课件30张PPT。1.光的反射和折射1.认识光的反射及折射现象,知道法线、入射角、反射角、折射角的含义。
2.理解光的反射定律与折射定律,会利用它们解释相关光现象和计算有关问题。
3.理解折射率的概念,会测定玻璃的折射率。12341.光的反射及反射定律
(1)光的反射:光从一种介质照射到它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。
(3)光路的可逆性:在光的反射中,光路是可逆的。12342.光的折射及折射定律
(1)光的折射:光从一种介质照射到它与另一种介质的分界面时,一部分光进入另一种介质的现象。
(2)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θ1的正弦与折射角θ2
(3)光路的可逆性:在光的折射中,光路是可逆的。12343.折射率
(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:一个与介质有关的常数,反映介质的光学性质。(5)特点:介质的折射率都大于(选填“大于”“小于”或“等于”)1。 1234提示：不一定。例如,光从介质进入空气(真空)时,θ1就应该为折射角。即无论光线由真空进入介质还是由介质进入真空,θ1都是真空中的光线与法线的夹角。12344.实验:测定玻璃的折射率
[实验目的]测定玻璃的折射率。 [实验原理]如图所示,当光线AO以一定入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线的 1234[实验器材]一块两面平行的玻璃砖,白纸,木板,大头针(4枚),量角器(或圆规、三角板),刻度尺,激光笔,铅笔等。
[实验步骤]
(1)把白纸铺在木板上。
(2)在白纸上画一直线aa'作为界面,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,并使其边界一边与aa'重合,再用刻度尺画出玻璃的另一边bb'。
(4)在AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2。1234(5)从玻璃砖bb'一侧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的像挡住。再在bb'一侧插上大头针P3、P4,使P3能挡住P1、P2的像,P4能挡住P1、P2的像及P3本身(若用激光笔,可用激光笔沿P1、P2方向入射一束激光,在从另一边射出来的激光束上插上两枚大头针P3、P4)。
(6)移去玻璃砖,在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置,过P3、P4作直线O'B交bb'于O'。连接O、O',OO'就是入射光线AO在玻璃砖内的折射光线的方向。∠AON为入射角,∠O'ON'为折射角。1234(7)用量角器量出入射角和折射角的度数。查出它们的正弦值,并把这些数据填入记录表格里。
(8)用上述方法分别求出入射角是15°、30°、45°、60°和75°时的折射角,查出入射角和折射角的正弦值,记录在表格里。1234若实验室中只有三角形玻璃砖,没有长方形玻璃砖,还能测出折射率吗?
提示：插针法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界面相交而得到的,实验的要点是插准大头针,画准玻璃砖边界线,而与所选玻璃砖两边平行与否无关,所以用三角形玻璃砖也可以测出折射率。一二三一、对光的折射现象的理解
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。一二三4.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入射光的频率决定,与入射角、折射角的大小无关。
特别警示解决光的折射问题时,应根据光在两种介质的界面上发生折射的规律,作出光路图,利用折射定律以及平面几何知识来处理光折射现象中的问题。一二三二、“相对折射率”与“绝对折射率”
光从介质1射入介质2时,入射角θ1与折射角θ2的正弦之比叫作介质2对介质1的相对折射率,通常用n12表示。若介质1是真空,则介质2相对真空的折射率叫作该介质的绝对折射率,通常用n表示。设介质1的绝对折射率为n1,介质2的绝对折射率为n2,则一二三如果光线从折射率(n1)小的介质射向折射率(n2)大的介质,折射光线向法线偏折,入射角大于折射角,并且随着入射角的增大(减小)折射角也会增大(减小);如果光线从折射率大的介质射向折射率小的介质,折射光线偏离法线,入射角小于折射角,并且随着入射角的增大(减小)折射角也会增大(减小)。特别警示(1)介质的折射率与介质的密度没有必然联系,密度大,折射率未必大。如水和酒精,水的密度较大,但水的折射率较小。
(2)注意区分绝对折射率和相对折射率。绝对折射率是光从真空射入介质时的入射角与折射角的正弦之比。相对折射率是指光从一种介质射入另一种介质时入射角与折射角的正弦之比。绝对折射率都大于1,而相对折射率不一定大于1。 一二三三、测量玻璃砖的折射率
1.注意事项。
(1)轻拿轻放玻璃砖,手只能接触玻璃砖的毛面或棱,不能触摸光洁的光学面。严禁把玻璃砖当刻度尺用。
(2)实验过程中,玻璃砖在纸面上的位置不可移动。
(3)插针P1与P2、P3与P4的间距要适当地大些,以减小确定光路方向时出现的误差。
(4)实验时入射角不能太小(接近0°),否则会使测量误差加大;也不能太大(接近90°),否则会不易观察到P1、P2的像。
(5)本实验中如果采用的不是两面平行玻璃砖,而采用三棱镜、半圆形玻璃砖等,只是出射光和入射光不平行,但一样能测出折射率。一二三一二三(1)处理方法一: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'、
重复以上实验,求得各次折射率计算值,然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值。一二三在多次改变入射角、测量相对应的入射角和折射角上,以sin θ1值为横坐标、以sin θ2值为纵坐标,建立直角坐标系,如图所示。描数据点,过数据点连线得一条过原点的直线。类型一类型二类型三光的反射定律和折射定律 【例1】 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,折射角等于多大?
(4)当入射角增大或减小时 ,玻璃的折射率是否变化?
