课件46张PPT。第十三章 光1 光的反射和折射填一填练一练1.反射及反射定律(见课本第44页)
(1)光的反射:光从一种介质照射到与另一种介质的分界面时,一部分光会返回到第一种介质的现象。
(2)反射定律:反射光线与入射光线、法线处在同一平面内,反射光线与入射光线分别位于法线的两侧;反射角等于入射角。填一填练一练2.折射及折射定律(见课本第45页)
(1)光的折射与折射定律:
①光的折射:光从一种介质斜射到两种介质的分界面时,进入另一种介质的一部分光线传播方向发生改变的现象。
②入射角与折射角:
入射角:入射光线与法线的夹角。
折射角:折射光线与法线的夹角。
③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。
(2)光路可逆:在光的反射和折射现象中,光路都是可逆的。填一填练一练3.折射率(见课本第45页)
(1)定义:光从真空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,用符号n表示。
(3)物理意义:是一个与介质有关的常数,反映介质的光学性质。
(4)用光速表示的折射率公式: ,某种介质的折射率,等于光在真空中传播的速度c与光在这种介质中的传播速度v之比。
(5)特点:任何介质的折射率都大于1。填一填练一练一束光线从空气射向折射率为1.5的玻璃内,入射角为45°,下面光路图中正确的是( )
解析:光在两介质的界面上通常同时发生反射和折射,所以选项A错误;由反射定律知反射角为45°,根据折射定律n= 得θ1>θ2,故选项B错误,C正确;画光线时必须带箭头,D不是光路图,选项D错误。
答案:C探究一探究二探究三探究一对光的折射现象的理解?
问题导引
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?探究一探究二探究三探究一探究二探究三名师精讲
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,但并非一定要变化,当光垂直界面入射时,光的传播方向就不变化。
2.光的速度:光从一种介质进入另一种介质时,速度一定变化,当光垂直界面入射时,光的传播方向虽然不变,但也属于折射现象,因为光传播的速度发生了变化。
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发生折射时,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关系而定。探究一探究二探究三4.对折射现象的理解
(1)特殊情况:当光垂直于界面入射时,虽然光的传播方向不变,但光速变了,因此也属于折射。
(2)光线的偏折方向:光线从折射率小的介质斜射入折射率大的介质,折射光线向法线偏折,反之将偏离法线。
(3)光路可逆性:光由介质射入空气或真空时,折射角θ2大于入射角θ1。根据光路可逆,可认为光由空气或真空以入射角θ2入射,对应的折射角为θ1。探究一探究二探究三典例剖析
【例题1】 如图所示,一小孩站在宽6 m的河边,在他正对面的岸边有一距离河面高度为3 m的树,树的正下方河底有一块石头,小孩向河面看去,可同时看到树顶和石头两者的像,并发现两个像重合,若小孩的眼睛离河面高为1.5 m,河水的折射率为 ,试估算河水深度。
点拨:根据题意,正确作出光路图,明确入射角、反射角、折射角间的关系是解答此题的关键。探究一探究二探究三探究一探究二探究三变式训练1 导学号38190074?
光线以入射角θ1从空气射入折射率n= 的透明介质表面,如图所示。
(1)当入射角θ1=45°时,求反射光线与折射光线间的夹角θ。
(2)当tan θ1的值等于多少时,反射光线与折射光线间的夹角θ=90°。探究一探究二探究三探究一探究二探究三变式训练2 一条光线以40°的入射角从真空射到平板透明材料上,光的一部分被反射,一部分被折射,折射光线与反射光线的夹角可能是( )?
A.小于40° B.在50°~100°之间
C.在100°~140°之间 D.大于140°探究一探究二探究三解析:
由 >1得折射角θ2<θ1=40°,由反射定律得θ3=θ1=40°,如图所示,故折射光线与反射光线的夹角φ=180°-θ3-θ2=140°-θ2,所以100°<φ<140°,故选项C正确。
答案:C探究一探究二探究三探究一探究二探究三探究二对折射率的理解?
问题导引
下表是在探究光由真空射入某种透明介质发生折射时的规律时得到的实验数据,请在表格基础上思考以下问题:探究一探究二探究三(1)随着入射角的增大,折射角怎样变化?
(2)当入射角与折射角发生变化时,有没有保持不变的量?探究一探究二探究三名师精讲
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 。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。探究一探究二探究三典例剖析
【例题2】 光线以60°的入射角从空气射入玻璃中,折射光线与反射光线恰好垂直。(真空中的光速c=3.0×108 m/s)
(1)画出折射光路图。
(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的传播速度。
(3)当入射角变为45°时,折射角的正弦值是多大?
(4)当入射角增大或减小时,玻璃的折射率是否变化?探究一探究二探究三解析:(1)由题意知入射角θ1=60°,反射角θ'=60°,折射角θ2=180°-60°-90°=30°,光路图如图所示。探究一探究二探究三探究一探究二探究三变式训练3?
如图所示,一束激光垂直于AC面照射到等边玻璃三棱镜的AB面上。已知AB面的反射光线与折射光线的夹角为90°。光在真空中的传播速度为c。求:
(1)玻璃的折射率;
(2)激光在玻璃中传播的速度。探究一探究二探究三探究一探究二探究三探究一探究二探究三探究三测定玻璃的折射率?
问题导引
做实验用的玻璃砖是梯形的,我们通常用两个相互平行的面来测定玻璃的折射率,想一想是否可以用相邻的两个不平行的面来测定玻璃的折射率呢?探究一探究二探究三探究一探究二探究三名师精讲
1.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'。探究一探究二探究三(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。
(7)用上述方法测出入射角θ1分别为30°、45°、60°时的折射角θ2。探究一探究二探究三探究一探究二探究三(3)单位圆法:在不使用量角器的情况下,可以用画单位圆法。
①以入射点O为圆心,以一定长度R为半径画圆,交入射光线OA于E点,交折射光线OO'于E'点,过E作NN'的垂线EH,过E'作NN'的垂线E'H',如图所示。探究一探究二探究三3.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。探究一探究二探究三4.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。探究一探究二探究三典例剖析
【例题3】 在“测定玻璃的折射率”实验中,主要步骤如下:
(1)如图,在放置好平行玻璃砖的白纸上竖直插上大头针P1、P2确定入射光线,然后在另一侧透过玻璃砖观察,插上大头针P3,使它挡住P2、P1的像,接着插上第四枚大头针P4,使它挡住 ;?
(2)撤去玻璃砖,在实验记录图(如图)中补画出完整的光路图;
(3)根据正确的光路图进行测量和计算,求得该玻璃砖的折射率n= (保留一位小数)。?探究一探究二探究三解析:(1)第四枚大头针P4要挡住P3及P2、P1的像;
(2)光路如图所示;
(3)根据正确的光路图进行测量可得入射角θ1=45°,折射角θ2=30°,得该玻璃砖的折射率
答案:(1)P3及P2、P1的像 (2)光路图见解析 (3)1.4探究一探究二探究三变式训练4 导学号38190075某同学设计了一个测量液体折射率的仪器,如图所示。?
在一个圆形木盘上过其圆心O作两条相互垂直的直径BC、EF,在半径OA上垂直圆盘面插下两枚大头针P1、P2并保持P1、P2的位置不变,每次测量时,让圆盘的BFC部分竖直浸入液体中,而且总使得液面与直径BC相平,EF为界面的法线,而后在图中右上方区域观察P1、P2的像,并在圆周上插上大头针P3,使P3正好挡住P1、P2。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P3所插的位置,就可直接读出液体折射率的值。探究一探究二探究三(1)若∠AOF=30°,OP3与OC的夹角为30°,则P3处所对应的折射率的值为 。?
(2)图中P3、P4两位置哪一处所对应的折射率值大? 。?
(3)作AO的延长线交圆周于K,K处所对应的折射率的值应为 。?
解析:(1)此时OP3与OE之间的夹角为入射角,θ1=60°,θ2=30°,则
(2)P4对应的入射角大,折射角相同,所以对应的折射率大。
(3)当在K位置时,入射角与折射角相等,所以折射率等于1。
答案:(1) (2)P4 (3)11 2 3 4 5?1 2 3 4 52.关于光的折射,下列说法中错误的是( )
A.折射光线一定在法线和入射光线所确定的平面内
B.入射光线和法线与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
解析:根据折射定律,入射光线、折射光线和法线一定在同一平面内,选项B错误;入射角不一定总大于折射角,选项C错误。
答案:BC1 2 3 4 53.一束光线与水面方向成30°角,从空气射入水中,其反射光线和折射光线恰好垂直,则反射角和折射角分别为( )
A.30°,30° B.60°,60°
C.60°,30° D.30°,60°
解析:
画光路图如图所示,入射角与反射角相等,故入射角为60°,反射角也为60°,故选项A、D错误;由几何知识,折射角为30°,故选项B错误,C正确。
答案:C1 2 3 4 54.某同学用“插针法”做测定玻璃折射率实验时,他的方法和操作步骤都正确无误,但他处理实验记录时,发现玻璃砖的两个光学面aa'和bb'不平行,如图,则( )
A.P1P2与P3P4两条直线平行
B.P1P2与P3P4两条直线不平行
C.他测出的折射率偏大
D.他测出的折射率不受影响1 2 3 4 5解析:光线由aa'进入玻璃砖时,由折射定律得 ,光线由bb'射出玻璃砖时,由折射定律得 。若aa'∥bb',则有θ1=β,进而有α=θ2,出射光线O'B与入射光线AO平行。若aa'和bb'不平行,则有θ1≠β,进而有α≠θ2,出射光线O'B与入射光线AO不平行,故选项B正确,A错误;在用“插针法”测玻璃的折射率时,只要实验方法正确,光路准确无误,结论必定是正确的,它不会受玻璃砖形状的影响,选项D正确,C错误。
答案:BD1 2 3 4 55.导学号38190076(选做题)
如图所示,一透明介质制成的直角三棱镜,顶角A=30°,一束光由空气垂直射向AC面,经AB面射出后的光线偏离原来方向15°。已知光在真空中的传播速度为c。求:
(1)该介质对光的折射率;
(2)光在该介质中的传播速度大小。1 2 3 4 5第十三章 光
1 光的反射和折射
A组(15分钟)
1.光从某介质射入空气,入射角θ1从零开始增大到某一值的过程中,折射角θ2也随之增大,则下列说法正确的是( )
A.比值不变
B.比值不变
C.比值是一个大于1的常数
D.比值是一个小于1的常数
解析:因折射率不变,可知不变,A错误,B正确;又入射角小于折射角,所以<1,C错误,D正确。
答案:BD
2.若某一介质的折射率较大,那么( )
A.光由空气射入该介质时折射角较大
B.光由空气射入该介质时折射角较小
C.光在该介质中的速度较大
D.光在该介质中的速度较小
解析:由n=可知,光由空气射入介质时的折射角是由折射率n和入射角θ1共同决定,因此选项A、B错误;由n=可知,介质的折射率越大,光在该介质中的速度越小,故选项C错误,D正确。
答案:D
3.
如图所示,光在真空和介质的界面MN上发生偏折,那么下列说法正确的是( )
A.光是从真空射向介质
B.介质的折射率约为1.73
C.光在介质中的传播速度约为1.73×108 m/s
D.反射光线与折射光线成60°角
解析:因为折射角大于入射角,所以光是从介质射向真空的,选项A错误;据折射率公式n=,所以n≈1.73,选项B正确;再由折射率n=,代入数据得v≈1.73×108 m/s,选项C正确;反射光线与折射光线成90°角,选项D错误。
答案:BC
4.光线由空气射向某介质,当入射角为i时,折射光线与反射光线正好垂直,那么这种介质的折射率和光在该介质中的速度分别为( )
A.n=sin i,v=c·sin i B.n=tan i,v=c·tan i
C.n=tan i,v= D.n=cos i,v=
解析:由于折射光线与反射光线正好垂直,所以折射角r=90°-i,则n==tan i,A、D项错误;又n=,故v=,B项错误,C项正确。
答案:C
5.导学号38190077
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
解析:
根据题意画出光的传播光路图如图所示。作OD使其与入射光和出射光平行,由几何知识得∠AOB=60°+60°=120°,所以∠ACB=60°,得到折射角为30°,所以n=。
答案:C
6.
如图所示,直角三棱镜ABC的一个侧面BC紧贴在平面镜上,∠BAC=β。从点光源S发出的一细光束SO射到棱镜的另一侧面AC上,适当调整入射光SO的方向。当SO与AC成α角时,其折射光与镜面发生一次反射,从AC面射出后恰好与SO重合,则此棱镜的折射率为( )
A. B.
C. D.
解析:根据题意可知,光在AC上发生折射,入射角为-α,折射角为-β,根据折射定律可得折射率n=,选项A正确。
答案:A
7.
某同学做测定玻璃折射率实验时,用他测得的多组入射角θ1与折射角θ2作出sin θ1-sin θ2图象,如图所示,下列判断中正确的是( )
A.他做实验时,研究的是光从空气射入玻璃的折射现象
B.玻璃的折射率为0.67
C.玻璃的折射率为1.5
D.他做实验时,研究的是光从玻璃射入空气的折射现象
解析:图象的斜率k即是玻璃折射率,由题图易得k=n==1.5,故选项C正确,B错误;由于n=1.5>1,所以研究的是光从空气射入玻璃的情况,选项A正确,D错误。
答案:AC
8.导学号38190078
一半径为R的球体放置在水平桌面上,球体由折射率为的透明材料制成。现有一束位于过球心O的竖直平面内的光线,平行于桌面射到球体表面上,折射入球体后再从竖直表面射出,如图所示。已知入射光线与桌面的距离为。求出射角θ。
解析:
如图所示,设入射光线与球体的交点为C,连接OC,OC即为入射点的法线。因此,图中的角α为入射角,过C点作球体水平表面的垂线,垂足为B,依题意,∠COB=α,
又由△OBC知sin α=,①
设光线在C点的折射角为β,由折射定律得②
由①②式得β=30°。
由几何关系知,光线在球体的竖直表面上的入射角γ为30°。由折射定律得
,因此sin θ=,解得θ=60°。
答案:60°
B组(15分钟)
1.
为了观察门外情况,有人在门上开一小圆孔,将一块圆柱形玻璃嵌入其中,圆柱体轴线与门面垂直,如图所示。从圆柱底面中心看出去,可以看到门外入射光线与轴线间的最大夹角称为视场角。已知该玻璃的折射率为n,圆柱长为l,底面半径为r,则视场角的正弦是( )
A. B.
C. D.
解析:光路图如图所示
n=,sin α=
所以sin i=nsin α=,B对。
答案:B
2.如图所示,在长方体玻璃砖的底面中心和实心玻璃半球的球心处,分别放有点光源,人从上面观察,看到的像点位置( )
A.均在点光源位置
B.均在点光源上方
C.玻璃砖的在光源上方,玻璃半球的在光源处
D.玻璃砖的在光源处,玻璃半球的在光源上方
解析:玻璃砖底面中心点光源发出的光,经玻璃表面折射后,折射角大于入射角,人逆着折射光看去,看到的虚像在光源上方,玻璃半球球心处的点光源发出的光射出时不发生偏折,看到的像点仍在光源处,选项C正确,A、B、D错误。
答案:C
3.
如图所示,井口大小和深度相同的两口井,一口是枯井,一口是水井(水面在井口之下),两井底部各有一只青蛙,则( )
A.水井中的青蛙觉得井口大些,晴天的夜晚,水井中的青蛙能看到更多的星星
B.枯井中的青蛙觉得井口大些,晴天的夜晚,水井中的青蛙能看到更多的星星
C.水井中的青蛙觉得井口小些,晴天的夜晚,枯井中的青蛙能看到更多的星星
D.两只青蛙觉得井口一样大,晴天的夜晚,水井中的青蛙能看到更多的星星
解析:根据边界作出边界光线,如图所示。水井中的青蛙相当于枯井中离开井底一定高度的青蛙,看向井口和天空β>α,所以水井中的青蛙会觉得井口大些,且可看到更多的星星,故选项A正确,B、C、D错误。
答案:A
4.
如图所示,一根竖直插入水中的杆AB,在水中部分长1.0 m,露出水面部分长0.3 m,已知水的折射率为,则当阳光与水平面成37°角时,杆AB在水下的影长为多少?
