13.6 光的偏振
【教学目标】
（一）知识与技能
1．通过实验，认识振动中的偏振现象，知道只有横波有偏振现象。
2．了解偏振光和自然光的区别，从光的偏振现象知道光是横波。
3．了解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。
（二）过程与方法
1．通过机械波的偏振实验和光的偏振实验掌握类比研究物理问题的方法。
2．通过对光的偏振应用的学习，提高应用知识解决实际问题的能力。
（三）情感、态度与价值观
通过课外活动观察光的偏振现象培养学生联系实际学习物理的观念和习惯。
【教学重点】
光的偏振实验的观察和分析。
【教学难点】
光振动与自然光和偏振光的联系。
【教学方法】
通过实验现象使学生认清机械波中横波的偏振现象，再通过机械波与光波的类比，实现轻松过渡，形成概念明确规律，并在应用中深化知识的理解。
【教学用具】
柔软的长绳一根，带有狭缝的木板两块，细软的弹簧一根，电气石晶体薄片或人造偏振片两片，投影仪
【教学过程】
（一）引入新课
（复习横波和纵波的概念）
师：请同学们回忆一下机械波一节内容，举例说说什么是横波？什么是纵波？
生：振动方向和传播方向垂直的波叫横波，抖动水平软绳时产生的波就是横波，振动方向和传播方向一致的波叫纵波，像水平悬挂的弹簧一端振动时形成的沿弹簧传播的波。
师：通过前几节课的学习，我们知道光具有波动性，那么光波究竟是横波还是纵波呢？
这节课我们要学习的偏振现象，可以说明光是横波。
（二）进行新课
1．偏振现象
师：我们先通过一个实验来看看怎么判断一种波是横波还是纵波。
［演示一］
介绍课本图13.6－1装置，教师演示，引导学生仔细观察波传到狭缝时的情况，看波能否通过狭缝传到木板的另一侧。
师：请一位同学来表述一下看到的现象。
生：对绳上形成的横波，当狭缝与振动方向一致时，波不受阻碍，能通过狭缝，而当狭缝与振动方向垂直时，波被狭缝挡住，不能通过狭缝传到木板另一端，对弹簧上形成的纵波，无论狭缝怎样放置，弹簧上疏密相间的波均能顺利通过狭缝传播到木板另一侧。
师：表达得不错，还有同学要补充吗？
生：在绳上横波传播过程中，当狭缝既不与振动方向平行也不与振动方向垂直时，有部分振动能通过狭缝。
师：很好。横波的这种现象称为偏振现象，大家看到，纵波不会发生偏振现象，根据是否能发生偏振，我们可以判断一个机械波是横波还是纵波。虽然这种方法对判断机械波并非必要，但我们可以借助这种方法来判断光波是横波还是纵波。
［演示二］
（教师介绍装置，强调起偏器P和检偏器Q的作用，演示同时引导学生认真观察随着检偏器Q的转动屏上光照强度的变化）
师：请大家看这个薄片，它在我们这个演示实验中的作用与前面的带有狭缝的木板类似，它上面有一个特殊的方向称透振方向，只有振动方向与透振方向平行的光波才能透过偏振片，下面请大家认真观察。
［现象1］用一个起偏器观察自然光，偏振片是透明的，以光的传播方向为轴旋转P时，透射光强度不变。［投影］
师：同学们能由此得到什么结论吗？
生：光是纵波。
师：怎么得到这个结论的呢？
生：与前面纵波实验类比得到的。
师：大家有没有考虑过假如波是横波而且沿各个方向都有振动的情况呢？
（学生默然，教师继续演示）
［现象2］加上检偏器Q，当Q的透振方向与P的透振方向一致时，透射光强度最大。［投影］
［现象3］以光传播方向为轴旋转时，透射光强度减弱。当Q与P透振方向垂直时，屏上最暗，光强几乎为零。［投影］
师：现在大家能判断光是横波还是纵波了吗？
生：能，是横波。
师：那现象1是怎么回事呢？原来，我们这里用的太阳光源包含了垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且各个方向振动的光波强度都相同，这种光叫自然光。通过起偏器后，这种光就只能沿着一个特定方向振动，这种光叫做偏振光。横波只沿着某一个特定方向振动，称为波的偏振。只有横波才有偏振现象。
师：哪位同学能来解释刚才我们看到的三个现象呢？
（学生基本上能根据与机械波类比解释实验现象，并明确光是一种横波。）
师：其实，除了从太阳、电灯这样一些从光源直接发出的光外，通常看到的绝大部分光都是偏振光，请大家看课本图13.6－4，在这里反射光和折射光都是偏振光，且两者偏振方向相互垂直。
引导学生阅读教材70页有关内容。了解光的偏振现象是一种常见现象，只是我们不能用肉眼直接察觉罢了。
2．偏振现象的应用
［投影］光的偏振现象的应用
（1）偏振滤光片
（2）车灯玻璃和挡风玻璃
（3）偏光眼镜（观看立体电影）
（4）拍摄水面景物
（5）液晶显示
（引导学生分析这些应用的原理，鼓励学生从生产生活中查找偏振应用实例，条件许可还可教学生自制偏振片）。
（三）课堂总结、点评
本节课我们通过实验演示，学习了波的偏振现象。了解了自然光、偏振光的概念，并知道只有横波才有偏振现象。还了解了偏振现象的一些应用。
（四）课余作业
完成P72“问题与练习”的题目。
课后阅读71页“科学漫步”――立体电影和偏振光。
附：课后训练
1．下列说法正确的是
A．机械波都能产生偏振现象
B．光的偏振现象说明光是横波
C．自然光不能产生偏振，说明自然光是纵波
D．光波的感光作用和生理作用等主要是由磁感应强度B的振动引起的
答案：B
2．纵波不可能产生的现象是
A．偏振现象 B．反射现象 C．折射现象 D．衍射现象
答案：A
3．如图所示，太阳光照射到两种介质的界面上。关于反射光和折射光，下列说法正确的是
A．入射光、反射光、折射光都是偏振光
B．入射光是自然光，折射光、反射光是偏振光
C．反射光垂直于纸面振动，折射光在纸面内振动
D．反射光在纸面内振动，折射光垂直于纸面振动
答案：BC
4．对激光的认识，以下说法正确的是
A．普通光源发出的光都是激光 B．激光是自然界普遍存在的一种光
C．激光是一种人工产生的相干光 D．激光已经深入到我们生活的各个方面
答案：CD
5．两个偏振片紧靠在一起，将它们放在一盏灯的前面以致没有光通过。如果将其中的一片旋转180°，在旋转过程中，将会产生下述的哪一种现象
A．透过偏振片的光强先增强，然后又减弱到零
B．透过的光强先增强，然后减弱到非零的最小值
C．透过的光强在整个过程中都增强
D．透过的光强先增强，再减弱，然后又增强
解析：起偏器和检偏器的偏振方向垂直时，没有光通过；二者的偏振方向平行时，光强度达到最大.当其中一个偏振片转动180°的过程中，两偏振片的方向由垂直到平行再到垂直，所以通过的光强先增强，又减小到零.
答案：A
6．夜间行车时，对面来车的车灯的强光刺眼会使司机看不清路况，因此两车交会前要交替灭灯，同时减速，这样很不方便。科学家设想，把每辆车前大灯罩玻璃换成偏振片，把车前挡风玻璃也设计一块偏振片，偏振片的透振方向一致，且都与水平面成45°角，如图所示，当夜晚行车时，就能避免对方灯光刺眼，且司机对自己车灯发出的光感觉和不加偏振片相同。试述其原理。
答案：相向运动的车偏振片透振方向互相垂直，彼此的挡风玻璃上的偏振片使对方车灯的偏振光不能通过，但能通过自己车灯的偏振光。
7．如图所示，将上一偏振片慢慢顺时针旋转，屏上的光的亮度开始逐渐________，当它转到90°时，屏上光亮度将最________（填“暗”“亮”），继续转到180°时光由最________变为最________。如此每转90°，交替变化一次（设开始时上、下两偏振片平行且透振方向完全一致）
答案：变暗，暗，暗，亮13.4 光的颜色 色散
【教学目标】
（一）知识与技能
1．知道不同颜色的光，波长不同。
2．知道什么是色散，了解什么是光谱。
3．通过实验初步认识薄膜干涉现象，了解其应用。
4．知道光线通过棱镜时的光路，认识折射时的色散现象。
5．知道不同色光在同一介质中传播速度不同；知道同一介质对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大。
（二）过程与方法
经历不同物理过程中光的色散现象的探究过程，了解色散在生活中的应用。
（三）情感、态度与价值观
通过自然界中的光现象——虹霓的教学及色散现象的教学激发学生对大自然的热爱以及对自然之谜的求知欲望。
【教学重点】
1．薄膜干涉的成因，干涉时的色散。
2．棱镜对光线的作用，折射时的色散。
【教学难点】
薄膜干涉的成因，干涉时的色散。
【教学方法】
复习提问，理论分析，实验探究，多媒体辅助教学
【教学用具】
多媒体电脑及投影装置，酒精灯一盏，金属圈一个，大烧杯一个，适量肥皂液（或洗衣粉液），少量食盐，牛顿环，凸透镜，三棱镜若干。
【教学过程】
（一）引入新课
师：在双缝干涉现象中，明暗条纹出现的位置有何规律？
生：当屏上某点到两个狭缝的路程差Δ=2n·，n=0、1、2…时，出现明纹；当Δ=（2n+1） ，n=0、1、2…时，出现暗纹。
师：干涉条纹的间距与光的波长之间有何定量关系？
生：Δx=·λ
师：上节课我们利用上式测量了光的波长，并观察了各种色光的干涉图样。这节课我们就来学习有关光的颜色和色散的知识。
（二）进行新课
1．光的颜色 色散
师：上节课我们观察了各种色光的干涉图样，用红光做实验，条纹间距最大，用紫光做实验，条纹间距最小，光的颜色不同，条纹间距不同，又因为干涉条纹的间距与光的波长成正比，我们可以得出什么结论？
生：不同颜色的光，波长不同。
师：大家还记得我们在用白光照射双缝时得到的干涉图样是怎样的？
生：彩色的条文。
师：（投影白光的双缝干涉条纹）怎样解释这种现象呢？
（学生积极讨论，气氛热烈，从讨论中基本能掌握了原因）
生：不同色光波长不同，条纹宽度不同，红光条纹最宽；紫光条纹最窄，所以出现上面现象。
师：解释得好。白光干涉图样也说明白光是由多种色光组成的，在发生干涉时白光被分解了。含有多种颜色的光被分解为单色光的现象，称为光的色散。
