高三物理模块四 光学
【知识网络】
规律：沿直线传播 同一均匀介质中
本影和半影
在两种介质的界面
光
学 小孔成像
第一节 光的传播
【考点透视】
一、考纲指要
1． 光的直线传播、本影和半影。（I ）
2． 光的反射，反射定律，平面镜成像作图法。（Ⅱ）
3． 光的折射、折射定律，折射率，全反射和临界角。（Ⅱ）
4． 光导纤维、棱镜、光的色散。（I ）
二、命题落点
1．光的直线传播方面的计算题（包括日食、月食、本影、半影问题）画好示意图，利用数学中的相似形等几何知识计算。如例1。
2．光的折射定律，全反射和临界角的应用。如例2。
3．光导纤维的应用。如例3。
4．分析不同颜色的光的折射情况。如例4。
【典例精析】
例1：如图图14—1—1所示，在A 点有一个小球，紧
靠小球的左方有一个点光源S 。现将小球从A 点正对着竖直
墙平抛出去，打到竖直墙之前，小球在点光源照射下的影子
在墙上的运动是
A. 匀速直线运动 B.自由落体运动
C. 变加速直线运动 D.匀减速直线运动
解析：小球抛出后做平抛运动，时间t 后水平位移是vt ，竖直位移是h =12gt ，2根据相似形知识可以由比例求得x =gl t ∝t ，因此影子在墙上的运动是匀速运动。 2v
例2. 直角三棱镜的顶角α=15°， 棱镜
材料的折射率n =1.5，一细束单色光如图图14
—1—2所示垂直于左侧面射入，试用作图法
求出该入射光第一次从棱镜中射出的光线。
解析：由n =1.5知临界角大于30°小于
45°，边画边算可知该光线在射到A 、B 、C 、
图14—1—2
D 各点时的入射角依次是75°、60°、45°、30°，因此在A 、B 、C 均发生全反射，到D 点入射角才第一次小于临界角，所以才第一次有光线从棱镜射出。
例3. 如图图14—1—3所示，一条长度为L =5.0m的光导纤维用折射率为n =2的材料制成。一细束激光由其左端的中心点以α= 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。求：⑪该激光在光导纤维中的速度v 是多大？⑫该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少？
解析：⑪由n=c/v可得v =2.1×10m/s
⑫如图图14—1—4所示。由n=sin α/sinr
可得光线从左端面射入后的折射角为30°，射到
侧面时的入射角为60°，大于临界角45°，因此
发生全反射，同理光线每次在侧面都将发生全反射，直到光线达到右端面。由三角关系可以求出光线在光纤中通过的总路程为s =2L /，因此该激光在光导纤维中传输所经历的时间是8t =s /v =2.7×10-8s 。
例4. 如图图14—1—5所示，一细束红光和一细束蓝光平行射到
同一个三棱镜上，经折射后交于光屏上的同一个点M ，若用n 1和n 2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率，下列说法中正确的是
（ ）
A. n 1
B. n 1
C. n 1>n 2，a 为红光，b 为蓝光
D. n 1>n 2，a 为蓝光，b 为红光
解析：由图可知，b 光线经过三棱镜后的偏折角较小，因此折射率较小，是红光。答案：B 图14—1—
5
【常见误区】
1．不能确定不同单色光的反射、全反射情况; 不能深入分析不同单色光的折射情况。
2．对于光的可逆性不能灵活的应用; 光在不同的介质中传播，频率保持不变认识不清。
3．数学几何知识的利用不灵活。
【基础演练】
1．（03年江苏）如图图14—1—7，一玻璃柱体的横截面为半
圆形，细的单色光束从空气射向柱体的O 点（半圆的圆
心），产生反射光束1和透射光束2，已知玻璃折射率为
，现保持入 ，入射解为45°（相应的折射角为24°）
射光不变，将半圆柱绕通过O 点垂直于图面的轴线顺时
针转过15°，如图中虚线所示，则
A ．光束1转过15°
B ．光束1转过30°
C ．光束2转过的角度小于15°
D ．光束2转过的角度大于15°
2．如图14—1—8所示是一束光线穿过介质Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ时的光路，则
A. 介质Ⅰ的折射率最大 C. 介质Ⅲ的折射率最大 B. 介质Ⅱ的折射率最大 D. 光在介质Ⅱ中传播速度最大
（ ） （ ） 图14—1—7 （ ）
图14—1—8
3．（03年江苏）如图14—1—9，a 和b 都是厚度均匀的平玻璃板，它们之间的夹角为ϕ，一
细光束以入射角θ从P 点射入，θ>ϕ. 已知此光束由红光和蓝光组成，则当光束透过b 板后，
（ ） 图14—1—9 A ．传播方向相对于入射光方向向左偏转ϕ角 B ．传播方向相对于入射光方向向右偏转ϕ角 C ．红光在蓝光的左边 . D ．红光在蓝光的右边
4．如图14—1—10所示，两个同种玻璃制成的棱镜，顶角θ1 略大于θ2 ，两单色光A 和B
分别垂直入射三棱镜，其出射光线与第二界面的夹角φ1
=φ2，则 （ ）
A. A 光的频率比B 光的频率高
B. 在棱镜中A 光的波长比B 光的短
C. 在棱镜中B 光的传播速度比A 光的大
D. 把此两光由水中射向空气，产生全反射时，A 光的临
界角比B 光的临界角大
5．某棱镜顶角θ=41.30°，一束白光以较大的入射角从棱镜的一个侧面射入，通过棱镜后
从另一个侧面射出，在光屏上形成由红到紫的彩色光带（如图示）。当入射角i 渐渐减
图14—1—10 A. 紫光最先消失，最后只剩下橙光、红光
B. 紫光最先消失，最后只剩下黄、橙、红光
C. 红光最先消失，最后只剩下紫、靛、蓝光
图14—1—14
D. 红光最先消失，最后只剩下紫、靛、蓝光和绿光
6．单色光束射到折射率n =1.414的透明球表面，光束在
过
球心的平面内，入射角i =45°。研究经折射进入球内
后，又经内表面反射一次，再经球面折射后射出的光
线，如图14—1—11所示。（图中已画出入射光和出
射光）.