解析:光路如图所示
由题意可得入射角为53°
由折射定律
=n
则θ2=37°,由几何关系得影长
s=0.3 m·tan 53°+1 m·tan 37°=1.15 m。
答案:1.15 m
5.导学号38190079
如图所示,两面平行的玻璃砖下表面涂有反射物质,一束与上表面成30°角入射的光线,在右端垂直标尺上形成了A、B两个光斑,A、B间距为4 cm,已
知玻璃砖的折射率为。
(1)画出形成两光斑的光路图;
(2)求此玻璃砖的厚度d。
解析:(1)光路图如图所示。
(2)光束入射角i=90°-30°=60°
设折射角为r,n=,由几何关系有BO=EO·tan 30°,AO=CO·tan 30°,AB=AO-BO=(CO-EO)·tan 30°=CE·tan 30°。且CE=2dtan r,代入数据解得d=6 cm。
答案:(1)见解析图 (2)6 cm
6.
如图所示,一等腰直角三棱镜放在真空中,斜边BC=d,一束单色光以60°的入射角从AB侧面的中点入射,折射后从侧面AC折射出。已知三棱镜的折射率n=,单色光在真空中的光速为c,求:
(1)第一次折射时的折射角;
(2)此单色光在三棱镜中的传播速度;
(3)此单色光通过三棱镜的时间。
解析:(1)单色光在AB面上发生折射,光路如图所示。
根据折射定律得n=,n=
由以上两式得α=45°。
(2)光在棱镜中的速度
v=。
(3)因α=45°,故光在棱镜内传播的路径DE与BC平行,且DE=BC=d,所以,t=。
答案:(1)45° (2) (3)
课件34张PPT。2 全反射填一填练一练1.光疏介质和光密介质(见课本第48页) 填一填练一练2.全反射及其产生条件(见课本第49页)
(1)全反射及临界角的概念:
①全反射: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,只剩下反射光的现象。
②临界角:刚发生全反射(即折射角等于90°)时的入射角,用字母C表示。填一填练一练(2)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。
(3)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。填一填练一练3.全反射的应用(见课本第50页)
(1)全反射棱镜:
①形状:截面为等腰直角三角形的棱镜。
②光学特性:
a.当光垂直于截面的直角边射入棱镜时,光在截面的斜边上发生全反射,光射出棱镜时,传播方向改变了90°。
b.当光垂直于截面的斜边射入棱镜时,在两个直角边上各发生一次全反射,使光的传播方向改变了180°。填一填练一练(2)光导纤维及其应用:
①原理:利用了光的全反射。
②构造:光导纤维是非常细的特制玻璃丝,由内芯和外套
两层组成。内芯的折射率比外套的大,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。
③主要优点:容量大、能量损耗小、抗干扰能力强、保密性好等。填一填练一练如图所示,一束光线从空气射入某介质,入射光线与反射光线夹角为90°,折射光线与入射光线延长线间夹角θ为15°,求:
(1)该介质的折射率。
(2)光在该介质中传播的速度。
(3)当光从介质射入空气时的临界角。填一填练一练探究一探究二探究一对全反射的理解?
问题导引
夏季的早晨,从某一方向看植物叶子上的露珠会格外明亮,玻璃中的气泡从侧面看也是特别明亮,这是什么道理呢?探究一探究二名师精讲
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:
(2)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断谁是光疏介质或光密介质。
(3)光疏和光密是从介质的光学特性来说的,并不是它的密度大小。例如,酒精的密度比水小,但酒精和水相比,酒精是光密介质。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。同时折射光线强度减弱,即折射光线能量减小,反射光线强度增强,能量增加,当入射角达到临界角时,折射光线强度减弱到零,反射光的能量等于入射光的能量。探究一探究二探究一探究二3.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。探究一探究二典例剖析
【例题1】
如图所示,某种透明物质制成的直角三棱镜ABC,∠A等于30°,一束光线在纸面内垂直AB边射入棱镜。如图所示,发现光线刚好不能从BC面射出,而是最后从AC面射出。求:
(1)透明物质的折射率n;
(2)光线从AC面射出时的折射角α的正弦值。探究一探究二探究一探究二变式训练1 导学号38190080?
一束光以45°的入射角从AB面射入如图所示的透明三棱镜中,棱镜折射率n= 。试求进入AB面的折射角,并在图中画出该光束在棱镜中的光路。探究一探究二探究一探究二探究一探究二探究二全反射的应用?
问题导引
如图所示,自行车后面有尾灯,它虽然本身不发光,但在夜间行驶时,从后面开来的汽车发出的强光照在尾灯上,会有较强的光被反射回去,使汽车司机注意到前面有自行车。那么自行车的尾灯利用了什么原理?探究一探究二名师精讲
1.光导纤维的构造及传播原理
光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝,直径只有1~100 μm左右。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,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输光,光信号又可以转换成电信号,进而变为声音、图像。如果把许多(上万根)光导纤维合成一束,并使两端的纤维按严格相同的次序排列,就可以传输图像。探究一探究二2.全反射棱镜
全反射棱镜是利用全反射改变光路以便于观察。
在图甲中的等腰直角三角形ABC表示一个全反射棱镜的横截面,它的两直角边AB和BC表示棱镜上两个互相垂直的侧面。如果光线垂直地射到AB面上,光在棱镜内会沿原来的方向射到AC面上。由于入射角(45°)大于光从玻璃射入空气的临界角(42°),光会在AC面上发生全反射,沿着垂直于BC的方向从棱镜射出(图甲)。如果光垂直地射到AC面上(图乙),沿原方向射入棱镜后,在AB、BC两面上都会发生全反射,最后沿着与入射时相反的方向从AC面上射出。在光学仪器里,常用全反射棱镜来代替平面镜,改变光的传播方向。图丙是全反射棱镜应用在潜望镜里的光路图。探究一探究二探究一探究二探究一探究二典例剖析
【例题2】 导学号38190081
如图所示,AB为一直光导纤维,AB之间距离为s,使一光脉冲信号从光导纤维中间入射,射入后在光导纤维内芯与外套的界面上恰好发生全反射,由A点传输到B点所用时间为t,求光导纤维所用材料的折射率n。探究一探究二探究一探究二变式训练2 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,其框外光线如图甲所示。方框内有两个折射率n=1.5的玻璃全反射棱镜。图乙给出了两棱镜四种放置方式的示意图,其中能产生图甲效果的是( )?甲 乙 探究一探究二解析:四个选项产生光路效果如图所示。
则可知选项B正确。
答案:B1 2 3 4 51.已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分别为1.33、1.55、1.60和1.63,如果光按下面几种方式传播,可能发生全折射的是( )
A.从水晶射入玻璃 B.从水射入二硫化碳
C.从玻璃射入水中 D.从水射入水晶
解析:折射率相对较小的介质是光疏介质,折射率相对较大的介质是光密介质,发生全反射的条件之一是光由光密介质射向光疏介质,由此可知选项C正确。
答案:C1 2 3 4 52.关于光纤的说法,正确的是( )
A.光纤是由高级金属制成的,所以它比普通电线容量大
B.光纤是非常细的特制玻璃丝,但导电性能特别好,所以它比普通电线衰减小
C.光纤是非常细的特制玻璃丝,由内芯和外套两层组成,光纤是利用全反射原理来实现光的传导的
D.在实际应用中,光纤必须呈笔直状态,因为弯曲的光纤是不能传导光的1 2 3 4 5解析:光导纤维的作用是传导光,它是直径为几微米到一百微米之间的特制玻璃丝,且由内芯和外套两层组成,内芯的折射率比外套的大。载有声音、图像及各种数字信号的激光传播时,在内芯和外套的界面上发生全反射,光纤具有容量大、衰减小、抗干扰性强等特点。在实际应用中,光纤是可以弯曲的,选项C正确。
答案:C1 2 3 4 53.某种介质对空气的折射率是 ,一束光从该介质射向空气,入射角是60°,则下列光路图中正确的是(图中Ⅰ为空气,Ⅱ为介质)( )
解析:由题意知,光由光密介质射向光疏介质,由 ,得C=45°<60°,故在两介质的界面上会发生全反射,只有反射光线,没有折射光线,故选项D正确。
答案:D1 2 3 4 54.
如图所示,一束光从空气中射向折射率n= 的某种玻璃的表面,θ1表示入射角,则下列说法中正确的是( )
A.当θ1>45°时会发生全反射现象
B.无论入射角是多大,折射角θ2都不会超过45°
C.欲使折射角θ2=30°,应以θ1=45°的角度入射
D.当入射角满足tan θ1= 时,反射光跟折射光恰好垂直1 2 3 4 51 2 3 4 52 全反射
A组(15分钟)
1.关于全反射,下列叙述中正确的是( )
A.发生全反射时仍有折射光线,只是折射光线非常弱
B.光从光密介质射向光疏介质时,一定会发生全反射现象
C.光从光密介质射向光疏介质时,可能不发生全反射现象
D.光从光疏介质射向光密介质时,可能发生全反射现象
解析:全反射发生的条件是光从光密介质射向光疏介质和入射角大于等于临界角,二者缺一不可,故选项B、D错误,C正确;发生全反射时,折射光线全部消失,只剩下反射光线,选项A错误。
答案:C
2.光线由空气透过半圆形玻璃砖,再射入空气的光路图中,正确的是(玻璃的折射率为1.5)( )
A.图乙、丙、丁 B.图乙、丁
C.图乙、丙 D.图甲、丙
解析:题图甲、乙情景中,光由空气进入玻璃,由光疏介质进入光密介质,应有θ1>θ2,乙正确,甲错误;题图丙、丁情景中,光由玻璃进入空气中,sin C==sin 45°,即C<45°,即入射角大于临界角,应发生全反射,丙错误,丁正确。
答案:B
3.
一束单色光从真空斜射向某种介质的表面,光路如图所示。下列说法中正确的是( )
A.光从真空射入介质后,频率不变
B.此介质的折射率等于
C.入射角大于45°时可能发生全反射现象
D.入射角小于30°时可能发生全反射现象
解析:光的频率由光源决定,在传播过程中频率不变,选项A正确;由折射定律n=,选项B正确;发生全反射的临界角C=arcsin =45°,只有当光线从光密介质射入光疏介质且入射角大于或等于临界角时才会发生全反射现象,所以选项C、D错误。
答案:AB
4.
如图所示,半径为R的半圆形透明材料,折射率n=2.0。一束平行光从空气以垂直于其底面的方向射入,则下列说法正确的是( )
A.所有光线都能透过这种材料
B.只有距圆心O两侧范围内的光才能通过
C.射出的光束会形成发散光束
D.射出的光束会形成会聚光束
解析:平行光射到底面时,光线与界面垂直,方向不变,继续射到球面时,距圆心D两侧范围内的光线入射角小于临界角C=arcsin =30°,发生折射形成会聚光束,范围外的光线入射角大于或等于临界角发生全反射。
答案:BD
5.
三种透明介质叠放在一起,且相互平行,一束光在Ⅰ和Ⅱ两介质的界面上发生了全反射后,射向Ⅱ和Ⅲ两介质界面,发生折射,如图所示,设定光在这三种介质中的速率分别是v1、v2、v3,则它们的大小关系是( )
A.v1>v2>v3 B.v1>v3>v2
C.v1v1>v3
解析:光在Ⅰ和Ⅱ两介质的界面上发生了全反射,说明Ⅰ的折射率小于Ⅱ的折射率,即n1n3;介质Ⅰ与Ⅲ相比较,介质Ⅰ的折射率小于介质Ⅲ的折射率,即有n1n3>n1,根据光在这三种介质中的速率公式v=得知,光速与折射率成反比,则v1>v3>v2。
答案:B
6.已知介质对某单色光的临界角为C,则( )
A.该介质对单色光的折射率等于
B.此单色光在该介质中的传播速度等于c·sin C(c是光在真空中的传播速度)
C.此单色光在该介质中的传播波长是在真空中波长的sin C 倍
D.此单色光在该介质中的频率是真空中的倍
解析:由临界角的计算式sin C=,得n=,选项A正确;将n=代入sin C=,得sin C=,故v=c sin C,选项B正确;设该单色光的频率为f,在真空中的波长为λ0,在介质中的波长为λ,由波长、频率、光速的关系得c=λ0f,v=λf,故sin C=,λ=λ0sin C,选项C正确;该单色光由真空进入介质时,频率不发生变化,选项D错误。
答案:ABC
7.
如图所示,ABCD是两面平行的透明玻璃砖,AB面和CD面平行,它们分别是玻璃和空气的界面,设为界面Ⅰ和界面Ⅱ,光线从界面Ⅰ射入玻璃砖,再从界面Ⅱ射出,回到空气中,如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角,则( )
A.只要入射角足够大,光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象
B.只要入射角足够大,光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象
C.不管入射角多大,光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象
D.不管入射角多大,光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象
解析:在界面Ⅰ,光由空气进入玻璃砖,是由光疏介质进入光密介质,不管入射角多大,都不会发生全反射现象,则A错误,C正确;在界面Ⅱ,光由玻璃进入空气,是由光密介质进入光疏介质,但是,由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行,光由界面Ⅰ进入玻璃后再到达界面Ⅱ,在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角,因此入射角总是小于临界角,也不会发生全反射现象,故B错误,D正确。
答案:CD
8.导学号38190083
如图所示,一棱镜的截面为直角三角形ABC,∠A=30°,斜边AB=a。棱镜材料的折射率为n=。在此截面所在的平面内,一条光线以45°的入射角从AC边的中点M射入棱镜。画出光路图,并求光线从棱镜射出的点的位置(不考虑光线沿原路返回的情况)。
解析:设入射角为θ1,折射角为θ2,由折射定律得
=n①
由已知条件及①式得θ2=30°②
如果入射光线在法线的右侧,光路图如图甲所示。
设出射点为F,由几何关系可得AF=a③
即出射点在AB边上离A点a的位置。
如果入射光线在法线的左侧,光路图如图乙所示。设折射光线与AB的交点为D。由几何关系可知,在D点的入射角θ1'=60°④
设全反射的临界角为C,则sin C=⑤
由⑤和已知条件得C=45°⑥
因此,光在D点全反射。
设此光线的出射点为E,由几何关系得∠DEB=90°
BD=a-2AF⑦
BE=DBsin 30°⑧
联立③⑦⑧式得BE=a
即出射点在BC边上离B点a的位置。
答案:见解析
9.
如图所示,一段横截面为正方形的玻璃棒,中间部分弯成圆弧状,一细束单色光由MN端面的中点垂直射入,恰好能在弧面EF上发生全反射,然后垂直PQ端面射出。
(1)求该玻璃棒的折射率。
(2)若将入射光向N端平移,当第一次射到弧面EF上时 (选填“能”“不能”或“无法确定能否”)发生全反射。?
解析:(1)因为细束单色光由MN端面中点垂直射入,所以到达弧面EF界面时入射角为45°,又因为恰好发生全反射,所以45°为临界角C,由sin C=可知,该玻璃棒的折射率n=。
(2)若将入射光向N端平移,第一次射到弧面EF上的入射角将增大,即大于临界角45°,所以发生全反射。
答案:(1) (2)能
B组(15分钟)
1.关于光的全反射和光纤的应用,下列说法正确的是( )
A.光由不同介质射入真空或空气时临界角不同
B.入射角大于临界角,不一定发生全反射
C.玻璃是光密介质
D.光纤通信是光导纤维的唯一应用
E.光导纤维的工作原理是光的全反射
解析:不同介质的折射率不同,所以光由不同的介质射入真空或空气时临界角不同,A项正确;入射角大于临界角,不一定发生全反射,还要光从光密介质进入光疏介质才能发生全反射,B项正确;光疏介质、光密介质是相对的,只有一种介质不能说是光疏介质还是光密介质,C项错误;光纤通信是光导纤维的主要应用,光导纤维还可应用到内窥镜、潜望镜等,D项错误;光导纤维的工作原理是光的全反射,E项正确。
答案:ABE
2.一束细光束由真空沿着径向射入一块半圆柱形透明体,如图甲所示,对其射出后的折射光线的强度进行记录,发现折射光线的强度随着θ的变化而变化,如图乙的图线所示,此透明体的临界角为 ,折射率为 。?