点拨：本题综合考查了有关光的反射和折射的问题。类型一类型二类型三解析：
(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。类型一类型二类型三类型一类型二类型三题后反思本题考查反射定律、折射定律、折射率及光路图的作法,折射率是反映介质的光学特性的物理量,它是由介质的性质和入射光的频率决定的。同一介质对确定的单色光而言,对应的折射率一定,不同介质对同一单色光(频率一定)的折射率一般是不相同的。
空气中的入射角),在sin θ1一定的条件下,折射率较大的介质中,光线的折射角的正弦值sin θ2较小。可见,光的折射率是表示在折射现象中折射光线相对于入射光线偏折程度的物理量。类型一类型二类型三平行玻璃砖对光线的侧移 【例2】 证明平行玻璃砖测折射率的实验中,入射光线平行于出射光线。类型一类型二类型三证明:光路图如图所示,
因为是平行玻璃砖,θ2=θ3③
整理上述三式可得θ1=θ4,延长AO到C,可得出结论:AO∥O'B,入射光线与出射光线平行。类型一类型二类型三题后反思平行玻璃砖可以使光线发生侧移。
触类旁通在例2中,若要想求出光线的侧移距离,还需要知道哪些物理量?
提示：侧移距离即为入射光线与出射光线间的距离d,还需要知道玻璃砖的厚度,θ1、θ2的大小。类型一类型二类型三插针法测量玻璃的折射率 【例3】
用三棱镜做测定玻璃折射率的实验,先在白纸上放好三棱镜,在棱镜的一侧插上两枚大头针P1和P2,然后在棱镜的另一侧观察,调整视线使P1的像被P2挡住。接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3和P1、P2的像,在纸上标出大头针位置和三棱镜轮廓,如图所示。
(1)在本题的图上画出相应光路图。
(2)为了测出棱镜玻璃的折射率,需要测量的量是 ,在图上标出它们。?
(3)计算折射率的公式是n= 。?类型一类型二类型三点拨：由插的4枚大头针可以确定入射光线P1P2与出射光线P3P4,它们与棱镜边界交点的连线即为入射光线对应的折射光线,找出对应的入射角与折射角,问题即可解决。
解析：(1)如图所示,画出通过P1、P2的入射光线交AC面于O,画出通过P3、P4的出射光线交AB面于O',则光线OO'就为入射光线P1P2在三棱镜中的折射光线。类型一类型二类型三(2)在所画的图上画出其法线并标明入射角θ1和折射角θ2。用量角器测量出θ1和θ2或用刻度尺测出线段EF、OE、GH、OG的长度。类型一类型二类型三题后反思本题是测玻璃折射率实验的变形实验,原理未变,两种数据处理方法都可行,只是选用测量仪器不同而已。课件27张PPT。2.全反射1.知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念。
2.理解全反射的条件,并能用来分析解决有关问题。
3.了解全反射棱镜和光导纤维的工作原理及应用。1231.光的全反射现象
(1)光疏介质和光密介质:折射率较大的介质称为光密介质,折射率较小的介质称为光疏介质,光密介质与光疏介质具有相对性。
(2)全反射现象:光由光密介质进入光疏介质时,如果入射角逐渐增大,那么折射光离法线越来越远,而且越来越弱。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。
这时的入射角称为临界角,用C表示。123①临界角的含义:折射角为90°时的入射角。
②规律:发生全反射时,符合光的反射定律。
(4)全反射条件:①光从光密介质射到光疏介质;②入射角大于或等于临界角。1232.全反射现象的应用
(1)棱镜:横截面为三角形的棱镜称为三棱镜。
①横截面为正三角形的称为正三棱镜。
②横截面为等腰直角三角形的棱镜称为全反射棱镜。
③棱镜对光线的控制作用:使通过的光线向底边偏折。
(2)利用全反射棱镜可以把光线的传播方向改变90°,也可以改变180°。123如图甲、乙所示,全反射棱镜改变光路的两种常见情况,它们分别将光路改变了多少度?提示：甲改变了90°,乙改变了180°。 1233.光纤及其应用
(1)光纤的原理:光纤由内芯和外套构成,内芯的折射率大于外套的折射率,光从一端进入内芯,在内芯与外套界面经多次全反射传到另一端。
(2)应用:医学上的内窥镜,通信用的光纤。一二三四一、对光疏介质和光密介质的理解
1.光疏介质和光密介质是相对而言的,并没有绝对的意义。例如:水晶(n=1.55)对玻璃(n=1.5)而言是光密介质,而对金刚石来说(n=2.42),却是光疏介质。同一种介质到底是光疏介质还是光密介质,是不确定的。
2.当光从光密介质进入光疏介质时,折射角大于入射角;反之,光由光疏介质进入光密介质时,折射角小于入射角。
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。一二三四4.光疏介质和光密介质的比较
特别警示光疏介质、光密介质是对确定的两种介质而言的。任何两种透明介质都可以通过比较光在其中速度的大小或折射率的大小来判定是光疏介质还是光密介质。一二三四二、对全反射的理解
对于全反射可以从以下三个方面来理解
1.临界角:光从光密介质进入光疏介质时,刚好发生全反射时的
2.从能量的角度来理解全反射: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,折射光强度减小到零,入射光的能量全部集中到反射光。
3.发生全反射的条件:光由光密介质射向光疏介质;入射角θ1大于或等于临界角C,即θ1≥C。一二三四特别警示光由光密介质进入光疏介质发生全反射时,仍然遵守反射定律,有关计算仍依据反射定律进行。一二三四三、全反射的应用——光导纤维
当光导纤维的折射率为多大时,就可以使以任意角度入射的光都能发生全反射?设光导纤维的折射率为n,当入射光线入射角为θ1时,进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射,如图所示。一二三四一二三四特别警示解决全反射问题的基本方法如下:
(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。
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。一二三四四、生活中几种常见的全反射现象及解释
1.对“海市蜃楼”的解释。
由于空中大气的折射和全反射,会在空中出现“海市蜃楼”。在海面平静的日子,站在海滨,有时可以看到远处的空中出现了高楼耸立、街道棋布、山峦重叠等景象。
(1)气候条件:当大气比较平静且海面与上层空气温差较大时,空气的密度随温度的升高而减小,对光的折射率也随之减小。我们可以粗略地把空中的大气分成许多水平的空气层。一二三四(2)光路分析:远处的景物反射的光线射向空中时,不断被折射,射向折射率较小的上一层的入射角越来越大,当光线的入射角大到等于临界角时,就会发生全反射现象,光线就会从高空的空气层通过空气的折射逐渐返回折射率较大的下一层。
甲
(3)虚像的形成:当光线进入人的眼睛时,人总认为光是从反向延长线方向发射而来的,所以地面附近的观察者就可以观察到虚像,且虚像成像在远处的半空中,这就是海市蜃楼的影像,如图甲所示。一二三四2.对“沙漠蜃景”的解释。
(1)气候条件:夏天在沙漠里也会看到蜃景,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,也可能发生全反射。一二三四(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(图乙),仿佛是从水面反射出来的一样。沙漠里的行人常被这种影像所迷惑,以为前方有水源而奔向前去,但总是可望而不可即。
特别警示(1)“沙漠蜃景”和“海市蜃楼”虽然都是由空中大气对光线的折射和全反射形成的,但因空气折射率大小分布有所不同,使得光线偏折情况有所不同。(2)“沙漠蜃景”是倒立的虚像,而“海市蜃楼”是正立的虚像。一二三四3.水或玻璃中的气泡特别明亮。
水或玻璃中的石子能被我们所看见,是因为光照射石子时,有一部分光被石子反射,其中的一部分进入人的眼睛,故人能看见石子。
水或玻璃中的气泡是光疏介质,光经水或玻璃照射气泡时,一部分光会发生全反射。相对石子而言,有更多的光反射到人的眼睛中,光的能量大了,人眼感觉会特别明亮。
4.炎热夏季的柏油路看起来路面特别亮。
在炎热夏天的柏油马路上,会看到路面特别明亮,这是因为贴近热路面附近的空气层稀薄,比上层空气的折射率小。从远处物体射向路面的光线,也可能发生全反射,从远处看去,路面显得格外明亮光滑,就像用水淋过一样。沙漠中行走的人在夏季会看到远方特别亮,就像有湖泊一样,与柏油马路面看起来特别亮道理相同。类型一类型二类型三对光疏介质和光密介质的理解 【例1】 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解析：本题考查对光疏介质和光密介质的理解。因为水的折射率为1.33,酒精的折射率为1.36,所以水对酒精来说是光疏介质;由答案：BD 类型一类型二类型三题后反思要准确掌握光密介质和光疏介质的定义,注意光密介质和光疏介质都是相对而言的,折射率较大的介质是光密介质,折射率较小的介质是光疏介质。类型一类型二类型三发生全反射的条件 【例2】
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类型一类型二类型三点拨：判断全反射是否发生,关键看是否同时具备发生全反射的两个条件:①光线是否由光密介质进入光疏介质;②入射角是否大于等于临界角。
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,都不能发生全反射现象,则选项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进入玻璃后再达到界面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,因此也不会发生全反射现象,选项D也正确。
答案：CD类型一类型二类型三题后反思好多同学常认为在本例题中光到界面Ⅱ时,只要入射角足够大就能发生全反射。这是一种比较隐蔽的全反射条件的考查,不能孤立地去讨论光在界面Ⅱ的光学情况,由于受折射定律的限制,在界面Ⅱ的入射角始终等于光在界面Ⅰ的折射角,即在界面Ⅱ上的入射角,始终达不到临界角,所以在好多问题中要注意全反射条件与折射定律的综合应用。类型一类型二类型三全反射的应用——测量折射率 【例3】
半径为R的半圆柱形玻璃砖的横截面如图所示,O为圆心,光线Ⅰ沿半径方向从A处射入玻璃砖后,恰在O点发生全反射,另一条光线Ⅱ平行于光线Ⅰ从最高点B射入玻璃砖后,折射到MN上的D点,点拨：光在同一种光学器件里出现了两种光现象:一是全反射,二是光的折射,利用相应的光学规律,解决问题。 类型一类型二类型三答案：2.03 类型一类型二类型三题后反思折射类问题的分析方法一般是先作光路图,借助图形找出几何关系,尤其要注意在可能出现全反射情形下的折射问题,要点是求出临界角。课件16张PPT。3.光的干涉1.知道光的干涉现象,并能从光的干涉现象中了解光是一种波。
2.了解相干光源,掌握产生干涉的条件。
3.理解杨氏干涉实验中亮暗条纹产生的原因。121.杨氏双缝干涉实验
(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。
(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。12(4)实验结论:证明光是一种波。
(5)现象解释: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。122.光产生干涉的条件
(1)相干光源:如果两个光源发出的光能够产生干涉,这样的两个光源叫作相干光源。激光器发出的光就是相干光源。
(2)干涉条件:两列光的频率相同,振动方向相同,相位差恒定。
两盏普通白炽灯发出的光相遇时,我们为什么观察不到干涉条纹?