（1）在图中画出光线在球内的路径和方向。
（2）求入射光和出射光之间的夹角；
（3）如果入射的是一束白光，透明球的色散情况与玻璃相仿，问那种颜色光的θ角最大？
哪种颜色的θ角最小？
图14—1—
11
第二节 光的本性
【考点透视】
一、考纲指要
1．光的本性学说的发展简史。 （I ）
2．光的干涉、双缝干涉、薄膜干涉，双缝干涉的条纹间距语波长的关系。 （I ）
3．光的衍射、光的偏振 （I ）
4．光谱和光谱分析。红外线、紫外线、X 射线、γ射线以及他们的应用. 光的电磁本性. 电磁波谱。 （I ）
5．激光的特性及应用。 （I ）
二、命题落点
1．双缝干涉产生明暗条纹的条件，条纹间距与哪些因素有关。如例1。
2．伦琴射线管的结构原理。如例2。
3．对爱因斯坦光电效应方程E K = h ν-W 的理解及应用。例3。
4．光电管与爱因斯坦光电效应方程的应用。如例4。
【典例精析】
例1．在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏上观察到彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时 （ ）
A ．只有红色和绿色的干涉条纹，其它颜色的双缝干涉条纹消失
B ．红色和绿色的干涉条纹消失，其它颜色的干涉条纹仍然存在
C ．任何颜色的干涉条纹都不存在，但屏上仍有亮光
D ．屏上无任何亮光
解析：在双缝干涉实验中，白光通过单缝成为线光源，从单缝射出的光通过双缝分成两束光，它们在光屏上形成彩色的干涉条纹，现在两个缝前分别放上红色和绿色滤光片，红光和绿光的频率不同，不是相干光，所以屏上没有干涉条纹，只有亮光，选项C 正确。 答案：C
例2：图14—2—1是伦琴射线管的结构示意图。电源
E 给灯丝K 加热，从而发射出热电子，热电子在K 、A 间的
强电场作用下高速向对阴极A 飞去。电子流打到A 极表面，激发出高频电磁波，这就是X 射线。下列说法中正确的有
（ ）
A. P 、Q 间应接高压直流电，且Q 接正极
B. P 、Q 间应接高压交流电
C. K 、A 间是高速电子流即阴极射线，从A 发出的是X 射线即一种高频电磁波
D. 从A 发出的X 射线的频率和P 、Q 间的交流电的频率相同
解析：K 、A 间的电场方向应该始终是向左的，所以P 、Q 间应接高压直流电，且Q 接正极。从A 发出的是X 射线，其频率由光子能量大小决定。若P 、Q 间电压为U ，则X 射线的频率最高可达Ue /h 。 答案：AC
例3：对爱因斯坦光电效应方程E K = h ν-W ，下面的理解正确的有
A. 只要是用同种频率的光照射同一种金属，那么从金属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能E K
B. 式中的W 表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功
C. 逸出功W 和极限频率ν0之间应满足关系式W = hν0
D. 光电子的最大初动能和入射光的频率成正比
解析：爱因斯坦光电效应方程E K = h ν-W 中的W 表示从金属表面直接中逸出的光电子克服金属中正电荷引力做的功，因此是所有逸出的光电子中克服引力做功的最小值。对应的光图14—2—1
电子的初动能是所有光电子中最大的。其它光电子的初动能都小于这个值。若入射光的频率恰好是极限频率，即刚好能有光电子逸出，可理解为逸出的光电子的最大初动能是0，因此有W = hν0。由E K = h ν-W 可知E K 和ν之间是一次函数关系，但不是成正比关系。答案：C 。
例4：如图14—2—2，当电键K 断开时，用光子能量为2.5eV 的
一束光照射阴极P ，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑线变
阻器，发现当电压表读数小于0.60V 时，电流表读数仍不为零；当电
压表读数大于或等于0.60V 时，电流表读数为零。由此可知阴极材料
的逸出功为
A.1.9eV B.0.6eV
C.2.5eV D.3.1eV 图14—2—2
解析：电流表读数刚好为零说明刚好没有光电子能够到达阳极，也就是光电子的最大初动能刚好为0.6eV 。由E K = h ν-W 可知W =1.9 eV。选A 。
【常见误区】
1．对干涉图样的成因理解片面，混淆干涉与衍射图样。
2．不理解增透膜，增反膜在生产中的具体应用。
3．对光电效应现象不理解，不能利用光电效应规律很好的分析问题。
4．不清楚光的偏振现象的含义，不理解光的波粒二象性的含义。
【基础演练】
1．（04年江苏）下列说法正确的是
A. 光波是—种概率波
B. 光波是一种电磁波
C. 单色光从光密介质进入光疏介质时．光子的能量改变
D. 单色光从光密介质进入光疏介质时，光的波长不变
2．如图14—2—3所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表
面是否平整的装置，所用单色光是用普通光源加滤色片
后获得的，检查中所观察到的干涉条纹是下列哪两个表
面反射的光线叠加而成的 （ ）
（ ）
A ．A 的上表面和B 的下表面
图14—2—3
B ．A 的上表面和B 的上表面
C ．A 的下表面和B 的上表面
D ．A 的下表面和B 的下表面
3．在不透光的挡板上有一个宽度可调节的狭缝，缝后放一光屏用平行单色光照射狭缝，我
们看到 （ ）
A ．缝越宽，屏上被照亮的宽度越大，亮度越大
B ．缝越窄，屏上被照亮的宽度越大，亮度越大
C ．缝很窄时，屏上被照亮的宽度反而增大，亮度减小
D ．缝很窄时，屏上中心亮条纹宽度减小，亮度减小
4．用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹，相邻两条绿条纹间的距离
为Δx 。下列说法中正确的有
A ．如果增大单缝到双缝间的距离，Δx 将增大
B ．如果增大双缝之间的距离，Δx 将增大
C ．如果增大双缝到光屏之间的距离，Δx 将增大
D ．如果减小双缝的每条缝的宽度，而不改变双缝间的距离，Δx 将增大
5．（06年全国理综卷Ⅰ，15）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
实验 测折射率 测光的波长
【考点透视】
一、考纲指要
1．测定玻璃折射率。（I ）
2．用双缝干涉测定光的波长。（I ）
二、命题落点
1、实验过程中，操作规范的考查。比如：玻璃砖移动对测量结果的影响。如例1。
2、实验步骤的是否操作正确、是否有疏漏。如例2。
3、液体折射率的测定。如例3。
4、插针法作图的准确性。如例4。
5、双缝干涉实验测波长，有关波长的计算、游标卡尺或螺旋测微器的读数。如例5。
【典例精析】
例1： 在“测定玻璃的折射率”实验中，已画好玻璃砖界面两直线aa ′与bb ′后，不小心误将玻璃砖向上稍平移了一点，如图14－1（1）所示，若其它操作正确，则测得的折射率将（ ）
A. 变大 B.变小 C.不变 D.变大、变小均有可能
解析 要解决本题，一是需要对测折射率的原理有透彻的理解，二是要善于画光路图。 设P 1、P 2、P 3、P 4是正确
操作所得到的四枚大头针
的位置，画出光路图后可
知，即使玻璃砖向上平移一
些，如图14—1(2)所示，实
际的入射角没有改变。实际
的折射光线是O 1O 1′，而现
在误把O 2O 2′作为折射光（1） 图14—1 （2）
线，由于O 1O 1′平行于O 2O 2′，所以折射角没有改变，因此折射率不变。答案：C
例2：在测定玻璃折射率的实验中：
（1）某同学实验插针的步骤如下：
A. 在表示入射光线的AO 上插上大头针P 1、P 2；
B. 通过玻璃砖观察P 2、P 1，调整视线，直到P 1的像被P 2的像挡住；
C. 在观察一侧插上大头针P 3、P 4，记下P 3、P 4的位置。
这位同学在操作中有什么重要漏？ 。
（2）以通过P 1、P 2的直线与玻璃砖的交点O 为圆心，以某一适当长度R 为半径画圆，与OA 交与P ，与OO ＇的延长线交与Q ，如图示，从P 、Q 分别作玻璃砖界面的法线NN ＇的垂线，图中P ＇、Q ＇分别为垂足，用刻度尺量得PP ＇=45mm，QQ ＇=30mm，求玻璃砖的折射率为 。