解析:由题图乙的图线可知,当θ小于等于30°时,入射角大于等于60°,折射光线的强度为零,所以此透明体的临界角为60°,由临界角公式sin C=,解得n=。
答案:60°
3.导学号38190084
如图所示,玻璃材料制成的一棱镜的截面图,一细光束从圆弧AB的中点E点沿半径射入棱镜后,恰好在圆心O点发生全反射,经CD面反射,再从圆弧的F点射出,已知,OA=a,OD=a。求:
(1)出射光线与法线夹角的正弦值;
(2)光在棱镜中传播的时间。
解析:(1)作出光路图如图。
根据几何关系可知,临界角为C=45°。
根据全反射定律得n=,
OG=OD=a,sin α=
根据折射定律得n=
解得sin β=。
(2)光在棱镜中的传播速度v=
由几何知识得,光线传播的长度为l=a+a+a
光在棱镜中传播的时间t=。
答案:(1) (2)
4.有人在河中游泳,头部露出水面,在某一位置当他低头向水中观察时,看到河底有一静止物体跟他眼睛正好在同一竖直线上,这个人再向前游12 m,正好不能看见此物体,求河深。(水的折射率为)
解析:
如图所示,由题意知C为临界角,则sin C=①
从图可得sin C=②
联立①②得
解得h≈10.6 m。
答案:10.6 m
5.导学号38190085如图所示,一条长度为l=5.0 m的光导纤维的内芯用折射率为n的材料制成,外套的折射率可认为与空气的折射率相等且等于1。一细束激光从其左端的中心点以i角入射到光导纤维的端面上,并射入其中,设折射角为α,经过一系列的全反射后从右端面射出。
(1)若n=,i=45°,则该激光在光导纤维中的速度v是多大(取c=3×108 m/s)?
(2)若n=,i=45°,则该激光在光导纤维中的传输时间是多少?
(3)若要保证不管α取何值时,激光都不会从光导纤维的侧面漏出,试求n的取值范围。
解析:(1)由n=可得v≈2.1×108 m/s。
(2)由n=和临界角公式sin C=可知,光从左端面射入后的折射角α=30°,则侧面的入射角为60°,大于临界角C=45°。从而,t=≈2.7×10-8 s。
(3)设折射光线射向侧面时的入射角为β,如图所示。
由折射定律:n=。
由几何关系:α+β=90°,sin α=cos β。
由全反射临界角的公式:sin β=,得cos β=,要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射,应有i=90°,sin i=1,
故n=。
解得n=,光导纤维的折射率应满足n≥。
答案:(1)2.1×108 m/s (2)2.7×10-8 s (3)n≥
课件29张PPT。3 光的干涉填一填练一练1.杨氏双缝干涉实验(见课本第54页)
(1)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。
(2)实验过程:让一束平行的单色光投射到一个有两条狭缝的挡板上,两条狭缝相距很近。如果光是一种波,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。两波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加,发生干涉现象:来自两个光源的光在一些位置相互加强,在另一些位置相互削弱。
(3)实验现象:在屏上得到明暗相间的条纹。
(4)实验结论:证明光是一种波。填一填练一练2.光发生干涉的条件(见课本第54页)
(1)干涉条件:两列光的频率相同,振动方向相同,相位差恒定。
(2)相干光源:发出的光能够发生干涉的两个光源。
3.出现明暗条纹的条件(见课本第55页)
当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍
时(即恰好等于波长的整数倍时),两列光在这点相互加强,这里出现亮条纹;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,两列光在这一点相互削弱,这里出现暗条纹。填一填练一练由两个不同光源所发出的两束白光落在同一点上,不会产生干涉现象。这是因为( )
A.两个光源发出光的频率不同
B.两个光源发出光的强度不同
C.两个光源的光速不同
D.这两个光源是彼此独立的,不是相干光源
解析:本题考查相干光源的条件,题中两光源发出的光都是白光,频率不确定,没法比较,选项A错误;光的强度对光是否产生干涉没有影响,所以B错误;光速在真空中是确定的,但它对光的干涉也没影响,选项C错误;题中的是两个独立光源,二者产生的不是相干光,选项D正确。
答案:D探究一探究二探究一杨氏双缝干涉实验原理透析?
问题导引
波的干涉现象是两列波在传播中相遇叠加而形成的,是波的特性。产生稳定干涉现象的条件是有相干波源——频率相等且振动情况相同的两列波,干涉图样中的“明”“暗”条纹就是相干波源叠加形成的振动“加强区”和“减弱区”。在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,这对研究光的本性提供了什么样的帮助作用?探究一探究二探究一探究二名师精讲
1.双缝干涉实验的装置示意图:实验装置如图所示,有光源、单缝、双缝和光屏。
(1)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。
(2)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。探究一探究二2.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:
(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
|PS1-PS2|=kλ=2k· (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,此处的条纹叫中央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|PS1-PS2|=(2k-1)· (k=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。探究一探究二探究一探究二典例剖析
【例题1】
双缝干涉实验装置如图所示,当使用波长为6×10-7 m的橙光做实验时,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都是暗条纹探究一探究二解析:从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成的两束光为相干光,由题意,屏中央P到S1、S2距离相等,即由S1、S2分别射出的光到P的路程差为零,因此P处是亮纹中心,因而,无论入射光是什么颜色的光,波长多大,P处都是中央亮纹中心。
而P1到S1、S2的路程差刚好是橙光的一个波长,即|P1S1-P1S2|=600 nm=λ橙,则两列光波到达P1时的振动情况完全一致,振动得到加强,因此,出现亮条纹。
当换用波长为400 nm的紫光时,|P1S1-P1S2|=600 nm= λ紫,则两列光波到达P1时振动情况完全相反,即由S1、S2射出的光波到达P1时就相互削弱,因此,出现暗条纹。综上所述,选项B正确。
答案:B探究一探究二变式训练1 导学号38190086线光源a发出的光波长为480 nm,线光源b发出的光波长为672 nm,则( )?
A.用a做双缝实验,屏上与双缝距离差为s1=1.68 μm的P处将出现暗纹
B.用b做双缝实验,屏上与双缝距离差为s2=1.68 μm的P处将出现亮纹
C.用a做双缝实验,屏上与双缝距离差为s2=1.44 μm的Q处将出现亮纹
D.用b做双缝实验,屏上与双缝距离差为s2=1.44 μm的Q处将出现亮纹探究一探究二可见,用a、b两光源做双缝实验时,屏上P处到双缝的距离差都等于半波长的奇数倍,均为暗纹,故选项A正确,B错误;用a做双缝实验时,屏上Q处到双缝的距离差恰等于半波长的偶数倍,Q处应为亮纹,选项C正确;用b做双缝实验时,屏上Q处到双缝的距离差不等于半波长的偶数倍,选项D错误。
答案:AC探究一探究二探究一探究二探究二双缝干涉图样的特点?
问题导引
如图所示,几种单色光的双缝干涉图样,请问:
(1)单色光干涉时相邻两亮条纹的间距和相邻两暗条纹的间距相等吗?
(2)用不同颜色的光做干涉实验时干涉图样完全一样吗?探究一探究二名师精讲
1.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,两相邻亮纹(或暗纹)间距离与光的波长有关,波长越大,条纹间距越大。探究一探究二2.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。这是因为:
(1)从双缝射出的两列光波中,各种色光都能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,即红光的亮条纹间距宽度最大,紫光的亮条纹间距宽度最小,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。典例剖析
【例题2】 如图甲为双缝干涉实验的装置示意图。图乙为用绿光进行实验时,在屏上观察到的条纹情况,a为中央亮条纹,丙图为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况,a'为中央亮条纹。若已知红光、绿光和紫光的波长大小关系为红光的波长最长,紫光的波长最短。则以下说法正确的是( )
A.丙图可能为用红光实验产生的条纹,表明红光波长较长
B.丙图可能为用紫光实验产生的条纹,表明紫光波长较长
C.丙图可能为用紫光实验产生的条纹,表明紫光波长较短
D.丙图可能为用红光实验产生的条纹,表明红光波长较短探究一探究二探究一探究二解析:根据双缝干涉图样的特点,入射光的波长越长,同一装置产生的双缝干涉图样中条纹的间距就越大。由本题的条件可确定另一种颜色的单色光比绿光的波长长,因此A正确,B、C、D错误。
答案:A探究一探究二变式训练2 导学号38190087关于光的干涉,下列说法中正确的是( )?
A.在双缝干涉现象中,相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的
B.在双缝干涉现象中,把入射光由波长较长的红光换成波长较短的紫光,相邻两个亮条纹间距将变宽
C.在双缝干涉现象中,将绿光换为红光,相邻两个亮条纹间距将变宽
D.在双缝干涉现象中,入射光为白光时得到的彩色条纹为内红外紫
解析:在双缝干涉现象中,相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的,故选项A错误;入射光的波长越长,相邻两个亮条纹的间距越大,故选项B错误,C正确;由于各色条纹间距不同,且红光条纹最宽,紫光条纹最窄,故彩色条纹应为内紫外红,选项D错误。
答案:C探究一探究二1 2 3 4 51.下列说法中正确的是( )
A.机械波和光波本质上不相同,但它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象
B.托马斯·杨利用双缝干涉实验有力地说明了光是一种波
C.光波和机械波一样,依赖于介质传播
D.频率相同的不同种波,也能发生干涉1 2 3 4 5解析:机械波和光波的产生机制不同,即本质上有所区别,但都有波的共性,即能发生反射、折射、衍射及干涉现象,选项A正确;干涉是波特有的现象,只要是波就都能发生干涉现象,托马斯·杨利用光通过双缝装置成功地观察到了干涉图样,这就有力地说明了光是一种波,所以选项B正确;机械波是机械振动在介质中的传播,而光在真空中就可以传播,所以选项C错误;频率相同的不同种波,也能发生干涉是正确的,形成干涉的两个必要条件是频率相同和相位差恒定,而没有限制波的种类,因此,选项D正确。
答案:ABD1 2 3 4 52.两盏普通白炽灯发出的光相遇时,我们观察不到干涉条纹,这是因为( )
A.两盏灯亮度不同
B.灯光的波长太短
C.两灯光的振动情况不同
D.电灯发出的光不稳定
解析:一般情况下,两个不同的光源发出的光或同一个光源的不同部分发出的光振动情况往往是不同的,由点光源发出的光或同一列光分出的两列光其振动情况是相同的。
答案:C1 2 3 4 53.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( )
A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹,其他颜色的双缝干涉条纹消失
B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失,其他颜色的双缝干涉条纹依然存在
C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在,但屏上仍有光亮
D.屏上无任何光亮1 2 3 4 5解析:两列光波发生干涉的条件之一是频率相等,利用双缝将一束光分成能够发生叠加的两束光,在光屏上形成干涉条纹,但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,但因有红光和绿光通过双缝照到屏上,所以屏上有光亮,故只有选项C正确。
答案:C1 2 3 4 54.a光经过某干涉仪形成的光的干涉图样如图甲所示,若只将a光换成b光照射同一干涉仪,形成的光的干涉图样如图乙所示。则下述正确的是( )
A.a光的频率较大 B.b光的频率较大
C.a光的波长较大 D.b光的波长较大
解析:由干涉图样可知a光的干涉条纹间距大于b光的条纹间距,所以有λa>λb,选项C正确,D错误;根据 得fa答案:BC1 2 3 4 55.导学号38190088(选做题)频率为6×1014 Hz的激光从S1和S2投射到屏上,若屏上的点P到S1与到S2的路程差为3×10-6 m,那么点P处是亮条纹还是暗条纹?设O为到S1和S2的路程相等的点,则PO间有几条暗条纹、几条亮条纹?(不含O、P两点处)
答案:亮条纹 6条暗条纹、5条亮条纹3 光的干涉
A组(15分钟)
1.下列关于双缝干涉实验的说法中正确的是( )
A.单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源
B.双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源
C.频率相同、相位差恒定的两列单色光能够产生干涉现象
D.照射单缝的单色光的频率越高,光屏上出现的条纹宽度越宽
解析:在杨氏双缝干涉实验中,单缝的作用是获得一个线光源,双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的光源,故选项A错误,B正确;频率相同、相位差恒定的两列光可以发生干涉现象,选项C正确;由c=λf可得λ=,频率越高,波长越短,条纹间距越窄,选项D错误。
答案:BC
2.关于光的干涉,下列说法中正确的是( )
A.只有频率相同的两列光波才能产生干涉
B.频率不同的两列光波也能产生干涉现象,只是不稳定
C.两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时,从两个狭缝到达屏上的路程差是光波长的整数倍时出现亮条纹
D.两个完全相同的相干光源做双缝干涉实验时,从两个狭缝到达屏上的路程差是光波长的奇数倍时出现暗条纹
解析:发生干涉现象时两列光的频率必须相同,选项A正确;频率不同不能产生干涉,而不是干涉不稳定,选项B错误;干涉发生时出现亮条纹的条件是路程差是波长的整数倍或者半波长的偶数倍,选项C正确;干涉发生时出现暗条纹的条件是路程差是半波长的奇数倍,选项D错误。
答案:AC
3.
如图所示,用频率为f的单色光垂直照射双缝,在光屏上的P点出现第3条暗条纹,已知光速为c,则P点到双缝距离之差S2P-S1P应为( )
A. B. C. D.
解析:单色光的波长为λ=,又P点出现第3级暗条纹,即S2P-S1P=3×,选项B正确。
答案:B
4.
某同学自己动手利用如图所示的器材,观察光的干涉现象,其中,A为单缝屏,B为双缝屏,C为像屏。当他用一束阳光照射到A上时,屏C上并没有出现干涉条纹。他移走B后,C上出现一窄亮斑。分析实验失败的原因,最大的可能是( )
A.单缝S太窄 B.单缝S太宽
C.S到S1和S2距离不等 D.太阳光不能作光源
解析:本实验中,单缝S应非常窄,才可看作“理想线光源”,也才能成功地观察到干涉现象,移走B屏后,在C上出现一窄亮斑,说明单缝S太宽,故B正确,A错误;S到S1和S2距离不等时,也能出现干涉条纹,但中央不一定是亮纹,C错误;太阳光可以作光源,屏上将出现彩色条纹,D错误。
答案:B
5.
研究光的双缝干涉的示意图如图所示,挡板上有两条狭缝S1、S2,由S1和S2发出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹。已知入射激光的波长为λ,屏上的P点到两缝S1和S2的距离相等,如果把P处的亮条纹记作第0号亮条纹,由P向上数,与0号亮条纹相邻的亮条纹为1号亮条纹,与1号亮条纹相邻的亮条纹为2号亮条纹,则P1处的亮条纹恰好是10号亮条纹。设直线S1P1的长度为r1,S2P1的长度为r2,则r2-r1等于( )
A.9λ B.10λ C.11λ D.10.5λ
解析:由题设可知,从中央亮条纹P算起,P1点处是第10号亮条纹的位置,表明缝S1、S2到P1处的距离差r2-r1为波长的整数倍,且刚好是10个波长,所以选项B正确。
答案:B
6.
用波长为λ的单色光照射单缝O,经过双缝M、N在屏上产生明暗相间的干涉条纹,如图所示,图中a、b、c、d、e为相邻亮纹的位置,c为中央亮条纹,则( )
A.O到达a、b的路程差为零
B.M、N到达b的路程差为λ
C.O到达a、c的路程差为4λ
D.M、N到达e的路程差为2λ
解析:振动一致的两光源在空间发生干涉,得到亮条纹的条件满足Δx=nλ(n=0,1,2,3,…)。
答案:BD
7.
如图所示,在杨氏双缝干涉实验中,激光的波长为5.30×10-7 m,屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10-7 m。则在这里出现的应是 (选填“明条纹”或“暗条纹”)。现改用波长为6.30×10-7 m的激光进行上述实验,保持其他条件不变,则屏上的条纹间距将 (选填“变宽”“变窄”或“不变”)。?
解析:根据路程差Δx=S2P-S1P=7.95×10-7 m=·3,故路程差为半波长的奇数倍,故P处为暗条纹。改用波长为6.30×10-7 m的激光进行实验,则波长变长,条纹间距变宽。
答案:暗条纹 变宽
8.导学号38190089
如图所示,在双缝干涉实验中,若用λ=5×10-7 m 的光照射,屏上O点是中央亮条纹,屏上A点为第二级亮条纹所在处。若换用λ2=4×10-7 m的光照射时,屏上O点处是什么情况?屏上A点处又是什么情况?