师：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按照波长的长短依次排列成彩色光带，就是光谱。
［投影课本61页表1和太阳的光谱。］
师：在各种色光中，波长最长的是什么光？波长最短的是什么光？
生：波长最长的是红光，波长最短的是紫光。
师：频率最小的是什么光？频率最大的是什么光？
生：频率最小的是红光，频率最大的是紫光。
师：除双缝干涉实验外，还有一种干涉现象能够观察到光的色散。这就是薄膜干涉。
2．薄膜干涉中的色散
教师演示：点燃酒精灯，在火焰中洒些氯化钠，使火焰发生黄光.把圆环竖直地插入肥皂溶液中，慢慢向上提起形成薄膜，竖直放好，将大烧杯罩住圆环，减小蒸发，以延长演示时间，便于全体观察。将酒精灯移到膜前，调整好位置，在酒精灯同侧观察到肥皂膜上呈现明暗相间的干涉条纹。
师：怎样解释这一现象呢？请大家思考下面几个问题：
［投影图20—12及以下问题］
①肥皂膜有几个面可以反射灯焰的光？
②这些面反射回来的光有没有路程差，如有，它们有什么特点？
③这些反射光是不是相干光？
生1：膜前后两表面均可反射光。
生2：因为肥皂膜厚度不同，所以不同位置处的反射光路程差不同，有的地方可能是半波长的奇数倍，有的地方可能是半波长的偶数倍。
生3：两表面的反射光线来源于同一光线，振动情况一定相同，是相干光。
师：三位同学回答得非常好，大家能弄清薄膜干涉的原因吗？
生：能。
师：好，请大家把自己的想法与课本61页最后一段的分析比较一下。
（学生阅读、理解。教师准备演示牛顿环实验）
师：大家分析得很好，我再加一个实验，奖励大家。
（演示牛顿环实验，直接投影在白色墙上，墙上出现了牛顿环反射光干涉形成的一组明暗相间的同心圆，将屏移到环的另一侧，这里可将装置调整，同样可以观察到与反射干涉条纹互补的一组同心明暗相间的圆环）
师：感兴趣的同学课后抽时间自己来实验，深入研究它，同学们也能给我找点例子吗？
（学生讨论，思考）
生：水面上的油膜好像也能反射光线，形成明暗相间的条纹。
师：好，同学们课后去认真观察一下，看来干涉现象在我们生活中是见过的，我们真是“视而不见”，“相逢未必曾相识”，生活中有许多现象，看似很普通寻常，却常常蕴含着很深的科学道理，同学们要多观察、多思考、多探究。
师：课本62页给大家介绍了一个干涉现象在技术上的应用实例，我们一起来看看。
［学生阅读62页“科学漫步”――用等倾法检查平整度。并思考文后的问题。投影下图引导学生分析］
师：有兴趣的同学可以在我们所掌握的知识基础上进行更进一步的探究。我这里为大家提供两个课题，大家可以到图书馆或上网查阅相关资料，然后确立课题进行研究。
（1）照相机、摄像机的镜头大多是淡紫色的，为什么？
（2）全息照相是怎么回事？
3．折射时的色散
教师出示若干个棱镜（大约十几个）给学生传着看，让学生知道什么是棱镜。
（讲解棱镜对光线的作用）
a．在黑板上画出棱镜的截面如图，让一个学生到黑板上画出光线从空气入射到AC面时的折射光和从棱镜进入空气时在AB面上的折射情况。
b．用氦氖激光器发出的红光做光源，实验演示验证一下同学画的对不对。
c．归纳结论——光在棱镜的两个侧面发生折射时，每次折射都使光线向棱镜的底面偏折。
d．让学生猜想出入射光的偏折程度可能与哪些因素有关。
生：与折射率有关。
e．入射光方向不变，若折射率比原来大，再让一位学生画出此时光线的两次偏折情况。得出折射率越大，偏折越大的结论。
师：刚才我们是用红光做的实验。如果让一束白光通过棱镜你能想象出将是什么样的吗？
生1：还是白色。（其他学生犹豫）
师：猜的不是完全没有道理。因为刚才红光折射后出来时还是红光嘛。但还是让我们用实验来验证一下，这样心里才踏实对不对？
（1）实验演示白光通过三棱镜后的色散现象。
（2）再让学生用发给他们的棱镜对着太阳光转动。可在教室墙壁上看到鲜艳的彩色光带。
师：通过棱镜后，偏折程度最小的是什么光？
生：红光。
师：偏折程度最大的是什么光？
生：紫光。
师：实验说明了什么道理？
生：同种介质对波长不同的光，折射率不同。波长越小，折射率越大。
师：大家还记得折射率与波速的关系吗？
生：
师：从公式能够得出结论：在同一种介质中，不同波长的光波的传播速度不同，波长越短，波速越慢。
（三）课堂总结、点评
今天我们学习了光的颜色和光的色散。观察了薄膜干涉中的色散和光通过棱镜折射时的色散。同种介质对波长不同的光，折射率不同。波长越小，折射率越大。在同一种介质中，不同波长的光波的传播速度不同，波长越短，波速越慢。这些都大大丰富了我们对光的认识。
（四）课余作业
完成P64“问题与练习”的题目。
附：课后训练
1．以下属于薄膜干涉现象的是 （ ）
A．雨后美丽的彩虹 B．阳光下肥皂膜上的彩色条纹
C．阳光下水面上油膜的彩色条纹 D．阳光通过三棱镜后得到的彩色条纹
答案：BC
2．如图所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置，检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面的反射光叠加而成的 （ ）
A．a的上表面，b的下表面
B．a的上表面，b的上表面
C．a的下表面，b的上表面
D．a的下表面，b的下表面
答案：C
3．如图所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法中正确的是 （ ）
A．从右侧向左看，可看到彩色条纹
B．从左侧向右看，可看到彩色条纹
C．彩色条纹水平排列
D．彩色条纹竖直排列
答案：BC
5．图中表示一束白光通过三棱镜的光路图，其中正确的是 （ ）
答案：D
6．在白光通过玻璃棱镜发生色散的现象中，下列说法正确的是 （ ）
A．红光的偏折角最大
B．白光为复色光，不同色光在玻璃中传播速度相同
C．紫光的偏折角最大，因为紫光在玻璃中的折射率最大
D．红光在玻璃中的传播速度比其他色光小
答案：C
7．如图所示，两束平行的红光和紫光，相距为d，斜射到玻璃砖上，当它们从玻璃砖的下面射出时 （ ）
A．两条出射光线仍平行，距离可能大于d
B．两条出射光线仍平行，距离可能小于d
C．两条出射光线仍平行，距离可能为零
D．两条出射光线将不再平行
答案：ABC
8．如图所示，两束单色光a、b自空气射向玻璃，经折射后形成复合光束c，则下列说法中正确的是 （ ）
A．a光在真空中的传播速度比b光在真空中的传播速度大
B．a光在玻璃中的传播速度比b光在玻璃中的传播速度小
C．玻璃对a光的折射率比玻璃对b光的折射率大
D．a光的波长比b光的长
答案：D
9．用白光做杨氏双缝干涉实验，在屏上呈现明暗相间的彩色条纹，其中
A．正中央的亮纹是白色的
B．离中央亮纹最近的一条彩色条纹是红色的
C．离中央亮纹最近的一条彩色条纹是紫色的
D．中央亮纹是红色的
解析：由于白光是由七种颜色的光合成的，而每种光经过双缝干涉后在中央都是亮条纹，这些条纹又重合在一起，复合成白光，故A对D错。由于各种色光的波长不同，红光最大，紫光最小，红光形成的条纹间距最大，紫光形成的条纹间距最小，故B错C对。
答案：AC13.1 光的折射
【教学目标】
（一）知识与技能
1、理解折射定律的确切含义，并能用来解释有关的光现象和有关的计算。
2、理解光的折射率，了解介质的折射率与光速的关系，并能用来计算。
3、知道光路是可逆的，并能用来处理有关的问题。
（二）过程与方法
通过实验，理解光的折射定律。
（三）情感、态度与价值观
通过本节内容的学习，能够认识和解释生活中的一些光现象，增强学习物理学的兴趣。
【教学重点】
光的折射定律的理解和应用。
【教学难点】
光的折射率的理解。
【教学方法】
实验演示法
【教学用具】
激光光学演示器、激光手电、水槽、刻度盘、三角板、计算机、大屏幕、自制CAI课件
【教学过程】
（一）引入新课
教师：初中我们学了光的反射定律，请同学们回忆一下。
学生： 反射光线跟入射光线和法线在同一平面内，反射光线和入射光线分别位于法线的两侧，反射角等于入射角。且反射现象中，光路是可逆的。（课件演示：光的反射 ( 光的折射.swf )）
教师：今天我们学习光的另外一种现象，看小实验。
［小实验］让学生自己带水杯（最好都带快餐杯），筷子、铅笔、圆珠笔等，将筷子插入水中，让学生观察水面处筷子形状的变化，水中的筷子是向上折了还是向下折了；让学生向盛水的杯和无水的杯中分别投放硬币，观察水中的硬币看上去是变浅了还是深了。
学生：插入水中的筷子，看上去好像在水面处折断了，且向上折；水中的硬币变浅了。
教师：如何解释上面的现象呢？下面我们就来学习光的折射及其规律，看究竟是怎样的情况。
（二）进行新课
1．折射定律
师：光从空气射入玻璃这一介质时，传播方向发生了改变，我们把这种光从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变的现象，叫做光的折射。
[课件演示：光的折射]入射光线与法线间的夹角θ1 叫入射角，折射光线与法相间的夹角θ2叫做折射角。教师引导学生复习初中学过的光的折射定律。
[多媒体辅助] 折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分居于法线的两侧。
师：但是，入射角跟折射角之间究竟有什么关系呢？现在我们做实验看看。
[多媒体辅助] 介绍仪器特别是半圆形玻璃砖的直面是沿刻度盘的90°——90°刻度线放置的，当激光器发出的一束水平细光束有空气进入半圆形玻璃砖的直面，即界面时，垂直直面的0°——0°刻度线为二者界面的法线。
[演示一]将半圆形玻璃砖放在适当位置，打开激光演示仪，让激光器发出的一束激光照在半圆形透明玻璃砖的直面上，改变入射角，让学生观察折射角、入射角的变化情况以及在两种介质的分解面上反射光线、折射光线的能量改变情况。