解析 解决此类的问题就是要熟练掌握实验的步骤与操作规范、表述一定要准确。 答案. （1）插针时应使P 3挡住P 2、P 1的像，P 4挡住P 3、P 2和P 1的像。 （2）1.5
例3：如图14—2所示，两块相同的玻璃三棱镜ABC ，两者的AC 面是互相平行放置的，在它们之间是均匀的未知介质，一单色细光束O 垂直于AB 面入射，在图中的出射光线中 （ ）
A ．1、2、3（彼此平行）中的任何一条都有可能
B ．4、5、6（彼此平行）中的任何一条都有可能
C ．7、8、9（彼此平行）中的任何一条都有可能
D ．只能是4、6中的某一条
解析 垂直AB 面射入左棱镜的入射光线，在此三棱镜中不会改变方向，由AC 面出射到两棱镜间的均匀未知介质中时，则可能有三种情况：若介质的折射率与棱镜的折射率相同，则不改变方向，最后沿着第五条光线射出，相当于一整块玻璃砖，垂直AB 面射入（即治法线射入）不会发生偏折．根据折射定律可知，在右三棱镜内折射光线必定与CB 边平行，即与BA 边垂直，对于他们之间的介质而言，发生了侧移，而从右三棱镜中出射到空气中的折射光线不会改变方向．若介质的折射率大于三棱镜的折射率，侧沿着光路“6”出射．所以只有选项B 正确。答案：B 。
例4：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．现有甲、乙、丙、丁四位同学分别做出如图14－3所示的四组插针结果。
（1）从图上看，肯定把针插错了的同学是 ．
（2）从图上看，测量结果准确度最高的同学是 ．
甲 乙
丙 丁 图14-3
解析 光线透过平行玻璃时出射光线与入射光线平行，且从空气射入玻璃砖时入射角大于折射角，因而光线透出时相对于入射光线向右下侧发生偏移。另外，插针确定光路时，入
射角稍大些，且插针相距稍远些，由上图可知，乙图中出射光线向左上偏移不符合事实，肯
定插错了。丙图出射光线与入射光线不平行且插针间距也太小，因而错误，甲图未侧移不正确，只有丁图符合要求且测量准确度高。答案：（1）乙，（2）丁
例5：用双缝干涉测光的波长。实验装置如图14－4（甲）所示，已知单缝与双缝间的距离L 1=100mm，双缝与屏的距离L 2=700mm，双缝间距d =0.25mm。用测量头来测量亮纹中心的距离。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻线对准亮纹的中心（如图14-4（乙）所示），记下此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心，记下此时手轮上的读数。
（1）分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时，手轮上的读数如图14-4（丙）所示，则对准第1条时读数x 1=_______mm、对准第4条时读数x 2=_______mm
（2）写出计算波长λ的表达式，λ=_________（用符号表示），λ=_____nm
光源
滤光片
图（乙） 第1条时读数 图（丙） 第4条时读数
图14-5
解析：螺旋测微器读数特别注意半mm 刻度线是否漏出。图（丙）中两个读数分别为
2.190mm ，7.868mm 。第一条与第四条之间有三个条纹间距的宽度，相邻条纹间的距离∆x =x 2-x 1L d (x 2-x 1) ，由公式∆x =2λ，可得λ=。 3d 3L 2
答案：（1）2.190，7.868 （2）d (x 2-x 1) 3L 2
【常见误区】
1．对用玻璃砖测折射率的步骤掌握不熟练，注意事项不明确，而找不出错误。
2．对折射率测定的方法理解不深，不能很好的变通应用到测其他模型的折射率中去。 3．对双缝干涉实验的仪器不熟悉，不明确单缝、双缝的作用，特别是测量头的使用。 4．游标卡尺或螺旋测微器不会读数。 5．移动分划板的中心刻线测条纹间距误多记或少记一个。
M
图14-5 【基础演练】 1．（04年广州）如图14－5，画有直角坐标系Oxy 的 白纸位于水平桌面上，M 是放在白纸上的半圆形 玻璃砖，其底面的圆心在坐标的原点，直边与x 轴重合，OA 是画在纸上的直线，P 1、P 2为竖直地 插在直线OA 上的两枚大头针，P 3 是竖直地插在 纸上的第三枚大头针，α是直线OA 与y 轴正方向的
夹角，β是直线OP 3与轴负方向的夹角，只要直线OA
画得合适，且P 3的位置取得正确，
测得角α和β，便可求得玻璃得折射率。
某学生在用上述方法测量玻璃的折射率，在他画出的直线OA 上竖直插上了P 1、P 2两枚大头针，但在y
2．如图14－6所示，有一长方形容器，高为30cm ，宽为40cm ，
在容器的底部平放着一把长40cm 的刻度尺。眼睛在OA
的延长线上的E 点观察，视线沿着EA 斜着向下看恰能看
到尺的左端的零刻度。现保持眼睛的位置不变，向容器
内倒入某种液体，将容器装满，仍沿EA 方向观察，恰能
看到尺上20cm 的刻度，则此液体的折射率为 。
图14-6
3．在双缝干涉实验中，用频率f ＝5×1014 Hz 的单色光照射双缝，若屏上一点P 到双缝的距
离之差为0.9 μm ，则P 点处将出现 条纹．若在折射率n ＝2的介质中作上述实验，则P 点处将出现 条纹．
4．如图14－8是杨氏实验装置示意图，图中太阳光投射到单孔屏A
上，此单孔S 的作用是___，后面是一双孔屏，两孔距离很____，
且与前一个小孔距离___，其作用是保证任何时刻从前一小孔
发出的光都会同时传到这两个小孔，这两个小孔即为_____．
MN 为像屏，像屏在双孔屏后任意位置，屏上都呈现_____．
5．在观察光的衍射现象的实验中， 通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成
的狭缝， 观看远处的日光灯管或线状白炽灯丝（灯管或灯丝
都要平行于狭缝）， 可以看到 （ ）
A ．黑白相间的直条纹
C ．彩色的直条纹
B ． 黑白相间的弧形条纹 D ． 彩色的弧形条纹 图14-8
综合能力测试（十四）
一、选择题（本题包括14小题。每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的
有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。）
1．如图1所示，让白炽灯发出的光通过偏振片P 和Q ，以光的传播方向为轴旋转偏振片P 和
Q ，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象。这个实验表明（ ）
A. 光是电磁波
B. 光是一种横波
C. 光是一种纵波
D. 光是概率波
2．太阳光照射在平坦的大沙漠上，我们在沙漠中向
前看去，发现前方某处射来亮光，好像太阳光
从远处水面反射来的一样，我们认为前方有水，但走到该处仍是干燥的沙漠，这现象在 夏天城市中太阳光照射沥青路面时也能观察到，对这种现象正确的解释是
A ．越靠近地面空气的折射率越大
B ．这是光的干涉形成的
C ．越靠近地面空气的折射率越小
D ．这是光的衍射形成的
（ ） 图1
3．有关光现象的下列说法中正确的是 （ ）
A ．在平静的湖面上出现岸边树的倒影是光的折射现象
B ．在太阳光照射下，水面上的油膜上出现彩色花纹是光的干涉现象
C ．光导纤维传递信号的基本物理原理是光的折射
D ．在光的双缝干涉实验中，只将入射光由绿光改为黄光，则条纹间距变宽
4．甲乙两种单色光均垂直射到一条直光纤的竖直端面上，甲光穿过光纤的时间比乙光的时
间短，则 （ ）
A ．光纤对甲光的折射率较大
B ．甲光的光子能量大
C ．用它们分别做为同一双缝干涉装置的光源时，甲光相邻的干涉条纹间距较大
D ．甲光的波动性比乙光显著
5．一束复色光以入射角i 从玻璃界面MN 射向空气时分成a 、b 、c 三束光，如图2
所示，则 （ ）
A ．在玻璃中a 光速度最大
B ．c 光的光子能量最大
C ．用b 光照射某金属时恰好能发生光电效应，则用a 光照
射该金属也一定能发生光电效应
D ．若逐渐增大入射角i ，c 光将首先返回玻璃中
6．设λ1、λ2是两种单色可见光1、2在真空中的波长．若λ1>λ2，则这两种单色光相比（ ）
A ．单色光2的频率较小
