(共60张PPT)
1 光的折射
课前·基础认知
课堂·重难突破
素养·目标定位
随 堂 训 练
素养·目标定位
目 标 素 养
1.理解光的折射定律,并能用来解释和计算有关的问题,培养科学思维能力。
2.会依据光的折射定律作出光路图,培养分析解决实际问题的能力。
3.理解折射率的物理意义,知道折射率与光速的关系,形成正确的物理观念。
4.会用插针法测量玻璃的折射率。
知 识 概 览
课前·基础认知
一、折射定律
1.光的折射现象:光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时,一部分光会进入第2种介质的现象。
2.光的折射定律:折射光线与入射光线、法线处在同一平面内,折射光线与入射光线分别位于法线的两侧;入射角的正弦与折射角的正弦成正比,即______________。
3.在光的反射和折射现象中,光路是可逆的。
微判断1 1.一束光从空气进入水中时传播方向一定改变。
( )
2.光的折射现象中,光路是可逆的。( )
3.发生折射现象时,入射角与折射角成正比。( )
×
√
×
微训练1(多选)如图所示,虚线表示两种介质的分界面及其法线,实线表示一条光线射向分界面后发生反射和折射的光线,以下说法正确的是( )
A.bO可能是入射光线
B.aO可能是入射光线
C.cO可能是入射光线
D.Ob可能是反射光线
答案:BD
解析:由于反射角等于入射角,入射光线、反射光线关于法线对称,所以aO、Ob应是入射光线或反射光线,PQ是法线。又因为反射光线、折射光线都不与入射光线位于法线同侧,所以aO是入射光线,Ob是反射光线,Oc是折射光线。
二、折射率
1.绝对折射率:光从真空中射入某种介质发生折射时,入射角的正弦与折射角的正弦之比,叫作这种介质的绝对折射率,简称折射率, ,其中θ1为真空中的入射角。
2.物理意义:反映介质光学性质的物理量。不同的介质有不同的折射率。
3.折射率与光速的关系:某种介质的折射率,等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比,即_______。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,因此任何介质的折射率n都大于1。
微判断2 1.光从一种介质进入另一种介质时传播方向就会变化。( )
2.若光从空气中射入水中,它的传播速度一定减小。( )
3.光从真空斜射入任何介质时,入射角均大于折射角。( )
4.折射率大的介质,密度一定大。( )
×
√
√
×
三、插针法测量玻璃砖的折射率
如图所示,当光以一定的入射角透过一块两面平行的玻璃砖时,只要找出与入射光线 AO 相对应的出射光线 O'D ,就能够画出光从空气射入玻璃砖后的折射光线 OO' ,于是就能测量入射角θ1、折射角θ2。根据折射定律,就可以求出玻璃的折射率。
微训练2 在测量玻璃的折射率的实验中,某同学由于没有量角器,他在完成了光路图后,以O点为圆心、10 cm为半径画圆,分别交线段OA于A点,交线段OO'的延长线于C点,过A点作法线NN'的垂线AB交NN'于B点,过C点作法线NN'的垂线CD交NN'于D点,如图所示。用刻度尺量得lOB=8 cm,lCD=4 cm,由此可得出玻璃的折射率n为多少
答案:1.5
课堂·重难突破
一 折射定律的理解和应用
重难归纳
1.光的方向。
光从一种介质进入另一种介质时,传播方向一般要发生变化(斜射),并非一定变化,当光垂直分界面入射时,传播方向就不发生变化。
2.光的传播速度。
光从一种介质进入另一种介质时,传播速度一定发生变化,当光垂直分界面入射时,光的传播方向虽然不变,但也属于折射,光传播的速度发生变化。
3.入射角与折射角的大小关系。
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。当光从真空斜射入介质时,入射角大于折射角;当光从介质斜射入真空时,入射角小于折射角。
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。
典例剖析
(多选)根据图中的漫画,下列说法正确的是( )
A.人看到的是鱼的实像,位置变浅了些
B.人看到的是鱼的虚像,位置变浅了些
C.鱼看到的是人的实像,位置偏低了些
D.鱼看到的是人的虚像,位置偏高了些
答案:BD
解析:鱼反射的光线经过水面折射后进入人眼,射入人眼的光线的反向延长线相交后形成虚像,人看到的是这个虚像。光线从水射向空气中时,折射角大于入射角,将折射光线反向延长,得到的交点为人所看到的鱼的虚像,如图所示,可以看出虚像的位置变浅了,选项B正确,A错误。同理,鱼看到的是人反射的光线经过水面折射形成的虚像,鱼看到人的虚像的位置偏高了,选项D正确,C错误。
名师点睛
解决光的折射问题的思路
1.根据题意正确画出光路图。 2.利用几何关系确定光路中的边、角关系,注意入射角、反射角、折射角的确定。 3.利用反射定律、折射定律求解。 4.注意光路的可逆性的利用。
学以致用
“井底之蛙”这个成语常被用来讽刺没有见识的人,现有井口大小和深度相同的两口井,一口是枯井,一口是水井(水面在井口处),两井底都各有一只青蛙,则( )
A.枯井中青蛙觉得井口比较大,水井中青蛙看到井外的范围比较大
B.两只青蛙觉得井口一样大,水井中青蛙看到井外的范围比较小
C.两只青蛙觉得井口一样大,水井中青蛙看到井外的范围比较大
D.枯井中青蛙觉得井口比较小,水井中青蛙看到井外的范围比较大
答案:C
解析:根据光的直线传播作出青蛙在枯井中的视野范围,如图甲所示。当井里灌满水后,光线照到井面会发生折射现象,由于光是从空气射向水,所以入射角大于折射角,因此井底之蛙看到的视野范围比没水时更大;变化的大致范围如图中两条入射光线之间的阴影区域所示,如图乙所示。所以两只青蛙觉得井口一样大,水井中青蛙看到井外的范围比较大。故选项C正确,A、B、D错误。
二 对折射率的理解
重难归纳
1.关于正弦值。
当光由真空中射入某种介质中时,入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的,但入射角的正弦值与折射角的正弦值之比是一个常数。
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,说明常数反映着该介质的光学特性。
3.光的传播速度。
介质的折射率n跟光在其中的传播速度v有关,即 ,由于光在真空中的传播速率c大于光在任何介质中的传播速率v,因而任何介质的折射率n都大于1,因此,光从真空斜射入任何介质时,入射角均大于折射角;而光由介质斜射入真空时,入射角均小于折射角。
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,它的大小只能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。
是否可以由折射率的定义式 得出,介质的折射率与入射角θ1的正弦成正比,与折射角θ2的正弦成反比
提示:不可以。折射率n由介质的性质和光的性质决定,与入射角θ1和折射角θ2无关。
典例剖析
一束光由空气射入某介质时,入射光线与反射光线间的夹角为90°,折射光线与反射光线间的夹角为105°,则该介质的折射率及光在该介质中的传播速度为( )
答案:D
解析:由反射定律和题意可知,反射角和入射角均为45°,折射角为180°-45°-105°=30°,
特别提醒
折射率的定义式 中的θ1为真空中的光线与法线的夹角,不一定为入射角;而θ2为介质中的光线与法线的夹角,也不一定为折射角。
学以致用
如图所示,光线以入射角θ1从空气射向折射率为 的玻璃表面。
(1)当入射角θ1=45°时,反射光线与折射光线间的夹角θ为多大
(2)当入射角θ1为多少时,反射光线与折射光线垂直
答案:(1)105° (2)arctan
三 测量玻璃的折射率
重难归纳
1.实验目的。
掌握测量玻璃折射率的方法。
2.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,用量角器测入射角θ1和折射角θ2,根据折射定律计算出玻璃的折射率
3.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(或刻度尺)、铅笔。
4.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'作为分界面(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θ1=∠AON,折射角θ2=∠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。
5.数据处理。
(1)平均值法。
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OO'(或OO'的延长线)交于D点,过C、D两点分别向NN'作垂线,交NN'于C'、D',用刻度尺量出CC'和DD'的长,如图所示。
重复以上实验,求得各次折射率的计算值,然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值。
(2)图像法。
