子 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
50、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；光电效应的产生几乎是瞬时的，一般不超过s。当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比，即单位时间内发射光电子的数
51、目与入射光的强度成正比。 1、对于光电效应的解释，下列选项正确的是（ ） A金属内每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能从金属表面逸出 B如果入射光子的能量小于金属表面电子克服原子核的引力逸出时需做的最小功，光电效应便不能发生 C发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光子的最大初动能也就越大 D由于不同金属的逸出功不同，因此，使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同 解析：同一个电子是不可实现双光子吸收的，电子吸收光子的能量是不能累加的，则A错。 不同的金属，逸出功不同，则其产生光电效应的最低频率（即极限频率）不同，所以D对。 入射光的强度增大，但其
52、频率不改变时，光子的能量也不会改变，这时第一个电子吸收光子的能量也不会增加，逸出光电子的最大初动能也就不会改变，故C错。 答案：BD 总结升华：光强是在垂直于光的传播方向上单位时间内单位面积上光的能量，在光的频率一定的情况下，决定于光子的数量。如果光的频率低于某金属的极限频率，即使光子数目再多，光强再大，也不会发生光电效应现象。举一反三 【变式】关于光电效应的规律，下列说法中正确的是（ ） A当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的频率越高，产生的光电子的最大初动能越大 B当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的强度越大，单位时间内产生的光电子数越多 C同一频率的光照射
53、不同金属，如果都能产生光电效应，则逸出功越大的金属产生的光电子的最大初动能也越大 D对某种金属，入射光波长必须小于某一极限波长，才能产生光电效应 答案：ABD 解析：本题主要考查了光电效应规律。由光电效应方程知，对于某种金属，其逸出功是一个定值。当入射光频率一定时，光子的能量是一定的，产生的光电子的最大初动能也是一定的，若提高入射光的频率，则产生光电子的最大初动能也将增大，因此A选项正确。 要想使某种金属发生光电效应，必须使入射光的频率大于其极限频率。因刚好发生光电效应时，光电子的初动能为零，有，所以，又。若入射光频率，即时才能发生光电效应，因而选项D正确。 同一频率的光照射到不同的金属上时，
54、因不同金属的逸出功不同一，则产生的光电子的最大初动能也不相同，逸出功越小，即电子越容易摆脱金属的束缚，电示脱离金属表面时获得的动能越大，因而C选项错误。 若入射光的频率不变，对于特定的金属，增加光强，不会增加光电子的最大初动能。但由于光强的增加，单位时间内照射金属的光子数目增多，因而产生的光电子数目也随之增多，光电流增大，因而B选项正确。题型二光电效应方程及其有关计算 （1）求解光电子的最大初动能 依据爱因斯坦的“光子说”，金属中每一个电子只能吸收照射光的一个光子的能量，且无积累过程。电子能否成为光电子，就看电子所吸收的光子的能量大小了。若电子吸收光子能量后足以克服金属离子对电子的吸引力而逸出
55、，则电子就能成为光电子，多余的能量转化为光电子的动能，若上式中的“”是金属表面的电子脱离金属所需做的功，即逸出功，则上式中的“”为光电子的最大初动能，即：，这就是爱因斯坦的“光电效应方程”。 （2）求解极限频率 光照射金属，金属表面的电子吸收光子的能量，然后利用此能量来克服金属离子对电子的引力，此功为逸出功“”。据公式可知，当照射光的光子能量恰好等于该金属的逸出功，即恰好发生光电效应时，光电子的最大初动能为零。有，即。 2、密立根实验的目的是：测量金属的遏止电压与入射光频率，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。实验结果是，两种方法得出
56、的普朗克常量h在0.5%的误差范围内是一致的。 下表是某次实验中得到的某金属的和的几组对应数据。 试作出图象，并通过图象求出： （1）这种金属的截止频率； （2）普朗克常量。 思路点拨：由光电子最大初动能与遏止电压的关系，及爱因斯坦光电效应方程，得，对于一定的金属，确定，是常量。所以与是一次函数关系，即线性关系，图象为一条斜率等于的直线。 与有关，越大，越高，若=0则=0。即无光电子，与对应的频率应为截止频率，图线斜率可由图中测量，作出图象后可求出h。 解析：以频率为横轴，以遏止电压为纵轴，根据表中数据选取适当比例，描点后作直线，得到图象如图所示： （1）U=0对应的频率即为截止频率，从图象上