B ．玻璃对单色光1的折射率较大
C ．在玻璃中，单色光1的传播速度较大
D ．单色光1的光子的能量较大
7
a c 图2
现用波长为400nm 的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种？（普朗克常量h ＝6.6×10－34 J ·s ，光速c ＝3.0×10m/s） （ ） 8
A.2种 B.3种 C.4种 D.5种
8．如图3所示，将半圆形玻璃砖放在竖直面内，它左方有较大的光屏P ，一光束SA 总是射
向圆心O ，在光束SA 绕圆心O 逆时针转动过程中，在P 上先看到七色光带，然后各色光陆续消失，则此七色光带从下到上的排列顺序以及最早消失的光是（ ）
A ．红光→紫光，红光 B．紫光→红光，红光
C ．红光→紫光，紫光 D．紫光→红光，紫光
9．劣质的玻璃中往往含有空气泡，这些空气泡看上去比较亮，
对这一现象有以下不同的解释，其中正确的是（ ）
A ．空气泡对光线有会聚作用，因而较亮
B ．空气泡对光线有发散作用，因而较亮
C ．从空气泡到达玻璃的界面处的光一部分发生全反射，因而较亮
D ．从玻璃到达空气泡的界面处的光一部分发生全反射，因而较亮
10．激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理。用二次曝光照相所获得
的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度v 与二次曝光时间间隔∆t 的乘积等于双缝间距。实验中可测得二次曝光时间间隔∆t 、双缝到屏之距离l 以及相邻两条亮纹间距∆x 。若所用激光波长为λ，则该实验确定物体运动速度的表达式是（ ） A. v =图3 λ∆x
l ∆t B. v =l λl ∆x l ∆t C.v = D. v = ∆x ∆t λ∆t λ∆x
（ ） 11．如图4所示为X 射线管的结构示意图，E 为灯丝电源。要使X 射线管发出X 射线，须在K 、A 两极间加上几万伏的直流高压
A ．高压电源正极应接在P 点，X 射线从K 极发出
B ．高压电源正极应接在P 点，X 射线从A 极发出
C ．高压电源正极应接在Q 点，X 射线从K 极发出
D ．高压电源正极应接在Q 点，X 射线从A 极发出
12．在上题所示的X 射线管中，由阴极发出的电子被加速后打
到阳极，会产生包括X 射线在内的各种能量的光子，其中 图
4
光子能量的最大值等于电子的动能，已知阳极与阴极之间的电势差为U 、普朗克常数h ， 电子电量e 和光速c ，则可知该X 射线管发出的X 光的 （ ）
hc hc B． 最长波长为 eU eU
eU eU C ． 最小频率为 D． 最大频率为 ． h h A ． 最短波长为
13．发出白光的细线光源ab ，长度为l 0，竖直放置，上端a 恰好
在水面以下，如图5。现考虑线光源a b发出的靠近水面法
图5
线（图中的虚线）的细光束经水面折射后所成的像，由于水
对光有色散作用，若以l 1表示红光成的像的长度，l 2表示蓝
光成的像的长度，则 （ ）
A. l 1 l2>l 0 C. l 2> l1>l 0 D. l 2
14．某激光光源，光的发光功率为P ，发射激光的波长为λ。当激光照射到折射率为n 的均
匀介质时，由于反射，入射能量减少了10%。若介质中的激光光束的直径是d ，已知激光在真空中传播速度为c ，则在介质中单位时间内通过与光速传播方向垂直横截面积的光子个数为（ ） A. 3. 6P λ0. 9P λ0. 9P λ3. 6P λ B. C. D. πd 2hc hc πd 2hc hc
二、非选择题（本题包括5题）
15．（6分）一个军事设施的观察孔如图6所示，其宽度L =30cm，
厚度d =303cm ，为了扩大向外的观察视野，将折射率n =3 的某种玻璃砖完全嵌入观察孔内（图中为观察孔的俯视图）。
（1）嵌入玻璃砖后，视野的最大张角是__________ 图6 （2）如果要使视野的最大水平张角接近180°，则要求嵌入折射率至少______的玻璃砖。
16．（8分）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7所示，在一个圆盘上，过其圆心O 做两条互相垂直的
直径BC 、EF 。在半径OA 上，垂直盘面插上两枚大头针
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
部分竖直进入液体中，而且总使夜面与直径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，就可以直接读出液体折射率的值。 图7
（1）在用此仪器测量液体的折射率时，下列说法正确的是____________ （填字母代号）
A ．大头针P 3插在M 位置时液体的折射率值大于插在N 位置时液体的折射率值
B ．大头针P 3插在M 位置时液体的折射率值小于插在N 位置时液体的折射率值
C ．对于任何液体，在KC 部分都能观察到大头针P 1、P 2的像
D ．可能有一种液体，在KC 部分观察不到大头针P 1、P 2的像
（2）若∠AOF =30°，OP 3与OC 的夹角为30°，则液体的折射率为 。
17．（8分）（2005年天津）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，要把他们放在图8所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光
图
8
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：
①取下折光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿折光筒轴线把屏照亮； 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折光筒的轴线上； ③用米尺测量双缝到屏的距离；
④用测量头（其读数方法与螺旋测微器相同）测量数条亮纹的间距。
在操作步骤②时还应注意___________________和______________________________。
（3）测量头的划分板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图9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10中手轮上的示数___________mm，求得相邻亮纹的 间距△x 为_______mm。
（4）已知双缝间距d 为2.0×10m ，测得双缝到屏的距离l 为0.700mm ，由计算式λ＝_____，求得所测红波波长为 _____________nm。 －4
图9
18．（8分）如图11所示是测定光电效应产
生 的光电子比荷的实验原理简图。两块平
行金
图11
属板相距为d ，放在真空容器中，其中N 金属板受光线照射时发射出沿不同方向运动的 光电子，形成电流，从而引起电流表指 针偏转。若调节R ，逐渐增大极板间电 压，可以发现电流逐渐减小，当电压表 示数为U 时，电流恰好为零；切断开关， 在MN 间加上垂直于纸面的匀强磁场， 逐渐增大磁感应强度，也能使电流为零。 当磁感应强度为B 时，电流恰好为零。 由此可算得光电子的比荷e/m为多少？
19．（14分）太阳帆飞船是利用太阳光的压力进行太空飞行的航天器．由于太阳光具有连续
不断、方向固定等特点，借助太阳帆为动力的航天器无须携带任何燃料，在太阳光光子的撞击下，航天器的飞行速度会不断增加，并最终飞抵距地球非常遥远的天体．现有一艘质量为663 kg 的太阳帆飞船在太空中运行，其帆面与太阳光垂直．设帆能100％地反射太阳光，帆的面积为66300 m 、且单位面积上每秒接受太阳辐射能量为
-7-5E 0=1.35×103W/m2。已知太阳辐射能量的绝大多数集中在波长为2×10m ～1×10m 波段，2
计算时可取其平均波长为10m ，且不计太阳光反射时频率的变化．普朗克常量-6
h=6.63×10-34J·s．求：
（1）每秒钟射到帆面的光子数为多少?
（2）由于光子作用，飞船得到的加速度为多少?