在多次改变入射角、测量相对应的入射角和折射角正弦值基础上,以sin θ1值为横坐标、以sin θ2值为纵坐标,建立直角坐标系如图乙所示,描数据点,过数据点连线得到一条过原点的直线。
6.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。
(3)在操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁面,更不能把玻璃砖当刻度尺画线。
(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。
7.实验误差。
(1)入射光线和出射光线确定得不够精确。因此要求插大头针时两大头针间距应稍大。
(2)入射角、折射角测量得不精确。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。
名师点睛
插针的作用是找出玻璃砖内的光路,其关键是确定入射点和出射点,而入射点和出射点是利用插针后确定的直线与分界面相交而得到的,故实验的关键是插准大头针,画准玻璃砖边界线,而与所选玻璃砖两边是否平行无关。如用半圆形、圆形或三角形玻璃砖,均可测出其折射率,光路如图所示。
甲
乙
丙
在测量玻璃折射率的实验中,aa'和bb'不平行时,能否根据P1P2、P3P4得到光在玻璃砖内的传播路径
提示:可以。P1P2、P3P4与玻璃砖两分界面交点O、O'的连线即光在玻璃砖内的传播路径。
典例剖析
在测量玻璃折射率的实验中:
(1)操作步骤如下。
①先在白纸上画出一条直线aa'代表两种介质的分界面,过aa'上的O点画出法线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P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像。调整视线方向,直到P1的像被P2挡住。再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像, P4挡住P1、P2的像和P3,记下P3、P4的位置。
④移去大头针和玻璃砖,连接P3、P4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图像如图所示。则下列说法正确的是 。
A.实验时,光线是由空气射入玻璃
B.玻璃的折射率为0.67
C.玻璃的折射率为1.5
答案:(1)见解析 (2)C
解析:(1)步骤②中应在白纸上画出玻璃砖的另一个分界面bb',步骤④中应通过P3、P4的连线与bb'的交点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 ,所以选项C正确。
规律总结
测量玻璃折射率的基本思路
1.确定一条从空气斜射入玻璃(或者从玻璃斜射入空气)的光路。 2.通过作图确定入射角和折射角。 3.由折射率的定义式 计算出玻璃的折射率。
学以致用
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P1、P2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P3,使P3挡住P1、P2的像,过O与P3作一条直线,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l1,AO的长度为l2,CD的长度为l3,DO的长度为l4,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P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度,由此测得玻璃砖的折射率将 (选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
随 堂 训 练
1.(多选)关于光的折射,下列说法正确的是( )
A.折射光线一定在法线和入射光线所确定的平面内
B.入射光线、法线和折射光线不一定在一个平面内
C.入射角总大于折射角
D.光线从空气斜射入玻璃时,入射角大于折射角
答案:AD
解析:由光的折射定律知,折射光线一定在法线和入射光线所确定的平面内,故选项A正确,B错误。光线从玻璃斜射入空气时,入射角小于折射角,故选项C错误。光线从空气斜射入玻璃时,入射角大于折射角,故选项D正确。
2.光线以30°入射角从玻璃中射到玻璃与空气的分界面上,它的反射光线与折射光线的夹角为90°,则这块玻璃的折射率应为( )
A.0.866 B.1.732 C.1.414 D.1.500
答案:B
解析:入射角为30°,则反射角也为30°。由于反射光线与折射光线夹角为90°,由图可知,折射角为r=60°,因此折射率
,选项B正确。
3.如图所示,在测量玻璃的折射率的实验中,
以下说法正确的是( )
A.为了提高实验准确度,必须选用两光学表面平行的玻璃砖
B.在白纸上放好玻璃砖后,首先要用铅笔贴着玻璃砖的光学面画出边界
C.判断像与针是否在同一直线时,应该观察大头针的头部
D.大头针P1与P2、P3与P4的间距适当远一些,可以减小实验误差
答案:D
解析:光学表面是否平行不影响该实验的准确度,选项A错误;为了防止弄脏玻璃砖,铅笔不能贴着玻璃砖的光学面画出界面,选项B错误;判断像与针是否在同一直线时,应该观察大头针的整个部分,不能只观察其头部,选项C错误;大头针P1与P2、P3与P4的间距适当远一些,可以减小实验误差,选项D正确。
4.一半圆柱形透明物体横截面如图所示,底面AOB镀银,O表示半圆截面的圆心,一束光线在横截面内从M点入射,经过AB面反射后从N点射出,已知光线在M点的入射角为30°, ∠MOA=60°,∠NOB=30°。求:
(1)光线在M点的折射角;
(2)透明物体的折射率。
解析:(1)如图所示,透明物体内部的光路为折线MPN,Q、M点相对于底面EF对称,Q、P、N三点共线。
设在M点处,光的入射角为i,折射角为r,∠OMQ=α,∠PNF=β,根据题意有α=30°①
由几何关系得∠PNO=∠PQO=r,于是
β+r=60°②
α+r=β③
由①②③式得r=15°。(共49张PPT)
2 全反射
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素养·目标定位
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素养·目标定位
目 标 素 养
1.知道什么是光疏介质和光密介质,理解它们具有相对性。
2.理解全反射现象,掌握临界角的概念和全反射的条件,形成正确的物理观念。
3.利用全反射条件,应用临界角公式解答相关问题,培养科学思维能力。
4.了解光导纤维的工作原理和光导纤维在生产、生活中的应用,培养分析解决实际问题的能力。
知 识 概 览
课前·基础认知
一、全反射
1.光疏介质和光密介质。
2.定义:当光从光密介质射入光疏介质时,同时发生折射和反射。当入射角增大到某一角度,使折射角达到90°时,折射光完全消失,只剩下反射光,这种现象叫作全反射,这时的入射角叫作临界角。
3.发生全反射的条件。
(1)光由光密介质射入光疏介质。
(2)入射角大于或等于临界角。
4.临界角与折射率的关系。
(1)定量关系:光由某种介质射入空气(或真空)时,sin C= 。
(2)定性关系:介质的折射率越大,发生全反射的临界角越小,越容易发生全反射。
微判断1 1.密度大的介质就是光密介质。( )
2.两种介质相比较,折射率大的介质是光密介质。( )
3.光密介质和光疏介质具有绝对性。( )
×
√
×
微训练1 已知某种介质的折射率 ,在这种介质与空气的分界面MN上有光线入射,如图所示的光路中,哪个是正确的(MN上部是空气,MN下部是介质)( )
答案:C
微思考1 为什么水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮
提示:水或玻璃中的气泡是光疏介质,光经过水或玻璃照射气泡时,一部分光会发生全反射,相对于其他物体而言,有更多的光反射到人眼中,因此人眼感觉气泡特别明亮。
二、全反射的应用
1.全反射棱镜:截面为等腰直角三角形的棱镜,利用全反射
改变光的方向。
2.光导纤维:由折射率较大的内芯和折射率较小的外套组成,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。
微判断2 1.光从密度大的介质射入密度小的介质时一定能发生全反射。( )
2.全反射棱镜和平面镜都是根据全反射原理。( )
3.光纤通信的主要优点是容量大。( )
×
×
√
微训练2光纤通信是利用光的全反射将大量信息高速传输。若采用的光导纤维是由内芯和外层两层介质组成,下列说法正确的是( )
A.内芯和外层折射率相同,折射率都很大
B.内芯和外层折射率相同,折射率都很小
C.内芯和外层折射率不同,外层折射率较小
D.内芯和外层折射率不同,外层折射率较大
答案:C
解析:光在光导纤维内传播而不折射出来,这是光在内芯和外层的界面上发生全反射的缘故,因而内芯的折射率一定大于外层的折射率,所以选项C正确。
微思考2 全反射棱镜和平面镜相比,有哪些优点