57、看，=0的点就是直线与横轴的交点 由图读出，这种金属的截一频率为Hz （2）在图中选取两个与直线偏离最小的点，即表中第1列和第5列数据， 由它们计算直线的斜率 已知，因而可以求得普朗克常量。 总结升华：光照射金属，金属表面的电子吸收光子的能量，然后利用此能量来克服金属离子对电子的引力，此功为逸出功“”。举一反三 【变式】在图甲所示的装置中，K为一金属板，A为金属电极，都密封在真空的玻璃管中，W为由石英片封盖的窗口，单色光可通过石英片射到金属板K上，E为输出电压可调的直流电流，其负极与电极A相连，A是电流表，实验发现，当用某种频率的单色光照射K时，K会发出电子（光电效应），这时，即使A、K之间的
58、电压等于零，回路中也有电流当A的电势低于K时，而且当A比K的电势低到某一值时，电流消失，称为截止电压，当改变照射光的频率，截止电压也将随之改变，其关系如图乙所示，如果某次实验我们测出了画出这条图线所需的一系列数据，又知道了电子电量，则（ ） A可得该金属的极限频率 B可求得该金属的逸出功 C可求得普朗克常量 D可求得电子的质量 答案：ABC 解析：光电子的最大初动能与截止电压的关系为： 而， 图线斜率为，由图线斜率和e可求 得h； 图线横轴截距为，可求， 再由求出，不能求出电子的质量。题型三光的波粒二象性和物质波 波动性和粒子性是微观粒子本身矛盾的统一，不能孤立地认识任一方面。物质波的波长，p
59、为粒子的动量。对宏观物体来讲，因其动量p较大，故其波长很小，波动性极不明显。 3、光具有波粒二象性，光子的能量，其中频率表征波的特征。在爱因斯坦提出光子说之后，法国物理学家德布罗意提出了光子动量p与光波波长的关系。若某激光管以P=60 W的功率发射波长=663 nm的光束，试根据上述理论计算： （1）该管在1s内发射出多少个光子？ （2）若该管发射的光束被某黑体表面吸收，那么该黑体表面所受到的光束对它的作用力F为多大？ 思路点拨：由能量守恒定律和光子的能量求第（1）问；由动量定理求第（2）问。 解析： （1）由能量守恒定律得， 即 得个 （2）对光子由动量定理，得 N， 由牛顿第三定律知黑体表
60、示所受作用力N。 总结升华：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。举一反三 【变式】关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是（ ） A不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒也具有波粒二象性 B运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道 C波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的 D实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性 答案：D 解析：光具有波动性是微观世界具有的特殊规律：大量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子的运动表现出光的粒子性；光的波长越长，波
61、动性越明显，光的频率越高，粒子性越明显，而宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际上很难观察到波动性，不是不具有波粒二象性，D项符合题意。题型四概率波和不确定关系 （1）粒子位置的不确定性 单缝衍射现象，入射的粒子有确定的动量，但它们可以处于档板左侧的任何位置，也就是说，粒子在档板左侧的位置是完全不确定的。 （2）粒子动量的不确定性 微观粒子具有波动性，会发生衍射。大部分粒子到达狭缝之前沿水平方向运动，而在经过狭缝之后，有些粒子跑到投影位置以外。这些粒子具有了与其原来运动方向垂直的动量。由于哪个粒子到达屏上的哪个位置是完全随机的，所以粒子在垂直方向上的动量也具有不确定性，不确定量的大小可以由中央亮
62、条纹的宽度来衡量。 （3）位置和动量的不确定性关系： 由可以知道，在微观领城，要准确地测定粒子的位置，动量的不确定性就更大；反之，要准确确定粒子的动量，那么位置的不确定性就更大。如将狭缝变成宽缝，粒子的动量能被精确测定（可认为此时不发生衍射），但粒子通过缝的位置的不确定性却增大了；反之，取狭缝。粒子的位置测定精确了，但衍射范围会随的减小而增大，这时动量的测定就更加不准确了。 4、下列说法正确的是（ ） A在双缝干涉实验中，单个光子的落点不可预知，大量光子打在荧光屏上的落点是有规律的 B光波是概率波。双缝干涉中的暗条纹是光子到达概率小的地方，明条纹是光子到达概率大的地方 C在微观物理学中，不可能
63、同时准确地知道粒子的位置和动量，不可能用“轨迹”来描述粒子的运动 D在单缝衍射中，狭缝越窄，屏上中央亮条纹就越宽，这表明，尽管更窄的狭缝可以准确地测得粒子的位置，但粒子动量的不确定量却更大了 思路点拨：由光波是概率波的知识可知A、B是正确的。由不确定关系知：若要更准确地确定粒子的位置（即更小），则动量的测量一定会更不准确（即更大）所以C、D也是正确的。 答案：ABCD 总结升华：，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。举一反三 【变式】下列说法正确的是（ ） A在微观物理学中，不可能同时准确地知道某个粒子的位置和动量，粒子出现的位置是无规律可循的 B光电效