解析:从双缝到屏上O点的距离之差,无论用何种频率的光入射,路程差总是零。所以O点仍然是亮条纹。
从双缝到屏上A点的路程差d=S2A-S1A,用λ1光入射时为第二级亮条纹,即d=2λ1,
代入数据d=10×10-7 m,这个路程差10×10-7 m对于λ2的光波来说=2.5,
即为波长的奇数倍,A处为暗条纹
由于d=(2k+1)(k=0,±1,±2,…)
故10×10-7 m=(2k+1) m,即k=2,
当k=0时为第一级暗条纹,所以当k=2时应为第三级暗条纹。
答案:亮条纹 第三级暗条纹
B组(15分钟)
1.对两列光波在空中叠加,以下说法中正确的是( )
A.不同颜色的光有可能发生干涉现象
B.不同颜色的光不可能发生干涉现象
C.光的强度不同有可能发生干涉现象
D.光的强度不同不可能发生干涉现象
E.光的强度相同不一定会发生干涉
解析:两列光波叠加是否发生干涉现象关键看两列光波是否是相干光,即是否满足频率相同、相位差恒定的条件,不同颜色的光频率不同,所以不可能发生干涉现象,故选项B正确,A错误;光的强度不同,但仍有可能满足相干条件,也就是有可能发生干涉现象,故选项C正确,D错误;光的强度相同时频率不一定相同,相位差也不一定恒定,故选项E正确。
答案:BCE
2.如图所示,单色光双缝干涉实验某一时刻的波形,实线表示波峰,虚线表示波谷。在此时刻,介质中A点为波峰相叠加点,B点为波谷相叠加点,A、B连线上的C点为某中间状态相叠加点。如果把屏分别放在A、B、C三个位置,那么( )
A.A、B、C三个位置都出现亮条纹
B.B位置处出现暗条纹
C.C位置出现亮条纹或暗条纹要由其他条件决定
D.以上结论都不对
解析:在干涉现象中,所谓“振动加强的点”是指两列波在该点引起的振动方向总是相同,该点的振幅是两列波的振幅之和,而不要理解为该点始终处于波峰或波谷,在某些时刻它也可以位于平衡位置(如题图中C点)。所谓“振动减弱的点”是指两列波在该点引起的振动方向总是相反的,该点的振幅是两列波的振幅之差,如果两列波的振幅相同,则该点始终在平衡位置。对光波而言,该点是完全暗的。
答案:A
3.
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S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点到两缝的距离相等,P点是距O点最近的第一条亮条纹。已知红光、绿光和蓝光三种色光比较,红光的波长最长,蓝光的波长最短,那么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情况,下列叙述正确的是( )
A.O点出现红光的亮条纹
B.红光的第一条亮条纹在P点的上方
C.O点不出现蓝光的亮条纹
D.蓝光的第一条亮条纹在P点的上方
解析:中央O点到S1、S2的路程差为零,所以换不同颜色的光时,O点始终为亮条纹,选项A正确,C错误;波长越长,条纹间距越宽,所以红光的第一条亮条纹在P点上方,蓝光的第一条亮条纹在P点下方,选项B正确,D错误。
答案:AB
4.
双缝干涉部分实验装置如图所示,调整实验装置使得像屏上可以看到清晰的干涉条纹。关于干涉条纹的情况,下列叙述正确的是( )
A.若将像屏向右平移一小段距离,屏上仍有清晰的干涉条纹
B.若将像屏向左平移一小段距离,屏上的干涉条纹将不会发生变化
C.若将像屏向上平移一小段距离,屏上仍有清晰的干涉条纹
D.若将像屏向上平移一小段距离,屏上的干涉条纹将不会发生变化
解析:双缝干涉发生后,并不只在有光屏处有干涉图样,而是在双缝右侧的空间,只要通过双缝后两列光在相遇的地方叠加都能发生光的干涉现象,并且在新的位置仍很清晰,A、C、D正确。
答案:ACD
5.导学号38190090光纤通信是70年代以后发展起来的新兴技术,世界上许多国家都在积极研究和发展这种技术。发射导弹时,可在导弹后面连一根细如蛛丝的光纤,就像放风筝一样,这种纤细的光纤在导弹和发射装置之间,起着双向传输信号的作用。光纤制导的下行光信号是镓铝砷激光器发出的在纤芯中波长为0.85 μm的单色光。上行光信号是铟镓砷磷发光二极管发射的在纤芯中波长为1.06 μm的单色光。这种操纵系统通过这根光纤向导弹发出控制指令,导弹就如同长“眼睛”一样盯住目标。根据以上信息,回答下列问题:
(1)在光纤制导中,上行光信号在真空中波长是多少?
(2)为什么上行光信号和下行光信号要采用两种不同频率的光?(已知光纤纤芯的折射率为1.47)
解析:(1)设信号频率为f,真空中的波长为λ0,c=λ0f,光在纤芯中的频率仍为f,波长为λ,则光在纤芯中的速度v=λf,又n=,可以得出λ0=nλ=1.47×1.06 μm=1.56 μm。
(2)上行光信号和下行光信号的频率相同,将发生干涉现象而互相干扰。
答案:(1)1.56 μm (2)见解析
6.导学号38190091
如图所示,在双缝干涉实验中,S1和S2为双缝,P是光屏上的一点,已知P点与S1和S2的距离之差为2.1 μm。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4×10-7 m。
(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10-7 m,当B光从这种介质射向空气时临界角为37°。
解析:(1)设光在空气中的波长为λ1,由于在介质中传播时频率不变,所以由n=得λ1=nλ2=1.5×4×10-7 m=6×10-7 m。由光的路程差Δs=2.1 μm=2.1×10-6 m 得N1==3.5。由此可知,从S1、S2到P点的光程差是半波长的奇数倍。故当A光作光源时,P点处为暗条纹。
(2)根据临界角与折射率的关系,sin C=,所以n=,所以B光在空气中的波长为λ3=nλ2介=×3.15×10-7 m=5.25×10-7 m。由光的路程差和波长的关系为N2==4。由此可知,当B光作光源时,P点处为亮条纹。
答案:(1)暗条纹 (2)亮条纹
课件31张PPT。4 实验:用双缝干涉测量光的波长一、实验步骤
1.观察双缝干涉图样
(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,闭合开关,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,使双缝与单缝平行,两者间距为5~10 cm,这时可观察到白光的干涉条纹。
(5)在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。2.测定单色光的波长
(1)安装测量头,调节至可清晰观察到干涉条纹。
(2)使分划板的中心刻线对齐某条亮条纹的中央,如图所示。
记下手轮上的读数a1,转动手轮,使分划板中心刻线移至另一亮条纹的中央,记下此时手轮上的读数a2,得出n个亮条纹间的距离为a=|a2-a1|,则相邻两亮条纹间距
(3)用刻度尺测量双缝到毛玻璃屏的距离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。三、注意事项
1.放置单缝和双缝时,必须使缝平行,间距大约为5~10 cm。
2.要保持光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一条轴线上。
3.测量头的中心刻线要对应着亮(或暗)条纹的中心。
4.要多测几个亮纹(或暗纹)中心间的距离,再求Δx。
5.调节的基本依据:照在毛玻璃屏上的光很弱,主要是灯丝与单缝、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缝不平行所致。四、误差分析
实验中的双缝间距d是器材本身给出的,因此本实验要注意l和Δx的测量。光波的波长很小,l、Δx的测量对波长的影响很大。
1.l的测量:l用毫米刻度尺测量,可多次测量求平均值。
2.条纹间距Δx的测定:Δx利用测量头测量。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。探究一探究二探究一对实验装置及原理的考查?
【例题1】 在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图):
(1)下列说法错误的是 。(填选项前的字母)?
A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,应放上单缝和双缝
B.测量某条干涉亮纹位置时,应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐
C.为了减少测量误差,可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a,求出相邻两条亮纹间距 探究一探究二(2)测量某亮纹位置时,手轮上的示数如图,其示数为 mm。? 解析:(1)应先调节光源高度、遮光筒中心及光屏中心后再放上单、双缝,选项A不正确。测微目镜分划板中心刻线应与亮纹中心对齐,使得移动过程测出的条纹间距较为准确,选项B正确。测微目镜移过n条亮纹,则亮条纹间距 选项C正确,故选A。
(2)主尺读数是1.5 mm,螺旋读数是47.0×0.01 mm,因此示数为1.970 mm。
答案:(1)A (2)1.970探究一探究二变式训练1 导学号38190092如图是用双缝干涉仪测光的波长的实验装置示意图:?
(1)图中①是光源,⑤是光屏,它们之间的②③④依次是 、 和 。?
(2)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离( )
A.增大③和④之间的距离
B.增大④和⑤之间的距离
C.将红色滤光片改为绿色滤光片
D.增大双缝之间的距离探究一探究二解析:(1)题图实验设备中②③④依次是滤光片、单缝、双缝。
(2)由公式 知,在λ一定的情况下,要使Δx增大,必须增大l或者减小d或者改用波长更长的单色光,所以选项B正确。
答案:(1)见解析 (2)B探究一探究二探究二实验数据处理和误差分析?
【例题2】 在“用双缝干涉测光的波长”实验中,将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图甲所示),并选用缝间距d=0.20 mm 的双缝屏。从仪器注明的规格可知,像屏与双缝屏间的距离l=700 mm。然后,接通电源使光源正常工作。
(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米,副尺上有50分度。某同学调整手轮后,从测量头的目镜看去,第一次映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示,图乙(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号,此时图乙(b)中游标尺上的读数x1=1.16 mm;接着再转动手轮,映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示,此时图丙(b)中游标尺上的读数x2= mm;?探究一探究二(2)利用上述测量结果,经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离Δx= mm;这种色光的波长λ= nm。?甲 乙 丙 探究一探究二探究一探究二变式训练2 导学号38190093双缝干涉测光的波长的实验装置如图甲所示,已知单缝与双缝间的距离l1=100 mm,双缝与屏的距离l2=700 mm,双缝间距d=0.25 mm。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。?探究一探究二探究一探究二(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,手轮上的读数如图丙所示,则对准第1条时读数x1= mm,对准第4条时读数x2= mm。?
(2)写出计算波长λ的表达式,λ= (用符号表示),λ= m。?
解析:(1)读数x1=2 mm+0.01×19.0 mm=2.190 mm,x2=7.5 mm+0.01×37.0 mm=7.870 mm。1 2 3 4 5 61.某同学在做双缝干涉实验时,安装好实验装置,在光屏上却观察不到干涉图样,这可能是由于( )
A.光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致,相差较大
B.滤光片、单缝、双缝的中心在同一高度
C.单缝与双缝不平行
D.光源发出的光束太强
解析:光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致,单、双缝不平行都可能造成看不到干涉图样。选项A、C正确。
答案:AC1 2 3 4 5 62.某同学按实验装置安装好仪器后,观察光的干涉现象,获得成功。若他在此基础上对仪器的安装有如下改动,则仍能使实验成功的是( )
A.将遮光筒的光屏向靠近双缝的方向移动少许,其他不动
B.将滤光片移至单缝和双缝之间,其他不动
C.将单缝向双缝移动少许,其他不动
D.将单缝与双缝的位置互换,其他不动
解析:干涉条纹是双缝发出的光叠加的结果,双缝后面的区域处处存在光,所以移动光屏或改变单缝与双缝间距,条纹仍然形成,故A、C正确;将滤光片移至单缝和双缝之间,照到双缝上的光仍是振动情况完全一样的光源,故B正确;将单缝与双缝的位置互换,失去了产生干涉的条件,故D错误。
答案:ABC1 2 3 4 5 63.某次实验中测得第一级亮条纹和第三级亮条纹相距4.0×10-2 m,若双缝间距为0.1 mm,双缝到屏的距离为l=4.0 m,则光波的波长为( )
A.8.0×10-8 m B.5.0×10-7 m
C.1.5×10-8 m D.1.6×10-8 m
答案:B1 2 3 4 5 64.导学号38190094(1)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①光源、② 、③ 、④ 、⑤遮光筒、⑥光屏。?(2)已知双缝到光屏之间的距离l=500 mm,双缝之间的距离d=0.50 mm,单缝到双缝之间的距离s=100 mm,某同学在用测量头测量时,调整手轮,在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准A条亮纹的中心,然后他继续转动,使分划板中心刻线对准B条亮纹的中心,前后两次游标卡尺的读数如图所示。则入射光的波长λ= m(结果保留两位有效数字)。?1 2 3 4 5 6(3)实验中发现条纹太密,难以测量,可以采用的改进办法有 。?
A.改用波长较长的光(如红光)作为入射光
B.增大双缝间距
C.增大双缝到单缝的距离
D.增大双缝到屏的距离1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 61 2 3 4 5 65.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)通过测量相邻亮点的距离可算出激光的波长,据资料介绍,如果双缝的缝间距离为a,双缝到感光片的距离为l,感光片上相邻两亮点间的距离为b,则激光的波长λ= 。?
该同学测得l=1.000 0 m、缝间距a=0.220 mm,用带十分度游标的卡尺测感光片上的亮点的距离时,尺与亮点的中心位置如图乙所示。(图中黑点表示亮点的中心)图乙中第1到第4个光点的距离是 mm。?
实验中激光的波长λ= m。(保留两位有效数字)?
(2)如果实验时将红激光换成蓝激光,屏上相邻两光点间的距离将 。?1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 61 2 3 4 5 66.导学号38190095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。?1 2 3 4 5 6(2)本实验的步骤:
①取下遮光筒左侧的元件,调节光源亮度,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中还应注意 和 。?1 2 3 4 5 6(3)将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐,将该亮条纹定为第1条亮条纹,此时手轮上的示数如图甲所示。然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐,记下此时图乙中手轮上的示数 mm,求得相邻亮条纹的间距Δx为 mm。?
(4)已知双缝间距d为2.0×10-4 m,测得双缝到屏的距离l为0.700 m,由计算式λ= ,求得所测红光波长为 mm。?1 2 3 4 5 6课件34张PPT。5 光的衍射 6 光的偏振填一填练一练1.光的衍射(见课本第59页)
(1)衍射现象:光通过很窄的缝和很小的孔时,光没有沿直线传播,它绕过了缝或孔的边缘,传播到了障碍物后面的地方。
(2)衍射条纹的特点:一些明暗相间的条纹,中央条纹最宽、最亮,离中央条纹越远,亮条纹的宽度越窄,亮度越小。
(3)发生明显衍射的条件:障碍物或孔的尺寸可以跟光的波长相比,甚至比光的波长还小。
2.衍射光栅(见课本第61页)
(1)结构:由许多等宽的狭缝等距离排列形成的光学元件。
(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。填一填练一练3.偏振现象(见课本第63页)
(1)自然光:由太阳、电灯等普通光源发出的光,它包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿各个方向振动的光波的强度都相同。
(2)偏振光:自然光垂直透过某一偏振片后,在垂直于传播方向的平面上,沿着某一特定方向振动的光。自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面的反射光和折射光都是偏振光,入射角变化时偏振的程度也有所变化。
(3)只有横波才有偏振现象。填一填练一练4.偏振现象的应用(见课本第65页)
(1)摄影中应用偏振光:为了消除反射光的影响,在镜头前安装一片偏振滤光片,让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直,减弱了反射光进入镜头。
(2)电子表的液晶显示屏:在两块透振方向互相垂直的偏振片当中插进一个液晶盒,液晶具有各向异性的属性,特别是当偏振光经过液晶时,其振动方向会旋转90°,利用这种特性控制光通过或不通过,从而显示数字的形状。填一填练一练由下列哪些现象可以说明光是横波( )
A.光的干涉和衍射现象 B.光的折射现象
C.光的全反射现象 D.光的偏振现象
解析:根据光能发生干涉和衍射现象,说明光是一种波,具有波动性;光的折射现象仅反映了光通过两种介质的界面时的一种传播现象,不能说明光是横波;根据光的全反射现象,说明光由光密介质进入光疏介质和由光疏介质进入光密介质会有不同的现象;光的偏振现象说明振动方向与光的传播方向垂直,即说明光是横波,所以正确选项为D。
答案:D探究一探究二探究三探究一三种衍射图样的比较?
问题导引
一单色光源发出的光经一狭缝照射到光屏上,可观察到的图像是下图中的哪一个?为什么?探究一探究二探究三名师精讲
1.单缝衍射图样的特点
(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,越靠外,条纹间距越窄。
(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)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。探究一探究二探究三2.圆孔衍射
(1)圆孔衍射
如图所示,当挡板AB上的圆孔较大时,光屏上出现图甲所示的情形,无明显的衍射现象发生;当挡板AB上的圆孔很小时,光屏上出现图乙所示的衍射图样,出现明暗相间的圆环。探究一探究二探究三(2)圆孔衍射的图样特征
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。探究一探究二探究三3.圆板衍射
(1)各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射,致使影的轮廓的边缘模糊不清,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,如图丙所示。
(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。丙 探究一探究二探究三典例剖析
【例题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.缝的宽度d越小,光的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
解析:单缝宽度越小,衍射条纹的亮度越小,选项A错;入射光的波长越长,单缝宽度越小,衍射现象越明显,选项B对,选项C、D错。
答案:B探究一探究二探究三变式训练1 导学号38190096用单色光分别通过小圆盘与小圆孔做衍射实验时,在光屏上得到衍射图样,它们的特点是( )?