提示:(1)光垂直于它的一个界面射入后,都会在其内部发生全反射,与平面镜相比,它的反射率很高。
(2)反射面不必涂敷任何反光物质,反射时失真小。
课堂·重难突破
一 对全反射现象的理解
重难归纳
1.对光疏介质和光密介质的理解。
(1)对光路的影响:根据折射定律,光由光疏介质射入光密介质(例如由空气射入水)时,折射角小于入射角;光由光密介质射入光疏介质(例如由水射入空气)时,折射角大于入射角。
(2)光疏介质和光密介质的比较。
比较项 光的传播速度 折射率
光疏介质 大 小
光密介质 小 大
(3)相对性:光疏介质、光密介质是相对的。任何两种透明介质都可以通过比较光在其中传播速度的大小或折射率的大小来判定谁是光疏介质或光密介质。
2.全反射现象。
(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)从能量角度来理解全反射:当光从光密介质射入光疏介质时,随着入射角增大,折射角也增大。同时折射光线减弱,即折射光线能量减小,反射光线增强,能量增加,当入射角达到临界角时,折射光线完全消失,反射光的能量等于入射光的能量。
(4)临界角。
①定义:刚好发生全反射(即折射角为90°)时的入射角为全反射的临界角,用C表示。
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,越容易发生全反射。
七种色光能否在同一界面上同时发生全反射
提示:能。如果光从光密介质射入光疏介质,并且入射角大于等于红光的临界角,则七种色光能在同一界面上同时发生全反射。
典例剖析
某玻璃三棱镜的截面如图所示,其折射率为 ,该三棱镜的AB边竖直放置,∠BAC=60°,∠B=45°。当一束水平单色光照射在三棱镜AB边上时,光在AC边上的折射角为(不考虑光在玻璃中的多次反射)( )
A.30° B.45°
C.60° D.75°
答案:B
光未经反射直接照到AC界面上时的入射角为60°,将在AC界面处发生全反射。光在BC边上的入射角等于45°,故光在BC边恰好发生全反射,其光路图如图所示。
BC界面的反射光的光线在AC边上的入射角i=30°,根据
可知,在AC边上的折射角为r=45°,故选项B正确。
规律总结
全反射问题的处理技巧
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。 2.若光由光密介质进入光疏介质,则根据 确定临界角,看是否发生全反射。 3.根据题设条件,画出入射角等于临界角的“临界光路”。 4.运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理、运算及变换、进行动态分析或定量计算。
学以致用
如图所示,半径为R的玻璃球体,球心为O,AB为水平直径,M点是玻璃球的最高点。光线BD从D点射出,出射光线平行于AB。已知∠ABD=30°,光在真空中的传播速度为c,则( )
A.此玻璃的折射率为2
B.光从B到D需用时
C.若减小∠ABD,从AD段射出的光线仍平行于AB
D.若增大∠ABD,光线不可能在DM段发生全反射现象
答案:B
二 全反射棱镜 光导纤维
重难归纳
1.全反射棱镜的作用及应用。
(1)作用:横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜,全反射棱镜是一种特殊的棱镜,在光学仪器中用来改变光的传播方向。
(2)应用:对于精密的光学仪器,如照相机、望远镜、显微镜等,就需要用全反射棱镜代替平面镜,以消除多余的像。
2.对全反射棱镜光学特性的两点说明。
(1)当光垂直于它的一个界面射入后,都会在其内部发生全反射,与平面镜相比,它的反射率很高。
(2)反射时失真小,两种反射情况如图甲、乙所示。
3.光导纤维。
光导纤维的作用 能够传导光
光导纤维的结构 特制的细玻璃丝,由内芯和外套组成,内芯的折射率比外套的大
光导纤维的应用 能够传送声音(实验)、图像及数字信号
光导纤维的主要优点 容量大、衰减小、抗干扰强
“沙漠蜃景”是怎么形成的
提示:(1)气候条件:太阳照到沙地上,接近沙面的热空气层比上层空气的密度小,折射率也小。
(2)光路分析:从远处物体射向地面的光线,进入折射率小的热空气层时被折射,入射角逐渐增大,可能发生全反射。
(3)虚像的形成:人们逆着反射光线看去,就会看到远处物体的倒影,仿佛是从水面反射出来的一样。沙漠里的行人常被这种景象所迷惑,以为前方有水源而奔向前去,但总是可望而不可即。
典例剖析
下图为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图,玻璃丝长为l,折射率为n,AB代表端面。已知光在真空中的传播速度为c。
(1)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面,求光线在端面AB上的入射角应满足的条件。
(2)求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间。
解析:(1)设光线在端面AB上C点(如图)的入射角为i,折射角为r,由折射定律有sin i=nsin r①
设该光线射向玻璃丝内壁D点的入射角为α,为了使该光线可在此光导纤维中传播,应有α≥θ②
式中θ是光线在玻璃丝内发生全反射时的临界角,
规律总结
对光导纤维折射率的要求
由图可知:(1)当θ1增大时,θ2增大,而从光纤射向空气中光线的入射角θ减小;(2)当θ1=90°时,若θ=C,则所有进入光纤中的光线都能发生全反射,即有n= ,以上是光从光纤射向真空时得到的折射率;(3)由于光导纤维包有外套,外套的折射率比真空的折射率大,因此光导纤维折射率要比 大些。
学以致用
空气中两条光线a和b从方框左侧入射,分别从方框下方和上方射出,其框外光线如图所示。方框内有两个折射率n=1.5的玻璃全反射棱镜。下列四种两棱镜的放置方式,能产生图示效果的是( )
答案:B
解析:四个选项产生光路效果如图所示。
则可知选项B正确。
随 堂 训 练
1.(多选)下列说法正确的是( )
A.因为水的密度大于酒精的密度,所以水是光密介质
B.因为水的折射率小于酒精的折射率,所以水对酒精来说是光疏介质
C.同一束光,在光密介质中的传播速度较大
D.同一束光,在光密介质中的传播速度较小
答案:BD
解析:因为水的折射率小于酒精的折射率,所以水对酒精来说是光疏介质,选项B正确;两种介质的折射率大小关系与密度大小关系无关,选项A错误;由 可知,光在光密介质中的速度较小,选项C错误,D正确。
2.如图所示,在某种液体内,有一轴截面为正三角形的薄壁透明圆锥罩ABC,底面水平,罩内为空气。发光点D位于AB中点,发出的垂直于BC的光恰好不能射出液面。下列说法正确的是( )
A.D发出的光照射到CB界面时可能发生全反射
B.液面上方能够看到透明罩所有位置都被照亮
答案:C
解析:D发出的光照射到CB界面时,是从光疏介质向光密介质入射,不能发生全反射,故选项A错误。由题知,发光点D发出的垂直于BC的光恰好不能射出液面,可知点D发出的在垂直于BC以下部分的光不能射出液面,所以在液面上方不能够看到透明罩所有位置都被照亮,故选项B错误。由几何关系可知,发光点D发出的垂直于BC的光垂直于BC进入液体后,在上边的液面处的入射角等于60°,恰好不能射出液面,则临界角为60°,所以折射率 , 故选项C正确,D错误。
3.光纤信号传输利用了光的全反射和折射原理,图中是某种单色光在光纤中的传播路径,其经过多次全反射后从右端射出。若该介质的折射率为 ,则关于α、β的大小,下列判断正确的是( )
A.α<60° B.α<30°
C.β>60° D.β<30°
答案:C
解析:根据全反射的条件可知,α>C,而 ,则C=60°,则α>60°,选项A、B错误。光线在下表面能发生全反射且从端点能射出,则β>60°,选项C正确,D错误。
4.将塑料瓶下侧开一个小孔,瓶中灌入清水,水就从小孔流出。将激光水平射向塑料瓶小孔,观察到激光束沿水流方向发生了弯曲,光被完全限制在水流内。则下列说法正确的是( )
A.激光束发生弯曲是因为光在水柱与空气分界面上发生折射
B.激光束发生弯曲是因为光在水柱与空气分界面上发生全反射
C.仅改用折射率更大的液体,激光束不能完全被限制在水流内
D.激光在水中的传播速度大于其在空气中的传播速度
答案:B
5.如图所示,一长方体透明玻璃砖在底部挖去半径为R的半圆柱,玻璃砖长为l。一束单色光垂直于玻璃砖上表面射入玻璃砖,且覆盖玻璃砖整个上表面,已知该单色光在玻璃砖中的折射率为 ,真空中的光速c=3.0×108 m/s,不考虑光在玻璃砖中的多次反射。求:
(1)单色光在玻璃砖中的传播速度;
(2)半圆柱面上有光线射出的表面积。
(2)光线经过玻璃砖上表面到达下方的半圆柱面出射时可能发生全反射,如图所示。(共58张PPT)
3 光的干涉
课前·基础认知
课堂·重难突破
素养·目标定位
随 堂 训 练
素养·目标定位
目 标 素 养
1.了解杨氏双缝干涉实验装置和实验现象,形成正确的物理观念。
2.了解相干光源的概念及产生干涉现象的条件,形成正确的物理观念。
3.能阐述干涉现象的成因及明暗条纹的位置和特点,培养科学思维能力。
4.知道干涉条纹和光的波长之间的关系。
5.理解薄膜干涉中的色散现象,并了解薄膜干涉的应用,培养分析解决实际问题的能力。