[多媒体辅助、由学生小结]随入射角的增大，折射角也增大，且反射光线的能量比例逐渐增大，折射光线的能量比例逐渐减小。
师：那么折射角是随入射角成正比例的增加，还是成平方、成平方根的增加，还是其他关系，折射角与入射角之间确切的定量关系究竟是怎样的呢？下面我们看一组实验数据。
入射角θ1 折射角θ2 θ1/θ2 sinθ2/ sinθ2
10° 6.7° 1.50 1.49
20° 13.3° 1.50 1.49
30° 19.6° 1.53 1.49
40° 25.2° 1.59 1.51
50° 30.7° 1.63 1.50
60° 35.1° 1.67 1.51
70° 38.6° 1.81 1.50
80° 40.6° 1.97 1.51
师：请同学们分析一下表中数据，θ1 、θ2间具有怎样的定量关系？
结论：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。如果用n来表示这个比例常数，则有sinθ1/ sinθ2=n12
师：这就是光的折射定律。对于折射现象，人类早在公元140年就进行了测量，直到1621年才有斯涅尔找到了折射角与入射角之间的这种定量关系。可见，发现或总结一个物理规律需要坚强的毅力和持之以恒的科学精神。因此，折射定律又叫斯涅尔定律。同学们知道：“反射现象中光路是可逆的”，折射现象光路也可逆吗？
[演示二]让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光就会逆着原来的入射光线发生折射。即：折射现象中光路是可逆的。
（课件演示：折射现象光路可逆）
2．折射率
师：光从空气射入玻璃中，入射角的正弦与折射角的正弦之比是一个常数1.50， 那么，当光从空气射入其他介质如水中时，这个比例常数还是1.50吗？下面我们用实验求证一下。
[演示三]将刻度盘放入水槽中，加水恰好至90°线。入射光线要恰好通过中点O，记录几组数据并处理。
入射角θ1 折射角θ2 sinθ1/sinθ2
10°
30°
师：可见，入射角的正弦与折射角的正弦之比仍是一个常数，但对水来说，这个常数不是1.50而是1.33。如果换用金刚石，这个常数则为2.42。由此可见，这个常数是一个与介质有关的量，介质不同这个常数不同。我们从比较表一、表二中的数据来看，在入射角相同的情况下，常数大的折射角小，说明常数大的折射光线偏离原来入射光线的方向较大，我们也就可以说常数较大的这种介质对光线的偏折能力较大。而常数较小的，折射角反而大，折射光线偏离原来入射光线的方向也就较小，说明介质对光线的偏折能力也小，因此，这个常数反映了介质对光线的偏折能力，我们把这个常数定义为介质的折射率。
（真空射入其它介质）
物理意义：折射率是反映介质对光的偏折能力大小的物理量，是介质的光学性质，由介质本身决定，与θ1 、θ2无关。
研究表明，光在不同介质中的传播速度不同。在介质中传播速度v与折射率的关系为
[自学讨论]学生教材52页有关内容，讨论并回答如下问题：
［多媒体投影］
1、为什么任何介质的折射率都大于1？
2、光在同一均匀介质中传播时，介质对光所呈现出来的折射率n是多少
3、光由其他介质射入空气时，n= sinθ1/ sinθ2 是否还适用，如果适用θ1、θ2 分别应是什么角？
[学生回答] 1、光在真空中的传播速度为c ，而在其它介质中，光的传播速度v
2、同一均匀介质中光速相同，n=v/v=1
3、适用。θ1、应为折射角，θ2应为入射角。即计算某种介质的折射率时，公式中θ1为空气中的光线与法线的夹角，θ2为介质中的光线与法线的夹角。
［实验］测定玻璃的折射率
每四个学生一组，利用插针法，掌握测定玻璃折射率的原理和方法。
教师巡回指导，发现问题并及时纠正。
［讨论］实验中应该采取哪些措施以减小误差？
如：入射角适当大一些；大头针的距离适当远一些等。
［利用课件投影例题］如图1所示，一储油桶，底面直径与高均为d。当桶内无油时，从某点A恰能看到桶底边缘上的某点B。当桶内油的深度等于桶高的一半时，由点A沿方向AB看去，看到桶底上的点C，两点C、B相距d/4。求油的折射率和光在油中的传播速度。
解：如图2所示，因底面直径于桶高相等，由此可知∠A OF =∠ABG=45°；由OD=2CD可知∠COD的正弦
sin∠COD==
油的折射率
n=sin∠AOF /sin∠COD=
光在油中的传播速度
v=c/n=1.9×108m/s
[小结]眼睛在A点看到C点的实际上是进入眼睛的折射光线OA反向延长线上的C点的象，且在C点的正上方。故放入水中的硬币看上去好像变浅了，水中的筷子向上折了。
（三）课堂总结、点评
通过今天的学习，我们不仅确定了入射角的正弦与折射角的正弦之比是一个常数的定量关系，得出了折射定律，而且我们还定义了介质的折射率，它反映了介质的光学特性。我们还学习了用插针法测定玻璃折射率的方法。
（四）课余作业
完成P54“问题与练习”的题目。
附：课后训练
1、斜插入水中的筷子与竖直方向成45°角，由空气中向下观察看，看到筷子筷子在水中的部分与竖直方向所成的角为θ，则（ ）
（A） θ<45° （B） θ>45° （C） θ=45° （D）条件不足，不能确定
答案：（B）
2、光从空气射入折射率为的介质中，反射光线恰垂直于折射光线，求入射角为多大 ？（该题教师要先画出光路图，而后再让学生做题） （答案：60°）13.8 激光
【教学目标】
（一）知识目标
1.了解激光和自然光的区别.
2.通过阅读，收集整理相关资料，认识激光的特点和应用.
（二）能力目标
1.通过课外阅读，收集整理有关激光应用的资料，培养加工处理信息的能力.
2.通过对激光的特点及应用的学习，培养应用物理知识解决实际问题的能力.
（三）德育目标
通过对激光应用的学习，使学生感受到科学知识的无究力量，培养热爱科学的品质.
【教学重点】
激光与自然光的区别以及激光特点和应用.
【教学难点】
激光与自然光的区别.
【教学方法】
1.通过对自然光的分析，提出激光的相干性.
2.通过学生课前阅读，初步了解激光的特点及广泛应用.
3.通过收集激光方面的材料，讨论交流，进一步掌握激光的特点及应用知识.
4.通过观看录像，进一步加深对激光知识的了解.
【教学用具】
激光手电筒、投影仪、三段有关激光的录像材料.
【教学过程】
一、引入新课
［师］课前大家已经阅读了课文，了解了激光是自然界没有的光，首先我们来看看它与自然光有什么不同.
二、新课教学
（一）自然光和激光（投影）
自然光（例如白炽灯） 激光
原子发光方向，时刻不确定频率不一样不能发生干涉非相干光 频率一样能发生干涉（双缝干涉实验）人工产生的相干光
都是原子受激发处于不稳定状态发射出来的
［师］通过上表的比较，同学们可以看到，激光的第一个特点就是它是一种人工相干光.激光还有许多与自然光不同的特点，下面请同学们将自己阅读课文整理的表格展示出来.
（教师巡视，大部分同学整理得很好，选出比较全面的一组投影（如表20—2）老师简单讲解）
［师］其实，激光的应用远不止这些，而且还在迅速发展，这方面的介绍很多，下面请大家根据课前收集的材料，开展课堂交流.
（二）激光的应用
（分组介绍，同时教师提炼要点并板书，以调动学生的积极性.）
第一组（投影资料）我们组收集整理了激光在相干性方面的特点，激光是相干光.可用来进行光的干涉、衍射等实验（科学实验），由于原子的发光不是无限制持续的，每一次发光与下一次发光总有一个时间间隔，只有同一光源在同一发光时间间隔内发出的光，在空间某点相遇时才会发生干涉，所以原子发光的平均时间间隔称为相干时间，在相干时间内光的行程称为相干长度，激光的相干长度可达几十千米，相干性较好.
第二组（投影资料）我们组整理的信息中，激光的另一特点是激光的亮度特高，近年研制出的强激光的亮度要比太阳亮100亿倍以上.激光器发出的激光是集中在沿传播方向的一个极小的发射角内，亮度就会比同功率的光源高几亿倍，在极短时间内会辐射出巨大的能量，聚集在一点时可产生几百万甚至上千万度的高温.
第三组除了前面两组介绍的两个特点外，还有一个特点就是激光的单色性好，自然界找不到频率“纯净”的光，各种频率的光总是混杂在一起的.但由于激光器中光学谐振腔的干涉作用，只有那些满足谐振腔共振条件的频率才能形成激光输出，不满足共振条件的频率，都在谐振腔内干涉相消了，因此激光的频率单一，单色性非常好，拿氦氖气体激光器来说，它产生的光波长范围不到一百亿分之一微米，完全可以视为单一而没有偏差的波长，是极纯的单色光.
第四组我们组收集的资料中，除了前面三组讲的，还有一点，激光的方向性好，一般的手电筒或探照灯聚光虽然很好，看上去它们射出的光束是笔直的，但在一两公里后，光线就发散成很大一片，亮度明显减弱.而激光射到这个距离上基本没有发散，激光是方向最一致、最集中的光.
［师］前面几组同学从激光的特点角度阅读收集了很多资料，都比较好，虽然其中有些材料我们不能完全弄懂，但以后我们还有很多学习机会，到时可以更进一步理解.下面我们再来交流激光应用方面的资料.
第五组（阅读）
激光具有很高的能量，所以它是精密机械加工特别是微电子工业加工不可缺少的工具，用激光对金属打孔、切割、焊接、淬火，激光代替机械刀具和刻刀直接加工大型和微型元件，具有普通机械加工不可比拟的特点.利用它可以在坚硬的材料上打直径0.1 mm到几微米的小孔.激光钻孔不受加工材料的硬度和脆性的限制，而且钻孔速度异常快，可以几千分之一秒甚至几百万分之一秒内钻出表面十分整齐光洁的小孔，激光快速自动成型技术，可以控制激光束将材料逐层“烧结”而形成实体零件或模具、模型.它可快速制成精密复杂或不规则图案的机械零件.我国已经研制成功激光迅速自动成型机，标志着我国已经掌握了这项新技术，并迅速进入国产化、商品化阶段.