A.用前者做实验时中央是暗的,用后者做实验时中央是亮的
B.用前者做实验时中央是亮的,用后者做实验时中央是暗的
C.中央均为亮点的同心圆形条纹
D.中央均为暗点的同心圆形条纹
解析:前者为障碍物小圆盘的衍射,障碍物后的阴影中央是一个亮斑,这就是著名的泊松亮斑,是光绕过盘的边缘后在中央叠加后形成的,在亮斑的周围有一个大的影区,在影区的边沿有明暗相间的圆环。圆孔衍射形成的图样是明暗相间的同心圆环,中央是明亮的。
答案:C探究一探究二探究三探究一探究二探究三探究二单缝衍射和双缝干涉的比较?
问题导引
在光的干涉和衍射实验中均可观察到明、暗相间的条纹,下列四幅图样中哪幅为双缝干涉图样,哪幅为单缝衍射图样?探究一探究二探究三名师精讲
单缝衍射与双缝干涉的比较探究一探究二探究三探究一探究二探究三典例剖析
【例题2】 关于光的干涉和衍射现象,下列说法正确的是( )
A.光的干涉现象遵循波的叠加原理,衍射现象不遵循波的叠加原理
B.光的干涉条纹是彩色的,衍射条纹是黑白相间的
C.光的干涉现象说明光具有波动性,光的衍射现象不能说明这一点
D.光的干涉和衍射现象都是光波叠加的结果
解析:光的干涉现象和光的衍射现象都是波特有的现象,都是光波叠加的结果,白光的干涉条纹是彩色的,白光的衍射条纹也是彩色的,只是条纹间距特点及亮度特点不同而已。
答案:D探究一探究二探究三变式训练2 导学号38190097用激光做单缝衍射实验和双缝干涉实验,比普通光源效果更好,图像更清晰。如果将感光元件置于光屏上,则不仅能在光屏上看到彩色条纹,还能通过感光元件中的信号转换,在电脑上看到光强的分布情况。下列说法正确的是( )
?
A.当做单缝实验时,光强分布图如乙所示
B.当做单缝实验时,光强分布图如丙所示
C.当做双缝实验时,光强分布图如乙所示
D.当做双缝实验时,光强分布图如丙所示探究一探究二探究三解析:当做单缝实验时,中间是亮条纹,往两侧条纹亮度逐渐降低,且亮条纹的宽度不等,所以其光强分布如题图乙所示,A项正确,B项错误;当做双缝实验时,在屏上呈现的是宽度相等的亮条纹,所以其光强分布如题图丙所示,C项错误,D项正确。
答案:AD探究一探究二探究三探究一探究二探究三探究三自然光和偏振光的比较?
问题导引
在观看立体电影时,观众要戴上特制的眼镜,这副眼镜就是一对透振方向相互垂直的偏振片。如果不戴这副眼镜,银幕上的图像就模糊不清了。这是为什么?探究一探究二探究三名师精讲
1.振动方向比较
自然光在垂直于光的传播方向的平面内,沿所有方向振动;偏振光在垂直于光的传播方向的平面内,沿某一特定的方向振动。
2.经过偏振片时现象比较
如图甲,自然光通过偏振片后变成偏振光,后面的屏是明亮的,转动偏振片时,偏振光的振动方向随之变化,但屏上亮度不变。甲 探究一探究二探究三如图乙、丙,偏振光经过偏振片时,若光的振动方向与偏振片的透振方向平行,屏是亮的;若光的振动方向与偏振片的透振方向垂直,屏是暗的;若既不平行也不垂直,屏的亮度介于两者之间,随着振动方向与透振方向的夹角变大,亮度逐渐变暗。乙 丙 探究一探究二探究三3.自然光、偏振光产生方式的比较
太阳、电灯等直接发出的光是自然光;自然光经偏振片后都是偏振光,自然光射到两种介质的交界面上,使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°,反射光和折射光都是偏振光,且偏振方向相互垂直。探究一探究二探究三典例剖析
【例题3】 如图所示,电灯S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处将看到光亮探究一探究二探究三解析:自然光沿各个方向振动是均匀分布的,通过偏振片后,透射光是只有沿着某一特定方向振动的光。从电灯直接发出的光为自然光,则选项A错误;它通过偏振片A后,即变为偏振光,则选项B正确;设通过A的光沿竖直方向振动,则偏振片B只能通过沿水平方向振动的偏振光,则P点无光亮,将B转过180°后,在P处看不到光亮,即选项C错误;若将B转过90°,则该偏振片将变为能通过竖直方向振动的光的偏振片,则偏振光能通过B,即在P处可看到光亮,选项D正确。
答案:BD探究一探究二探究三变式训练3 导学号38190098如图所示,白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q,A点位于P、Q之间,B点位于Q右侧。旋转偏振片P,A、B两点光的强度变化情况是 ( )?
A.A、B均不变
B.A、B均有变化
C.A不变,B有变化
D.A有变化,B不变解析:白炽灯光是自然光,包含各个方向的光,且各个方向的光强度相等,所以旋转偏振片P时各方向透射光强度相同,故A点光的强度不变;白炽灯光经偏振片P后为偏振光,此时只有偏振片Q与P的偏振方向一致时偏振光才能完全透过Q,因此在旋转P时B点的光强有变化,选项C正确。
答案:C探究一探究二探究三1 2 3 4 51.观察单缝衍射现象时,把缝宽由0.2 mm逐渐增大到0.8 mm,看到的现象是( )
A.衍射条纹的间距逐渐变小,衍射现象逐渐不明显
B.衍射条纹的间距逐渐变大,衍射现象越来越明显
C.衍射条纹的间距不变,只是亮度增强
D.以上现象都不会发生
解析:观察衍射图样发现:狭缝的宽度逐渐变小,衍射现象越来越明显,衍射条纹间距变大。本题是缝宽增大,所以选项A正确。
答案:A1 2 3 4 52.关于自然光和偏振光,以下说法正确的是( )
A.自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,但是沿各个方向振动的光波的强度可以不同
B.偏振光是垂直于传播方向上,只沿着某一特定方向振动的光
C.自然光透过两个偏振片后可还原为自然光
D.太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光
解析:自然光沿各振动方向的光波的强度相同,选项A错误;偏振光在垂直于传播方向上,只沿某一特定方向振动,选项B正确;自然光透过偏振片后成为偏振光,偏振光透过偏振片后不能还原为自然光,选项C错误;太阳、电灯等普通光源发出的是自然光,选项D正确。
答案:BD1 2 3 4 53.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,当反射光与折射光之间的夹角恰好是90°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
解析:通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹,这是光的衍射现象,与偏振无关,故选项D不符合题目要求。
答案:D1 2 3 4 54.关于光栅,下列说法正确的是( )
A.增加光栅的狭缝的个数,亮条纹变窄
B.增加光栅的狭缝的个数,亮条纹变宽
C.增加光栅的狭缝的个数,条纹亮度变暗
D.增加光栅的狭缝的个数,条纹亮度变亮
解析:根据光栅的特点可知选项A、D正确。
答案:AD1 2 3 4 55.导学号38190099(选做题)如图所示,在杨氏双缝实验中,下述情况能否看到干涉条纹?简单说明理由。
(1)在单色自然光源S后加一偏振片P。
(2)在(1)情况下,再加偏振片P1、P2,P1与P2透射光方向垂直。
解析:(1)能。到达S1、S2的光是从同一线偏振光分解出来的,它们满足相干条件,能看到干涉条纹,只是强度由于偏振片的吸收作用而减弱。
(2)不能。由于从P1、P2射出的光方向相互垂直,不满足干涉条件,故光屏E上无干涉现象。
答案:见解析5 光的衍射 6 光的偏振
A组(15分钟)
1.对于光的衍射现象的定性分析,下列说法正确的是( )
A.只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比甚至比波长还要小的时候,才能产生明显的衍射现象
B.光的衍射现象是光波相互叠加的结果
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
解析:光的干涉现象和衍射现象无疑说明了光具有波动性,而小孔成像说明光沿直线传播,而要出现小孔成像,孔不能太小,光的直线传播规律只是近似的,只有在光的波长比障碍物小很多的情况下,光才可以看成是直进的,所以光的衍射现象和直线传播是不矛盾的,它们是在不同条件下出现的两种现象,故上述选项中正确的是A、B、D。
答案:ABD
2.关于衍射光栅,下列说法中正确的是( )
A.衍射光栅是由许多等宽度的狭缝组成的
B.衍射光栅分为透射光栅和反射光栅两类
C.透射光栅中刻痕的部分相当于透光的狭缝
D.透射光栅中未刻的部分相当于透光的狭缝
解析:对于透射光栅来说,当光照到刻痕上时,由于光发生漫反射而不能透过,故选项C错误。
答案:ABD
3.关于自然光和偏振光,下列观点正确的是( )
A.自然光能产生干涉和衍射现象,而偏振光却不能
B.只有自然光透过偏振片才能获得偏振光
C.自然光只能是白色光,而偏振光不能是白色光
D.自然光和偏振光都能使感光底片感光
解析:振动沿各个方向均匀分布的光是自然光,而振动沿着特定方向的光是偏振光,但自然光和偏振光都能发生干涉、衍射,所以选项A错误。光的偏振现象并不罕见,除了从光源直接发出的光以外,我们通常看到的绝大部分光,都是偏振光,所以选项B错误。光的颜色由光的频率决定,与光的振动方向无关,所以选项C错误。自然光和偏振光都具有能量,都能使感光底片感光,选项D正确。
答案:D
4.关于衍射,下列说法正确的是( )
A.衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果
B.双缝干涉中也存在衍射现象
C.一切波都很容易发生明显的衍射现象
D.影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实
解析:衍射图样是复杂的光波的叠加现象,双缝干涉中光通过两个狭缝时均发生衍射现象,一般现象中既有干涉又有衍射。一切波都能发生衍射,但要发生明显的衍射,需要满足障碍物的尺寸小于或相当于波长的条件。
答案:AB
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
B.黑白相间的弧形条纹
C.彩色的直条纹
D.彩色弧形条纹
解析:白炽灯发出的是复色光,其中各种色光的波长不同,产生的衍射条纹间距不同,各单色光相互叠加,成为彩色直条纹。
答案:C
6.一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板,在薄板后的光屏上呈现明暗相间的干涉条纹。现将其中一条缝挡住,让这束红光只通过一条缝,则在光屏上可以看到( )
A.与原来相同的明暗相间的条纹,只是亮条纹比原来暗些
B.与原来不相同的明暗相间的条纹,而中央亮条纹变宽些
C.只有一条与缝宽对应的亮条纹
D.无条纹,只存在一片红光
解析:本题一开始告诉我们产生了干涉现象,说明两缝都很窄,能够满足使红光发生明显衍射的条件,挡住一条缝后,在屏上得到的是单缝衍射图样。衍射图样和干涉图样的异同点:中央都出现亮条纹,但衍射图样中央亮条纹较宽,两侧都出现明暗相间的条纹;干涉图样为等间隔的明暗相间的条纹,而衍射图样两侧为不等间隔的明暗相间的条纹。只有选项B正确。
答案:B
7.在拍摄日落时分水面下的景物时,应在照相机镜头前装一个偏振片,其目的是( )
A.减少阳光在水面上的反射光
B.阻止阳光在水面上的反射光进入照相机镜头
C.增强光由水面射入空气中的折射光进入镜头的强度
D.减弱光由水面射入空气中的折射光进入镜头的强度
解析:日落时分的阳光照射到水面上时,反射光很强,照相机镜头对着水面时,进入镜头的光线既有阳光经水面的反射光,又有由水中折射入空气的折射光。前者光线进入镜头得到实际景物在水中的倒影的像,而后者光线进入镜头所摄得照片才是水下景物的像,两者在同一底片上相互干扰,使图像模糊不清。若在镜头上安装一偏振片,转动偏振片方向使其透振方向与反射光的偏振方向垂直,即可最大限度地阻止反射光进入镜头,增强图像的清晰度。
答案:B
8.导学号38190100旋光仪可以用来测量糖溶液的浓度,从而测定含糖量。其原理是偏振光通过糖的水溶液后,若迎着射来的光线看,偏振方向会以传播方向为轴线,旋转一个角度θ,这一角度称为“旋光角”,θ的值与糖溶液的浓度有关。将θ的测量值与标准值相比较,就能确定被测样品的含糖量了。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处光强度最大,偏振片B转过的角度等于θ
D.将偏振片A转动一个角度,使得O处光强度最大,偏振片A转过的角度等于θ
E.若使O处光强度再次最大,偏振片A、B均需转过θ角
解析:偏振片只能让一定偏振方向的光通过,没有样品时,要使到达O处的光最强,偏振片A、B的透光方向应相同;当放入样品时,由于样品的“旋光角”是θ,光线经过样品后偏振方向不再与B的透光方向平行,故到达O处光的强度会明显减弱,A正确,B错误;偏振片B转过的角度等于θ,并与偏振光的方向平行时,光到达O处的强度将再次最大,C正确;同理,D正确,E错误。
答案:ACD
9.如图所示,通过游标卡尺外测量爪间的狭缝观察白炽灯线光源时所拍下的四张照片。
(1)试通过图样分析四张照片对应的外测量爪间的宽度大小关系。
(2)试说明照片丁中中央条纹的颜色及成因。
解析:(1)从四张照片的单缝衍射图样可以看出,由题图甲到题图丁,衍射现象越来越明显,说明外测量爪间的狭缝越来越小,因此由题图甲到题图丁四张照片对应的外测量爪间的宽度越来越小。
(2)题图丁中中央条纹的颜色为白色,因为各种色光在屏中央均为亮条纹,七色光叠加后,中央条纹即为白色。
答案:(1)从图甲到图丁越来越小 (2)见解析
B组(15分钟)
1.抽制细丝时可用激光监控其粗细,如图所示,激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板上的一条同样宽度的窄缝规律相同,则( )
①这是利用光的干涉现象 ②这是利用光的衍射现象 ③如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变粗了 ④如果屏上条纹变宽,表明抽制的丝变细了
A.①③ B.②④ C.①④ D.②③
解析:上述工作应用的原理是光的衍射,故②正确;由衍射产生的条件可知丝越细衍射现象越明显,故④也正确。
答案:B
2.夜晚,汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照得睁不开眼,严重影响行车安全。若考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃,使射出的灯光变为偏振光;同时汽车前窗玻璃也采用偏振玻璃,其透振方向正好与灯光的振动方向垂直,但还要能看清自己车灯发出的光所照亮的物体。假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置,如下措施中可行的是( )
A.前窗玻璃的透振方向是竖直的,车灯玻璃的透振方向是水平的
B.前窗玻璃的透振方向是竖直的,车灯玻璃的透振方向是竖直的
C.前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°,车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°
D.前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°
解析:若前窗玻璃的透振方向竖直、车灯玻璃的透振方向水平的话,从车灯发出的照射到物体上反射的光将不能透过前窗玻璃,司机面前将是一片漆黑,所以选项A错误;若前窗玻璃与车灯玻璃的透振方向均竖直,则对面车灯的光仍能照得司机睁不开眼,选项B错误;若前窗玻璃透振方向是斜向右上45°,车灯玻璃的透振方向斜向左上45°,则车灯发出的光经物体反射后无法透振进本车车窗内,却可以透振进对面车窗内,选项C错误。正确的措施是D。
答案:D
3.如图所示,一玻璃柱体的横截面为半圆形,让太阳光或白炽灯光通过小孔S形成细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,现保持入射光方向不变,将半圆玻璃柱绕通过O点垂直于纸面的轴线转动,使反射光束1和透射光束2恰好垂直。在入射光线的方向上加偏振片P,偏振片所在平面与入射光束垂直,其透振方向与纸面平行,这时看到的现象是( )
A.反射光束1消失
B.透射光束2消失
C.反射光束1和透射光束2都消失
D.偏振片P以入射光束为轴旋转90°角,透射光束2消失
解析:自然光射到界面上,当反射光束与折射光束垂直时,反射光束和折射光束的偏振方向相互垂直,且反射光束的偏振方向与纸面垂直,折射光的透振方向与纸面平行,因此当在入射光线方向垂直放上透振方向与纸面平行的偏振片P时,因垂直于纸面方向无光;反射光束1消失,选项A正确,选项B、C错误;偏振片转动90°,因平行于纸面内的光消失,则透射光束2消失,选项D正确。
答案:AD
4.导学号38190101一种利用温度敏感光纤测量物体温度的装置如图所示,一束偏振光射入光纤,由于温度的变化,光纤的长度、芯径、折射率发生变化,从而使偏振光的偏振方向发生变化,光接收器接收的光强度就会变化。关于这种温度计的工作原理,正确的说法是( )
A.到达检偏振器的光的偏振方向变化越大,光接收器所接收的光强度就会越小,表示温度变化越大
B.到达检偏振器的光的偏振方向变化越小,光接收器所接收的光强度就会越小,表示温度变化越小
C.到达检偏振器的光的偏振方向变化越小,光接收器所接收的光强度就会越大,表示温度变化越小
D.到达检偏振器的光的偏振方向变化越大,光接收器所接收的光强度就会越大,表示温度变化越大
解析:温度变化越大,光纤的各个物理参量变化越大,光的偏振方向变化越大,光接收器接收的光强度会越小。
答案:AC
5.在图中,甲、乙两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图像,其中图甲是光的 (选填“干涉”或“衍射”)图像。由此可以判断出图甲所对应的圆孔的孔径 (选填“大于”或“小于”)图乙所对应的圆孔的孔径。?