参考答案
基础演练
第一节
1. BC 2.C 3.D 4.D 5.A 6．（1）图略 （2）30° （3）红光最大，紫光最小
第二节
1．AB 2．C ； 3．C 4．C 5．B
实验 测折射率 测光的波长
1．在白纸上另画一条与y 轴正方向的夹角较小的直线OA ，把大头针P 1、P 2竖直地插在所画的直线上，直到在y
近，相等，相干光源，彩色的干涉条纹．5．C ．
综合能力测试（十四）
1．B 2．C 3．BCD 4．CD 5．ABD 6．C 7．A 8．D 9．D 10．B
11．D 12．AD 13．D 14．B
15．（1）120°，（2）2
16．（1）BD （2）
17．（1）E D B （2）单缝和双缝间距5～10cm 使单缝与双缝相互平行。（3）13.870 2.310
（4） d ∆x 6.6×103 l
18．解析：由于当电压表示数为U 时，电流恰好为零，所以光电子的最大初动能为
E km =12mv 0=eU 2
在MN 间加上垂直于纸面的匀强磁场，当磁感应强度为B 时，最大动能的电子做圆周运
22m v 0动的直径刚好为两块平行板的间距d ，则由牛顿第二定律得：Bev 0= d
解得光电子的比荷：e 8U =22 m B d
19．解析：（1）每秒光照射到帆面上的能量E =E 0S ①
光子的平均能量ε=h ν ② 且ν=c
λ ③
每秒射到帆面上的光子数N =E /ε ④ 由①②③④，得N =E 0S λ/hc ⑤ 代入数据得N =4. 5⨯10个 ⑥
（2）每个光子的动量p =h /λ ⑦
光射到帆面被反弹，由动量定理Ft =2Ntp ⑧ 26对飞船，由牛顿第二定律F =ma
由⑥⑦⑧⑨得a =9⨯10-4m/s2
⑨ ⑩
高三物理模块四 光学
【知识网络】
规律：沿直线传播 同一均匀介质中
本影和半影
在两种介质的界面
光
学 小孔成像
第一节 光的传播
【考点透视】
一、考纲指要
1． 光的直线传播、本影和半影。（I ）
2． 光的反射，反射定律，平面镜成像作图法。（Ⅱ）
3． 光的折射、折射定律，折射率，全反射和临界角。（Ⅱ）
4． 光导纤维、棱镜、光的色散。（I ）
二、命题落点
1．光的直线传播方面的计算题（包括日食、月食、本影、半影问题）画好示意图，利用数学中的相似形等几何知识计算。如例1。
2．光的折射定律，全反射和临界角的应用。如例2。
3．光导纤维的应用。如例3。
4．分析不同颜色的光的折射情况。如例4。
【典例精析】
例1：如图图14—1—1所示，在A 点有一个小球，紧
靠小球的左方有一个点光源S 。现将小球从A 点正对着竖直
墙平抛出去，打到竖直墙之前，小球在点光源照射下的影子
在墙上的运动是
A. 匀速直线运动 B.自由落体运动
C. 变加速直线运动 D.匀减速直线运动
解析：小球抛出后做平抛运动，时间t 后水平位移是vt ，竖直位移是h =12gt ，2根据相似形知识可以由比例求得x =gl t ∝t ，因此影子在墙上的运动是匀速运动。 2v
例2. 直角三棱镜的顶角α=15°， 棱镜
材料的折射率n =1.5，一细束单色光如图图14
—1—2所示垂直于左侧面射入，试用作图法
求出该入射光第一次从棱镜中射出的光线。
解析：由n =1.5知临界角大于30°小于
45°，边画边算可知该光线在射到A 、B 、C 、
图14—1—2
D 各点时的入射角依次是75°、60°、45°、30°，因此在A 、B 、C 均发生全反射，到D 点入射角才第一次小于临界角，所以才第一次有光线从棱镜射出。
例3. 如图图14—1—3所示，一条长度为L =5.0m的光导纤维用折射率为n =2的材料制成。一细束激光由其左端的中心点以α= 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。求：⑪该激光在光导纤维中的速度v 是多大？⑫该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少？
解析：⑪由n=c/v可得v =2.1×10m/s
⑫如图图14—1—4所示。由n=sin α/sinr
可得光线从左端面射入后的折射角为30°，射到
侧面时的入射角为60°，大于临界角45°，因此
发生全反射，同理光线每次在侧面都将发生全反射，直到光线达到右端面。由三角关系可以求出光线在光纤中通过的总路程为s =2L /，因此该激光在光导纤维中传输所经历的时间是8t =s /v =2.7×10-8s 。
例4. 如图图14—1—5所示，一细束红光和一细束蓝光平行射到
同一个三棱镜上，经折射后交于光屏上的同一个点M ，若用n 1和n 2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率，下列说法中正确的是
（ ）
A. n 1
B. n 1
C. n 1>n 2，a 为红光，b 为蓝光
D. n 1>n 2，a 为蓝光，b 为红光
解析：由图可知，b 光线经过三棱镜后的偏折角较小，因此折射率较小，是红光。答案：B 图14—1—
5
【常见误区】
1．不能确定不同单色光的反射、全反射情况; 不能深入分析不同单色光的折射情况。
2．对于光的可逆性不能灵活的应用; 光在不同的介质中传播，频率保持不变认识不清。
3．数学几何知识的利用不灵活。
【基础演练】
1．（03年江苏）如图图14—1—7，一玻璃柱体的横截面为半
圆形，细的单色光束从空气射向柱体的O 点（半圆的圆
心），产生反射光束1和透射光束2，已知玻璃折射率为
，现保持入 ，入射解为45°（相应的折射角为24°）
射光不变，将半圆柱绕通过O 点垂直于图面的轴线顺时
针转过15°，如图中虚线所示，则
A ．光束1转过15°
B ．光束1转过30°
C ．光束2转过的角度小于15°
D ．光束2转过的角度大于15°
2．如图14—1—8所示是一束光线穿过介质Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ时的光路，则
A. 介质Ⅰ的折射率最大 C. 介质Ⅲ的折射率最大 B. 介质Ⅱ的折射率最大 D. 光在介质Ⅱ中传播速度最大
（ ） （ ） 图14—1—7 （ ）
图14—1—8
3．（03年江苏）如图14—1—9，a 和b 都是厚度均匀的平玻璃板，它们之间的夹角为ϕ，一
细光束以入射角θ从P 点射入，θ>ϕ. 已知此光束由红光和蓝光组成，则当光束透过b 板后，
（ ） 图14—1—9 A ．传播方向相对于入射光方向向左偏转ϕ角 B ．传播方向相对于入射光方向向右偏转ϕ角 C ．红光在蓝光的左边 . D ．红光在蓝光的右边
4．如图14—1—10所示，两个同种玻璃制成的棱镜，顶角θ1 略大于θ2 ，两单色光A 和B
分别垂直入射三棱镜，其出射光线与第二界面的夹角φ1
=φ2，则 （ ）
A. A 光的频率比B 光的频率高
B. 在棱镜中A 光的波长比B 光的短
C. 在棱镜中B 光的传播速度比A 光的大
D. 把此两光由水中射向空气，产生全反射时，A 光的临
界角比B 光的临界角大
5．某棱镜顶角θ=41.30°，一束白光以较大的入射角从棱镜的一个侧面射入，通过棱镜后
从另一个侧面射出，在光屏上形成由红到紫的彩色光带（如图示）。当入射角i 渐渐减
图14—1—10 A. 紫光最先消失，最后只剩下橙光、红光
B. 紫光最先消失，最后只剩下黄、橙、红光
C. 红光最先消失，最后只剩下紫、靛、蓝光
图14—1—14
D. 红光最先消失，最后只剩下紫、靛、蓝光和绿光
6．单色光束射到折射率n =1.414的透明球表面，光束在
过
球心的平面内，入射角i =45°。研究经折射进入球内
后，又经内表面反射一次，再经球面折射后射出的光
线，如图14—1—11所示。（图中已画出入射光和出
射光）.