提示：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、频率往往是不同的,即两者不是相干光源,所以观察不到干涉条纹。一二三一、对相干光源的理解
两个光源发出的光满足相干条件,这样的光源叫相干光源。即相干光源发出的光必须满足:
(1)频率相等。
(2)振动方向一致。
(3)相位差恒定。
在机械波中,只要两波源满足频率相等、振动方向一致,则其相位差一定恒定。因此教材中并没有刻意提出相位差恒定这一条件。但在光波中,由于光是由大量原子中的核外电子跃迁产生的,对于两个独立的光源来说,即使频率相等,其相位差也不恒定。因此,在室内打开两盏电灯时,看不到干涉现象。一二三要想得到相干光源,必须由一个光源发出光,然后把它分成两束光,作为两个光源发出的光。这样这两个光源就成为相干光源了。杨氏双缝干涉实验就采用了这种方法。
特别警示杨氏双缝干涉实验中两条狭缝相当于两个相干光源。为了满足相干条件,在做双缝干涉实验时,一般在双缝前再加一单缝。一二三一二三一二三三、对双缝干涉实验中屏上某处出现亮、暗条纹条件的理解
频率相同、振动情况也完全相同的两个相干光源在屏上某处产生亮、暗条纹的条件。
1.亮条纹的条件。
屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍,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纹。一二三2.暗条纹的条件。
屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍,
特别警示应用这一结论判断双缝干涉实验中,屏上某点是亮条纹还是暗条纹一定要注意这一结论成立的条件,如果该相干光源的频率相同,但振动情况完全相反,则结论正好与上面的相反。类型一类型二两列光波发生干涉的条件 【例1】 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,若在双缝的其中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
点拨：明确双缝干涉的发生条件是分析问题的关键。类型一类型二解析：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,但仍有红光和绿光的衍射图样。
答案：C
题后反思明确两列光波发生干涉的条件,知道不同色光的频率不同,是对此类问题作出正确判断的依据。该知识必须要牢牢掌握。类型一类型二产生明、暗条纹的条件 【例2】
如图所示,双缝干涉实验装置,使用波长为600 nm的橙色光源照射单缝S,在光屏中央P处观察到亮条纹,在位于P上方的P1处出现第一条亮纹中心(即P1到S1、S2的路程差为一个波长),现换用波长为400 nm的紫光源照射单缝,则( )
A.P和P1处仍为亮条纹
B.P处为亮条纹,P1处为暗条纹
C.P处为暗条纹,P1处为亮条纹
D.P、P1处均为暗条纹类型一类型二点拨：熟记双缝干涉实验中屏上某点出现亮、暗条纹的条件是正确解决此类问题的关键。
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。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。 类型一类型二答案：B
题后反思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(光程差)与波长的比值,要记住路程差等于波长整数倍处出现亮条纹,等于半波长奇数倍处为暗条纹。还要注意这一结论成立的条件是两个光源情况完全相同。课件19张PPT。4.实验:用双缝干涉测量光的波长1.了解“用双缝干涉测量光的波长”的实验原理,知道影响干涉条纹宽度的因素。
2.经历用双缝干涉测量光的波长的实验过程,加深对双缝干涉图样的认识和理解,加强合作意识。121.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,打开开关,使灯丝正常发光。
(3)调节各器件的高度,使光源灯丝发出的光能沿遮光筒的轴线射到光屏上。
(4)安装双缝和单缝,使光源、单缝及双缝的中心大致位于遮光筒的中心轴线上,使双缝与单缝的缝平行,二者间距约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。122.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)使分划板中心刻线对齐某条亮纹中心时,记下手轮上的读数a1;转动手轮,使分划板中心刻线移动至另一条亮纹的中心时,记下此时手轮上的读数a2;并记下两次测量时移过的条纹数n,则相邻两亮
(3)用刻度尺测量双缝到毛玻璃屏间的距离l(d是已知的)。(5)换用不同滤光片,重复实验。 12本实验中为什么不直接测Δx?
提示：由于光的波长很小,实验中条纹间距很小,无法直接测出,只能先测出n个条纹间距,再求相邻亮条纹间的距离。一二三一、实验原理
光波波长很小,Δx、l的测量对波长λ的影响很大。l用毫米刻度尺测量,Δx用测量头上的游标尺测量,可测多条亮条纹间距离再求Δx,采用多次测量求λ的平均值法,可减小误差。
实验原理分析:
如图所示,电灯发出的光,经过滤光片后变成单色光,把单缝S照亮,这时单缝S相当于一单色光源,它又把双缝S1和S2照亮,S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源,透过S1、S2双缝的单色光波在屏上相遇并叠加,S1、S2到屏上P点的路程分别是r1、r2,两列光波传到P的路程差Δr=|r1-r2|,设光波波长为λ。一二三一二三两条相邻的亮(暗)条纹间的距离Δx用测量头测出。测量头由分划板、目镜、手轮等构成,如图甲所示。
转动手轮,分划板会左、右移动,测量时,应使分划板中心刻线对齐亮条纹的中心(如图乙所示),记下此时手轮上的读数a1,转动手轮,使分划板向一侧移动,当分划板中心刻线对齐另一条相邻的亮条纹的中心时,记下手轮上的刻度数a2,两次读数之差就是相邻两条亮条纹间的距离,即Δx=|a1-a2|。Δx很小,直接测量时相对误差较大,通常测出n条亮条纹间的距离a,再推算相邻两条亮(暗)条纹间的距一二三特别警示计算相邻亮条纹的距离时要用n条亮条纹的距离a除以亮条纹间距个数(n-1)。为了减小误差,实验中Δx、l都应测量多组数据,最后求λ的平均值。一二三二、实验注意事项
1.调节双缝干涉仪时,要注意调节光源的高度,使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。
2.放置单缝和双缝时,缝要相互平行,中心大致位于遮光筒的轴线上。
3.调节测量头时,应使分划板中心刻线对齐条纹的中心,记下此时手轮上的读数,转动测量头,使分划板中心刻线对齐另一条纹的中心,记下此时手轮上的读数,两次读数之差就表示这两条条纹间的距离。
4.不要直接测Δx,要测几个条纹的间距计算出Δx,这样可减小误差。