解析:题图甲中出现明暗相间的条纹,是衍射现象,题图乙中出现圆形亮斑。只有障碍物或孔的尺寸比光波波长小或跟波长相差不多时,才能发生明显的衍射现象。题图甲是光的衍射图样,由于光波波长很短,约在10-7 m数量级上,所以题图甲对应的圆孔的孔径比题图乙所对应的圆孔的孔径小。题图乙的形成可以用光的直线传播解释。
答案:衍射 小于
6.实验证明让一束太阳光入射到平静的水面上,如果入射角合适,其反射光线和折射光线是互相垂直的,且偏振方向也是互相垂直的偏振光。已知水的折射率为,求这一入射角为多少?
解析:设入射角为θ1,折射角为θ2,反射角为θ1',如图所示。
由光的反射定律知θ1=θ1',
根据光的折射率得n=
根据题设条件θ1+θ2=90°
sin θ2=sin(90°-θ1)=cos θ1,
则有n==tan θ1,
解得θ1=53°。
答案:53°
课件43张PPT。7 光的颜色 色散 8 激光填一填练一练1.光的颜色与色散(见课本第67页)
(1)光的颜色与波长:双缝干涉实验中,各种颜色的条纹间距不一样,这说明不同颜色的光,波长不同。
(2)白光的组成:白光干涉时,条纹是彩色的,这说明白光是由多种色光组成的。
(3)光的色散与光谱
①光的色散:含有多种颜色的光被分解为单色光的现象。
②光谱:含有多种颜色的光被分解后,各种色光按其波长的有序排列。填一填练一练2.色散的分类(见课本第68~69页)
(1)薄膜干涉中的色散
①薄膜干涉的成因:竖直放置的肥皂薄膜受到重力的作用,下面厚,上面薄,因此在膜上不同位置,来自前后两个面的反射光所走的路程差不同,在某些位置,光波叠加后相互加强,于是出现亮条纹;在另一些位置,叠加后相互削弱,出现了暗条纹。
②薄膜干涉的应用:用干涉法检查平面的平整程度。
(2)衍射时的色散
用白光进行衍射实验时,得到的是彩色条纹。这是由于白光中包含各种颜色的光,不同色光亮条纹的位置不同。填一填练一练(3)折射时的色散
①偏折角:如图所示中的θ为光的偏折角,光的偏折角越大,棱镜对光的偏折程度越大。
②白光通过棱镜时的色散
a.光谱:如图所示,由上到下的色光顺序为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。填一填练一练b.结论:白光色散时,红光的偏折角最小,紫光的偏折角最大。这说明同种物质对波长不同的光的折射率不一样,波长越短,折射率越大。
c.波长与波速关系:波长越短,波速越慢。填一填练一练3.激光(见课本第71页)
(1)激光的特点及应用 填一填练一练(2)全息照相
①普通照相技术所记录的只是光波的强弱信息,而全息照相技术还可以记录光波的相位信息。
②全息照片的拍摄利用了光的干涉原理,这就要求参考光和物光有很高的相干性。激光符合这个要求。
③观察全息照片时要用激光照射照片,从另一侧面观察。填一填练一练如图所示,一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象,下列说法正确的是( )
A.红光的偏折最大,紫光的偏折最小
B.红光的偏折最小,紫光的偏折最大
C.玻璃对红光的折射率比紫光大
D.玻璃中紫光的传播速度比红光大
解析:玻璃对紫光的折射率最大,则紫光的偏折最大,由 知玻璃中红光的传播速度比紫光大,故选项A、C、D错误,B正确。
答案:B探究一探究二探究三探究一对色散的理解?
问题导引
如图所示,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?探究一探究二探究三名师精讲
1.对光的颜色的理解
不同颜色的光,波长不同,频率不同,而同种颜色的光在不同介质中折射率不同,速度和波长均不相同,但频率相同,因此说光的颜色是由频率决定的,而不是由波长决定的。
2.棱镜对光线传播方向的改变
(1)正确画好光线通过棱镜的光路图,如图甲所示。
(2)棱镜成像的画法,如图乙所示。探究一探究二探究三3.各种色光特性的比较 探究一探究二探究三4.双缝干涉中的色散
用不同的单色光做双缝干涉实验,得到的条纹之间的距离不一样,但都是明暗相间的单色条纹。由 知,红光波长最长,Δx最大,紫光波长最短,Δx最小。
白光干涉时的条纹是彩色的,可见,白光是由多种色光组成的复色光,发生干涉时,白光发生了色散现象。探究一探究二探究三探究一探究二探究三典例剖析
【例题1】 如图,半圆形玻璃砖置于光屏PQ的左下方。一束白光沿半径方向从A点射入玻璃砖,在O点发生反射和折射,折射光在光屏上呈现七色光带,a、b是其中的两单色光。若入射点由A向B缓慢移动,并保持白光沿半径方向入射到O点,观察到各色光在光屏上陆续消失。下面正确的是( )
A.紫光最先消失
B.红光最先消失
C.a光在玻璃中的传播速度小于b光
在玻璃中的传播速度
D.通过同一双缝发生干涉,a光相邻条
纹间距小于b光相邻条纹间距探究一探究二探究三探究一探究二探究三变式训练1 导学号38190102如图所示,从点光源S发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面,经过三棱镜的折射后发生色散现象,在光屏的ab间形成一条彩色光带。下面的说法中正确的是( )?
A.a侧是红色光,b侧是紫色光
B.在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长
C.三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率
D.在三棱镜中a侧光的传播速率大于b侧光的传播速率探究一探究二探究三解析:由题图可以看出,a侧光偏折得较厉害,三棱镜对a侧光的折射率较大,所以a侧是紫色光,波长较小,b侧是红色光,波长较大,因此选项A错误,B、C正确;又 ,所以在三棱镜中a侧光的传播速率小于b侧光的传播速率,选项D错误。
答案:BC探究一探究二探究三探究二薄膜干涉现象及其应用?
问题导引
在酒精灯的灯芯上撒一些食盐,灯焰就能发出明亮的黄光。把铁丝圈在肥皂水中蘸一下,让它挂上一层薄薄的液膜。把这层液膜当作一个平面镜,用它观察灯焰的像。这个像与直接看到的灯焰有什么不同?如果用白光做实验情况又会如何?名师精讲
1.薄膜干涉中相干光的光源
一列光在膜的前表面和后表面分别反射,如同由前、后表面反射出来的两列完全相同的光,满足相干条件。
2.薄膜干涉的成因及特点
(1)形成原因
①由薄膜的前、后表面的反射光叠加而成明、暗相间条纹。
②如果膜的厚度为h,折射率为n,前、后表面的反射光的路程差为2h。若满足2h为膜中波长的整数倍时,该处出现亮条纹;满足2h为膜中半波长的奇数倍时,该处出现暗条纹。
(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、后两表面反射的光的路程差均相同,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。探究一探究二探究三探究一探究二探究三3.应用
(1)等倾法检查平面平整度
原理: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。用单色光照射时,空气层的上、下两个表面反射的两列光波发生干涉。空气厚度相同的地方,两列波的路程差相同,两列波叠加时互相加强或减弱的情况相同,因此若被测面是平的,干涉条纹就是一组平行的直线,如果干涉条纹是弯曲的,就表明被测平面不平整。如图所示。探究一探究二探究三(2)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2d= (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。探究一探究二探究三典例剖析
【例题2】 劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如图甲所示。将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上,在一端夹入两张纸片,从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当光垂直入射后,从上往下看到的干涉条纹如图乙所示,干涉条纹有如下特点:①任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等;②任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在图甲装置中抽去一张纸片,则当光垂直入射到新劈形空气薄膜后,从上往下观察到的干涉条纹将如何变化?( )探究一探究二探究三A.变疏 B.变密 C.不变 D.消失 探究一探究二探究三探究一探究二探究三探究一探究二探究三变式训练2 导学号38190103如图所示,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.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的
D.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的探究一探究二探究三解析:凸透镜下表面与玻璃上表面形成空气薄膜,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干涉叠加而成的,故A正确,B错误。干涉条纹不等间距是由于透镜表面是曲面,使得空气膜的厚度不是均匀变化的,导致间距不均匀增大,从而观察到如题图所示的同心内疏外密的圆环状条纹,故C正确,D错误。
答案:AC探究一探究二探究三变式训练3 用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象。图甲是点燃的酒精灯(在灯芯上撒些盐),图乙是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈。将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转,观察到的现象是( )?
A.当金属线圈旋转30°时,干涉条纹同方向旋转30°
B.当金属线圈旋转45°时,干涉条纹同方向旋转90°
C.当金属线圈旋转60°时,干涉条纹同方向旋转30°
D.干涉条纹保持不变探究一探究二探究三解析:在本实验中肥皂液薄膜之所以产生干涉条纹,是因为在重力作用下肥皂液薄膜的竖截面是梯形,前后两面的反射光叠加而形成的,金属线圈在其所在平面内缓慢旋转并不能影响肥皂液薄膜的竖截面,故金属线圈在其所在平面内旋转时干涉条纹保持不变。故正确选项为D。
答案:D探究一探究二探究三探究三激光及应用?
问题导引
一激光切割机切割元件图例如图所示。激光切割技术已广泛应用于金属和非金属材料的加工中,可大大减少加工时间,降低加工成本,提高加工质量。现代的激光成了人们所幻想追求的削铁如泥的“宝剑”,那么,激光切割是利用了激光的什么特点来完成的?探究一探究二探究三探究一探究二探究三名师精讲
1.激光的产生
激光是原子受激辐射产生的光,发光的方向、频率、偏振方向均相同,两列相同激光相遇可以发生干涉。
2.激光的特点
(1)激光是人工产生的相干光,其单色性好,相干性好。
激光的频率单一,相干性非常好,颜色特别纯。用激光做衍射、干涉实验,效果很好。
(2)激光的平行度好。从激光器发出的激光具有极好的平行性,几乎是一束方向不变、发散角很小的平行光。传播几千米后,激光斑扩展范围不过几厘米,而探照灯的光束能扩展到几十米范围。
(3)亮度高。激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。探究一探究二探究三典例剖析
【例题3】 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
解析:激光是用人工方法激发的一种特殊的光,具有很强的相干性,选项A正确;普通光源发出的光是自然光,选项B错误;医用光刀利用激光方向性好、亮度高、能量强等特点切除肿瘤,选项C正确;激光是一种特殊的光,光的一切规律都可以直接应用于激光,选项D错误。
答案:AC探究一探究二探究三变式训练4 导学号38190104关于激光的应用问题,下列说法中正确的是( )?
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,使其在光导纤维中进行传递信息
B.计算机内“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光有相干性的特点来进行的
C.医学中用激光做“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探究一探究二探究三解析:由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用激光的相干性,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”利用了激光亮度高的特点,选项C正确;激光测距利用激光的平行性好,选项D错误。
答案:C探究一探究二探究三1 2 3 4 51.下列现象中可以用薄膜干涉来解释的是( )
A.雨后的彩虹
B.水面上的油膜在阳光照射下呈彩色
C.透过昆虫的翅膀看阳光呈彩色
D.荷叶上的水珠在阳光下晶莹透亮
解析:雨后的彩虹是色散现象,故选项A错误;油膜在阳光照射下呈彩色是薄膜干涉的结果,故选项B正确;透过昆虫的翅膀看阳光呈彩色是衍射现象,故选项C错误;水珠在阳光下晶莹透亮是全反射的结果,故选项D错误。
答案:B1 2 3 4 52.下面是光在科学技术、生产和生活中的应用,其中说法正确的是( )
A.用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的衍射现象
B.用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的偏振现象
C.在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象
D.光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
解析:用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象,选项A错;用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射现象,选项B错;在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象,选项C错;光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象,选项D对。
答案:D1 2 3 4 53.下图表示一束白光通过三棱镜的光路图,其中正确的是 ( )
解析:光在棱镜的两个侧面上发生折射,每次折射都向底边偏折,并且玻璃对不同单色光的折射率不同,不同单色光在同一侧面的偏折角就不同,故选项D正确。
答案:D1 2 3 4 54.如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
解析:本题的关键是找到使光线发生干涉的薄膜。本题中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间的空气薄层反射的,所以选项C正确。
答案:C1 2 3 4 55.导学号38190105(选做题)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。1 2 3 4 5解析:由于人眼对绿光最敏感,所以通常所用的光学仪器其镜头表面所涂的增透膜的厚度只使反射的绿光干涉相消,但薄膜的厚度不宜过大,只需使其厚度为绿光在膜中波长的 ,使绿光在增透膜的前后两个表面上的反射光互相抵消。而光从真空进入某种介质后,其波长会发生变化。
答案:1×10-7 m7 光的颜色 色散 8 激光
A组(15分钟)
1.关于激光与自然光,下列说法正确的是( )
A.激光的频率单一,而自然光是含有各种色光频率的光,所以激光的相干性好
B.自然光是由物质的原子发射出来的,而激光是人工产生的,所以激光不是由物质的原子发射出来的
C.激光和自然光都具有相同的本质,它们都是由原子的跃迁产生的
D.相干性好是激光与普通光的根本区别
解析:光都是由物质的原子中发射出来的,激光的频率单一,相干性很好,自然光中含有各种频率的光,A、C、D正确,B错误。
答案:ACD
2.关于薄膜干涉,下列说法中正确的是( )
A.只有厚度均匀的薄膜,才会发生干涉现象
B.只有厚度不均匀的楔形薄膜,才会发生干涉现象
C.厚度均匀的薄膜会形成干涉条纹
D.观察肥皂液薄膜的干涉现象时,观察者应和光源在薄膜的同一侧
解析:当光从薄膜的一侧照射到薄膜上时,只要前后两个面反射回来的光波的路程差满足振动加强条件,就会出现明条纹,满足振动减弱的条件就会出现暗条纹,这种情况在薄膜厚度不均匀时才会出现;当薄膜厚度均匀时,不会出现干涉条纹,但也能发生干涉现象,这时某些颜色的光因干涉而减弱,另一些颜色的光因干涉而加强,减弱的光透过薄膜,加强的光被反射回来,所以这时看到薄膜的颜色是振动加强的光的颜色,但不会形成干涉条纹。由上述分析可知,选项A、B、C错误,D正确。
答案:D
3.根据激光亮度高、能量集中的特点,在医学上可以利用激光( )
A.杀菌消毒
B.切除肿瘤
C.透视人体
D.“焊接”剥落的视网膜
解析:利用激光亮度高、能量集中的特点可以在医学上“焊接”剥落的视网膜,当作“光刀”切除肿瘤。
答案:BD
4.将激光束的宽度聚焦到纳米级(10-9 m)范围内,可修复人体已损坏的器官,可对DNA分子进行超微型基因修复,把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除,以上功能是利用了激光的( )
A.单色性好 B.平行度好
C.粒子性 D.高能量
解析:激光的平行度好,故可聚焦到很小的范围;激光的亮度高、能量大,故可修复器官。
答案:BD
5.