（1）在图中画出光线在球内的路径和方向。
（2）求入射光和出射光之间的夹角；
（3）如果入射的是一束白光，透明球的色散情况与玻璃相仿，问那种颜色光的θ角最大？
哪种颜色的θ角最小？
图14—1—
11
第二节 光的本性
【考点透视】
一、考纲指要
1．光的本性学说的发展简史。 （I ）
2．光的干涉、双缝干涉、薄膜干涉，双缝干涉的条纹间距语波长的关系。 （I ）
3．光的衍射、光的偏振 （I ）
4．光谱和光谱分析。红外线、紫外线、X 射线、γ射线以及他们的应用. 光的电磁本性. 电磁波谱。 （I ）
5．激光的特性及应用。 （I ）
二、命题落点
1．双缝干涉产生明暗条纹的条件，条纹间距与哪些因素有关。如例1。
2．伦琴射线管的结构原理。如例2。
3．对爱因斯坦光电效应方程E K = h ν-W 的理解及应用。例3。
4．光电管与爱因斯坦光电效应方程的应用。如例4。
【典例精析】
例1．在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏上观察到彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时 （ ）
A ．只有红色和绿色的干涉条纹，其它颜色的双缝干涉条纹消失
B ．红色和绿色的干涉条纹消失，其它颜色的干涉条纹仍然存在
C ．任何颜色的干涉条纹都不存在，但屏上仍有亮光
D ．屏上无任何亮光
解析：在双缝干涉实验中，白光通过单缝成为线光源，从单缝射出的光通过双缝分成两束光，它们在光屏上形成彩色的干涉条纹，现在两个缝前分别放上红色和绿色滤光片，红光和绿光的频率不同，不是相干光，所以屏上没有干涉条纹，只有亮光，选项C 正确。 答案：C
例2：图14—2—1是伦琴射线管的结构示意图。电源
E 给灯丝K 加热，从而发射出热电子，热电子在K 、A 间的
强电场作用下高速向对阴极A 飞去。电子流打到A 极表面，激发出高频电磁波，这就是X 射线。下列说法中正确的有
（ ）
A. P 、Q 间应接高压直流电，且Q 接正极
B. P 、Q 间应接高压交流电
C. K 、A 间是高速电子流即阴极射线，从A 发出的是X 射线即一种高频电磁波
D. 从A 发出的X 射线的频率和P 、Q 间的交流电的频率相同
解析：K 、A 间的电场方向应该始终是向左的，所以P 、Q 间应接高压直流电，且Q 接正极。从A 发出的是X 射线，其频率由光子能量大小决定。若P 、Q 间电压为U ，则X 射线的频率最高可达Ue /h 。 答案：AC
例3：对爱因斯坦光电效应方程E K = h ν-W ，下面的理解正确的有
A. 只要是用同种频率的光照射同一种金属，那么从金属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能E K
B. 式中的W 表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功
C. 逸出功W 和极限频率ν0之间应满足关系式W = hν0
D. 光电子的最大初动能和入射光的频率成正比
解析：爱因斯坦光电效应方程E K = h ν-W 中的W 表示从金属表面直接中逸出的光电子克服金属中正电荷引力做的功，因此是所有逸出的光电子中克服引力做功的最小值。对应的光图14—2—1
电子的初动能是所有光电子中最大的。其它光电子的初动能都小于这个值。若入射光的频率恰好是极限频率，即刚好能有光电子逸出，可理解为逸出的光电子的最大初动能是0，因此有W = hν0。由E K = h ν-W 可知E K 和ν之间是一次函数关系，但不是成正比关系。答案：C 。
例4：如图14—2—2，当电键K 断开时，用光子能量为2.5eV 的
一束光照射阴极P ，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑线变
阻器，发现当电压表读数小于0.60V 时，电流表读数仍不为零；当电
压表读数大于或等于0.60V 时，电流表读数为零。由此可知阴极材料
的逸出功为
A.1.9eV B.0.6eV
C.2.5eV D.3.1eV 图14—2—2
解析：电流表读数刚好为零说明刚好没有光电子能够到达阳极，也就是光电子的最大初动能刚好为0.6eV 。由E K = h ν-W 可知W =1.9 eV。选A 。
【常见误区】
1．对干涉图样的成因理解片面，混淆干涉与衍射图样。
2．不理解增透膜，增反膜在生产中的具体应用。
3．对光电效应现象不理解，不能利用光电效应规律很好的分析问题。
4．不清楚光的偏振现象的含义，不理解光的波粒二象性的含义。
【基础演练】
1．（04年江苏）下列说法正确的是
A. 光波是—种概率波
B. 光波是一种电磁波
C. 单色光从光密介质进入光疏介质时．光子的能量改变
D. 单色光从光密介质进入光疏介质时，光的波长不变
2．如图14—2—3所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表
面是否平整的装置，所用单色光是用普通光源加滤色片
后获得的，检查中所观察到的干涉条纹是下列哪两个表
面反射的光线叠加而成的 （ ）
（ ）
A ．A 的上表面和B 的下表面
图14—2—3
B ．A 的上表面和B 的上表面
C ．A 的下表面和B 的上表面
D ．A 的下表面和B 的下表面
3．在不透光的挡板上有一个宽度可调节的狭缝，缝后放一光屏用平行单色光照射狭缝，我
们看到 （ ）
A ．缝越宽，屏上被照亮的宽度越大，亮度越大
B ．缝越窄，屏上被照亮的宽度越大，亮度越大
C ．缝很窄时，屏上被照亮的宽度反而增大，亮度减小
D ．缝很窄时，屏上中心亮条纹宽度减小，亮度减小
4．用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹，相邻两条绿条纹间的距离
为Δx 。下列说法中正确的有
A ．如果增大单缝到双缝间的距离，Δx 将增大
B ．如果增大双缝之间的距离，Δx 将增大
C ．如果增大双缝到光屏之间的距离，Δx 将增大
D ．如果减小双缝的每条缝的宽度，而不改变双缝间的距离，Δx 将增大
5．（06年全国理综卷Ⅰ，15）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
实验 测折射率 测光的波长
【考点透视】
一、考纲指要
1．测定玻璃折射率。（I ）
2．用双缝干涉测定光的波长。（I ）
二、命题落点
1、实验过程中，操作规范的考查。比如：玻璃砖移动对测量结果的影响。如例1。
2、实验步骤的是否操作正确、是否有疏漏。如例2。
3、液体折射率的测定。如例3。
4、插针法作图的准确性。如例4。
5、双缝干涉实验测波长，有关波长的计算、游标卡尺或螺旋测微器的读数。如例5。
【典例精析】
例1： 在“测定玻璃的折射率”实验中，已画好玻璃砖界面两直线aa ′与bb ′后，不小心误将玻璃砖向上稍平移了一点，如图14－1（1）所示，若其它操作正确，则测得的折射率将（ ）
A. 变大 B.变小 C.不变 D.变大、变小均有可能
解析 要解决本题，一是需要对测折射率的原理有透彻的理解，二是要善于画光路图。 设P 1、P 2、P 3、P 4是正确
操作所得到的四枚大头针
的位置，画出光路图后可
知，即使玻璃砖向上平移一
些，如图14—1(2)所示，实
际的入射角没有改变。实际
的折射光线是O 1O 1′，而现
在误把O 2O 2′作为折射光（1） 图14—1 （2）
线，由于O 1O 1′平行于O 2O 2′，所以折射角没有改变，因此折射率不变。答案：C
例2：在测定玻璃折射率的实验中：
（1）某同学实验插针的步骤如下：
A. 在表示入射光线的AO 上插上大头针P 1、P 2；
B. 通过玻璃砖观察P 2、P 1，调整视线，直到P 1的像被P 2的像挡住；
C. 在观察一侧插上大头针P 3、P 4，记下P 3、P 4的位置。
这位同学在操作中有什么重要漏？ 。
（2）以通过P 1、P 2的直线与玻璃砖的交点O 为圆心，以某一适当长度R 为半径画圆，与OA 交与P ，与OO ＇的延长线交与Q ，如图示，从P 、Q 分别作玻璃砖界面的法线NN ＇的垂线，图中P ＇、Q ＇分别为垂足，用刻度尺量得PP ＇=45mm，QQ ＇=30mm，求玻璃砖的折射率为 。
解析 解决此类的问题就是要熟练掌握实验的步骤与操作规范、表述一定要准确。 答案. （1）插针时应使P 3挡住P 2、P 1的像，P 4挡住P 3、P 2和P 1的像。 （2）1.5
例3：如图14—2所示，两块相同的玻璃三棱镜ABC ，两者的AC 面是互相平行放置的，在它们之间是均匀的未知介质，一单色细光束O 垂直于AB 面入射，在图中的出射光线中 （ ）
A ．1、2、3（彼此平行）中的任何一条都有可能
B ．4、5、6（彼此平行）中的任何一条都有可能