5.白光的干涉观察到的是彩色条纹,其中白色在中央,红色在最外层。一二三特别警示在实验中有时照在光屏上的光很弱,主要原因是灯丝与单缝、双缝,测量头与遮光筒不共轴线;干涉条纹不清晰一般是单缝与双缝不平行所致,故应正确调节。一二三三、双缝干涉图样的特点
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,波长越长,条纹间距越大。一二三2.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,各种色光都在中央亮纹处形成亮条纹,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。
特别警示用白光做干涉实验,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,复合成白色,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。类型一类型二光的干涉条件及现象 【例1】
如图所示,用单色光做双缝干涉实验时,P处为第二条亮条纹,改用频率较高的单色光重做实验(其他条件不变)时,则第二条亮条纹的位置( )
A.仍在P处
B.在P点上方
C.在P点下方
D.要将屏向双缝方向移近一些才能看到亮条纹类型一类型二类型一类型二题后反思 影响两相邻亮条纹间距的因素有入射光的波长λ、双缝间距离d、双缝到光屏的距离l。
触类旁通例1中,若将屏移到远处(即双缝到屏间距离增大),其他条件不变,则结果如何?类型一类型二双缝干涉实验测量光波波长 【例2】 在用双缝干涉测光的波长的实验中:已知双缝到光屏之间的距离是600 mm,双缝之间的距离是0.20 mm,单缝到双缝之间的距离是100 mm,某同学在用测量头测量时,先将测量头目镜中看到的分划板中心刻线对准某条亮条纹(记作第1条)的中心,这时手轮上的示数如图甲所示。然后他转动测量头,使分划板中心刻线对准第7条亮条纹的中心,这时手轮上的示数如图乙所示。这两次示数依次为 mm和 mm。由此可以计算出本实验所用的单色光的波长为 nm。?类型一类型二点拨：熟练、准确地读取游标卡尺、螺旋测微器的示数是完成本实验的重要基本功。 解析：测量头为螺旋测微器,题图甲示数为a1=0.639 mm,题图乙示数为a2=9.789 mm
中间共有6条亮条纹,则答案：0.639 9.789 508 类型一类型二题后反思此类问题学生常在读数上出错,对于螺旋测微器的读数,一是要注意半刻线是否露出,二是要注意有效数字的位数,即不要忘记估读。课件18张PPT。5.光的衍射1.观察光的衍射现象,知道什么是光的衍射及产生明显衍射现象的条件。能用衍射知识对生活中的有关现象进行解释和分析。
2.初步了解衍射光栅。123451.光的衍射现象
光在传播过程中,遇到障碍物或小孔时,光将偏离直线传播的途径而绕到障碍物后面传播的现象。123452.常见的光的衍射现象
(1)单缝衍射:单色光通过狭缝时,在屏幕上出现明暗相间的条纹,中央为亮条纹且中央条纹最宽最亮,其余条纹变窄变暗;白光通过狭缝时,在屏上出现彩色条纹,中央为白色条纹。
(2)圆孔衍射:光通过小孔时(孔很小)在屏上会出现明暗相间的圆环。
(3)泊松亮斑——障碍物的衍射现象:
各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射,使影的轮廓模糊不清。若在单色光传播途中,放一个较小的圆形障碍物,会发现在阴影中心有一个亮斑,这就是著名的泊松亮斑。12345用单色光照射小孔,随着圆孔的逐渐减小,屏上先后有何变化?
提示：圆形亮斑→光源倒立的像(小孔成像)→明暗相间的圆环(衍射图样)。123453.产生明显衍射现象的条件
在障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长相比,甚至比光的波长还要小的时候,就会出现明显的衍射现象。123454.光的衍射现象和光的直线传播的关系
光的直线传播只是一种特殊情况,当光的波长比障碍物或孔小得多时,光可以看成沿直线传播;在孔或障碍物尺寸可以跟波长相比,甚至比波长还要小时,衍射现象就十分明显。123455.衍射光栅
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,亮度越大。
?一二三一、光的直线传播是一种特殊情况
光的直线传播是一种特殊情况,具体从以下两个方面去理解:
1.多数情况下,光照到较大的障碍物或小孔上时是按沿直线传播的规律传播的,在它们的后面留下阴影或光斑。如果障碍物、缝或小孔都小到与照射光的波长差不多或更小时,光就表现出明显的衍射现象,在它们的后面形成泊松亮斑、明暗相间的条纹或圆环。
2.光是一种波,衍射是它基本的传播方式,但在一般情况下,由于障碍物都比较大(比起光的波长来说),衍射现象很不明显。光的传播可近似地看作是沿直线传播。所以,光的直线传播只是特殊情况。
特别警示衍射是波特有的一种现象,光是一种波,所以会发生衍射,只是有的明显,有的不明显而已。一二三二、光的双缝干涉与单缝衍射的比较 一二三特别警示干涉现象和衍射现象都是由于光波的叠加而产生的。对于衍射现象来说,小孔处的光源可以看成无数个子波源,它们在空间也会叠加,振动加强的点产生明条纹,振动减弱的点产生暗条纹。
干涉现象中每一个小孔(缝)也能发生衍射,衍射现象中各子光源也能发生干涉,即“干中有衍,衍中有干”。我们称双缝为干涉,单缝或多缝为衍射。一二三三、对单缝衍射图样的理解
1.单缝衍射图样:单色光的单缝衍射图样是相互平行的明暗条纹,但各条纹的宽度和亮度不同,中央亮条纹最亮最宽,从中央亮条纹向外,亮条纹的亮度和宽度迅速减小。
2.用单色光照射狭缝,在狭缝较宽时,屏上出现一条亮条纹,且缝越窄,亮条纹也越窄,因为此时狭缝宽度比波长大很多,光是沿直线传播的;当狭缝很窄时,屏中央出现一条比狭缝宽度大很多的亮条纹,两侧出现明暗相间,但间距和亮度不等的条纹;当狭缝更窄时,中央亮条纹更宽,两侧亮条纹离中央亮条纹更远,产生了明显的衍射现象。一二三特别警示①缝变宽,衍射角增大,距离增大,能量消耗增大,而光能分布的范围变宽,所以亮条纹的亮度降低。
②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,单缝越宽,中央亮条纹的宽度及条纹间距离就越大。
③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,其中最靠近中央的色光是紫光,最远离中央的是红光。类型一类型二光的衍射现象 【例1】 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
点拨：衍射条纹的宽度与λ、d、l有关。λ、l增大,则间距增大;缝宽d变小,则间距增大。类型一类型二解析：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。
答案：ACD类型一类型二题后反思障碍物的尺寸可以跟光的波长相比或比光的波长还要小时能产生明显的衍射。对同样的障碍物,波长越长的光,衍射现象越明显;对某种波长的光,障碍物越小,衍射现象越明显。
触类旁通在单缝衍射实验中,若人用眼睛在光屏处直接观察,现象是否一样?