64、应和康普顿效应深入揭示了光的粒子性的一面 C光波和物质波都是概率波 D光具有波粒二象性，中是描述光的粒子性的。和是描述光的波动性的，h架起了粒子性与波动性之间的桥梁 答案：BCD 解析：在微观世界中，粒子的位置和动量虽不能同时准确地测量，但其遵从统计规律，其运动规律可由量子力学来进行描述。 第四部分 实验：测定玻璃的折射率知识要点梳理实验目的 1理解用插针法测定玻璃折射率的原理 2学会测定玻璃的折射率的实验方法实验器材 玻璃砖、白纸、木板、大头针（四枚）、图钉（四枚）、量角器、三角板（或直尺）、铅笔实验原理 用插针法确定光路，找出跟入射线相对应的折射线；用量角器测出入射角i和折射角r；根据折射
65、定律计算出玻璃的折射率实验步骤 1把白纸用图钉钉在木板上。 2在白纸上画一条直线作为界面，画一条线段AO作为入射光线，并过O点画出界面的法线，如图所示： 3把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一个边跟对齐，并画出玻璃砖的另一个边。 4在AO线段上竖直地插上两枚大头针和。 5在玻璃砖的一侧竖直地插上大头针，用眼睛观察，调整视线，要使能同时挡住和的像。 6同样地在玻璃砖的一侧再竖直地插上大头针，使能挡住本身和、的像。 7记下和的位置，移去玻璃砖和大头针，过和作直线与交于，连接，就是玻璃砖内的折射光线，入射角，折射角。 8用量角器量出入射角和折射角的度数。 9从三角函数表中查出入射角和折射角的正弦值，
66、记入自己设计的表格里。 10用上面的方法分别求出入射角是时的折射角，查出入射角和折射角的正弦值。 11算出不同入射角时的值比较一下，看它们是否接近一个常数，求出几次实验中所测i的平均值，这就是玻璃砖的折射率。数据处理 数据处理的另一种方法：如图所示，以O1圆心以任意长为半径（半径要尽能长些，约10cm）画圆交入射光线AO1于M点、交折射光线O1O于P点，过M、P作的垂线MK、PQ，则，据此可知，用刻度尺测出MK、QP的长度，即可求出折射率n。 误差分析 误差的主要 1确定入射光线、出射光线时的误差。故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距离宜大点。 2测量入射角与折射角时的误差。故入射角不宜过小，但
67、入射角也不宜过大，过大则反射光较强，出射光较弱。注意事项 1玻璃砖要厚，用手拿玻璃砖时，只能接触玻璃毛面或棱，严禁用玻璃砖当尺子画界面。 2入射角应在到之间。 3大头针要竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针与间、与间的距离应尽量大一些，以减小确定光路方向时造成的误差。 4玻璃砖的折射面要画准。 5由于要多次改变入射角重复实验，所以入射光线与出射光线要一一对应编号以免混乱。典型例题透析 1、在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面、与玻璃砖位置的关系分别如图、和所示，其中甲、丙同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖。他们的其他操作均正确，且均以 、为界面画
68、光路图。则 甲同学测得的折射率与真实值相比 _（填“偏大”、“偏小”或“不变”） 乙同学测得的折射率与真实值相比_（填“偏大”、“偏小”或“不变”） 丙同学测得的折射率与真实值相比_。 思路点拨：用图测定折射率，玻璃中折射光线偏转大了，所以折射角增大，折射率减小；用图测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关；用图测折射率时，无法确定折射光线偏见偏折的大小，所以测得的折射率可大、可小、可不变。 答案：偏小；不变；可能偏大，可能偏小，可能不变 解析：甲同学所测折射率的光路如图 ，因为，所以。 乙同学使用梯形玻璃砖不影响折射率的测定。丙同学做测量时，因出射点不确定，故测量值与真实值无法确定大小关系
69、。 总结升华：本题主要考查考生处理实验数据和分析实验误差的能力。举一反三 【变式】如图所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率。在平铺的白纸上垂直纸面插大头针、确定入射光线，并让入射光线过圆心O，在玻璃砖（图中实线部分）另一侧垂直纸面插大头针，使挡住、的像，连接。图中MN为分界面，虚线半圆与玻璃砖对称，B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点，AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点。 （1）设AB的长度为，AO的长度为，CD的长度为。DO的长度为，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量_，则玻璃砖的折射率可表示为_。 （2）该同学在插大头针前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转