第六组（阅读）
激光在农业生产上也有广泛应用，用激光照射农作物种子，可诱发遗传变异，缩短种子发芽时间，育出的秧苗生长比较快，长势好，粗壮且均匀整齐，改善了农作物生长性能，提高产量.把激光技术引入果树裁培，能改良水果品质，提高水果产量.用激光照射牲畜家禽鱼类，能促进生长发育等.
激光在临床医学上的应用相当广泛，“激光刀”能有效地局部加热凝固血管，出血少.而且“刀”不与组织接触，不用消毒，激光刀很锋利，切割软组织和硬组织都一样快捷，还可应用激光对穴位照射，给穴位输入能量，无痛、灭菌、快速、安全.
第七组（阅读）
激光在信息产业领域有着重要应用.在光纤通信中，激光作为信息高速传输的载体作通信载波.它还是信息高速处理的载体，光学计算机有着普通计算机无法比拟的优点，这种计算机运算速度高，传输信息量大，激光应用在信息存储领域，使大容量、高密度信息存储成为可能，像课本上介绍的DVD实际上是一种存储数据的磁性媒体，它可以双层双面使用，运行时间高达484 min，储存量是VCD的几十倍甚至数十倍，可多达17GB.
第八组（阅读）
目前，激光已成为重要的战略武器，在国防军事领域有着广泛的应用，例如激光测距、激光雷达、激光制导、激光模拟等技术的应用.激光武器包括激光致盲武器、激光干扰武器、激光防空武器等，这些武器对现代战争产生了深远影响.激光制导炸弹能快速准确无误地击中目标.
用激光点燃核燃料是目前各国科学家竞相研究的重大课题，预计在2010年左右能够用激光实现核聚变，能源危机问题有望得到根本解决.
［师］同学们课前做了很多准备，阅读了大量相关资料，一定很有收获.我也给大家收集了部分与激光相关的录像资料，请大家看一看.
（师生共同观看录像）
三、小结
四、布置作业
练习四、1
（三）交流总结（根据学生表述，提炼板书内容）13.7 全反射
【教学目标】
（一）知识与技能
1．知道什么是光疏介质，什么是光密介质。
2．理解光的全反射。
3．理解临界角的概念，能判断是否发生全反射，并能解决有关的问题。
4．知道全反射棱镜、光导纤维及其应用。
（二）过程与方法
1．会定性画出光疏介质进入光密介质或从光密介质进入光疏介质时的光路图。
2．会判断是否发生全反射并画出相应的光路图。
3．会用全反射解释相关的现象。
4．会计算各种介质的临界角。
（三）情感、态度与价值观
体会本节实验中“让入射光正对半圆形玻璃砖中心从曲面入射”是在设计实验时设计者为突出主要矛盾而控制实验条件达到略去次要矛盾的高明做法。
【教学重点】
全反射条件，临界角概念及应用。
【教学难点】
临界角概念、临界条件时的光路图及解题。
【教学方法】
本节课主要采用实验观察、猜想、印证、归纳的方法得出全反射现象的发生条件、临界角概念等。
【教学用具】
光学演示仪（由激光发生器、带量角度的竖直面板、半圆形玻璃砖等组合）
【教学过程】
（一）引入新课
让学生甲到黑板前完成图1及图2两幅光路图（完整光路图）
图1 图2
（估计学生甲画图时会遗漏反射光线）
师：光在入射到空气和水的交界面处时，有没有全部进入水中继续传播呢？
生：有一部分被反射回去。
（学生甲补画上反射光线）
师：很好。甲同学正确地画出了光从空气进入水中时的折射角…
生：小于入射角。
师：光从水中进入空气时，折射角…
生：大于入射角。
师：对。那么如果两种介质是酒精和水呢？请乙同学到前面来完成光路图。
图3 图4
学生乙顺利完成两图。
（二）进行新课
1．光密介质和光疏介质
（1）给出光密介质和光疏介质概念。
（2）让学生指出图1中的光密介质和光疏介质，再指出图2中的光密介质和光疏介质。让学生自己体会出一种介质是光密介质还是光疏介质其实是相对的。
（3）（投影片出示填空题）
光从光疏介质进入光密介质，折射角________入射角；光从光密介质进入光疏介质，折射角________入射角。
（本题让学生共同回答）
2．全反射
（设置悬念，诱发疑问）
师：在图2和图3中，折射角都是大于入射角的。设想，当入射角慢慢增大时，折射角会先增大到90°，如果此时我们再增大入射角，会怎么样呢？
（这时可以让学生自发议论几分钟）
生甲：对着图2说，可能折射到水中吧？。
师：可能会出现图5这种情况吗？
（其余学生有的点头，有的犹疑）
生乙：应该没有了吧？
生丙：最好做实验看看。
师：好，那就让我们来做实验看看。
（1）出示实验器材，介绍实验。
师：半圆形玻璃砖可以绕其中心O在竖直面内转动如图6所示，入射光方向不变始终正对O点入射。
（2）请学生画出图7中光线到达界面Ⅰ时的反射和折射光路。
学生丙画出了图8中的光路图。
［教师点拨］入射点A处曲面的法线是怎样的？想一想法线的性质是什么？
生：和界面垂直。
师：如果界面是曲面呢？应和该处曲面的切面垂直，再启发学生想想圆上每一点的切线和该点半径的关系，学生悟出A处的法线就是OA. 进而画出正确的光路图如图9。
（3）让学生画出光线入射到界面Ⅱ时的反射光路和折射光路。
（学生顺利完成图10）
（4）观察实验
师：现在我们来研究光入射到界面Ⅱ时所发生的反射和折射现象。
转动玻璃砖，让光线在界面Ⅱ处的入射角渐增。
［问］你们看到了什么现象？
生甲：入射角增大，反射角和折射角都增大。
生乙：反射光越来越亮，折射光越来越暗。
继续转动玻璃砖，学生看到当折射角趋于90°时，折射光线已经看不见了，只剩下反射光线。继续转动玻璃砖，增大入射角，都只有反射光线。
（学生恍然大悟）
师：什么结果？
生：折射角达到90°时，折射光线没有了，只剩下反射光线。
师：这种现象就叫全反射。
3．发生全反射的条件
（1）临界角C
［要求学生根据看到的现象归纳］
（学生讨论思考）
生甲：入射角要大于某一个值。
师：对，我们把这“某一值”称为临界角，用字母C表示。
重复实验至折射角恰等于90°时停止转动玻璃砖。让前面的学生读出此时的入射角即临界角C约为42°左右。
师：后面的学生看不见读数，那我现在告诉你们这种玻璃的折射率n=1.5，请你们算出这种玻璃的临界角。（学生觉得无从下手）
［教师启发］想想当入射角等于临界角C时，折射角多大？
学生领会，列出算式：=n
师：这样对吗？错在哪儿？
生甲：光不是从空气进入玻璃。
师：对了。你们自己改正过来。
学生列出正确计算式：=sinC=
代入n算得结果与实验基本相符。
教师点明临界角的计算公式：sinC=
（2）发生全反射的条件
师：毫无疑问，入射角大于等于临界角是条件之一，还有其他条件吗？
生乙：光从玻璃进入空气。
师：可以概括为…
生：光从光密介质进入光疏介质。
师：很好，记住，是两个条件，缺一不可。
［投影例题］教材74页。
师生一起分析解决问题。
4．全反射的应用——全反射棱镜和光导纤维
（1）学生阅读课本有关内容。
（2）教师补充介绍有关光纤通信的现状和前景。
（3）演示课本光纤实验，不过改用前面实验中的激光束来做，效果很好。
（4）辅助练习［投影片］
如图11表示光在光导纤维中的传播情况，纤维为圆柱形，由内芯和涂层两部分构成.内芯为玻璃，折射率为n0；涂层为塑料，折射率为n1，且n1＜n0.光从空气射入纤维与轴线成θ角.光线在内芯侧壁上发生多次全反射后至纤维的另一端射出。若内芯的折射率n0=1.5，涂层的折射率n1=1.2，求入射角θ最大不超过多少度光线才能在内芯壁上发生全反射。
参考答案：64.16°
（三）课堂总结、点评
本节课我们学习的知识主要有
1．光密介质和光疏介质
2．光的全反射
［CAI课件］动态展示加文字说明：
（1）光在入射到两种介质的交界面处时，通常一部分光被反射回原来的介质，另一部分光进入第 Ⅱ种介质并改变了传播方向。
（2）当光由光密介质射向光疏介质时，当入射角等于或大于临界角时，光全部被反射回原介质中去，称做全反射现象。
（3）当折射角增大到90°时的入射角称为临界角C（参考图12）。
3．全反射棱镜，、光导纤维的原理及其应用。
（四）课余作业
完成P77“问题与练习”的题目。
附：课后训练
1．关于全反射，下列叙述正确的是 （ ）
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
答案：C
2．光在某种介质中的传播速度为1.5×108 m/s，则光从此介质射向真空时发生全反射的临界角是 （ ）
A．15° B．30° C．45° D．60°
解析：由n=可得该介质的折射率n=2，再由sinC=得sinC=，故临界角C=30°。
答案：B
3．有两种介质，甲介质对空气的临界角为60°，乙介质对空气的临界角为45°，则它们相比较，______介质是光疏介质，光从______介质射向______介质时有可能发生全反射。
答案：甲 乙 甲
4．玻璃的临界角为42°，如果玻璃中有一束光线射向空气，入射角略小于42°，则在空气中折射角一定略小于 （ ）
A．27° B．42° C．48° D．90°
答案：D
5．一束光从空气射向折射率n=的某种玻璃表面，下列说法正确的是 （ ）
A．入射角大于45°时，会发生全反射现象
B．无论入射角多大，折射角都不超过45°
C．欲使折射角等于30°，应以45°入射角入射
D．当入射角等于arctan时，反射光线和折射光线垂直
解析：光由光密介质射向光疏介质时才有可能发生全反射，故A错；光由空气射向玻璃时，45°的折射角对应的入射角为90°，故B对；由n=可知θ2=30°时对应的入射角θ1=45°，故C对；由入射角θ1=arctan可知tanθ1=，即=，再由折射率n==可得sinθ2=cosθ1，即θ1＋θ2=90°，故D对.