提示：通过光屏观察衍射条纹与用眼睛直接观察衍射条纹的情况是有所不同的。当单缝到屏的距离增大时,屏上条纹间距变大,亮度变弱,条纹数目不变(屏足够大);如果用眼睛直接观察,眼睛必须靠近单缝,当略微增大眼睛与单缝距离时,观察到的条纹间距也会略大而条纹数目将减少。因为眼睛的受光面很小(相当于光屏很小),所以当眼睛与单缝的距离过大时,就观察不到衍射条纹。类型一类型二对光的干涉和衍射现象的认识 【例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
点拨：准确理解光的干涉与衍射现象的产生原因,条纹形状与特点等内容是正确分析本题的关键。
解析：光的干涉现象和光的衍射现象都是波的特有现象,都是光波叠加的结果,若光的干涉条纹是彩色的,则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类型一类型二题后反思光的干涉现象与衍射现象都是波所特有的现象,但二者在产生条件、条纹形状及特点上都是有区别的,正是这种不同点才使我们能够区分这两种现象。课件16张PPT。6.光的偏振1.通过实验,认识偏振现象,知道只有横波才有偏振现象。
2.了解偏振光和自然光的区别,能运用偏振知识解释生活中相关光现象。
3.知道日常见到的光多数是偏振光,了解偏振光在生产生活中的一些应用。121.偏振现象
在纵波中,各点的振动方向总与波的传播方向平行,在横波中,各点的振动方向总与波的传播方向垂直,不同的横波,振动方向可能不同。只有横波才有偏振现象。
(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各个方向振动的光,而且沿各个方向振动的光波
强度都相同,这样的光叫作自然光。12(2)偏振光:自然光垂直透过某一偏振片后,其振动方向只沿着偏振片的透振方向,这样的光称为偏振光。自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时,反射光和折射光都是偏振光,入射角变化时偏振的程度也有所变化。
(3)偏振现象:偏振方向与透振方向平行的光都通过偏振片,偏振方向与透振方向垂直的光不能通过偏振片,这种现象称为偏振现象。光的偏振现象表明光是一种横波。122.偏振现象的应用
(1)摄影中的应用:摄影中,为了消除反射光的影响,在镜头前安装一片偏振片,让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直,从而阻挡反射光进入镜头。
(2)电子表的液晶显示屏: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°,这种性质叫作液晶的旋光性。利用这种特性控制让光通过或不通过,从而显示数字的形状。12当戴上偏振片眼镜观察水面时,能够清楚地看到水中的游鱼,试解释其中的道理。
提示：水面反射的光对人眼产生干扰,使人不能清楚地看到水面下的东西,从水面反射的光中包含很多偏振光,偏振片眼镜可阻挡这些偏振光进入眼睛,这时可以比较清楚地看到水中的情景。一二一、自然光与偏振光的比较 一二特别警示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光和折射光,尤其是二者互相垂直时,都是典型的偏振光。一二二、偏振光的应用
1.观看立体电影。
双眼视差:左右两只眼睛看外界图象时的差别叫作双眼视差。
在拍摄立体电影时,用两个摄影机,相当于人的两只眼睛,它们同时分别拍下同一物体的两个画像,放映时把两个画像同时映在银幕上。如果设法使观众的一只眼睛只能看到其中一个画面,就可以使观众得到立体感。为此,在放映时,有两个放像机,每个放像机镜头前放一个偏振片,两个偏振片的偏振方向相互垂直,观众戴上用偏振片做成的眼镜,左眼偏振片的偏振方向与左面放像机上的偏振方向相同,右眼偏振片的偏振方向与右面放像机上的偏振方向相同,这样,银幕上的两个画面分别通过两只眼睛观看,在人的脑海中就形成立体化的影像了。一二2.汽车车灯。
汽车在夜间公路上行驶与对面的车辆相遇时,为了避免双方车灯的眩目,司机都关闭大灯,只开小灯,放慢车速,以免发生车祸。如果驾驶室的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片,而且规定它们的偏振方向都沿同一方向并与水平面成45°度角,那么,司机从前窗只能看到自己的车灯发出的光,而看不到对面车灯的光,这样,汽车在夜间行驶时,既不用熄灯,也不用减速,可以保证安全行车。
另外,在阳光充足的白天驾驶汽车,从路面或周围建筑物的玻璃上反射过来的耀眼的阳光,常会使眼睛睁不开。由于光是横波,所以这些强烈的来自上空的散射光基本上是水平方向振动的。因此,只需戴一副只能透射竖直方向偏振光的偏振太阳镜便可挡住部分散射光。一二特别警示应用偏振光时使用的镜片叫偏振片。偏振片是由特定的材料制成的,每个偏振片都有一个特定的方向,这个方向叫作“透振方向”,只有沿透振方向振动的光才能通过该偏振片。类型一类型二自然光与偏振光的区别 【例1】 通过一块偏振片去观察电灯、蜡烛、月亮、反光的黑板,当以入射光线为轴转动偏振片时,看到的现象有何不同?