知 识 概 览
课前·基础认知
一、光的双缝干涉
1.物理史实:1801年,英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象,用实验方法证实了光的波动性。
2.双缝干涉:让一束平行的单色光束垂直照射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上,两狭缝相距很近,两狭缝就成了两个波源,它们的频率、相位和振动方向总是相同的。两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生干涉,在屏上得到
明暗相间的条纹。
光的干涉现象表明光是一种波。
3.出现亮、暗条纹的条件:S1和S2相当于两个相干波源。
(1)当两个光源与屏上某点的距离之差等于波长λ的整数倍时,两列光波在这点相互加强,出现亮条纹。
(2)当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长 的奇数倍时,两列光波在这点相互减弱,出现暗条纹。
微判断1 1.若用白光作光源,干涉条纹是明暗相间的条纹。
( )
2.若用单色光作光源,干涉条纹是明暗相间的条纹。( )
3.在双缝干涉实验中单缝屏的作用是为了获得一个线光源。
( )
4.两只手电筒射出的光束在空间相遇,能观察到光的干涉现象。( )
×
√
√
×
微训练1 以下光源可以作为相干光源的是( )
A.两个相同亮度的烛焰
B.两个相同规格的灯泡
C.双丝灯泡
D.出自一个光源的两束光
答案:D
解析:相干光的条件是频率相同、相位差恒定和振动方向相同。
二、干涉条纹和光的波长之间的关系
干涉条纹和波长之间的关系:相邻两条亮条纹或者暗条纹的中心间距是___________,其中d为双缝的宽度,l为双缝到屏的距离,λ为单色光的波长。
微思考影响相邻两条亮条纹或者暗条纹的中心间距的因素有哪些
提示:双缝的宽度越窄,双缝到屏的距离越大,单色光的波长越长,相邻两条亮条纹或者暗条纹的中心间距越大。
三、薄膜干涉
1.薄膜干涉的原理:光照在厚度不同的薄膜上时,在薄膜的不同位置,前后两个面的反射光的路程差不同。在某些位置,这两列波叠加后相互加强,于是出现亮条纹;在另一些位置,两列波叠加后相互削弱,于是出现暗条纹。
2.薄膜干涉在技术上的应用:可以在光学元件的表面镀一层特定厚度的薄膜,增加光的透射或者反射,还可以利用薄膜干涉的原理对镜面或其他精密的光学平面的平滑度进行检测。
微判断2 1.只有厚度不均匀的楔形薄膜,才会发生干涉现象。
( )
2.观察肥皂液膜的干涉现象时,观察者应和光源在液膜的同一侧。( )
×
√
微训练2 下图是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置,所用单色光为普通光加滤光片产生的,检查中所观察到的条纹是由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
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
答案:C
解析:a是样本,b是被检查的平面,而形成干涉的两束反射光是a、b间的空气薄层与玻璃的分界面反射的,所以选项C正确。
课堂·重难突破
一 对光的双缝干涉的理解
重难归纳
1.干涉条件。
两列光的频率相同,振动方向相同且相位差恒定。能发生干涉的两列波称为相干波,两个光源称为相干光源,相干光源通常可用同一束光分成两列而获得,称为分光法。
2.双缝干涉的装置示意图。
实验装置如图所示,有光源、单缝、双缝和光屏。
3.单缝屏的作用。
获得一个线光源,使光源有唯一的频率和振动情况,如果用激光直接照射双缝,可省去单缝屏。托马斯·杨那时没有激光,因此他用强光照射一条狭缝,通过这条狭缝的光再通过双缝产生相干光。
4.双缝屏的作用。
平行光照射到单缝S上,又照射到双缝S1、S2上,这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光。
在双缝干涉实验中,以白光为光源,在屏幕上观察到了彩色干涉条纹,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),已知红光与绿光频率、波长均不相等,这时在屏上可看到什么现象
提示:两列光波发生干涉的条件之一是频率相等,分别用绿色滤光片和红色滤光片挡住两条缝后,红光和绿光频率不等,不能发生干涉,因此屏上不会出现干涉条纹,但屏上仍有亮光。
典例剖析
右图为双缝干涉实验装置,当使用波长为6×10-7 m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
答案:B
因为用橙光时P1与P点有相邻的亮条纹,
所以n=1,用紫光时P1点是暗条纹。
对P点,因为Δr=0,所以仍是亮条纹,选项B正确。
规律总结
双缝干涉中亮条纹或暗条纹的判断方法
1.判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹,要看该点到两个光源(双缝)的路程差与波长的比值。 2.路程差等于波长的整数倍处出现亮条纹,等于半波长奇数倍处出现暗条纹。
学以致用
在双缝干涉实验中,光屏上某点P到双缝S1、S2的路程差为7.5×10-7 m,如果用频率为6.0×1014 Hz的单色光照射双缝,则
( )
A.单色光的波长是2×10-7 m,P点出现暗条纹
B.单色光的波长是2×10-7 m,P点出现亮条纹
C.单色光的波长是5×10-7 m,P点出现暗条纹
D.单色光的波长是5×10-7 m,P点出现亮条纹
答案:C
二 干涉条纹和光的波长之间的关系
重难归纳
1.相邻亮条纹(暗条纹)间的距离Δx与入射光波长λ之间的定量关系推导。
如图所示,双缝间距为d,双缝到屏的距离为l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0。对屏上与P0距离为x的一点P,两缝与P的距离分别为r1、r2。在线段PS2上取一点M,使PM的长度为r1,则S2M的长度为r2-r1,因d l,三角形S1S2M可看作直角三角形,有r2-r1=dsin θ(令∠S2S1M=θ)。
2.单色光的干涉图样。
若用单色光作光源,则干涉条纹是明暗相间的条纹,且条纹间距相等。中央为亮条纹,两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关,波长越大,条纹间距越大。
3.白光的干涉图样。
若用白光作光源,则干涉条纹是彩色条纹,且中央条纹是白色的。
(1)从双缝射出的两列光波中,各种色光都形成明暗相间的条纹,各种色光都在中央条纹处形成亮条纹,从而复合成白色条纹。
(2)两侧条纹间距与各色光的波长成正比,即红光的亮纹间宽度最大,紫光亮纹间宽度最小,即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合,这样便形成了彩色干涉条纹。
用白光做双缝干涉实验,彩纹的特点如何
提示:用白光做双缝干涉实验,从红光到紫光其波长由大到小,它们的干涉条纹间距也是从大到小。屏中央各色光都得到加强,混合成白色,但两侧因条纹间距不同而分开成彩色,而且同一级条纹内紫外红。
典例剖析
如图所示的双缝干涉实验,用绿光照射单缝S时,在光屏P上观察到干涉条纹,要得到相邻条纹间距更大的干涉图样,可以
( )
A.增大S1与S2的间距
B.减小双缝屏到光屏的距离
C.将绿光换为红光
D.将绿光换为紫光
答案:C
解析:双缝干涉的条纹间距公式为 ,增大S1与S2的间距就是增大d,所以条纹间距变小,选项A错误;减小双缝屏到光屏的距离就是减小l,条纹间距变小,选项B错误;红光波长比绿光波长长,紫光波长比绿光波长短,所以将绿光换为红光,条纹间距增大,选项C正确,D错误。
规律总结
1.白光可以分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光,从红光到紫光波长由大到小。 2.在其他条件相同时,波长越大,干涉条纹的间距越大。
学以致用
(多选)用a、b两种单色光分别照射同一双缝干涉装置,在距双缝恒定距离的屏上得到如图所示的干涉图样,其中图甲是a光照射形成的,图乙是b光照射形成的。则关于a、b两束单色光,下述说法正确的是( )
A.a光的频率比b光的大
B.在水中a光传播的速度比b光的大
C.水对a光的折射率比对b光的大
D.b光的波长比a光的短
答案:AC
解析:从题图中可以看出,a光的条纹间距小,说明a光的波长小,频率大,故选项A正确,D错误。水对频率低的单色光的折射率小,即水对b光的折射率小,选项C正确。折射率小的光在水中的传播速度大,即b光在水中的传播速度大,选项B错误。
三 薄膜干涉
重难归纳
1.竖放肥皂膜干涉现象。
(1)白光照射图样是彩色的:竖直放置的肥皂液膜,因重力的作用,上面薄、下面厚,由于不同颜色的光波长不同,从前后两个表面反射的光,在不同的位置被加强,换句话说,不同颜色的光对应亮条纹的位置不同,不能完全重合,因此看起来是彩色的。
(2)条纹是水平方向的:因为在同一水平高度处,薄膜的厚度相同,从前后两表面的反射光的路程差均相同,如果此时两反射光互相加强,则此高度水平方向各处均加强,因此,明暗相间的干涉条纹应为水平方向。