答案：BCD
6．光导纤维是利用光的全反射来传输光信号的。如图所示，一光导纤维内芯折射率为n1，外层折射率为n2，一束光信号与界面夹角由内芯射向外层，要在界面发生全反射，必须满足的条件是 （ ）
A．n1＞n2，小于某一值
B．n1＜n2，大于某一值
C．n1＞n2，大于某一值
D．n1＜n2，小于某一值
解析：要使光信号在内芯与外层的界面上发生全反射，必须让内芯的折射率n1大于外层的折射率n2，同时入射角须大于某一值，故应小于某一值。
答案：A
7．为了测定某种材料制成的长方体的折射率，用一束光线从AB面以60°入射角射入长方体时刚好不能从BC射出，如图所示。该材料的折射率是______。
解析：光线刚好不能从BC面射出，意味着光线对BC面的入射角刚好为临界角C，对AB面，n=sin60°/sin（90°－C），对BC面，n=，解得n=/2。
答案：/2
8．某人在水面上游泳，看见水底发光体在正下方，当他向前游了2 m时恰好看不见发光体。求发光体距水面的深度。（n水=4/3）
解析：如图所示，由于全反射，发光体发出的光仅能照亮以2 m为半径的圆形水面。
由几何关系得：sinC= 又有sinC=，故= h≈1.76 m.
答案：1.76 m
图5
图8
图7
图6
图10
图9
图11
图1213.3 实验：用双缝干涉测量光的波长
【教学目标】
（一）知识与技能
1．掌握明条纹（或暗条纹）间距的计算公式及推导过程。
2．观察双缝干涉图样，掌握实验方法。
（二）过程与方法
培养学生的动手能力和分析处理“故障”的能力。
（三）情感、态度与价值观
体会用宏观量测量微观量的方法，对学生进行物理方法的教育。
【教学重点】
双缝干涉测量光的波长的实验原理及实验操作。
【教学难点】
、L、d、λ的准确测量。
【教学方法】
复习提问，理论推导，实验探究
【教学用具】
双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺
【教学过程】
（一）引入新课
师：在双缝干涉现象中，明暗条纹出现的位置有何规律？
生：当屏上某点到两个狭缝的路程差Δ=2n·，n=0、1、2…时，出现明纹；当Δ=（2n+1） ，n=0、1、2…时，出现暗纹。
师：那么条纹间距与波长之间有没有关系呢？下面我们就来推导一下。
（二）进行新课
1．实验原理
师：［投影下图及下列说明］
设两缝S1、S2间距离为d，它们所在平面到屏面的距离为l，且l>>d，O是S1S2的中垂线与屏的交点，O到S1、S2距离相等。
推导：（教师板演，学生表达）
由图可知S1P=r1
师：r1与x间关系如何？
生：r12=l2+（x-）2
师：r2呢？
生：r22=l2+（x+）2
师：路程差|r1-r2|呢？（大部分学生沉默，因为两根式之差不能进行深入运算）
师：我们可不可以试试平方差？
r22-r12=（r2-r1）（r2+r1）=2dx
由于l>>d，且l>>x，所以r1+r2≈2l，这样就好办了，r2-r1=Δr=x
师：请大家别忘了我们的任务是寻找Δx与λ的关系。Δr与波长有联系吗？
生：有。
师：好，当Δr=2n·，n=0、1、2…时，出现亮纹。
即·x=2n·时出现亮纹，或写成x=
第n条和第（n-1）条（相邻）亮纹间距离Δx为多少呢？
生：Δx=xn-xn-1
=［n-（n-1）］
师：也就是Δx=·λ
我们成功了！大家能用语言表述一下条纹间距与波长的关系吗？
生：成正比。
师：对，不过大家别忘了这里l、d要一定。暗纹间距大家说怎么算？
生：一样。
师：结果如何？
生：一样。
师：有了相邻两个亮条纹间距公式Δx=·λ，我们就可以用双缝干涉实验来测量光的波长了。
2．观察双缝干涉图样
（教师指导学生按步骤进行观察，也可引导学生先设计好步骤，分析研究后再进行，教师可将实验步骤投影）
步骤：（1）按课本图13.3－2，将光源、单缝、遮光管、毛玻璃屏依次安放在光具座上。
（2）接好光源，打开开关，使灯丝正常发光；
（3）调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏；
（4）安装单缝和双缝，使双缝与单缝平行，二者间距约5~10 cm.；
（5）在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。
（6）那走滤光片，观察白光的干涉条纹。
（教师指导学生分别观察红色、紫色等不同颜色的单色光的干涉图样，比较不同色光干涉条纹宽度，与课本第59页彩图13.3－3对照，得出结论：红光干涉条纹间距大于紫光干涉条纹间距（注意其他条件相同，进行实验）。对于同种色光，改变双缝间距d，得出结论：双缝间距d越小，条纹间距越大。观察线状白炽灯的干涉条纹，与课本60页图彩图对比，得出结论：白光的干涉条纹是彩色的。）
3．测定单色光的波长
（教师指导学生按步骤进行测量，也可引导学生先设计好步骤，分析研究后再进行，教师可将实验步骤投影）
步骤：（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（记为第1条）亮条纹的中央，记下手轮上的读数a1，转动手轮，使分划板中心刻线移动，当中心刻线与第n条亮纹中央对齐，记下移动的条纹数n和移动后手轮的读数a2，则相邻两条纹间的距离。
（3）用刻度尺测量双缝到光屏间距离L；
（4）用游标卡尺测量双缝间距d（这一步也可省去，d在双缝玻璃上已标出）；
（5）重复测量、计算，求出波长的平均值；
（6）换用不同滤光片，重复实验。
说明：实验过程中教师要注意指导：
（1）双缝干涉仪是比较精密的实验仪器，实验前教师要指导学生轻拿轻放，不要随便拆分遮光筒，测量头等元件，学生若有探索的兴趣应在教师指导下进行。
（2）滤光片、单缝、双缝、目镜等会粘附灰尘，要指导学生用擦镜纸轻轻擦拭，不用其他物品擦拭或口吹气除尘。
（3）指导安装时，要求学生注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直，引导学生分析理由。
（4）光源使用线状长丝灯泡，调节时使之与单缝平行且靠近。
（5）实验中会出现像屏上的光很弱的情况.主要是灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线所致；干涉条纹的清晰与否与单缝和双缝是否平行很有关系.因此（3）（4）两步要求应在学生实验中引导他们分析，培养分析问题的能力。
（6）实验过程中学生还会遇到各种类似“故障”，教师要鼓励他们分析查找原因。
（三）课堂总结、点评
通过今天的学习，我们掌握了干涉条纹的间距与光的波长之间的定量关系，即Δx=·λ，并利用上式测量了光的波长。该实验为我们提供了一种用宏观量测量微观量的方法。
（四）课余作业
完成P60“问题与练习”的题目。
附：课后训练
1．在做双缝干涉实验时，用普通的白光做光源，若在双缝处把一缝用红色玻璃挡住，另一缝用绿色玻璃挡住，则屏上会出现 （ ）
A．红色干涉条纹 B．绿色干涉条纹
C．红绿相间的干涉条纹 D．无干涉条纹，但有亮光
答案：D
2．在杨氏双缝干涉实验中，保持双缝到屏的距离不变，调节双缝间距离，当距离增大时，干涉条纹距离将变________，当距离减小时，干涉条纹间距将变________.
答案：小，大
3．用单色光做双缝干涉实验时，测得双缝间距离为0.4 mm，双缝到屏的距离为1 m，干涉条纹间距为1.5 mm，求所用光波的波长。
答案：6×10-7 m
4．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。而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，这样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）
答案：（1）157 μm，（2）如果上行光信号和下行光信号频率相同，会发生干涉现象。相互间产生干扰。
5．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），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，但在屏上仍有光亮
D．屏上无任何光亮
解析：题目中给出的条件是：以白光为光源时，在屏幕上得到了彩色的干涉条纹。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），那么，从双缝射出的则是频率不同的红色光和绿色光，所以不可能产生干涉条纹，故A、D错；而其他颜色的光不可能透过滤光片，故B亦错.虽然不能产生干涉条纹，但仍有光照在屏上，故C对。
答案：C
6．用单色光做双缝干涉实验，下列说法正确的是
A．相邻干涉条纹之间距离相等
B．中央明条纹宽度是两边明纹宽度的两倍
C．屏与双缝之间距离减小，则屏上条纹间的距离增大
D．在实验装置不变的情况下，红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距
解析：因为双缝干涉的条纹宽Δx=，可见条纹宽应是相等的，A正确，BC错，又因为红＞蓝，所以Δx红＞Δx蓝，故D错.
答案：A
7．如图所示，用波长为的单色光做双缝干涉实验时，设两个狭缝S1、S2到屏上某点P的路程差为d，则
A．距O点最近的一条暗纹必是d=/2
B．对屏上某点d=n/2（n为正整数）时，出现暗纹
C．距O点越远的点d越长，就越容易出现暗条纹
D．用各色光在同一条件下实验，波长越短的色光条纹间距越小
解析：当路程差d=n时出现亮条纹，路程差d=（2n＋1）/2时出现暗条纹，可见，当n=0时，d=/2，所以A正确。由Δx=l/d（式中d为两狭缝间的距离）得，频率越大的色光，其波长越短，干涉条纹之间的距离越小，故D正确。
答案：AD
8．在利用双缝干涉测定光波波长时，首先调节________和________的中心均位于遮光筒的中心轴线上，并使单缝和双缝竖直并且互相平行.当屏上出现了干涉图样后，用测量头上的游标卡尺测出n条明纹间距离a，则两条相邻明条纹间的距离Δx=________，双缝到毛玻璃屏的距离L用________测量，用公式________可以测出单色光的波长。
答案：光源、滤光片、单缝、双缝，毫米刻度尺Δx=λ
9．用红光做光的干涉实验时，已知双缝间的距离为0.2×10-3 m，测得双缝到屏的距离为0.700 m，分划板中心刻线对齐第一级亮条纹中央时手轮读数为0.200×10-3 m，第四级亮条纹所在位置为7.470×10-3 m，求红光的波长.若改用蓝光做实验，其他条件不变，则干涉条纹宽度如何变化？
答案：6.922×10-7 m，变窄13.5 光的衍射
【教学目标】
（一）知识与技能
1．通过实验观察，让学生认识光的衍射现象，知道发生明显的光的衍射现象的条件，从而对光的波动性有进一步的认识。
2．通过学习知道“光沿直线传播”是一种近似规律。
（二）过程与方法
1.通过讨论和对单缝衍射装置的观察，理解衍射条件的设计思想。
2.在认真观察课堂演示实验和课外自己动手观察衍射现象的基础上，培养学生比较推理能力和抽象思维能力。
（三）情感、态度与价值观
通过“泊松亮斑”等科学小故事的学习，培养学生坚定的自信心、踏实勤奋的工作态度和科学研究品德。
【教学重点】
单缝衍射实验的观察以及产生明显衍射现象的条件。
【教学难点】
衍射条纹成因的初步说明。
【教学方法】
1．通过机械波衍射现象类比推理，提出光的衍射实验观察设想。
2．通过观察分析实验，归纳出产生明显衍射现象的条件以及衍射是光的波动性的表现。
3．通过对比认识衍射条纹的特点及变化，加深对衍射图象的了解。
【教学用具】
JGQ型氦氖激光器25台，衍射单缝（可调缝宽度），光屏、光栅衍射小圆孔板，两支铅笔（学生自备），日光灯（教室内一般都有），直径5 mm的自行车轴承用小钢珠，被磁化的钢针（吸小钢珠用），投影仪（本节课在光学实验室进行）
【教学过程】
（一）引入新课
复习水波的衍射
［投影水波衍射图片（如图1、图2所示）］
图1
图2
师：请大家看这几幅图片，回忆一下相关内容，回答下面两个问题：
1.什么是波的衍射？
2.图2中哪一幅衍射现象最明显？说明原因。
生1：（议论后，一人发言）波能绕过障碍物的现象叫波的衍射.图2中丙图衍射最明显，因为这里的孔宽度最小。
师：前一个问题回答得很好，后一个问题有没有同学还有其他看法？
生2：我认为丙图中孔的尺寸虽然是最小，但不一定就是发生明显衍射现象的原因，我们应该用它跟波长比。
师：很好，大家一起来说说发生明显衍射现象的条件是什么？
学生一起总结：障碍物或孔的尺寸比波长小或者跟波长相差不多。
师：光也是一种波，也能够发生衍射。这节课我们来认识光的衍射。
（二）进行新课
1．光的衍射
师：通过前面对光的干涉的学习，我们知道光是具有波动性的，光既然是一种波，那么在传播过程中也应该具有衍射的现象，大家有没有见过光的衍射现象呢？能举出例子吗？
（学生讨论后，一致认为，光波也应有衍射本领，但无法举出例子）
师：根据我们刚才复习的明显衍射现象的条件，大家说说看，为什么平时我们不易观察到光的衍射？
生：可能是因为光波波长很短，而平常我们遇到的障碍物或孔的尺寸比较大，所以不易观察到光的衍射现象.