70、过一个小角度，由此测得玻璃砖的折射率将_（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。 解析：本题考查插针法测玻璃折射率的实验原理、方法迁移及误差分析。 （1）如图所示，因此玻璃的折射率 因此只需测量和即可 （2）当玻璃砖顺时针转过一个小角度时，实际的比计算值大， 因此也比计算值大，计算的折射率偏大。 2、一块玻璃砖有两个相互平行的表面，其中一个表面是镀银的（光线不能通过此表面）。现要测定此玻璃的折射率。给定的器材还有：白纸、铅笔、大头针4枚（）、带有刻度的直角三角板、量角器。 实验时，先将玻璃砖放到白纸上，使上述两个相互平行的表面与纸面垂直。在纸上画出直线和, 表示镀银的玻璃表面，表示另一表面，如图所
71、示。然后，在白纸上竖直插上两枚大头针（位置如图）。用的连线表示入射光线。 （1）为了测量折射率，应如何正确使用大头针？ 试在题图中标出的位置。 （2）然后，移去玻璃砖与大头针。试在题图中通过作图的方法标出光线从空气到玻璃中的入射角与折射角。简要写出作图步骤。 （3）写出用表示的折射率公式n_。 思路点拨：本题是常规实验的变形，是测量玻璃的折射率的实验，但变化成是渡银的，其实用平面镜的对称性可将其变成我们所熟悉的学生实验。 答案： （1）在一侧观察（经折射、反射，再经折射后）的像，在适当的位置插上，使得与的像在一条直线上，即让挡住的像；再插上，让它挡住像和。的位置如图。 （2）过作直线与交于O；
72、 过作直线与交于； 利用刻度尺找到的中点M； 过O点作的垂线CD，过M点作的垂线与相交于N点，如图所示，连接ON； ， （3） 解析：测量折射率的关键是绘出入射光线，测出入射角，绘出折射光线，测出折射角。如图，连线与面的交点为光线的入射点O，过O点作垂线CD，CD为法线，的连线与CD的夹角为入射角，为不透光的镀银面，可理解为平面镜，由所决定的光线经O点射入玻璃，经面反射后再经面的点折射后射入空气，大头针应在此光线上，即挡住的像，挡住像和。在面，由于反射光线与入射光线具有对称性，那么的垂直平分线MN必为法线，ON为面的入射光线，ON与CD夹角为折射角。用量角器测量出和的值，代入，即可求出折射率。
73、 总结升华：对玻璃砖的测定，是一道创新实验题，它实际是由课本实验延伸而来的，但高于课本中的实验，也考查了考生创新实验能力。举一反三 【变式】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后，某同学发现在的同侧通过玻璃砖在如图所示位置也可观察到的像，于是他在白纸上插大头针，使挡住的像，同样的方法，他又插下大头针，使挡住和的像，取走玻璃砖，画连线交MN于O点，连线交MN于点，测出连线与MN间的夹角，玻璃砖的厚度h=2.00cm；两点间的距离l=3. 00cm。则玻璃砖的折射率为_。 解析：将所在直线当作入射光线，其光路图如图
74、所示。即光线折射进入玻璃砖，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： 由折射率定义得。 第五部分 实验：用双缝干涉测量光的波长知识要点梳理实验目的 1了解光波产生稳定的干涉现象的条件 2观察双缝干涉图样 3测定单色光的波长实验器材 光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、另外还有学生电源、导线、刻度尺实验原理 双缝干涉中两个相邻明（暗）条纹之间的距离与波长、双缝间距离d及双缝到屏的距离l满足。 两条相邻明（暗）条纹之间的距离用测量头测出。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图（1）所示。转动手轮，分划板会左、右移动。测量时，应使
75、分划板中心刻线对齐条纹的中心，如图（2）所示。记下此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻线对齐另一条相邻的明条纹中心时，记下手轮上的刻度数，两次读数之差就是相邻两条明纹间的距离。即。 实验步骤1观察双缝干涉图样 （1）将光源、单缝、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，使单缝与双缝的缝平行，二者间距约510cm。 （5）放上单缝，观察白光的干涉条纹。 （6）在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。2测定单色光的波长 （1）安装测量头
76、，调节至可清晰观察到干涉条纹。 （2）使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的刻度数，转动手轮，使分划板中心刻线移动；记下移动的条纹数n和移动后手轮的读数，与之差即为n条亮纹的间距。 （3）用刻度尺测量双缝到光屏间距离l（d是已知的）。 （4）重复测量、计算，求出波长的平均值。 （5）换用不同的滤光片，重复实验测量其他单色光的波长。 当分划板中心刻线对齐另一条相邻的明条纹中心时，记下手轮上的刻度数两次读数之差就是相邻两条明纹间的距离。即。数据处理 为了得到准确的某种单色光双缝干涉的条纹间距，实验中通常用常用的重复测量、计算求波长的平均值的方法。还可以换用不同的滤光片，重复实验测量其他