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)
3.增透膜。
为了减少光学装置中的反射光的损失,可在元件表面涂一层透明薄膜,一般是氟化镁。
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。
一般取最小厚度d满足 (此波长为光在该种介质中的波长),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。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几乎没有,而其他波长的光并没有完全抵消,所以增透膜呈现淡紫色。
增透膜是怎样增加透射光的
提示:两束反射光相互抵消,反射光的能量减少,由于总的能量是守恒的,反射光的能量被削弱了,透射光的能量就必然得到增强。增透膜是通过“消反”来确保“增透”的。
典例剖析
右图为一显示薄膜干涉现象的实验装置,P是附有肥皂膜的铁丝圈,S是一点燃的酒精灯。往火焰上洒些盐后,在图示的情况下( )
A.从肥皂薄膜的右面观察时,
在薄膜上可看到黄黑相间水平条纹
B.从肥皂薄膜的右面观察时,
在薄膜上可看到黄黑相间竖直条纹
C.从肥皂薄膜的左面观察时,
在薄膜上可看到黄黑相间水平条纹
D.从肥皂薄膜的左面观察时,在薄膜上可看到黄黑相间竖直条纹
答案:A
解析:肥皂薄膜前后表面的反射光在前表面发生叠加,所以在薄膜的右侧出现条纹,则应该从肥皂薄膜的右面观察。路程差(膜的厚度的两倍)是半波长的偶数倍时,振动加强,为亮条纹;路程差是半波长的奇数倍时,振动减弱,为暗条纹。所以出现亮条纹时,膜的厚度相同,则条纹水平排列。故选项A正确。
规律总结
1.薄膜干涉是通过膜前后表面的反射取得相干光的。 2.薄膜厚度不同,光程差不同,从而形成了干涉条纹。
学以致用
(多选)如图所示,把一个上表面是平面、下表面是凸面的凸透镜压在一块平面玻璃上,让单色光从上方垂直射入,从上往下看凸透镜,可以看到亮暗相间的圆环状条纹,则( )
A.圆环状条纹是光在凸透镜上下两个玻璃表面的反射光的干涉造成的
B.圆环状条纹是平面玻璃和凸透镜之间的空气膜引起的薄膜干涉造成的
C.如果将凸透镜的凸面曲率半径增大而其他条件保持不变,则圆环状条纹的亮纹间距变大
D.如果改用波长更长的单色光照射而其他条件保持不变,则圆环状条纹的亮纹间距变小
答案:BC
解析:当单色光垂直照射到凸透镜上时,光的传播方向不变,而当光从玻璃射入空气时一部分光发生反射,另一部分光透射进入空气,当该部分光从空气进入下面的平面玻璃时又有一部分光发生反射,这样两列反射光是相干光,它们在凸透镜的下表面相遇,当这两列光的光程差为波长的整数倍时是亮条纹,当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹,故出现亮暗相间的圆环状干涉条纹,选项A错误,B正确;若换一个曲率半径更大的凸透镜,相同位置处的空气层的厚度变小,所以观察到的圆环状条纹的亮纹间距变大,选项C正确;如果改用波长更长的单色光照射而其他条件保持不变,则观察到的圆环状条纹的亮纹间距变大,选项D错误。
随 堂 训 练
1.在光的双缝干涉现象里,下列描述正确的是( )
A.用白光做光的干涉实验时,偏离中央亮条纹最远的是波长较长的红光
B.用白光做光的干涉实验时,偏离中央亮条纹最远的是波长较短的紫光
C.相邻两亮条纹或相邻两暗条纹的间距是不等的
D.在双缝干涉现象里,把入射光由红光换成紫光,相邻两个亮条纹间距将变宽
答案:A
解析:条纹间距与光的波长成正比,在可见光中,红光波长最长,紫光波长最短,故偏离中央亮条纹最远的是红光,选项A正确,B错误。双缝干涉现象中,相邻两亮条纹或两暗条纹是等间距的,选项C错误。红光的波长比紫光的波长长,所以换成紫光后,相邻两亮条纹间距将变窄,选项D错误。
2.用一单色光做双缝干涉实验时,测得双缝间的距离为0.1 cm,双缝挡板与像屏间的距离为200 cm,第1条亮线中心与第6条亮线中心间的距离为0.5 cm。则该单色光的波长为( )
A.1×10-6 m B.2.5×10-6 m
C.1×10-7 m D.5×10-7 m
答案:D
3.(多选)把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上,一端用薄片垫起,构成空气劈尖,让单色光从上方射入,如图所示,这时可以看到明暗相间的条纹。下面关于条纹的说法正确的是( )
A.干涉条纹的产生是光在空气劈尖膜的上下两表面反射形成的两列光波叠加的结果
B.干涉条纹中的暗纹是上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果
C.增大薄片的厚度,条纹间距变小
D.观察薄膜干涉条纹时,眼睛应在入射光的另一侧
答案:AC
解析:根据薄膜干涉的产生原理,题述现象是由空气膜上下表面反射的两列光叠加而成的,当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时,振动加强,形成亮条纹,故选项A正确,B错误。当增大薄片的厚度时,上面的平行玻璃板倾斜度增大,导致从左向右光程差变化快,则干涉条纹间距会变小,故选项C正确。因相干光是反射光,故观察薄膜干涉时,应在入射光的同一侧,故选项D错误。
4.(多选)双缝干涉实验装置如图所示,绿光通过单缝S后,投射到具有双缝的挡板上,双缝S1和S2与单缝的距离相等,光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹。屏上O点距双缝S1和S2的距离相等,P点是距O点最近的第一条亮条纹。如果将入射的单色光换成红光或蓝光,讨论屏上O点及其上方的干涉条纹的情况是( )
A.O点处是红光的亮条纹
B.O点处不是蓝光的亮条纹
C.红光的第一条亮条纹在P点的上方
D.蓝光的第一条亮条纹在P点的上方
答案:AC
解析:因为O点与双缝间的路程差等于零,可知不管红光还是蓝光在该点都会出现亮条纹,故选项A正确,B错误。根据双缝干涉条纹的间距公式 ,可知因为红光的波长大于绿光,蓝光的波长小于绿光,则红光的条纹间距大于绿光,蓝光的条纹间距小于绿光,所以红光的第一条亮纹在P点的上方,蓝光的第一条亮纹在P点的下方,故选项C正确,D错误。
5.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5.52×10-7 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。
答案:1×10-7 m(共37张PPT)
4 实验:用双缝干涉测量光的波长
实验热点 探究突破
随 堂 训 练
实验探究 方案梳理
实验探究 方案梳理
实验目的
1.了解光产生稳定干涉图样的条件。
2.观察白光及单色光的双缝干涉图样。
3.掌握用公式 测定波长的方法。
4.会用测量头测量条纹间距离。
实验原理
1.测量原理。
2.测量Δx的方法。
测量头由分划板、目镜、手轮等构成,如图甲所示,测量时先转动测量头,让分划板中心刻线与干涉条纹平行,然后转动手轮,使分划板向左(或向右)移动至分划板的中心刻线与条纹的中心对齐,记下此时读数,再转动手轮,用同样的方法测出n个亮条纹间的距离a,则可求出相邻两亮条纹间的距离
实验器材
双缝干涉仪(包括光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及测量头,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。
实验步骤
1.按图所示安装仪器。
2.将光源中心、单缝中心、双缝中心调节在遮光筒的中心轴线上。
3.使光源发光,在光源和单缝之间加红(绿)色滤光片,让通过后的条形光斑恰好落在双缝上,通过遮光筒上的测量头,仔细调节目镜,观察单色光的干涉条纹,撤去滤光片,观察白光的干涉条纹(彩色条纹)。
4.加装滤光片,通过目镜观察单色光的干涉条纹,同时调节手轮,分划板的中心刻线对齐某一条纹的中心,记下手轮的读数,然后继续转动使分划板移动,直到分划板的中心刻线对齐另一条纹中心,记下此时手轮读数和移过分划板中心刻线的条纹数n。
6.换用另一滤光片,重复步骤3、4、5,并求出相应的波长。
数据处理
1.单缝、双缝应相互平行,其中心大致位于遮光筒的轴线上,双缝到单缝距离应相等。
2.测双缝到屏的距离l可用刻度尺测多次取平均值。
3.测条纹间距Δx时,用测量头测出n条亮(暗)条纹间的距离a,求出相邻的两条亮(暗)条纹间的距离
注意事项
1.放置单缝和双缝时,必须使缝平行。
2.要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上。
3.测量头的中心刻线要对着亮(或暗)条纹的中心。
4.要多测几条亮条纹(或暗条纹)中心间的距离,再求Δx。
5.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是因为单缝与双缝不平行。
误差分析
1.测双缝到屏的距离l带来的误差,可通过选用毫米刻度尺,进行多次测量求平均值的办法减小相对误差。
2.测条纹间距Δx带来的误差。