师：很有道理，大家来想想办法解决这一问题.
（学生讨论，设计出多种实验观察方案，绝大部分着眼于发生明显衍射现象的条件，教师加以肯定鼓励）
［实验观察］
安排学生根据上面的设想，自制单缝和小孔.
1.用单缝观察日光灯光源.
2.用小孔观察单色点光源.
师：请大家认真观察，然后告诉我你看到的现象.
（学生回答基本上有两类现象，一是观察到了单一的一条亮线或一个圆形亮点，二是观察到比较模糊的明暗相间的线状或环状条纹）
师：大家做得很认真，有几位同学已成功地观察到了光的衍射现象，现在我们再用更好的装置来一起观察一下光的衍射现象.
［教师演示］
在不透明的屏上装有一个宽度可以调节的单缝，用氦氖激光器照射单缝，在缝后适当距离处放一光屏，如图所示.
调节单缝宽度演示，得出下列结果.
缝宽 较宽 较窄 很窄 极窄 关闭
屏上现象 一条较宽亮线 一条较窄亮线 亮线变宽、变暗并出现明暗相间条纹 明暗条纹清晰、细小 条纹消失
师：请大家将我们的实验结果与课本插图的几幅照片比较，总结一下光要发生明显的衍射应满足什么条件.
生：当狭缝的宽度比波长小或跟波长差不多时，光偏离了直线传播方向，发生了明显的衍射.
（点评：通过实验探究，获取必要的感性认识。为以后从理论上认识光的衍射奠定基础。）
师：大家通过实验观察到，光在传播过程中能离开直线绕过障碍物到达阴影里去，这一现象叫做光的衍射现象.衍射时产生的明暗条纹叫做衍射图样.其实，不仅单缝，还有圆孔，多条平行狭缝以及各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射.同机械波的衍射一样，光发生明显衍射现象的条件是：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.
师：下面我们再来观察一下圆孔和光栅的衍射现象.
（教师演示，将单缝分别换成圆孔和光栅，可以在屏上观察到清楚的明暗相间的圆环和清晰的明暗相间的条纹.)
师：同学们已经注意到，在衍射现象中，常有一些亮线和暗线，据此大家来猜猜原因.
生：在干涉现象中我们也观察到明暗相间的条纹，我想这里的道理应该跟在干涉现象中差不多.
师：猜想有道理.其实在光的衍射现象中，来自单缝或圆孔上不同位置的光，到光屏处的路程差满足一定的特点，叠加时加强或减弱，形成明暗相间的条纹，这确实跟光的干涉原理是相似的，大家再考虑一下，如果用白光做衍射实验，条纹会怎样呢？
生：条纹应该是彩色的，因为不同色光波长不同，在叠加时形成条纹位置也不一样，叠合时形成彩色.
师：回答得非常好，大家明白了吗？
生：明白.(教师指导学生用两支铅笔并拢观察日光灯衍射条纹)
师：光的衍射现象表明，我们平时说的“光沿直线传播”只是一种特殊情况。在障碍物的尺寸比波长大得多的情况下，光的传播是沿直线，当障碍物的尺寸可以与光的波长相比拟时，光的衍射现象就十分显著，这时就不能说光沿直线传播了。
师：在光的衍射现象中，历史上有过一个“泊松亮斑”的故事，请大家来阅读课本66页“科学足迹”栏目中的短文――泊松亮斑.
师：大家想不想看看这个亮斑？
生：想.
（教师演示，用被磁化的钢针吸一粒钢珠，悬起，使激光束与钢珠球心在同一直线上，如图所示，就能在屏上观察到钢珠暗影中心有一亮斑，即泊松亮斑.）
师：著名数学家泊松根据物理学家菲涅耳提出的波动理论推算出圆板阴影的中心应该是一个亮斑，想借此驳倒菲涅耳的波动理论，菲涅耳与阿拉果接受了泊松的挑战，通过多次实验，发现圆板中心确有一个亮斑。这样“泊松亮斑”实验就成了光的波动理论的精彩验证。大家从这个故事得到什么启发。
生1：验对物理研究有重要作用。
生2：到别人的质疑，要冷静面对，不要轻易放弃自己的立场或观点。
生3：学要坚持真理，实事求是。
（学生的回答很全面，教师要及时肯定鼓励）
2．衍射光栅
师：指导学生阅读教材有关内容。了解衍射光栅的制作原理。
（三）课堂总结、点评
本节课我们通过复习，回顾了机械波的衍射及产生明显衍射的条件。我们还观察到了光波的衍射现象。进一步认识光的波动性，光的直线传播只是一种特殊情况。
下面我们通过课件，再来回顾一下光的衍射现象。
[课件演示]《光的衍射 ( 光的衍射.swf )》。（再次回顾光的衍射现象，增强感性认识，达到巩固所学知识的目的。）
（四）课余作业
完成P68“问题与练习”的题目。
课后阅读67页“科学漫步”――X射线衍射与双螺旋。
附：课后训练
1．点光源照射一个障碍物，在屏幕上所成的阴影的边缘是模糊的，这种现象是光的 （ ）
A．反射现象 B．折射现象 C．干涉现象 D．衍射现象
答案：D
2．下列情况中能产生明显衍射现象的是 （ ）
A．光的波长比孔或障碍物的尺寸大得多
B．光的波长与孔或障碍物的尺寸相仿
C．光的波长等于孔或障碍物的尺寸
D．光的波长比孔或障碍物的尺寸小得多
答案：ABC
3．下列关于单缝衍射图样的说法中正确的是 （ ）
A．它和双缝干涉图样完全相同
B．亮条纹的亮度都相同，而宽度不同
C．中央亮条纹的亮度和宽度最大
D．亮条纹的宽度相同，而亮度不同
答案：C
4．在用单色平行光照射单缝观察衍射现象的实验中，下列说法正确的是 （ ）
A．缝越窄，衍射现象越显著
B．缝越宽，衍射现象越显著
C．照射光的波长越长，衍射现象越显著
D．照射光的频率越高，衍射现象越显著
解析：要观察到明显的衍射现象，必须孔或障碍物的尺寸足够小，可以和光的波长相比.由于光的波长极短，所以要求孔或缝的尺寸要非常小，光的波长越长，相当于缝越窄，而频率越高，波长越小，故AC正确.
答案：AC
5．在做杨氏双缝干涉实验时，将其中的一条狭缝挡住，在屏上仍能观察到明暗相间的条纹，此条纹 （ ）
A．仍是原来的干涉条纹，只是亮度减弱了
B．仍是干涉条纹，只是条纹宽度变窄了
C．是衍射条纹
D．无法确定是干涉条纹还是衍射条纹
答案：C
6．下列哪些现象是光的衍射产生的 （ ）
A．泊松亮斑
B．阳光下茂密的树阴中地面上的圆形亮斑
C．阳光经凸透镜后形成的亮斑
D．平行光照在一个较大障碍物上后，影的轮廓模糊不清
答案：AD
7．在下图中，A、B两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图样.其中A是光的________（填“干涉”或“衍射”）图样.由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径________（填“大于”或“小于”）图B所对应的圆孔的孔径。
A B
解析：只有障碍物或孔的尺寸比光波波长小或跟光波波长相仿时，才能发生明显的衍射现象，图A是光的衍射图样.由于光波波长很短，约在10－7 m数量级以上，所以图A对应的圆孔的孔径比图B对应的圆孔的孔径小.图B的形成可以用光的直进解释.