如图所示,一束白光从左侧射入肥皂液薄膜,下列说法正确的是( )
A.人从右侧向左看,可以看到彩色条纹
B.人从左侧向右看,可以看到彩色条纹
C.彩色条纹是水平的
D.彩色条纹是竖直的
解析:一束白光射到薄膜上,经前后两个界面反射回来的光相遇,产生干涉现象,我们由左侧向右看可看到彩色条纹。又由于薄膜同一水平线上的厚度相同,所以彩色条纹是水平的。
答案:BC
6.虹是由阳光射入雨滴(视为球形)时,经一次反射和两次折射而产生色散形成的。现有白光束L由图示方向射入雨滴,a、b是经反射和折射后的其中两条出射光线,如图。下列说法正确的是( )
A.光线b在雨滴中传播时的波长较长
B.光线b在雨滴中的折射率较大
C.若分别让a、b两色光通过同一双缝装置,则b光形成的干涉条纹的间距较大
D.光线b在雨滴中的传播速度较大
解析:由题图可知,发生第一次折射时,光线b的折射角rb大于光线a的折射角ra,由n=知,na>nb,由v=知,vb>va,选项B错误,D正确;由于na>nb,则频率fa>fb,λa<λb,由Δx=λ知,Δxa<Δxb,选项A、C正确。
答案:ACD
7.两个完全相同的等腰三棱镜如图所示放置,相邻两侧面相互平行,一束白光从棱镜A的左面入射,从B的右面出射,则出射光线是( )
A.一束白光 B.白光带
C.散射彩色带 D.平行彩色带
解析:各色光经两等腰棱镜折射的光路图如图所示。各色光经多次折射,但由于两棱镜相邻两侧面平行,所以各色光出射光线与入射光线平行,最后出射光线是平行彩色带。
答案:D
8.导学号38190106市场上有种灯具俗称“冷光灯”,用它照射物品时能使被照物品产生的热效应大大降低,从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀了一层薄膜(氟化镁),这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线,以λ表示此红外线的波长,则所镀薄膜的厚度最小应为( )
A.λ B.λ C.λ D.λ
解析:为减小反射的热效应显著的红外线,则要求红外线在薄膜的前后表面反射后叠加作用减弱,即路程差为半波长的奇数倍,故薄膜的最小厚度为红外线在该薄膜中波长的。
答案:B
9.原子发生受激辐射时,发出的光的频率、发射方向等都跟入射光子完全一样,形成激光。激光测距仪——激光雷达(发出极短时间的激光脉冲)用来测量距离可以达到很高的精度,同时它还能测定被测目标的方位、运动速度和轨道,甚至能描述目标的形状,进行识别和自动跟踪。
(1)说明激光的主要特点。
(2)1969年7月,美国“阿波罗”宇宙飞船在登月科考活动中,在月球上安放了一台激光反射器,这台反射器成功地解决了用激光测量月地间距离的问题。请分析这台激光反射器用什么光学仪器好。
(3)在光的干涉实验中,为什么使用激光产生的干涉现象最清晰?
(4)激光束可切割物质、焊接金属以及在硬质难溶物体上打孔,是利用了激光的什么性质?
解析:(1)激光的主要特点是高亮度,单色性好,方向性好,相干性好,平行度好。
(2)要想利用激光测量月地间距离,需要让从地球射向月球的激光沿原路反射回来,全反射棱镜可以做到这一点。
(3)激光具有单色性好,易得到稳定的相干光源。
(4)激光束可切割物质、焊接金属以及在硬质难溶物体上打孔,是利用了激光高能量且方向性好的特性。
答案:(1)高亮度,单色性好,方向性好,相干性好,平行度好
(2)全反射棱镜
(3)激光单色性好,相干性好
(4)激光高能量且方向性好
B组(15分钟)
1.一束由红、蓝两单色光组成的光线从一平板玻璃砖的上表面以入射角θ射入,穿过玻璃砖自下表面射出。已知该玻璃对红光的折射率为1.5。设红光与蓝光穿过玻璃砖所用的时间分别为t1和t2,则在θ从0°逐渐增大至90°的过程中( )
A.t1始终大于t2 B.t1始终小于t2
C.t1先大于后小于t2 D.t1先小于后大于t2
解析:如图所示,
n=①
t=②
s=③
由①②③联立可得t=
由题意可知,红光、蓝光的入射角θ1相同,但折射角θ2红>θ2蓝,又因为红光的折射率为1.5,所以sin θ2红<,即θ2红<45°,2θ2红<90°,在θ1从0°逐渐增大至90°的过程中,sin θ2红>sin 2θ2蓝,所以t1答案:B
2.如图所示,从点光源S发出的一束细白光以一定的角度入射到三棱镜的表面,经过三棱镜的折射后发生色散现象,在光屏的ab间形成一条彩色光带。下面的说法中正确的是( )
A.在三棱镜中a侧光的传播速率小于b侧光的传播速率
B.b侧光更容易产生衍射现象
C.若改变白光的入射角,在屏上最先消失的是b侧光
D.通过同一双缝干涉装置产生的干涉条纹的间距Δxa>Δxb
解析:根据色散形成的光谱,可知fa>fb,λa<λb,所以b更容易产生衍射,故选项B正确;na>nb,根据n=,所以va答案:B
3.实验表明,可见光通过三棱镜时各色光的折射率n随波长λ的变化符合科西经验公式:n=A+,其中A、B、C是正的常量。太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如图所示,则( )
A.屏上d处是紫光 B.屏上d处是红光
C.屏上c处是紫光 D.屏上a处是红光
解析:由公式可知,光的波长越长,折射率越小。而在太阳光的可见光范围内,从红光到紫光的波长越来越短,即折射率越来越大,所以a处是红光,d处是紫光,故选项A、D正确,选项B、C错误。
答案:AD
4.导学号38190107如图所示,截面为ABC的玻璃直角三棱镜放置在空气中,宽度均为d的紫、红两束光垂直照射三棱镜的一个直角边AB,在三棱镜的另一侧放置一平行于AB边的光屏,屏的距离远近可调,在屏上出现紫、红两条光带,可能是( )
A.紫色光带在上,红色光带在下,紫色光带较宽
B.紫色光带在下,红色光带在上,紫色光带较宽
C.红色光带在上,紫色光带在下,红色光带较宽
D.红色光带在下,紫色光带在上,红色光带较宽
解析:由于玻璃对紫光的折射率大于对红光的折射率,故紫光和红光经过棱镜后光路如图所示。在光屏由近及远移动过程中,可能是红色光带在上,紫色光带在下,也可能是红色光带在下,紫色光带在上,但红色光带始终较宽,故选项C、D对,选项A、B错。
答案:CD
5.登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射,尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射,否则将会严重地损伤视力。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减少紫外线对眼睛伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n=1.5,所要消除的紫外线的频率为ν=8.1×1014 Hz。
(1)以下有关薄膜干涉的说法正确的是 。?
A.薄膜干涉说明光具有波动性
B.如果薄膜的厚度不同,产生的干涉条纹一定不平行
C.干涉条纹一定是彩色的
D.利用薄膜干涉也可以“增透”
(2)他设计的这种“增反膜”所依据的原理是 。?
(3)这种“增反膜”的厚度至少是多少?
解析:(1)干涉和衍射都证明光具有波动性,如果薄膜厚度均匀变化,则干涉条纹一定平行,白光的干涉条纹为彩色条纹,单色光的干涉条纹则为该色光颜色,当膜的厚度为波长时,两反射光叠加后减弱则会“增透”,选项A、D正确,B、C错误。(2)为了减少进入眼睛的紫外线,应使入射光分别从该膜的前后两个表面反射后形成的反射光叠加后加强,从而使透射的紫外线减弱。(3)路程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)应等于光在薄膜中的波长λ'的整数倍,即2d=Nλ'(N=1,2,…),因此,膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的,紫外线在真空中的波长λ==3.7×10-7 m。在膜中的波长λ'==2.47×10-7m,故膜的厚度至少是1.23×10-7m。
答案:(1)AD (2)见解析 (3)1.23×10-7m
6.导学号38190108单色细光束射到折射率n=的透明球表面,光束在过球心的平面内,入射角i=45°,经折射进入球内后又经内表面反射一次,再经球表面折射后射出的光线,如图所示。(图上已画出入射光线和出射光线)。
(1)在图上大致画出光线在球内的路径和方向;
(2)求入射光线与出射光线之间的夹角为α;
(3)如果入射的是一束白光,透明球的色散情况与玻璃相仿,问哪种颜色光的α角最大?哪种颜色光的α角最小?
解析:(1)如图所示。
(2)由折射定律=n,得sin r=。r=30°。
由几何关系及对称性,有=r-(i-r)=2r-i。
α=4r-2i,把r=30°,i=45°代入得α=30°。
(3)透明球对红光的折射率最小,折射角r最大,圆周角β最大,故α最大,同理紫光的α角最小。
答案:见解析
课件13张PPT。本章整合专题一专题二专题一专题二2.折射率与光的频率的关系
同一介质中,频率越大的光折射率越大。
同一介质对紫光折射率大,对红光折射率小。
3.折射率与光速及波长的关系
4.全反射的条件
光从光密介质射入光疏介质,且入射角大于或等于临界角。专题一专题二【例题1】
某种材料的三棱镜截面如图所示,∠A=90°,∠B=60°,一束垂直于BD边的直线光束从AB边上的某点入射,折射光线经过BD边反射后,从AD边垂直射出,已知真空中的光速c=3×108 m/s。求:
(1)三棱镜的折射率;
(2)光在棱镜中传播的速度;
(3)要使光线在BD边上发生全反射,则AB边上的入射角应如何变化?专题一专题二专题一专题二变式训练1 导学号38190109如图甲所示,某玻璃三棱镜的顶角为θ,恰好是黄光的临界角。当一束白光通过三棱镜,在光屏M上形成红橙黄绿蓝靛紫的彩色光带后,把白光束的入射角i逐渐减小到零,则以下说法中正确的是 ( )?
A.M屏上的彩色光带最上边的是紫光
B.在入射角i逐渐减小的过程中M上最先消失的是紫光
C.在入射角i逐渐减小到零的过程中,最后仍能射到M屏上的光的频率是最高的
D.若把三棱镜换成如图乙所示的平行玻璃砖,则入射角i逐渐增大的过程中在光屏上最先消失的也是紫光专题一专题二解析: ,n红答案:AB专题一专题二1.干涉和衍射的比较 专题一专题二2.波长对条纹间距的影响
无论双缝干涉还是单缝衍射,所形成的条纹间距和宽度都随波长的增加而增大。对于双缝干涉,相邻明条纹或暗条纹间距为
3.对干涉与衍射本质的理解
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。专题一专题二【例题2】 在水面下同一深度处有红光和紫光两个点光源,能分别发出红光和紫光。当它们发光时,在水面上看到红光照亮的水面区域面积大于紫光照亮的水面区域面积,则两种光( )
A.水对红光的折射率比对紫光的折射率大
B.在水中传播时,红光的传播速度大于紫光的传播速度
C.在空气中,紫光更容易发生明显的衍射现象
D.用同一装置进行双缝干涉实验,红光的相邻亮条纹间距较大
解析:由题意可知,红光发生全反射时的临界角大于紫光,水对红光的折射率比对紫光的折射率小,由 可知,水中红光的速度大于紫光,选项A错误,B正确;红光波长长,更容易发生明显的衍射现象,由 知,红光相邻亮条纹间距大,选项C错误,D正确。
答案:BD专题一专题二变式训练2 导学号38190110有a、b两束单色光从空气中平行照射在平行玻璃砖上,它们经玻璃折射后射入空气的光线如图所示,则有关a、b光的说法正确的是( )?
A.在玻璃中传播时a光的速度较大
B.在同一双缝干涉实验装置发生干涉时,a光的干涉条纹间距较大
C.从同一介质射向空气时a光发生全反射的临界角较小
D.只有a光才是偏振光专题一专题二第13章 光
(基础过关)
一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错或不选的得0分)
1.关于光的反射与折射,以下说法正确的是( )
A.光发生反射时,光的传播方向一定改变
B.光发生反射时,光的传播方向可能偏转90°
C.光发生折射时,一定伴随着反射现象
D.光发生反射时,一定伴随着折射现象
解析:光发生反射时,光的传播方向一定改变,有人认为当入射角为0°时,也就是光线垂直界面入射时,反射角为零,光不改变传播方向,而实际上光的传播方向改变了180°,选项A正确;当入射角为45°时,反射角也为45°,光的传播方向偏转90°,选项B正确;光发生折射时,一定伴随着反射现象,而当光发生全反射现象时,只有反射现象而无折射现象,选项C正确,D错误。
答案:ABC
2.激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点,在科研、生产和日常生活中应用广泛。下面关于激光的叙述正确的是( )
A.激光是纵波
B.频率相同的激光在不同介质中的波长相同
C.两束频率不同的激光能产生干涉现象
D.利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离
解析:激光是横波,故选项A错误;由n=和v=λf得λ=,f相同,n不同,则波长不同,故选项B错误;产生干涉现象的条件是频率相同,相位差恒定,故选项C错误;由激光特点知,选项D正确。
答案:D
3.公园里灯光喷泉的水池中有处于同一深度的若干彩灯,在晚上观察不同颜色彩灯的深度和水面上被照亮的面积,下列说法正确的是( )
A.红灯看起来较浅,红灯照亮的水面面积较小
B.红灯看起来较深,红灯照亮的水面面积较小
C.红灯看起来较浅,红灯照亮的水面面积较大
D.红灯看起来较深,红灯照亮的水面面积较大
解析:光从水里射入空气时发生折射,入射角相同时,折射率越大,折射角越大,从水面上看光源越浅,红灯发出的红光的折射率最小,看起来最深;设光源的深度为d,光的临界角为C,则光能够照亮的水面面积大小为S=π(dtan C)2,可见,临界角越大的光,照亮的面积越大,各种色光中,红光的折射率最小,临界角最大,所以红灯照亮的水面面积较大,选项D正确。
答案:D
4.以下说法中正确的是( )
A.肥皂泡在阳光的照射下会呈现彩色,这是由于光的衍射造成的色散现象
B.光的偏振现象说明光是纵波
C.用激光读取光盘上记录的信息是利用激光平行度好的特点
D.当观察者向静止的声源运动时,观察者接收到的声源频率低于声源发出的频率
解析:肥皂泡在阳光的照射下会呈现彩色,这是由光的干涉形成的,故A错误;光的偏振现象说明光是一种横波,故B错误;由于激光的平行度好,因此常用于读取光盘上的信息,故C正确;当观察者向静止的声源运动时,接收到的频率将高于声源发出的频率,故D错误。
答案:C
5.导学号38190111
如图所示,扇形AOB为透明柱状介质的横截面,圆心角∠AOB=60°,一束平行于角平分线OM的单色光由OA射入介质,经OA折射的光线恰好平行于OB,以下对介质的折射率值及折射光线中恰好射到M点的光线能不能发生全反射的说法正确的是( )
A.,不能发生全反射
B.,能发生全反射
C.,不能发生全反射
D.,能发生全反射
解析:画出光路图,并根据几何关系标出角度,如图所示,
由图可知,介质的折射率n=;因为sin 30°==sin C,所以折射光线中恰好射到M点的光线不能发生全反射,选项A正确。
答案:A
6.如图所示,两束单色光a、b由空气射向玻璃,经折射后形成复合光束c,则下列说法正确的是( )
A.从玻璃射向空气时,a光的临界角大于b光的临界角
B.对同种玻璃,a光的折射率比b光的折射率小
C.在同种玻璃中,a光的光速小于b光的光速
D.在真空中,a光的光速大于b光的光速
解析:设入射角为i,折射角为r,则n=,由于ib>ia,所以nb>na,又因为v=,所以vb答案:AB
7.如图所示,一细束白光通过玻璃三棱镜折射后分为各种单色光,取其中a、b、c三种色光,下列说法正确的是( )
A.若b光为绿光,则c光可能为蓝光
B.若分别让a、b、c三色光通过一双缝装置,则a光形成的干涉条纹的间距最小
C.a、b、c三色光在玻璃三棱镜中的传播速度依次越来越小
D.若让a、b、c三色光以同一入射角从某介质射向空气,b光恰能发生全反射,则c光也一定能发生全反射
解析:白光经过色散后,从c到a形成红光到紫光的彩色光带,从c到a波长在逐渐减小,因为蓝光的波长小于绿光的波长,所以如果b是绿光,c绝对不可能是蓝光,A错误;c光的波长最长,a光波长最短,由于干涉条纹的间距与波长成正比,a光形成的干涉条纹的间距最小,故B正确;由题图看出,c光的折射率最小,a光的折射率最大,由公式v=分析可知,a、b、c三色光在玻璃三棱镜中的传播速度依次越来越大,故C错误;c光的折射率最小,a光的折射率最大,由临界角公式sin C=分析得知,a光的临界角最小,c光临界角最大,则若让a、b、c三色光以同一入射角,从某介质射向空气,b光恰能发生全反射,则c光一定不能发生全反射,故D错误。
答案:B
8.在研究材料A的热膨胀特性时,可采用如图所示的干涉实验法,A的上表面是一光滑平面,在A的上方放一个透明的平行板B,B与A上表面平行,在它们之间形成一个厚度均匀的空气膜。现在用波长为λ的单色光垂直照射,同时对A缓慢加热,在B上方观察到B板的亮度发生周期性变化。当温度为t1时最亮,然后亮度逐渐减弱至最暗;当温度升到t2时,亮度再一次回到最亮,则( )
A.出现最亮时,B上表面反射光与A上表面反射光叠加后加强
B.出现最亮时,B下表面反射光与A上表面反射光叠加后相抵消
C.温度从t1升至t2过程中,A的高度增加
D.温度从t1升至t2过程中,A的高度增加
解析:该装置利用B下表面反射光与A上表面反射光发生干涉的原理,若最亮,说明干涉加强,加强时路程差Δx=nλ(n=0,1,2,…),由于t1和t2两温度为连续变化,且出现两次最亮,所以两次路程差为一个波长,t1到t2过程中,A的高度应增加半个波长。
答案:D
二、实验题(本题共2小题,每小题8分,共16分)
9.导学号38190112
如图所示,用某种透光物质制成的直角三棱镜ABC,在垂直于AC面的直线MN上插两枚大头针P1、P2,在AB面的左侧透过棱镜观察大头针P1、P2的像,调整视线方向,直到P1的像 ,再在观察的这一侧先后插上两枚大头针P3、P4,使P3 ,P4 ,记下P3、P4的位置,移去大头针和三棱镜,过P3、P4作直线与AB面相交于D,量出该直线与AB面的夹角为45°。则该透光物质的折射率n为 ,并在图中画出正确完整的光路图。?