C ．7、8、9（彼此平行）中的任何一条都有可能
D ．只能是4、6中的某一条
解析 垂直AB 面射入左棱镜的入射光线，在此三棱镜中不会改变方向，由AC 面出射到两棱镜间的均匀未知介质中时，则可能有三种情况：若介质的折射率与棱镜的折射率相同，则不改变方向，最后沿着第五条光线射出，相当于一整块玻璃砖，垂直AB 面射入（即治法线射入）不会发生偏折．根据折射定律可知，在右三棱镜内折射光线必定与CB 边平行，即与BA 边垂直，对于他们之间的介质而言，发生了侧移，而从右三棱镜中出射到空气中的折射光线不会改变方向．若介质的折射率大于三棱镜的折射率，侧沿着光路“6”出射．所以只有选项B 正确。答案：B 。
例4：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．现有甲、乙、丙、丁四位同学分别做出如图14－3所示的四组插针结果。
（1）从图上看，肯定把针插错了的同学是 ．
（2）从图上看，测量结果准确度最高的同学是 ．
甲 乙
丙 丁 图14-3
解析 光线透过平行玻璃时出射光线与入射光线平行，且从空气射入玻璃砖时入射角大于折射角，因而光线透出时相对于入射光线向右下侧发生偏移。另外，插针确定光路时，入
射角稍大些，且插针相距稍远些，由上图可知，乙图中出射光线向左上偏移不符合事实，肯
定插错了。丙图出射光线与入射光线不平行且插针间距也太小，因而错误，甲图未侧移不正确，只有丁图符合要求且测量准确度高。答案：（1）乙，（2）丁
例5：用双缝干涉测光的波长。实验装置如图14－4（甲）所示，已知单缝与双缝间的距离L 1=100mm，双缝与屏的距离L 2=700mm，双缝间距d =0.25mm。用测量头来测量亮纹中心的距离。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻线对准亮纹的中心（如图14-4（乙）所示），记下此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心，记下此时手轮上的读数。
（1）分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时，手轮上的读数如图14-4（丙）所示，则对准第1条时读数x 1=_______mm、对准第4条时读数x 2=_______mm
（2）写出计算波长λ的表达式，λ=_________（用符号表示），λ=_____nm
光源
滤光片
图（乙） 第1条时读数 图（丙） 第4条时读数
图14-5
解析：螺旋测微器读数特别注意半mm 刻度线是否漏出。图（丙）中两个读数分别为
2.190mm ，7.868mm 。第一条与第四条之间有三个条纹间距的宽度，相邻条纹间的距离∆x =x 2-x 1L d (x 2-x 1) ，由公式∆x =2λ，可得λ=。 3d 3L 2
答案：（1）2.190，7.868 （2）d (x 2-x 1) 3L 2
【常见误区】
1．对用玻璃砖测折射率的步骤掌握不熟练，注意事项不明确，而找不出错误。
2．对折射率测定的方法理解不深，不能很好的变通应用到测其他模型的折射率中去。 3．对双缝干涉实验的仪器不熟悉，不明确单缝、双缝的作用，特别是测量头的使用。 4．游标卡尺或螺旋测微器不会读数。 5．移动分划板的中心刻线测条纹间距误多记或少记一个。
M
图14-5 【基础演练】 1．（04年广州）如图14－5，画有直角坐标系Oxy 的 白纸位于水平桌面上，M 是放在白纸上的半圆形 玻璃砖，其底面的圆心在坐标的原点，直边与x 轴重合，OA 是画在纸上的直线，P 1、P 2为竖直地 插在直线OA 上的两枚大头针，P 3 是竖直地插在 纸上的第三枚大头针，α是直线OA 与y 轴正方向的
夹角，β是直线OP 3与轴负方向的夹角，只要直线OA
画得合适，且P 3的位置取得正确，
测得角α和β，便可求得玻璃得折射率。
某学生在用上述方法测量玻璃的折射率，在他画出的直线OA 上竖直插上了P 1、P 2两枚大头针，但在y
2．如图14－6所示，有一长方形容器，高为30cm ，宽为40cm ，
在容器的底部平放着一把长40cm 的刻度尺。眼睛在OA
的延长线上的E 点观察，视线沿着EA 斜着向下看恰能看
到尺的左端的零刻度。现保持眼睛的位置不变，向容器
内倒入某种液体，将容器装满，仍沿EA 方向观察，恰能
看到尺上20cm 的刻度，则此液体的折射率为 。
图14-6
3．在双缝干涉实验中，用频率f ＝5×1014 Hz 的单色光照射双缝，若屏上一点P 到双缝的距
离之差为0.9 μm ，则P 点处将出现 条纹．若在折射率n ＝2的介质中作上述实验，则P 点处将出现 条纹．
4．如图14－8是杨氏实验装置示意图，图中太阳光投射到单孔屏A
上，此单孔S 的作用是___，后面是一双孔屏，两孔距离很____，
且与前一个小孔距离___，其作用是保证任何时刻从前一小孔
发出的光都会同时传到这两个小孔，这两个小孔即为_____．
MN 为像屏，像屏在双孔屏后任意位置，屏上都呈现_____．
5．在观察光的衍射现象的实验中， 通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成
的狭缝， 观看远处的日光灯管或线状白炽灯丝（灯管或灯丝
都要平行于狭缝）， 可以看到 （ ）
A ．黑白相间的直条纹
C ．彩色的直条纹
B ． 黑白相间的弧形条纹 D ． 彩色的弧形条纹 图14-8
综合能力测试（十四）
一、选择题（本题包括14小题。每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的
有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。）
1．如图1所示，让白炽灯发出的光通过偏振片P 和Q ，以光的传播方向为轴旋转偏振片P 和
Q ，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象。这个实验表明（ ）
A. 光是电磁波
B. 光是一种横波
C. 光是一种纵波
D. 光是概率波
2．太阳光照射在平坦的大沙漠上，我们在沙漠中向
前看去，发现前方某处射来亮光，好像太阳光
从远处水面反射来的一样，我们认为前方有水，但走到该处仍是干燥的沙漠，这现象在 夏天城市中太阳光照射沥青路面时也能观察到，对这种现象正确的解释是
A ．越靠近地面空气的折射率越大
B ．这是光的干涉形成的
C ．越靠近地面空气的折射率越小
D ．这是光的衍射形成的
（ ） 图1
3．有关光现象的下列说法中正确的是 （ ）
A ．在平静的湖面上出现岸边树的倒影是光的折射现象
B ．在太阳光照射下，水面上的油膜上出现彩色花纹是光的干涉现象
C ．光导纤维传递信号的基本物理原理是光的折射
D ．在光的双缝干涉实验中，只将入射光由绿光改为黄光，则条纹间距变宽
4．甲乙两种单色光均垂直射到一条直光纤的竖直端面上，甲光穿过光纤的时间比乙光的时
间短，则 （ ）
A ．光纤对甲光的折射率较大
B ．甲光的光子能量大
C ．用它们分别做为同一双缝干涉装置的光源时，甲光相邻的干涉条纹间距较大
D ．甲光的波动性比乙光显著
5．一束复色光以入射角i 从玻璃界面MN 射向空气时分成a 、b 、c 三束光，如图2
所示，则 （ ）
A ．在玻璃中a 光速度最大
B ．c 光的光子能量最大
C ．用b 光照射某金属时恰好能发生光电效应，则用a 光照
射该金属也一定能发生光电效应
D ．若逐渐增大入射角i ，c 光将首先返回玻璃中
6．设λ1、λ2是两种单色可见光1、2在真空中的波长．若λ1>λ2，则这两种单色光相比（ ）
A ．单色光2的频率较小
B ．玻璃对单色光1的折射率较大
C ．在玻璃中，单色光1的传播速度较大
D ．单色光1的光子的能量较大
7
a c 图2
现用波长为400nm 的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种？（普朗克常量h ＝6.6×10－34 J ·s ，光速c ＝3.0×10m/s） （ ） 8
A.2种 B.3种 C.4种 D.5种
8．如图3所示，将半圆形玻璃砖放在竖直面内，它左方有较大的光屏P ，一光束SA 总是射
向圆心O ，在光束SA 绕圆心O 逆时针转动过程中，在P 上先看到七色光带，然后各色光陆续消失，则此七色光带从下到上的排列顺序以及最早消失的光是（ ）
A ．红光→紫光，红光 B．紫光→红光，红光
C ．红光→紫光，紫光 D．紫光→红光，紫光
9．劣质的玻璃中往往含有空气泡，这些空气泡看上去比较亮，
对这一现象有以下不同的解释，其中正确的是（ ）
A ．空气泡对光线有会聚作用，因而较亮
B ．空气泡对光线有发散作用，因而较亮
C ．从空气泡到达玻璃的界面处的光一部分发生全反射，因而较亮