(1)干涉条纹没有调到最清晰的程度。
(2)分划板刻线与干涉条纹不平行,中心刻线没有恰好位于条纹中心。
(3)测量多条亮条纹间距离时读数不准确。
(4)利用“累积法”测n条亮纹间距,再求 ,并且采用多次测量求Δx的平均值的方法进一步减小误差。
实验热点 探究突破
热点1 实验原理与操作
典例剖析
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实验装置,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,由左到右,表示各光学元件的字母排列顺序应为C、 、
、 、A。
(2)本实验的步骤如下。
①取下遮光筒左侧的元件,调节光源高度,使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮;
②按合理的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用刻度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)测量数条亮条纹间的距离。
在操作步骤②时还应注意 、 。
答案:(1)E D B
(2)放置单缝、双缝时,必须使缝平行 单缝、双缝间的距离要适当
解析:(1)滤光片E可以从白光中选出单色红光,单缝D获得线光源,双缝B获得相干光源,最后成像在毛玻璃屏A上。所以排列顺序为C、E、D、B、A。
易错警示
学以致用
1.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、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、目镜,如图所示。
(1)M、N、P三个光学元件依次为 。
A.滤光片、单缝、双缝 B.单缝、滤光片、双缝
C.单缝、双缝、滤光片 D.滤光片、双缝、单缝
(2)对于某种单色光,为增加相邻亮纹(暗纹)间的距离,可采取的方法有 。
A.减小双缝间距离 B.增大双缝间距离
C.减小双缝到屏的距离 D.增大双缝到屏的距离
(3)如果测得双缝与屏的距离为l,双缝间距为d,相邻两条亮纹中心间的距离为Δx,写出计算波长λ的表达式为 。
答案:(1)A (2)AD
热点2 数据处理与误差分析
典例剖析
在用双缝干涉测量光的波长实验中,实验装置如图甲所示。
(1)以线状白炽灯为光源,对实验装置进行了调节并观察实验现象后,总结出以下几点。
A.单缝和双缝必须平行放置
B.干涉条纹与双缝垂直
C.干涉条纹疏密程度与双缝间距离有关
D.干涉条纹间距与光的波长有关
以上几点正确的是 。
(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条刻度线时,手轮上的示数如图乙所示,该读数为 mm。
(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,如图丙所示,则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx时,测量值 (选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。
答案:(1)ACD
(2)0.705
(3)大于
解析:(1)实验中,单缝和双缝必须平行放置,故选项A正确;干涉条纹与双缝平行,故选项B错误;根据干涉条纹的间距公式
知,干涉条纹疏密程度及间距与双缝间距离、波长有关,故选项C、D正确。
(2)读数为0.5 mm+0.01 mm×20.5=0.705 mm。
(3)如果测量头中的分划板中心刻度线与干涉条纹不在同一方向上,条纹间距Δx测量值偏大。
学以致用
利用双缝干涉测定光的波长实验中,双缝间距d=0.4 mm,双缝到光屏的距离l=0.5 m,用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图所示,分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数也如图中所示。
(1)分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数xA=11.1 mm,
xB= mm,相邻两条纹间距Δx= mm。
(2)波长的表达式λ= (用Δx、l、d表示),该单色光的波长λ= m。
(3)若改用频率较高的单色光照射,得到的干涉条纹间距将
(选填“变大”“不变”或“变小”)。
答案:(1)15.6 0.75 (2) 6.0×10-7 (3)变小
随 堂 训 练
1.某同学利用如图所示的实验观察光的干涉现象,其中A为单缝屏,B为双缝屏,C为光屏。当让一束阳光照射A屏时,C屏上并没有出现干涉条纹,移走B后,C上出现一窄亮斑。分析实验失败的原因可能是( )
A.单缝S太窄
B.单缝S太宽
C.S到S1和S2距离不相等
D.阳光不能作为光源
答案:B
解析:双缝干涉中单缝的作用是获得线光源,而线光源可以看成是由许多个点光源沿一条线排列组成的,这里观察不到光的干涉现象是由于单缝太宽,得不到线光源。故选项B正确。
2.(多选)用双缝干涉测量光的波长的实验装置如图所示,调整实验装置使屏上可以接收到清晰的干涉条纹。关于该实验,下列说法正确的是( )
A.若将滤光片向右平移一小段距离,光屏上相邻两条明纹中心的距离增大
B.若将光屏向右平移一小段距离,光屏上相邻两条暗纹中心的距离增大
C.若将双缝间的距离d减小,光屏上相邻两条暗纹中心的距离增大
D.若将滤光片由绿色换成蓝色,光屏上相邻两条暗纹中心的距离增大
答案:BC
3.利用双缝干涉测定单色光波长,某同学在做该实验时,第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心时(图甲),游标卡尺的示数如图丙所示,第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时(图乙),游标卡尺的示数如图丁所示,已知双缝间距为0.5 mm,从双缝到屏的距离为1 m。则图丙中游标卡尺的示数为 mm,图丁游标卡尺的示数为 mm。在实验中,所测单色光的波长为 m。
答案:11.4 16.8 6.75×10-7
解析:根据游标卡尺的读数方法,
可读出题图丙的示数为11.4 mm;(共38张PPT)
5 光的衍射
课前·基础认知
课堂·重难突破
素养·目标定位
随 堂 训 练
素养·目标定位
目 标 素 养
1.知道光的衍射现象及衍射条件,形成正确的物理观念。
2.能用衍射知识对生活中的现象进行解释和分析,培养分析解决实际问题的能力。
3.初步了解衍射光栅,形成正确的物理观念,培养科学思维能力。
知 识 概 览
课前·基础认知
一、光的衍射
1.衍射现象。
光能够绕过障碍物而到达“阴影”区域的现象。
2.产生明显衍射现象的条件。
障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候。
3.单缝衍射的条纹特点。
(1)中央条纹为亮条纹,离中心条纹越远,亮条纹的宽度越窄,亮度越暗。
(2)狭缝越窄,中央亮条纹越暗。
微判断1.光的衍射说明光不能沿直线传播。( )
2.阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。( )
3.隔着帐幔看远处的灯,见到灯周围辐射彩色的光芒,是光的干涉现象。( )
4.白光通过盛水的玻璃杯,在适当的角度,可看到彩色光,是光的衍射现象。( )
5.衍射现象中也有干涉的成分。( )
×
×
×
×
√
微训练(多选)对于光的衍射现象,下列说法正确的是( )
A.只有障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候,才能产生明显的衍射现象
B.衍射现象是光特有的现象,只有光才会发生衍射
C.光的衍射现象否定了光沿直线传播的结论
D.光的衍射现象说明了光具有波动性
答案:AD
解析:光的干涉现象和衍射现象说明了光具有波动性,选项D正确。在障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候,衍射现象比较明显,选项A正确。只有在光的波长比障碍物的尺寸小得多的情况下,光才可以看成是沿直线传播的,所以光的衍射现象和光沿直线传播是不矛盾的,它们是光在不同条件下产生的两种现象,选项C错误。衍射现象是波特有的现象,选项B错误。
二、衍射光栅
1.结构:由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。狭缝的个数越多,衍射条纹的宽度越窄,亮度越亮。
2.衍射图样的特点。
与单缝衍射相比,衍射条纹的宽度变窄,亮度增加。
3.衍射光栅的种类。
反射光栅和透射光栅。
课堂·重难突破
一 三种衍射图样的特点比较
重难归纳
1.单缝衍射图样。
(1)中央条纹最亮,越向两边越暗;条纹间距不等,中央条纹最宽,两边条纹宽度变窄。
(2)缝变窄时通过的光变少,而光分布的范围变宽,所以亮条纹的亮度降低。