答案：衍射 小于
8．在固定于光具座上的点燃的蜡烛和光屏之间，放置一个不透明的板，板上开一个直径可调的小孔，让圆孔直径从1 cm左右开始逐渐调小至封闭，在这一过程中在屏上将依次出现的图样正确的是 （ ）
A．蜡烛倒立的像，明亮的圆斑，明暗相间的圆环
B．蜡烛倒立的像，明暗相间的圆环，明亮光斑
C．明亮圆斑，蜡烛倒立的像，明暗相间的圆环
D．明亮圆斑，明暗相间的圆环，蜡烛倒立的像
答案C13.2 光的干涉
【教学目标】
（一）知识与技能
1．通过实验观察认识光的干涉现象，知道从光的干涉现象说明光是一种波。
2．掌握光的双缝干涉现象是如何产生的，何处出现亮条纹，何处出现暗条纹。
（二）过程与方法
1．通过杨氏双缝干涉实验，体会把一个点光源发出的一束光分成两束，得到相干光源的设计思想。
2．通过根据波动理论分析单色光双缝干涉，培养学生比较推理，探究知识的能力。
（三）情感、态度与价值观
通过对光的本性的初步认识，建立辩证唯物主义的世界观。
【教学重点】
双缝干涉图象的形成实验及分析。
【教学难点】
亮纹（或暗纹）位置的确定。
【教学方法】
复习提问，实验探究，计算机辅助教学
【教学用具】
JGQ型氦氖激光器一台，双缝干涉仪，多媒体电脑及投影装置，多媒体课件（相关静态图片及Flash动画）
【教学过程】
（一）引入新课
复习机械波的干涉
［复习提问，诱导猜想］
［多媒体投影静态图片］
师：大家对这幅图还有印象吗？
生：有，波的干涉示意图。
师：［投影问题］请大家回忆思考下面的问题：
图中，S1、S2是两个振动情况总是相同的波源，实线表示波峰，虚线表示波谷，a、b、c、d、e中哪些点振动加强？哪些点振动减弱？
学生回答结果不出所料，大部分同学能答出a、c两点振动加强，d、e两点振动减弱，而对于b点则出现了争议。一种认为b点是振动加强点，另一种则认为b点是由加强到减弱的过渡状态。
师：b点振动加强和减弱由什么来决定呢？只有弄清这一点才能解决两派同学的争端。
（有学生低语，“路程差”）
师：好！刚才这位同学说到了关键，那么就请你来分析一下b点与S1、S2两点的路程差。
生：由图可以看出OO′是S1、S2连线的中垂线，所以b到S1、S2的路程差为零。
师：那么b点应为振动——（学生一起回答）：加强点。
（教师总结机械波干涉的规律，突出强调两列波的振动情况总是完全相同。）
师：光的波动理论认为，光具有波动性。那么如果两列振动情况总是相同的光叠加，也应该出现振动加强和振动减弱的区域，并且出现振动加强和振动减弱的区域互相间隔的现象。那么这种干涉是一个什么图样呢？大家猜猜。
生：应是明暗相间的图样。
师：猜想合理。那么有同学看到过这一现象吗？
（学生一片沉默，表示没有人看到过）
师：看来大家没有见过。是什么原因呢？
［生1］可能是日常生活中找不到两个振动情况总相同的光源。
［生2］可能是我们看见了但不知道是光的干涉现象。
师：两位同学分析得非常好，也许是没有干涉的条件，也许是相逢未必曾相识。大家看他们俩谁分析得对呢？
生：我觉得生1说的不成立，这样的光源很多，像我们教室里的日光灯，我觉得它们完全相同。
师：好。我们可以现场来试试。
（先打开一盏日光灯，再打开另一盏对称位置的日光灯）
师：请大家认真找一找，墙上、地上、天花板上，有没有出现明暗相间的干涉现象？
（大家积极寻找，没有发现，思维活跃，议论纷纷）
师：看来两个看似相同的日光灯或白炽灯光源并不是“振动情况总相同的光源”。
［投影图］
师：1801年，英国物理学家托马斯·杨想出了一个巧妙的办法，把一个点光源分成两束，从而找到了“两个振动情况总是相同的光源”，成功地观察到了干涉条纹，为光的波动说提供了有力的证据，推动了人们对光的本性的认识。下面我们就来重做这一著名的双缝干涉实验。
（二）进行新课
1．杨氏干涉实验
［动手实验，观察描述］
介绍杨氏实验装置（如图）
师：用氦氖激光器演示双缝干涉实验。
用激光器发出的红色光（平行光）垂直照射双缝，将干涉图样投影到教室的墙上，引导学生注意观察现象。
现象：可以看到，墙壁上出现明暗相间的干涉条纹。
师：（介绍）狭缝S1和S2相距很近，双缝的作用是将同一束光波分成两束“振动情况总是相同的光束”。这样就得到了频率相同的两列光波，它们在屏上叠加，就会出现明暗相间的条纹”。
结论：杨氏实验证明，光的确是一种波。
2．亮（暗）条纹的位置
［比较推理，探究分析］
师：通过实验，我们现在知道，光具有波动性。现在我们是不是可以根据机械波的干涉理论来认真探究一下实验中的明暗条纹是如何形成的呢？
［投影图］
图中，P0点距S1、S2距离相等，路程差Δ=S1 P0-S2 P0=0应出现亮纹，（中央明纹）
［演示动画］图20—3中S1、S2发出的正弦波形在P点相遇叠加，P点振动加强（如图）
鉴于上述动画的表述角度和效果，教师在此基础上再播放动画，如下图所示振动情况示意图，使学生进一步明确.不管波处于哪种初态，P0点的振动总是波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇，振幅A总为A1、A2之和，即P点总是振动加强点，应出现亮纹。
师：那么其他点情况如何呢？
［投影图］
P1点应出现什么样的条纹？
生：亮纹。
师：为什么？
生：因为路程差为λ，是半波长的2倍。
师：我们可以从图上动画看一下，［演示下图］
在这里大家看到，屏上P1点的上方还可以找到Δ2=|S1P2-S2P2|=2λ的P2点，Δ3=|S1P3-S2P3|=3λ的P3点，Δn=|S1Pn-S2Pn|=nλ的Pn点，它们对应产生第2、3、4…条明条纹，还有明条纹的地方吗？
生：在P点下方，与P1、P2等关于P0对称的点也应是明条纹。
师：好。我们可以总结为：Δ=2n·，n=0、1、2…时，出现明纹。
［投影下图］那么S1、S2发出的光在Q1点叠加又该如何呢？
［演示动画］我们先来看一下，动画显示，在Q1点振动减弱。
师：在Q1点是波峰与波峰相遇还是波峰与波谷相遇？两振动步调如何？
生：是波峰与波谷相遇，振动步调刚好相反。
（教师启发学生进一步分析这点合振幅情况，以及Q1点与P0、P1的相对位置。）
师：哪位同学能总结一下Q1点的特征？
生：Q1点位置在P0、P1间，它与两波源路程差|S1Q1-S2Q1|=。该点出现暗纹。
师：非常好！大家看像Q1这样的点还有吗？
生：有。
（全体学生此时已能一起总结出Q2、Q3…等的位置）
［教师总结］Δ=|S1Q2-S2Q2|=λ，λ…处，在P1P2、P2P3、…等明纹之间有第2条暗纹Q2、第3条暗纹Q3…
师：哪位同学能用上面的方法写个通式，归纳一下？
生：当Δ=（2n+1） ，n=0、1、2…时，出现暗纹。
［投影下图］
师：综合前面分析，我们可以画出上面图示的双缝干涉结果。
同时介绍一下相干光源，强调干涉条件。引导学生阅读教材57页上方的内容，进一步体会，杨氏实验中的双缝的作用就是得到一对相干光源。
（三）课堂总结、点评
今天我们学习了光的干涉，知道光的确是一种波。我们还确定了双缝干涉实验中，明暗条纹出现的位置：当屏上某点到两个狭缝的路程差Δ=2n·，n=0、1、2…时，出现明纹；当Δ=（2n+1） ，n=0、1、2…时，出现暗纹。
两列波要产生干涉，它们的频率必须相同，且相位差恒定。能够产生干涉的光源叫做相干光源。杨氏实验中，双缝的作用就是得到一对相干光源。
（四）课余作业
完成P57“问题与练习”的题目。
附：课后训练
1．用波长为0.4μm的光做双缝干涉实验，A点到狭缝S1、S2的路程差为1.8×10-6 m，则A点是出现明条纹还是暗条纹？
答案：暗条纹
2．关于杨氏实验，下列论述中正确的是 （ ）
A．实验证明，光的确是一种波。
B．双缝的作用是获得两个振动情况总是相同的相干光源
C．在光屏上距离两个小孔的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹
D．在光屏上距离两个小孔的路程差等于波长的整数倍处出现亮条纹
答案：AB
3．对于光波和声波，正确的说法是
A．它们都能在真空中传播 B．它们都能产生反射和折射
C．它们都能产生干涉 D．声波能产生干涉而光波不能
答案：BC
4．两个独立的点光源S1和S2都发出同频率的红色光，照亮一个原是白色的光屏，则光屏上呈现的情况是 （ ）
A．明暗相间的干涉条纹 B．一片红光
C．仍是呈白色的 D．黑色
解析：两个点光源发出的光虽然同频率，但“振动情况”并不总是完全相同，故不能产生干涉，屏上没有干涉条纹，只有红光。
答案：B
5．在真空中，黄光波长为6×10-7 m，紫光波长为4×10-7 m。现有一束频率为5×1014 Hz的单色光，它在n=1.5的玻璃中的波长是多少？它在玻璃中是什么颜色？
解析：先根据0=c/f0计算出单色光在真空中的波长0，再根据光进入另一介质时频率不变，由n==，求出光在玻璃中的波长.
0=c/f0= m=6×10-7 m，可见该单色光是黄光。
又由n=0/得=0/n= m=4×107 m。由于光的颜色是由光的频率决定的，而在玻璃中光的频率未变化，故光的颜色依然是黄光。
答案：4×10－7 m 黄色第十三章 光
本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，试卷满分为100分．考试时间为90分钟．
第Ⅰ卷(选择题，共40分)
一、选择题(本题共10小题，每题4分，共40分．有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，把正确选项前的字母填在题后的括号内)
1．(2010·全国卷Ⅰ)某人手持边长为6cm的正方形平面镜测量身后一棵树的高度．测量时保持镜面与地面垂直，镜子与眼睛的距离为0.4m.在某位置时，他在镜中恰好能够看到整棵树的像；然后他向前走了6.0m，发现用这个镜子长度的5/6就能看到整棵树的像．这棵树的高度约为( )
A．5.5m B．5.0m
C．4.5m D．4.0m
图1
解析：设初态树与镜面距离为L，成像于像1位置，人向前走6 m等效于人不动树向后退6 m，则树成像于像2位置，设树高为h，由图中几何关系有
＝(①式)、＝(②式)，由①②联立解得h＝4.5 m，所以本题只有选项C正确．
答案：C
2．如下图所示，一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为45°，下面四个光路图中，正确的是( )
解析：发生全反射的临界角
C＝arcsin＝arcsin因α＝45°>C，故发生全反射，选A.