77、单色光的波长。误差分析 很小，直接测量时相对误差较大，通常测出n条明条纹间的距离a，再推算相邻两条明（暗）条纹间的距离，。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，应用擦镜纸或干净软片轻轻擦去。 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、双缝平移且竖直。 4光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近。 5调节的基本依据是：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所致，干涉条纹不清晰一般主要是单缝与双峰不平行。典型例题透析 1、利用图中装置研究双
78、缝干涉现象时，有下面几种说法： A将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄 B将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽 C将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽 D换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄 E去掉滤光片后，干涉现象消失 其中正确的是：_。 思路点拨：本题考查双缝干涉实验现象。主要涉及器材的实验装置和条纹间距公式所作的定性判断，考查考生分析实验现象的能力。 答案：ABD 解析：双缝干涉图样中条纹间距，其中l表示双缝到光屏的距离，d表示双缝间距离，表示入射光的波长。A选项中l减小，则减小，故A正确；B选项中把滤光片由蓝色换成红色后，入射光波长增大，则增大，故B正确；C选项中
79、将单缝向双缝移动不影响条纹间距，故C错误；D选项中双缝间距d增大，则减小，故D正确；E选项中去掉滤光片，则入射光变为白光，干涉图样变为彩色条纹，干涉现象仍然存在，故E错误。 总结升华：本题是常规实验整合后的再现，是双缝干涉实验。举一反三 【变式】如图所示，在用双缝干涉测光的波长实验中，光具座上放置的光学元件依次为光源、_、_、_、遮光筒、光屏。对于某种单色光，为增加相邻亮纹（暗纹）间的距离，可采取_或_的方法。 答案：滤光片 单缝 双缝 减小双缝间距离，增大双缝到屏的距离。 解析：根据条纹间距可知欲加大条纹间距，需减小双缝间距，加大双缝屏到光屏的距离。 例2、现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C
80、、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1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）本实验的步骤有： 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； 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； 用米尺测量双缝到屏的距离； 用测量头（其读数方法同螺旋测微器）测量数条亮纹间的距离。 在操作步骤时还应注意_和_。 （3）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
81、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为_mm。 （4）已知双缝间距d为m，测得双缝到屏的距离l为0.700m，由计算式=_，求得所测红光波长为_nm。 思路点拨：本题考查用双缝干步测量光的波长的实验原理、步骤、注意问题及螺旋测微器的读数和数据处理等知识。 解析： （1）双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确排序为：光源、滤光片、单缝、双缝、屏， 因此应填：E、D、B。 （2）单缝与双缝的间距为5cm10cm，使单缝与双缝相互平行。 （3）甲图的读数为2.320mm，乙图的读数为13.870mm， mm2.3
82、10mm （4）由可得 可求出 总结升华：本题考查用双缝干涉测光的波长。要注意单缝和双缝要互相平行且双缝到屏的距离相等。另外应注意螺旋测微器的读数。举一反三 【变式】某同学设计了一个测定激光的波长的实验装置，如图甲所示。激光器发出的一束直径很小的红色激光进入一个一端装有双缝，另一端装有感光片的遮光筒，感光片的位置上出现一排等距的亮点，图乙中的黑点代表亮点的中心位置。 （1）这个实验现象说明激光具有_性。 （2）通过量出相邻光点的距离可算出激光的波长，据资料介绍：若双缝的缝间距离为a，双缝到感光片的距离为L，感光片上相邻两光点间的距离为b，则光的波长。 该同学测得L=1.000m、双缝间距a=0. 220mm，用带十分度游标的卡尺测感光片上的点间距离时，尺与点的中心位置如图乙所示。乙图中第1个光点到第4个光点的距离是_mm。实验中激光的波长=_m（保留两位有效数字）。 （3）如果实验时将红激光换成蓝激光，屏上相邻两光点的距离将_。 答案：（1）波动 （2）8.5； （3）变小 解析： （1）此实验类似于光的双缝干涉实验，亮点相当于光的双缝干涉图样中的亮纹，说明激光具有波动性。 （2）根据及题中图中数据可得出结果。 （3）由红激光换成蓝激光，变小，据可得b变小