解析：该题考查自然光和偏振光的区别。通过一块偏振片去观察电灯、蜡烛时,透射光的强度不随偏振片的旋转而变化。因为灯光、烛光都是自然光,沿各个方向振动的光的强度相同。因此,当偏振片旋转时,透射出来的光波的振动方向虽然改变了(肉眼对此不能感觉到),但光的强弱没有改变。月亮、黑板反射的光是偏振光,它们通过偏振片透射过来的光线的强弱会随偏振片的旋转发生周期性的变化。
答案：见解析类型一类型二题后反思知道自然光和偏振光的区别。光源发出的光,沿着各个方向振动的光的强度都相同,叫作自然光。振动方向一定的光叫作偏振光。类型一类型二偏振现象 【例2】 在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个偏振片P和Q,在Q的后边放上光屏,以下说法正确的是( )
A.Q不动,旋转偏振片P,屏上光的亮度不变
B.Q不动,旋转偏振片P,屏上光的亮度时强时弱
C.P不动,旋转偏振片Q,屏上光的亮度不变
D.P不动,旋转偏振片Q,屏上光的亮度时强时弱类型一类型二点拨：太阳发出的光为自然光,经过偏振片P后变为偏振光;屏上光的亮度取决于这两个偏振片透振方向之间的关系。
解析：当Q和P的透振方向平行时,通过Q的光强最大,当Q和P的透振方向垂直时,通过Q的光强最小,即无论是旋转P还是旋转Q,屏上得到的光都是时强时弱的。
答案：BD类型一类型二题后反思P是起偏振器,它的作用是把太阳光(自然光)转变为偏振光,该偏振光的方向与P的透振方向一致,Q是检偏振器,用于偏振光的检验。课件23张PPT。7.光的颜色 色散1.知道什么是光的色散现象。
2.理解薄膜干涉中的色散现象,并了解薄膜干涉的应用。
3.知道折射时的色散现象,并理解其产生的原因。
4.知道同一介质对不同色光的折射率不同。12341.光的颜色 色散
(1)不同颜色的光,波长不同。
(2)白光的干涉条纹是彩色的,可见白光是由多种色光组成的。
(3)含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫作光的色散。
(4)人眼的视网膜上有两种感光细胞,一种叫作视杆细胞,对光非常敏感但不能区分不同波长(频率)的光;另一种叫作视锥细胞,它对光的敏感度不如视杆细胞,但能区分不同波长(频率)的光。
(5)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就是光谱。12342.薄膜干涉中的色散
(1)观察薄膜干涉:如图所示,把这层液膜当成一个平面镜,用它观察灯焰的像:水平方向的明暗相间的条纹。
(2)相干光源:液膜前后两个表面反射的光波。1234(3)形成明暗相间条纹的原因:与双缝干涉的情况相同,在膜上不同位置,来自薄膜前后两个面的反射光用图中实虚线来代表,所走的路程差不同。路程差是光在介质中波长的整数倍的这些位置上,叠加后加强,出现了亮条纹;路程差是光在介质中半波长的奇数倍的这些位置上,叠加后相互削弱,于是出现了暗条纹。
(4)薄膜干涉的应用:光学器材的镜头涂上增透膜;利用薄膜干涉检查精密仪器表面的平整度。12343.衍射时的色散
用白光做衍射实验时,得到的条纹是彩色的。这是因为白光中不同色光在衍射时的亮条纹的位置不同,于是各种色光就区分开了。12344.折射时的色散
(1)三棱镜:横截面是三角形的玻璃柱体,简称棱镜。
(2)三棱镜对光线的控制作用:光通过三棱镜后将向它的横截面的底面方向偏折。
(3)棱镜的色散现象:一束白光通过棱镜后发生色散。由上到下的色光顺序为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。在白光色散时,红光的偏折程度最小,紫光的偏折程度最大。这说明同种物质对波长不同的光的折射率不一样,波长越小,折射率越大。一二三一、薄膜干涉现象及其在技术上的应用分析
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,出现上面薄、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,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,明暗相间的条纹应为水平方向。一二三2.薄膜干涉的应用。
(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。一二三一二三特别警示如何形象判断被测平面凹下还是凸起?