解析:利用插针法确定光路,注意观察线路有时遮挡的是物体,有时遮挡的是物体的像,目的是确定某一种入射光线和对应的折射光线,便于利用折射定律求解折射率。
答案:被P2的像挡住 挡住P1和P2的像 挡住P1、P2的像和P3 光路图如图所示
10.在用双缝干涉测光的波长的实验中,请按照题目要求回答下列问题。
(1)如图所示,甲、乙两图都是光的条纹形状示意图,其中干涉图样是 。?
(2)将下表中的光学元件放在图丙所示的光具座上组装成用双缝干涉测光的波长的实验装置,并用此装置测量红光的波长。
元件代号
A
B
C
D
E
元件名称
光屏
双缝
白光光源
单缝
透红光的滤光片
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,各光学元件的排列顺序应为 。(填写元件代号)?
(3)已知该装置中双缝间距d=0.50 mm,双缝到光屏的距离l=0.50 m,在光屏上得到的干涉图样如图a所示,分划板在图中A位置时游标卡尺如图b所示,则其示数为 mm;在B位置时游标卡尺如图c所示,由以上所测数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为 m。?
解析:(1)光的干涉条纹是等间距的,故题图中的干涉条纹是题图甲。
(2)根据实验原理可知,题图丙中的光具座上自左向右放置的光学元件依次为白光光源、透红光的滤光片、单缝、双缝、光屏,故答案为EDBA。
(3)由题图b可知,A位置所对应的条纹位置为x1=111 mm+2×0.05 mm=111.10 mm,由题图c可知,B位置所对应的条纹位置为x2=115 mm+12×0.05 mm=115.60 mm,故条纹间距Δx=≈0.64 mm,将其代入Δx=λ,解得λ=Δx=×0.64×10-6 m=6.4×10-7 m。
答案:(1)甲 (2)EDBA (3)111.10 6.4×10-7
三、计算题(本题共3小题,共36分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。有数值计算的,答案中应明确写出数值和单位)
11.(10分)在用红光做双缝干涉实验时,已知双缝间的距离为0.5 mm,测得双缝到光屏的距离为1.0 m,在光屏上第一条暗条纹到第六条暗条纹间的距离为7.5 mm,则:
(1)此红光的频率为多少?它在真空中的波长为多少?
(2)假如把整个装置放入折射率为的水中,这时屏上相邻明条纹的间距为多少?
解析:(1)相邻两条暗条纹间的距离
Δx= m=1.5×10-3 m
根据λ=Δx得
λ=×1.5×10-3 m=7.5×10-7 m
由ν=得此光的频率
ν= Hz=4.0×1014 Hz。
(2)在水中红光的波长λ'=×7.5×10-7 m
相邻两条明条纹间的距离为
Δx=·λ'=×7.5×10-7 m
=1.125×10-3 m。
答案:(1)4.0×1014 Hz 7.5×10-7 m (2)1.125×10-3 m
12.(12分)半径为R的玻璃圆柱体,截面如图所示,圆心为O,在同一截面内,两束相互垂直的单色光射向圆柱面的A、B两点,其中一束沿AO方向,∠AOB=30°,若玻璃对此单色光的折射率n=。
(1)试作出两条光线从射入到第一次射出的光路途径,并求出B光第一次射出圆柱面时的折射角(当光线射向柱面时,如有折射光线则不考虑反射光线)并作出光路图。
(2)求两条光线经圆柱体后第一次射出的光线的交点(或延长线的交点)与A点的距离。
解析:(1)A光过圆心,射入和射出玻璃圆柱始终方向不变,射出玻璃圆柱的折射角为0。B光从B点射入,设折射角为r,第一次在C点射出,设B光第一次射出圆柱面时的折射角为i2,由折射定律,n=,解得r=30°。由折射定律,n=,解得i2=60°。光路图如图所示。
(2)设B光从C点射出光线反向延长线交A光于D点,由图可知,∠DOC为直角,DA=Rtan 60°-R=(-1)R。
答案:(1)见解析 (2)(-1)R
13.导学号38190113(14分)一个半圆柱形玻璃砖,其横截面是半径为R的半圆,AB为半圆的直径,O为圆心,如图所示,玻璃的折射率为n=。
(1)一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面,若光线到达上表面后,都要从该表面射出,则入射光束在AB上的最大宽度为多少?
(2)一细束光线在O点左侧与O相距R处垂直于AB从下方入射,求此光线从玻璃砖射出点的位置。
解析:(1)在O点左侧,设从E点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角θ,则OE区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出,如图。
由全反射条件有sin θ=①
由几何关系有OE=Rsin θ②
由对称性可知,若光线都能从上表面射出,光束的宽度最大为l=2OE③
联立①②③式,代入已知数据得l=R。④
(2)设光线在距O点R的C点射入后,在上表面的入射角为α,由几何关系及①式和已知条件得
α=60°>θ⑤
光线在玻璃砖内会发生三次全反射,最后由G点射出,如图。由反射定律和几何关系得
OG=OC=R⑥
射到G点的光有一部分被反射,沿原路返回到达C点射出。
答案:(1)R (2)在O点的右侧R处
第13章 光
(高考体验)
一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错或不选的得0分)
1.(2014·大纲全国理综)在双缝干涉实验中,一钠灯发出的波长为589 nm的光,在距双缝1.00 m的屏上形成干涉图样。图样上相邻两明纹中心间距为0.350 cm,则双缝的间距为( )
A.2.06×10-7 m B.2.06×10-4 m
C.1.68×10-4 m D.1.68×10-3 m
解析:根据双缝干涉相邻明条纹中心间距公式Δx=·λ,解得d=·λ,代入数据可得d= m≈1.68×10-4 m,故C项正确。
答案:C
2.(2015·浙江自选)以下说法正确的是( )
A.真空中蓝光的波长比红光的波长长
B.天空中的彩虹是由光干涉形成的
C.光纤通信利用了光的全反射原理
D.机械波在不同介质中传播,波长保持不变
解析:七种颜色的单色光,红光波长最长,A项错误;彩虹是光的折射现象,B项错误;同一频率的波在不同介质中,波的波长不同,D项错误。本题正确选项为C。
答案:C
3.(2015·福建理综)如图,一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b,波长分别为λa、λb,该玻璃对单色光a、b的折射率分别为na、nb,则( )
A.λa<λb,na>nb B.λa>λb,naC.λa<λb,naλb,na>nb
解析:由题图可知,光由空气进入三棱镜时,两束单色光的入射角相同,单色光a的折射角大于单色光b的折射角,根据折射定律可得n=,则naλb,选项B正确。
答案:B
4.(2015·安徽理综)如图所示,一束单色光从空气入射到棱镜的AB面上,经AB和AC两个面折射后从AC面进入空气。当出射角i'和入射角i相等时,出射光线相对于入射光线偏转的角度为θ。已知棱镜顶角为α,则计算棱镜对该色光的折射率表达式为( )
A. B.
C. D.
解析:由题意知,光线进入棱镜时的折射角γ=,入射角 i=,则折射率n=,选项A正确。
答案:A
5.(2015·四川理综)直线P1P2过均匀玻璃球球心O,细光束a、b平行且关于P1P2对称,由空气射入玻璃球的光路如图。a、b光相比( )
A.玻璃对a光的折射率较大
B.玻璃对a光的临界角较小
C.b光在玻璃中的传播速度较小
D.b光在玻璃中的传播时间较短
解析:对a、b两细光束,入射角αa=αb,折射角γa>γb,由折射率公式n=知,nasa,vb答案:C
6.导学号38190114(2015·重庆理综)虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的,可用白光照射玻璃球来说明。两束平行白光照射到透明玻璃球后,在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带,光路如图甲所示。M、N、P、Q点的颜色分别为( )
A.紫、红、红、紫 B.红、紫、红、紫
C.红、紫、紫、红 D.紫、红、紫、红
解析:连接球心和各个射出点,可知射向M的光的偏折程度大于N,即射向M、N的光分别为紫色、红色;同理可知射向P、Q点的光分别为红色、紫色。
答案:A
7.(2015·课标理综Ⅱ)如图,一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖,在玻璃砖底面上的入射角为θ,经折射后射出a、b两束光线。则( )
A.在玻璃中,a光的传播速度小于b光的传播速度
B.在真空中,a光的波长小于b光的波长
C.玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率
D.若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大,则折射光线a首先消失
E.分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验,a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距
解析:由v=可知,A项正确;由λ=及νa>νb可知,B项正确;由题图可知na>nb,C项错误;由sin C=可知,a先发生全反射,D项正确;由Δx=·λ及λa<λb可得,E项错误。
答案:ABD
8.(2016·江苏盐城检测)
如图所示,空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体,其内圆半径为r,外圆半径为R,R=r。现有一束单色光垂直于水平端面A射入透明柱体,只经过两次全反射就垂直于水平端面B射出。设透明柱体的折射率为n,光在透明柱体内传播的时间为t,若真空中的光速为c,则( )
A.n可能为 B.n可能为2
C.t可能为 D.t可能为
解析:
光线从A端面右端点C射入,光路如图。因为sin θ=,R=r,可得θ=45°,CE=r,则光线EF与半径为r的圆相切,由几何关系和题意,经两次反射,可知满足条件的只有此条光线,所以临界角c≤θ=45°,则n=,故A、B正确;根据光在介质中传播距离s=4r,介质中光速v=,光传播时间t=,解得t≥,故C、D错误。
答案:AB
二、实验题(本题共2小题,共16分)
9.(6分)(2015·课标全国Ⅰ)在双缝干涉实验中,分别用红色和绿色的激光照射同一双缝,在双缝后的屏幕上,红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比,Δx1 (选填“>”“=”或“<”)Δx2。若实验中红光的波长为630 nm,双缝与屏幕的距离为1.00 m,测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm,则双缝之间的距离为 mm。?
解析:由Δx=λ可知,在双缝间距以及双缝到屏的距离相同的情况下,光的波长越长,条纹间距越大,由于红光波长大于绿光波长,故Δx1>Δx2;相邻红光亮条纹中心间距Δx=×10-3 m=2.1×10-3 m,由Δx=λ得d= m=3×10-4 m=0.300 mm。
答案:> 0.300
10.(10分)(2012·浙江理综)在“测定玻璃的折射率”实验中,某同学经正确操作插好了4枚大头针,如图甲所示。
甲
乙
(1)根据图甲画出完整的光路图;
(2)对你画出的光路图进行测量和计算,求得该玻璃砖的折射率n= (保留3位有效数字);?
(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象,某同学做了两次实验,经正确操作插好了8枚大头针,如图乙所示。图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针,其对应出射光线上的2枚大头针是P3和 (选填“A”或“B”)。?
解析:(1)连接两大头针1、2,延长线与梯形玻璃砖上表面交于O,再连接两大头针3、4,延长线与梯形玻璃砖下表面交于O',再连接OO',标上箭头以示光线传播方向。
(2)入射角θ的正弦:sin θ=,折射角β的正弦sin β=,可取OC=OC',则折射率n=。用刻度尺测量CD、C'D',代入测量数据可得n=1.51。
甲
(3)光斜射入两底面平行的玻璃砖一个表面,折射光线会从另一个表面平行原入射光线射出玻璃砖。乙图中两条平行光线入射,P1P2左边的光线会从梯形玻璃砖另一底面平行射出,是沿着大头针3并与B方向平行射出;而光线P1P2将由梯形玻璃砖侧面出射,方向为P3和A的连线。
乙
答案:(1)如解析图所示 (2)1.51 (3)A
三、计算题(本题共3小题,共36分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。有数值计算的,答案中应明确写出数值和单位)
11.(10分)(2014·课标全国Ⅱ)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。
解析:如图,考虑从圆形发光面边缘的A点发出的一条光线,假设它斜射到玻璃上表面的A'点折射,根据折射定律有nsin θ=sin α①
式中,n是玻璃的折射率,θ是入射角,α是折射角。
现假设A'恰好在纸片边缘。由题意,在A'点刚好发生全反射,故α=②
设AA'线段在玻璃上表面的投影长为L,由几何关系有
sin θ=③
由题意,纸片的半径应为
R=L+r④
联立以上各式得n=。⑤
答案:
12.导学号38190115(12分)(2015·海南单科)一半径为R的半圆柱形玻璃砖,横截面如图所示。已知玻璃的全反射临界角为γ(γ<)。与玻璃砖的底平面成(-γ)角度、且与玻璃砖横截面平行的平行光射到玻璃砖的半圆柱面上。经柱面折射后,有部分光(包括与柱面相切的入射光)能直接从玻璃砖底面射出。若忽略经半圆柱内表面反射后射出的光,求底面透光部分的宽度。
解析:在半圆柱形玻璃砖横截面内,考虑沿半径方向射到圆心O的光线1(如图),
它在圆心处的入射角θ1为
θ1=γ①
恰好等于全反射临界角,发生全反射。
在光线1左侧的光线(例如光线2),经柱面折射后,射在玻璃砖底面上的入射角θ2满足
θ2>γ②
因而在底面上发生全反射,不能直接折射出。
在光线1右侧的光线(例如光线3)经柱面折射后,射在玻璃砖底面上的入射角θ3满足
θ3<γ③
因而在底面上不能发生全反射,能从玻璃砖底面射出。
射到半圆柱面最右侧的光线4与柱面相切,入射角i为i=④
由折射定律知,经圆柱面折射后的折射角∠OAB=θ4满足sin i=nsin θ4⑤
式中,n是玻璃的折射率。由全反射角的定义知
1=nsin γ⑥
联立④⑤⑥式得
θ4=γ⑦
由几何关系知∠AOB=γ,故底面上透光部分的宽度OB为
l=。⑧
答案:
13.导学号38190116(14分)(2015·山东理综)半径为R、介质折射率为n的透明圆柱体,过其轴线OO'的截面如图所示。位于截面所在平面内的一细束光线,以角i0由O点入射,折射光线由上边界的A点射出。当光线在O点的入射角减小至某一值时,折射光线在上边界的B点恰好发生全反射。求A、B两点间的距离。
解析:当光线在O点的入射角为i0时,设折射角为r0,
由折射定律得
=n①
设A点与左端面的距离为dA,由几何关系得
sin r0=②
若折射光线恰好发生全反射,则在B点的入射角恰好为临界角C,设B点与左端面的距离为dB,由折射定律得
sin C=③
由几何关系得
sin C=④
设A、B两点间的距离为d,可得
d=dB-dA⑤
联立①②③④⑤式得
d=()R。⑥
答案:()R