D ．从玻璃到达空气泡的界面处的光一部分发生全反射，因而较亮
10．激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理。用二次曝光照相所获得
的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度v 与二次曝光时间间隔∆t 的乘积等于双缝间距。实验中可测得二次曝光时间间隔∆t 、双缝到屏之距离l 以及相邻两条亮纹间距∆x 。若所用激光波长为λ，则该实验确定物体运动速度的表达式是（ ） A. v =图3 λ∆x
l ∆t B. v =l λl ∆x l ∆t C.v = D. v = ∆x ∆t λ∆t λ∆x
（ ） 11．如图4所示为X 射线管的结构示意图，E 为灯丝电源。要使X 射线管发出X 射线，须在K 、A 两极间加上几万伏的直流高压
A ．高压电源正极应接在P 点，X 射线从K 极发出
B ．高压电源正极应接在P 点，X 射线从A 极发出
C ．高压电源正极应接在Q 点，X 射线从K 极发出
D ．高压电源正极应接在Q 点，X 射线从A 极发出
12．在上题所示的X 射线管中，由阴极发出的电子被加速后打
到阳极，会产生包括X 射线在内的各种能量的光子，其中 图
4
光子能量的最大值等于电子的动能，已知阳极与阴极之间的电势差为U 、普朗克常数h ， 电子电量e 和光速c ，则可知该X 射线管发出的X 光的 （ ）
hc hc B． 最长波长为 eU eU
eU eU C ． 最小频率为 D． 最大频率为 ． h h A ． 最短波长为
13．发出白光的细线光源ab ，长度为l 0，竖直放置，上端a 恰好
在水面以下，如图5。现考虑线光源a b发出的靠近水面法
图5
线（图中的虚线）的细光束经水面折射后所成的像，由于水
对光有色散作用，若以l 1表示红光成的像的长度，l 2表示蓝
光成的像的长度，则 （ ）
A. l 1 l2>l 0 C. l 2> l1>l 0 D. l 2
14．某激光光源，光的发光功率为P ，发射激光的波长为λ。当激光照射到折射率为n 的均
匀介质时，由于反射，入射能量减少了10%。若介质中的激光光束的直径是d ，已知激光在真空中传播速度为c ，则在介质中单位时间内通过与光速传播方向垂直横截面积的光子个数为（ ） A. 3. 6P λ0. 9P λ0. 9P λ3. 6P λ B. C. D. πd 2hc hc πd 2hc hc
二、非选择题（本题包括5题）
15．（6分）一个军事设施的观察孔如图6所示，其宽度L =30cm，
厚度d =303cm ，为了扩大向外的观察视野，将折射率n =3 的某种玻璃砖完全嵌入观察孔内（图中为观察孔的俯视图）。
（1）嵌入玻璃砖后，视野的最大张角是__________ 图6 （2）如果要使视野的最大水平张角接近180°，则要求嵌入折射率至少______的玻璃砖。
16．（8分）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7所示，在一个圆盘上，过其圆心O 做两条互相垂直的
直径BC 、EF 。在半径OA 上，垂直盘面插上两枚大头针
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
部分竖直进入液体中，而且总使夜面与直径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，就可以直接读出液体折射率的值。 图7
（1）在用此仪器测量液体的折射率时，下列说法正确的是____________ （填字母代号）
A ．大头针P 3插在M 位置时液体的折射率值大于插在N 位置时液体的折射率值
B ．大头针P 3插在M 位置时液体的折射率值小于插在N 位置时液体的折射率值
C ．对于任何液体，在KC 部分都能观察到大头针P 1、P 2的像
D ．可能有一种液体，在KC 部分观察不到大头针P 1、P 2的像
（2）若∠AOF =30°，OP 3与OC 的夹角为30°，则液体的折射率为 。
17．（8分）（2005年天津）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，要把他们放在图8所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光
图
8
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：
①取下折光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿折光筒轴线把屏照亮； 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折光筒的轴线上； ③用米尺测量双缝到屏的距离；
④用测量头（其读数方法与螺旋测微器相同）测量数条亮纹的间距。
在操作步骤②时还应注意___________________和______________________________。
（3）测量头的划分板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图9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10中手轮上的示数___________mm，求得相邻亮纹的 间距△x 为_______mm。
（4）已知双缝间距d 为2.0×10m ，测得双缝到屏的距离l 为0.700mm ，由计算式λ＝_____，求得所测红波波长为 _____________nm。 －4
图9
18．（8分）如图11所示是测定光电效应产
生 的光电子比荷的实验原理简图。两块平
行金
图11
属板相距为d ，放在真空容器中，其中N 金属板受光线照射时发射出沿不同方向运动的 光电子，形成电流，从而引起电流表指 针偏转。若调节R ，逐渐增大极板间电 压，可以发现电流逐渐减小，当电压表 示数为U 时，电流恰好为零；切断开关， 在MN 间加上垂直于纸面的匀强磁场， 逐渐增大磁感应强度，也能使电流为零。 当磁感应强度为B 时，电流恰好为零。 由此可算得光电子的比荷e/m为多少？
19．（14分）太阳帆飞船是利用太阳光的压力进行太空飞行的航天器．由于太阳光具有连续
不断、方向固定等特点，借助太阳帆为动力的航天器无须携带任何燃料，在太阳光光子的撞击下，航天器的飞行速度会不断增加，并最终飞抵距地球非常遥远的天体．现有一艘质量为663 kg 的太阳帆飞船在太空中运行，其帆面与太阳光垂直．设帆能100％地反射太阳光，帆的面积为66300 m 、且单位面积上每秒接受太阳辐射能量为
-7-5E 0=1.35×103W/m2。已知太阳辐射能量的绝大多数集中在波长为2×10m ～1×10m 波段，2
计算时可取其平均波长为10m ，且不计太阳光反射时频率的变化．普朗克常量-6
h=6.63×10-34J·s．求：
（1）每秒钟射到帆面的光子数为多少?
（2）由于光子作用，飞船得到的加速度为多少?
参考答案
基础演练
第一节
1. BC 2.C 3.D 4.D 5.A 6．（1）图略 （2）30° （3）红光最大，紫光最小
第二节
1．AB 2．C ； 3．C 4．C 5．B
实验 测折射率 测光的波长
1．在白纸上另画一条与y 轴正方向的夹角较小的直线OA ，把大头针P 1、P 2竖直地插在所画的直线上，直到在y
近，相等，相干光源，彩色的干涉条纹．5．C ．
综合能力测试（十四）
1．B 2．C 3．BCD 4．CD 5．ABD 6．C 7．A 8．D 9．D 10．B
11．D 12．AD 13．D 14．B
15．（1）120°，（2）2
16．（1）BD （2）
17．（1）E D B （2）单缝和双缝间距5～10cm 使单缝与双缝相互平行。（3）13.870 2.310
（4） d ∆x 6.6×103 l
18．解析：由于当电压表示数为U 时，电流恰好为零，所以光电子的最大初动能为
E km =12mv 0=eU 2
在MN 间加上垂直于纸面的匀强磁场，当磁感应强度为B 时，最大动能的电子做圆周运
22m v 0动的直径刚好为两块平行板的间距d ，则由牛顿第二定律得：Bev 0= d
解得光电子的比荷：e 8U =22 m B d
19．解析：（1）每秒光照射到帆面上的能量E =E 0S ①
光子的平均能量ε=h ν ② 且ν=c
λ ③
每秒射到帆面上的光子数N =E /ε ④ 由①②③④，得N =E 0S λ/hc ⑤ 代入数据得N =4. 5⨯10个 ⑥
（2）每个光子的动量p =h /λ ⑦
光射到帆面被反弹，由动量定理Ft =2Ntp ⑧ 26对飞船，由牛顿第二定律F =ma
由⑥⑦⑧⑨得a =9⨯10-4m/s2
⑨ ⑩