下面给出一种形象的判断法——矮人行走法,即把干涉条纹看成“矮人”的行走轨迹。让一个小矮人在两板间沿着一条条纹直立行走,始终保持脚踏被检板,头顶样板,在行走过程中:
若某处有一凹下,他要想过去必须从薄膜的尖端绕过去,方可按上述要求过去,即条纹某处弯向薄膜尖端,该处为一凹下。如图甲所示。
若某处有一凸起,他要想过去,必从薄膜底部去绕,即条纹某处弯向薄膜底部方向时,该处必为一凸起。如图乙所示。一二三③对“增透”的理解:如果用宏观的思维方式来理解,两束反射光相互抵消,并没有增加透射光的强度,因此,此过程只是“消反”,却不能“增透”。然而总的能量是守恒的,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。一二三特别警示在薄膜干涉中,从膜的前后表面反射的光的路程差由膜的厚度决定,故在薄膜干涉中,同一亮条纹或同一暗条纹应出现在膜的厚度相同的地方,所以薄膜干涉的条纹是“等厚条纹”。由于光波的波长极短,因此在做薄膜干涉实验时所用介质膜应足够薄,才能观察到干涉条纹。一二三二、对光的颜色、三棱镜色散的理解
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.对光经过三棱镜发生色散的理解。
(1)色散的实质:光的色散实质上是光的折射现象,是由同一种介质对不同色光的折射率不同而引起的。
(2)光的色散现象能表明的问题:
①同一介质对不同色光的折射率不同,频率越高折射率越大,七色光中红光的折射率最小,紫光的折射率最大。一二三特别警示光在介质中的传播与机械波在介质中的传播是有区别的。光在介质中的传播速度不仅与介质有关,还与光的频率有关。一二三三、棱镜对光的偏折作用
如图所示,光线从空气射到三棱镜时,是从光疏介质射入光密介质,折射光线靠近法线,向底边偏折;光线在棱镜中传播,射出空气时,是从光密介质射入光疏介质,折射光线远离法线,再次向底边偏折。所以光线通过棱镜之后,朝向底边折射。一二三折射光线的方向与入射光线的方向所形成的角度称为偏折角,偏折角与棱镜材料及入射角有关:(1)偏折是因为介质造成的,所以棱镜对光的折射率越大,偏折角越大;(2)光通过棱镜时,当在棱镜中的光线与底边平行时,对应的偏折角最小。
对一般棱镜而言,透过棱镜看物体,会看到物体的虚像,且虚像位置比物体的实际位置向顶角方向偏移。类型一类型二薄膜干涉及应用 【例1】
观察牛顿环
凸透镜的弯曲表面是个球面,球面的半径叫作这个曲面的曲率半径。把一个凸透镜压在一块平面玻璃上,让单色光从上方射入(如图所示),从上往下看凸透镜,可以看到亮暗相间的圆环状条纹。这个现象是牛顿首先发现的,这些环状条纹叫作牛顿环,它是两个玻璃表面之间的空气膜引起的薄膜干涉造成的。如果换一个表面曲率半径更大的凸透镜,观察到的圆环半径是更大还是更小?类型一类型二点拨：薄膜干涉中,同一亮纹出现在膜厚相同的地方。
解析：由于以接触点为圆心的同一圆周上空气膜厚度相同,光通过空气膜的光程差是相同的,所以干涉条纹是环形的,若某一厚度
曲率半径更大的凸透镜,则这一厚度要外移,对应牛顿亮环半径要变大,其他环半径依次变大,所以圆环半径要变大。
答案：更大类型一类型二题后反思牛顿环的实质是光的干涉,振动加强点即为亮纹,振动减弱点即为暗纹。
触类旁通在例1中,如果改用波长更长的单色光照射,观察到的圆环半径是变大还是变小?
提示：若改用波长更长的单色光照射,观察到的圆环半径变大。类型一类型二折射中的色散现象 【例2】
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,下列说法中正确的是( )
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侧光的传播速率类型一类型二点拨：弄清棱镜对白光的色散规律是分析问题的关键。 答案：BC 类型一类型二题后反思同一介质对不同的色光有不同的折射率,介质对频率大、波长短的光折射率大,按折射率从小到大依次排列为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。课件9张PPT。8.激光1.了解激光的特点及应用。
2.观察全息照片,了解全息照相的原理。121.激光的特点及其应用
(1)第一特点高度的相干性:只有频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的光才是相干光。激光是一种人工产生的相干光,具有高度的相干性。
(2)第二特点平行度好:在传播很远的距离后仍保持一定的强度,可以会聚到很小的一点。
(3)第三特点亮度高:它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。
(4)激光的应用:应用相干性,激光能像无线电波那样进行调制,用来传递信息;应用平行度好,精确测距,计算机中的光储存技术;应用亮度高,工业上的切割和焊接,医学上的切割和“焊接”。122.全息照相
全息照相的原理是将一束激光通过分光镜分成两束,一束光直接照到感光底片上,这部分光叫作参考光。另一束光经物体反射后再照到感光底片上,这部分光叫作物光。物光和参考光在底片相遇时会发生干涉,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。一二一、激光的产生
当原子获得能量处于不稳定的状态时,如果恰好有某一能量的光子从附近通过,在入射光子的电磁场的影响下,原子受到激发会辐射出一个频率、发射方向和振动方向等与入射光子完全相同的光子。这样一个入射光子变成了两个相同的光子。如果这两个光子在介质中传播时再引起其他原子再发出越来越多的相同的光子,使光得到加强,就形成激光。一二二、激光具有的特点
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,无需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讯容量。一二2.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。现在利用激光测量地月距离的精确度已达到1 m。
3.激光的亮度非常高。它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。如果把强大的激光束会聚起来,可使物体被照部分在千分之一秒的时间内产生几千万度的高温。不能直接照射眼睛,否则会伤害眼睛。类型激光的特点 【例题】 在演示双缝干涉的实验时,常用激光作光源,这主要是应用激光的什么特性( )
A.亮度高 B.平行性好
C.相干性好 D.波动性好
点拨：熟悉激光的特点及相关应用是分析此类问题的关键。
解析：频率相同的两束光相遇才能发生干涉,激光的相干性好、频率单一,通过双缝时能够得到两束相干光。
答案：C类型题后反思由波发生干涉的条件是频率相同、相位差恒定、偏振方向一致,以及激光的相干性好、频率单一的特点,很快得出正确答案。