(3)中央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,入射光波长越长,单缝越窄,中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大。
(4)用白光做单缝衍射时,中央亮条纹是白色的,两边是彩色条纹,中央亮条纹仍然最宽最亮。
2.圆孔衍射的图样。
(1)单色光的圆孔衍射图样:中央亮圆的亮度大,外面是明暗相间的不等距的圆环;越向外,圆(亮)环亮度越低。
(2)白光的圆孔衍射图样:中央亮圆为白色,周围是彩色圆环。
3.圆板衍射。
(1)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,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。
(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。
使太阳光垂直照射到一块遮光板上,板上有可以自由收缩的正方形孔,孔的后面放置一个光屏,在正方形孔逐渐变小直到闭合的过程中,猜一猜光屏上依次可以看到哪些现象
提示:正方形孔较大时看到正方形光斑,孔逐渐减小看到屏上的正方形光斑由大到小,孔再减小看到圆形光斑,孔小到一定程度看到明暗相间的彩色条纹,孔闭合后屏上什么也看不到。
典例剖析
(多选)在单缝衍射实验中,下列说法正确的是( )
A.将入射光由黄色换成绿色,衍射条纹间距变窄
B.使单缝宽度变小,衍射条纹间距变窄
C.换用波长较长的光照射,衍射条纹间距变宽
D.增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距变宽
答案:ACD
解析:当单缝宽度一定时,波长越长,衍射现象越明显,即光偏离直线传播的路径越远,条纹间距也越大;当光的波长一定时,单缝宽度越小,衍射现象越明显,条纹间距越大;光的波长一定、单缝宽度也一定时,增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距也会变宽,故选项A、C、D正确。
易错警示
圆孔衍射中圆孔大小不同时,对应的物理现象不同。 如图甲所示,当挡板AB上的圆孔较大时,光屏上出现图乙所示的圆形亮斑(光的直线传播);减小圆孔,光屏上出现光源的像(小孔成像);当圆孔很小时,光屏上出现图丙所示的亮、暗相间圆环(衍射图样)。
学以致用
在一次观察光的衍射的实验中,观察到如图所示的清晰的明暗相间图样(阴影条纹为暗纹),那么障碍物应是( )
A.很小的不透明的圆板
B.很大的中间有大圆孔的不透明的圆板
C.很大的不透明圆板
D.很大的中间有小圆孔的不透明的圆板
答案:D
解析:由题图可知中央是大且亮的圆形亮斑,周围分布着明暗相间的同心圆环,且越向外,圆形亮条纹宽度越小,可判断此图样为圆孔衍射图样,故选项D正确。
二 单缝衍射与双缝干涉的比较
重难归纳
1.单缝衍射与双缝干涉的对比。
比较项 单缝衍射 双缝干涉
不
同点 产生条件 只要狭缝足够小,任何光都能发生明显衍射现象 频率相同的两列光波相遇叠加
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,两边最暗 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
2.三点提醒。
(1)单缝衍射可以理解为若干个光源的干涉,从而理解条纹相间排列。
(2)光波的波长增大,衍射条纹、干涉条纹的宽度都变大。
(3)复色光的衍射或干涉图样,可认为各单色光单独衍射或干涉所成图样的叠加。
在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的明暗相间的图样,下列四幅图片中,哪些属于光的单缝衍射图样 哪些属于光的干涉图样
提示: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。
典例剖析
(多选)图甲、乙是单色光通过窄缝后形成的明暗相间的两种条纹图样,下列判断正确的是( )
A.甲为单缝衍射的图样 B.乙为双缝干涉的图样
C.甲为双缝干涉的图样 D.乙为单缝衍射的图样
答案:AB
解析:甲图中的条纹宽度不等,中央宽,两侧窄,应为单缝衍射图样;乙图中的条纹等宽等距,应为双缝干涉图样。故选项A、B正确,C、D错误。
规律总结
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,中央亮条纹最宽,两侧的条纹变窄。 2.根据亮条纹的亮度区分:双缝干涉条纹,从中央亮纹往两侧亮度变化很小;而单缝衍射条纹中央亮纹最亮,两侧的亮纹逐渐变暗。
学以致用
2.如图所示的4幅明暗相间的条纹图样,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)。则下面的四幅图从左到右排列,亮条纹的颜色依次是( )
A.红 黄 蓝 紫 B.红 紫 蓝 黄
C.蓝 紫 红 黄 D.蓝 黄 红 紫
答案:B
解析:双缝干涉条纹是等间距的条纹,单缝衍射条纹是中间最宽、两边越来越窄的条纹,因此1、3是干涉条纹,2、4是衍射条纹。干涉条纹中,光的波长越长,条纹越宽,因此1是红光,3是蓝光。同一单缝的衍射条纹,波长越长,条纹越宽,因此2是紫光,4是黄光。
随 堂 训 练
1.(多选)关于波的衍射,下列说法正确的是( )
A.衍射是一切波的特性
B.波长比孔的宽度大得越多,衍射现象越明显
C.发生波的衍射时必须有两个波源
D.波的衍射也是由于波的叠加产生的
答案:ABD
解析:干涉和衍射现象是波所特有的现象,选项A正确。波长比孔的宽度大得越多,衍射现象越明显,选项B正确。发生波的干涉时必须有两个波源,选项C错误。由于狭缝或小孔有一定的宽度或大小,波通过后出现明暗相间的条纹,通过狭缝或小孔的光可看作是由很多光源发出的,衍射条纹就是波叠加的结果,因此波的衍射也是由于波的叠加产生的,选项D正确。
2.(多选)沙尘暴是由于土地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.只有频率较大的一部分光才能到达地面
D.只有频率较小的一部分光才能到达地面
答案:BD
解析:波长较短的光容易被障碍物挡住,不能到达地面,波长较长的光更容易发生衍射而透过沙尘间的缝隙到达地面,故选项A错误,B正确;波长越长的光其频率越低,故选项C错误,D正确。
3.某同学在不透光的挡板上开一条缝宽为 0.05 mm的窄缝,进行光的衍射实验,如图所示,则他在光屏上看到的条纹是( )
答案:B
解析:因为衍射条纹与单缝平行,条纹中间宽、两边窄,故选项B正确,A、C、D错误。
4.如图所示的四个图形中哪个是著名的泊松亮斑的衍射图样
( )
答案:B
解析:由泊松亮斑衍射图样特点可知选项B正确。(共40张PPT)
6 光的偏振 激光
课前·基础认知
课堂·重难突破
素养·目标定位
随 堂 训 练
素养·目标定位
目 标 素 养
1.知道什么是光的偏振现象,形成正确的物理观念,知道偏振是横波特有的性质。
2.知道自然光和偏振光的区别,知道偏振现象的一些应用,培养分析解决实际问题的能力。
3.了解激光的特性和应用,应用激光观察全息照片,培养科学素养。
知 识 概 览
课前·基础认知
一、光的偏振 偏振现象的应用
1.偏振现象:横波只沿某一特定的方向振动的现象称偏振现象。
2.自然光与偏振光。
(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,而且沿着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:光在垂直于传播方向的平面上,只沿着某个特定的方向振动。这种光叫作偏振光。
3.偏振现象的应用。
(1)摄影技术中的应用。
由于水或玻璃表面的反射光的干扰,常使景像不清楚,如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片,让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直,就可以减弱反射光而使景像清晰。
(2)偏振片在汽车挡风玻璃上的应用。
在夜间行车时,迎面开来的车灯眩光常常使司机看不清路面,容易发生事故。如果在每辆车灯玻璃上和司机座位前面的挡风玻璃上安装一块偏振片,并使它们的透振方向跟水平方向成45°角,就可以解决这一问题。
微判断1 1.自然光是偏振光。( )
2.立体电影利用了光的偏振原理。( )
3.自然光是在垂直于传播方向的平面上,只沿着某个特定的方向振动的光。( )
4.光的偏振表明光是一种横波。( )
5.自然光与偏振光之间可以相互转化。( )
×
√
×
√
×
微训练1 如图所示,让自然光照到P偏振片上,当P、Q两偏振片的透振方向间的夹角为以下哪些度数时,透射光的强度最弱( )
A.0° B.30° C.60° D.90°
答案:D
解析:两偏振片透振方向相同时透过的偏振光最强,两偏振片透振方向垂直时几乎没有偏振光透过。
二、激光的特点及其应用
1.激光的产生。
激光是原子受激辐射产生的光,传播方向、频率、偏振方向、相位差均相同,两列相同激光相遇可以发生干涉。激光是人工产生的相干光。
2.激光的特点及应用。
微判断2 1.激光可以进行光纤通信是利用了相干性好的特点。( )
2.激光可用做“光刀”来切开皮肤是利用激光的相干性好。
( )
3.激光打孔是应用了激光相干性好的特点。( )
√
×
×
微训练2 (多选)关于激光,下列说法正确的是( )
A.激光是用人工方法激发出的一种特殊的光
B.自然界中某些天然物体也可以发出激光
C.激光可以像刀子一样切除肿瘤
D.由于激光的方向性好,所以激光不能发生衍射现象
答案:AC
解析:激光是用人工方法激发出的一种特殊的光,故选项A正确,B错误;激光具有方向性好、亮度高、强度大等特点,可以像刀子一样切除肿瘤,故选项C正确;激光是一种波,只要是波就能发生衍射现象,故选项D错误。
课堂·重难突破
一 偏振光的理解及应用
重难归纳
1.自然光和偏振光的比较。
比较项 自然光 偏振光
成因 从光源(如太阳、电灯等)直接发出的光 自然光通过偏振片后就变成了偏振光,反射光、折射光均为偏振光
振动
方向 在垂直于传播方向的平面内,沿着各个方向振动 在垂直于传播方向的平面内,并且只有一个振动方向
比较项 自然光 偏振光
经偏振
片后现
象比较
通过偏振片后,自然光就变成了偏振光,转动偏振片,偏振光的亮度不变,但偏振方向随之变化 偏振光经偏振片后,若偏振方向与透振方向平行,屏亮;若垂直,则屏暗;若介于两者之间,则屏上亮度介于两者之间并随偏振方向与透振方向夹角的增大而变暗
2.偏振光的产生方式。
(1)自然光在玻璃、水面等表面反射时,反射光和折射光都是偏振光,入射角变化时偏振的程度也会变化。自然光射到两种介质的分界面上,如果光入射的方向合适,使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°时,反射光和折射光都是偏振光,且偏振方向相互垂直。
(2)自然光经过偏振片(起偏振器)后能形成偏振光。偏振光可以用另一个偏振片(检偏振器)检验。
为什么戴上偏振片眼镜时,可以清楚地看到水中的物体
提示:由于水面反射的光对人眼产生干扰,使人不能清楚地看到水下的物体,从水面反射的光中包含有很多偏振光,偏振片眼镜可不让这些偏振光进入眼睛,则水中的物体可以比较清楚地被看到。
典例剖析
(多选)如图所示,S处的小灯泡发出的光先后经过偏振片A和B,人眼在P处迎着入射光方向,看不到光亮,则( )
A.图中a光为偏振光
B.图中b光为偏振光
C.以SP为轴将B转过180°后,在P处将看到光亮
D.以SP为轴将B转过90°后,在P处将看到光亮
答案:BD
解析:小灯泡直接发出的光为自然光,故选项A错误;自然光通过A偏振片后,即变为偏振光,故选项B正确;设通过A的光沿竖直方向振动,因P点无光亮,则B偏振片的透振方向沿水平方向,将B转过180°后P处仍无光亮,若将B转过90°,则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片,则偏振光能通过B,即在P处有光亮,故选项C错误,D正确。
特别提醒
1.偏振现象在生活中非常普遍,并不是只有自然光通过偏振片后才变为偏振光,生活中除光源直接发出的光外,我们看到的绝大部分光都是偏振光,如自然光射到水面时的反射和折射光线,尤其是二者互相垂直时,都是典型的偏振光,并且是完全偏振光,振动方向相互垂直。 2.只有横波才能发生偏振现象,光是横波。
学以致用
(多选)电子表的显示屏利用了液晶的旋光性,当液晶上不加电压时,偏振光通过液晶时偏振方向会旋转90°,这就是液晶的旋光性;如果在液晶上加上电压,则旋光性消失。有一种电子表的显示屏是透明的,而在显示数字的笔画处不透光,则关于该显示屏,下列说法正确的是( )
A.上下两个偏振片的透振方向相互垂直
B.上下两个偏振片的透振方向相互平行
C.笔画处为透明电极,因此加上电压时变为不透明的
D.笔画处没有电极,其余部分为透明电极
答案:AC
解析:假设光从下向上传播,光线通过下偏振片时成为偏振光,如果不加电压,偏振光通过液晶时偏振方向旋转90°,此时光线能透过上偏振片,可知上偏振片的透振方向应与此时偏振光的偏振方向相同,即与下偏振片的透振方向垂直,选项A正确,B错误;组成数字的笔画处有时透明,有时不透明,可知笔画处为透明电极,当加上电压时液晶旋光性消失,光线不能透过,选项C正确,D错误。
二 激光的特性及应用
重难归纳
1.相干性好。
所谓相干性好,是指容易产生干涉现象。普通光源发出的光(即使是所谓的单色光)频率是不一样的,而激光器发出的激光的频率几乎是单一的,并且满足其他的相干条件。所以,现在我们做双缝干涉实验时,无须在双缝前放一个单缝,而是用激光直接照射双缝,就能得到既明亮又清晰的干涉条纹。利用相干光易于调制的特点传输信息,所能传递的信息密度极高,
一条细细的激光束通过光缆可以同时传送一百亿路电话和一千万套电视,全国人民同时通话还用不完它的通信容量,而光纤通信就必须借助激光技术才能发展。
2.平行度非常好。
与普通光相比,传播相同距离的激光束的扩散程度小,光线仍能保持很大的强度,保持它的高能量,利用这一点可以精确测距。
3.激光的亮度非常高。
激光不能直接照射眼睛,否则会伤害眼睛。
4.激光单色性很好。
激光的频率范围极窄,颜色几乎是完全一致的。
5.全息照相。
下图为拍摄全息照片的基本光路。同一束激光被分为两部分,一部分直接照射到底片上(称为参考光),另一部分通过被拍摄物反射后再到达底片(称为物光)。参考光和物光在底片上相遇时会发生干涉,形成复杂的干涉条纹。底片上某点的明暗程度反映了两束光叠加后到达这点时光波的强弱。全息照片的拍摄利用了光的干涉原理,要求参考光和物光有很高的相干性。
利用激光测量地球到月球的距离,应用了激光哪方面的性质
提示:应用了激光平行度非常好的性质。
典例剖析
关于激光的应用问题,下列说法正确的是( )
A.光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制,使其在光导纤维中传递信息的
B.计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用激光有相干性的特点
C.医学中用激光作“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点
D.激光测距雷达利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点
答案:C
解析:由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用了激光的相干性,选项A错误;计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好,选项B错误;医疗中的激光“光刀”利用了激光的亮度高的特点,选项C正确;激光测距利用的是激光的平行度和方向性好的特点,选项D错误。
规律总结
激光的特点及其应用
特点 作用 应用实例
高度的
相干性 可进行调制、传递信息 光纤通信、全息照相
平行度
非常好 传播很远距离仍能保持一定强度,可精确测距、测速 激光雷达
可会聚于很小的一点,记录信息密度高 DVD机、CD唱机、计算机的光驱
亮度
很高 可在很小空间、短时间内集中很大能量 激光切割、焊接、打孔、医疗手术
学以致用
下列应用激光的事例错误的是( )
A.利用激光进行长距离的精确测量
B.利用激光进行通信
C.利用激光进行室内照明
D.利用激光加工坚硬的材料
答案:C
解析:激光的定向性好、精准度高,可以进行长距离测距,故选项A不符合题意。激光能够传递声音、图像等信息,因此可以利用激光进行通信,故选项B不符合题意。激光的亮度很高,不能用于室内照明,会刺伤人的眼睛;可以用来切割、加工较硬的材料,故选项C符合题意,D不符合题意。
随 堂 训 练
1.下列光现象中应用了光的偏振现象的是( )
A.全息照相
B.立体电影
C.医用纤维式内窥镜
D.增透膜
答案:B
解析:全息照相利用激光的相干性好的特点,与光的干涉有关,故选项A错误。偏振片式立体电影技术的基本原理是光的偏振,故选项B正确。医用纤维式内窥镜利用了光的全反射,故选项C错误。增透膜利用光的薄膜干涉,故选项D错误。
2.关于偏振现象,下列说法正确的是( )
A.所有单色光都是偏振光
B.一切光和波都能发生偏振现象
C.偏振现象是横波特有的现象
D.光的振动方向与偏振片的透振方向平行时,光完全不能通过偏振片
答案:C
解析:自然光中的单色光不是偏振光,选项A错误。只有横波才能发生偏振现象,纵波不能发生偏振现象,因此偏振现象是横波特有的现象,选项B错误,C正确。光的振动方向与偏振片的透振方向垂直时,光完全不能通过偏振片,选项D错误。
3.关于激光,下列说法正确的是( )
A.利用激光的相干性,可以用在雷达上进行精确的测距
B.激光相干性好,任何两束激光都能发生干涉
C.激光是人工制造的,不是偏振光
D.利用激光亮度高,可在医学上做光刀切除肿瘤,或“焊接”剥落的视网膜
答案:D
解析:利用激光平行度好,可以用在雷达上进行精确的测距,故选项A错误。激光相干性好,只有频率相同的两束激光才会发生干涉,故选项B错误。激光是人造光,也是偏振光,故选项C错误。利用激光强度大、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,故选项D正确。(共2张PPT)
章末知识体系构建
光疏介质
临界角
相干
小
横波
平行度
亮度