答案：A
图2
3．如图2所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法正确的是( )
①人从右侧向左看，可以看到彩色条纹
②人从左侧向右看，可以看到彩色条纹
③彩色条纹水平排列
④彩色条纹竖直排列
A．①③ B．②③
C．①④ D．②④
解析：因白光照射，各色光形成的明纹宽度不同，相互叠加，形成彩纹，由于薄膜干涉是等厚干涉，因此条纹是水平的．
答案：A
4.
图3
自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽然本身不发光，但在夜间骑车时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，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，尾灯由透明介质做成，其外形如图3所示，下面说法中正确的是( )
A．汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射
B．汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的右表面发生全反射
C．汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射
D．汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射
答案：D
5．下列关于波的说法正确的是( )
A．偏振是横波特有的现象
B．光导纤维传递信号利用了光的全反射原理
C．太阳光下的肥皂泡呈现出彩色条纹，这是光的衍射现象
D．凸透镜的弯曲表面向下压在另一块平板玻璃上，让光从上方射入，能看到亮暗相间的同心圆，这是光的干涉现象
解析：偏振现象是横波的特征，纵波无偏振现象，A对；光导纤维是根据光的全反射原理制成的，B对；太阳光照射下的肥皂泡呈现的彩纹是光的干涉现象，C错；D项中的现象是光的干涉现象，D对．
答案：ABD
6．光纤维通信是一种现代化的通信手段，它可以为客户提供大容量、高速度、高质量的通信服务，为了研究问题方便，我们将光导纤维简化为一根长直玻璃管，如图4所示．设此玻璃管长为L，折射率为n.已知从玻璃管左端面射入玻璃内的光线在玻璃管的侧面上恰好能发生全反射，最后从玻璃管的右端面射出．设光在真空中的传播速度为c，则光通过此段玻璃管所需的时间为( )
图4
A. B.
C. D.
解析：用C表示临界角，则有sinC＝，光在介质中的传播速度为v＝.光在沿光缆轴线的方向上做匀速传播．所用时间为t＝＝＝.故A正确．
答案：A
7．一段时间以来，“假奶粉事件”闹得沸沸扬扬，奶粉中的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量．偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α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5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( )
图5
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α
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α
解析：本题考查光的偏振的实际应用．由题意知，转动B使到达O处的光最强，则偏振片A、B的偏振方向相同．若在A、B之间放上待检糖溶液，因糖溶液对偏振光有旋光效应，使偏振光的偏振方向发生改变，则到达O处的光强度会明显减弱．若适当旋转A或B，可以使偏振光通过偏振片A、糖溶液和偏振片B后到达O处的光强度最大，并且偏振片旋转的角度等于糖溶液的旋光度α，故ACD正确．
答案：ACD
8．(2009·天津高考)已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大，则两种光( )
A．在该玻璃中传播时，蓝光的速度较大
B．以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光折射角较大
C．从该玻璃中射入空气发生全反射时，红光临界角较大
D．用同一装置进行双缝干涉实验，蓝光的相邻条纹间距较大
解析：本题考查了光的干涉、折射、全反射、临界角等相关知识，意在考查考生的理解能力及分析判断能力．在同一种玻璃中，红光的折射率小于蓝光的折射率，由v＝可知，蓝光在该玻璃中的传播速度小于红光，选项A错误；两种光的入射角相同，由sinr＝可知，蓝光的折射角小于红光的折射角，选项B错误；由sinC＝可知，红光的临界角大于蓝光的临界角，选项C正确；由于红光的频率小于蓝光的频率，则红光的波长较长，由干涉条纹间距公式Δx＝λ可知，红光的条纹间距较大，选项D错误．
答案：C
图6
9．(2011·天津模拟)抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图6所示，观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可以判断细丝粗细的变化( )
A．这里应用的是光的衍射现象
B．这里应用的是光的干涉现象
C．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗
D．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细
解析：本题为光的衍射现象在工业生产中的实际应用，考查光的衍射现象，若障碍物的尺寸与光的波长相比差不多或更小，衍射现象较明显．通过观察屏上条纹的变化情况，从而监测抽制的丝的情况，故选AD.
答案：AD
10.
图7
2005年10月4日，瑞典皇家科学院宣布，将该年度诺贝尔物理学奖授予两名美国科学家和一名德国科学家．美国科学家约翰·霍尔和德国科学家特奥多尔·亨施之所以获奖，是因为对基于激光的精密光谱学发展作出了贡献．另一名美国科学家罗伊·格劳伯因为“对光学相干的量子理论”的贡献而获奖，目前一种用于摧毁人造卫星或空间站的激光武器正在研制中，如图7所示，某空间站位于地平线上方，现准备用一束激光射向该空间站，则应把激光器( )
A．沿视线对着空间站瞄高一些
B．沿视线对着空间站瞄低一些
C．沿视线对着空间站直接瞄准
D．条件不足，无法判断
解析：由于大气层对光的折射，光线在传播中会发生弯曲，由光路的可逆性可知，视线与激光束会发生相同的弯曲，所以C项正确．
答案：C
第Ⅱ卷(非选择题，共60分)
二、实验题(本题共2小题，每题8分，共16分)
图8
11．(2010·福建高考)某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行．正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图8所示．①此玻璃的折射率计算式为n＝________(用图中的θ1、θ2表示)；②如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度________(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量．
解析：①由折射率公式可得n＝＝；②玻璃砖的宽度越大，出射光线的侧移量越大，玻璃砖中折射光线的误差越小，所以应选用宽度大的玻璃砖来测量．
答案：①(或) ②大
12．某同学设计了一个测定激光的波长的实验装置如图9(a)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9(b)中的黑点代表亮点的中心位置．
图9
(1)这个现象说明激光具有________________性．
(2)通过测量相邻光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，感光片上相邻两光点间的距离为b，则激光的波长λ＝.
该同学测得L＝1.0000 m、缝间距a＝0.220 mm，用带十分度游标的卡尺测感光片上的点的距离时，尺与点的中心位置如图9(b)所示．
图9(b)图中第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)
(3)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________．
解析：(1)这个现象是光的干涉现象．干涉现象是波独有的特征，所以说明激光具有波动性．
(2)由游标卡尺的读数原理知第1到第4个光点的距离是8.5 mm.
由题意知b＝ mm，a＝0.220 mm，L＝1.0000 m，
所以波长λ＝＝6.2×10－7 m.
(3)蓝光波长小于红光波长，由λ＝知：
相邻两光点间距离变小．
答案：(1)波动 (2)8.5 6.2×10－7 (3)变小．
三、计算题(本题共4小题，13、14题各10分，15、16题各12分，共44分，计算时必须有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)
图10
13．如图10所示，有一圆筒形容器，高H＝20 cm，筒底直径为d＝15 cm，人眼在筒旁某点向筒内壁观察，可看到内侧深h＝11.25 cm.如果将筒内注满水，观察者恰能看到筒壁的底部．求水的折射率．
解析：设入射角r，折射角i，则sini＝，sinr＝，n＝＝＝＝1.33.
答案：1.33
图11
14．半径为R的玻璃半圆柱体，横截面如图11所示，圆心为O.两条平行单色红光沿截面射向圆柱面，方向与底面垂直，光线1的入射点A为圆柱的顶点，光线2的入射点为B，∠AOB＝60°.已知该玻璃对红光的折射率n＝.
(1)求两条光线经柱面和底面折射后的交点与O点的距离d.
(2)若入射的是单色蓝光，则距离d将比上面求得的结果大还是小？
解析：
图12
(1)光路如图12所示，可知i＝60°
由折射率n＝，可得r＝30°
由几何关系及折射定律公式n＝得：i′＝30°，r′＝60°，
∵＝
所以OC＝＝
在△OCD中可得d＝OD＝OCtan30°＝
(2)由于单色蓝光比单色红光波长小、折射率n大，所以向O点偏折更明显，d将减小．
答案：(1) (2)小
15．(2011·南京模拟)如图13
图13
所示，玻璃棱镜ABCD可以看成是由ADE、ABE、BCD三个直角三棱镜组成．一束频率为5.3×1014 Hz的单色细光束从AD面入射，在棱镜中的折射光线如图中ab所示，ab与AD面的夹角α＝60°.已知光在真空中的速度c＝3×108 m/s，玻璃的折射率n＝1.5，求：
(1)这束入射光线的入射角多大？
(2)光在棱镜中的波长是多大？
(3)该束光线第一次从CD面射出时的折射角．(结果可用三角函数表示)
解析：(1)设光在AD面的入射角、折射角分别为i、r，r＝30°，
图14
根据n＝
得sini＝nsinr＝1.5×sin30°＝0.75，i＝arcsin0.75.
(2)根据n＝，
得v＝＝ m/s＝2×108 m/s
根据v＝λf，得λ＝＝ m＝3.77×10－7 m.
(3)光路如图14所示ab光线在AB面的入射角为45°
设玻璃的临界角为C，则sinC＝＝＝0.67
sin45°>0.67，因此光线ab在AB面会发生全反射
光线在CD面的入射角r′＝r＝30°
根据n＝，光线在CD面的出射光线与法线的夹角
i′＝i＝arcsin 0.75.
答案：(1)arcsin0.75 (2)3.77×10－7m (3)arcsin0.75
16．(2011·苏北五市模拟)某有线制导导弹发射时，在导弹发射基地和地导弹间连一根细如蛛丝的特制光纤(像放风筝一样)，它双向传输信号，能达到有线制导作用．光纤由纤芯和包层组成，其剖面如图15所示，其中纤芯材料的折射率n1＝2，包层折射率n2＝，光纤长度为3×103 m．(已知当光从折射率为n1的介质射入折射率为n2的介质时，入射角θ1、折射角θ2间满足关系：n1sinθ1＝n2sinθ2)
图15
(1)试通过计算说明从光纤一端入射的光信号是否会通过
包层“泄漏”出去；
(2)若导弹飞行过程中，将有关参数转变为光信号，利用光纤发回发射基地经瞬间处理后转化为指令光信号返回导弹，求信号往返需要的最长时间．
解析：(1)由题意在纤芯和包层分界面上全反射临界角C满足：n1sinC＝n2sin 90°得：C＝60°，
当在端面上的入射角最大(θ1m＝90°)时，折射角θ2也最大，在纤芯与包层分界面上的入射角θ1′最小．
图16
在端面上：θ1m＝90°时，n1＝得：θ2m＝30°
这时θ′1 min＝90°－30°＝60°＝C，所以，在所有情况中从端面入射到光纤中的信号都不会从包层中“泄漏”出去．
(2)当在端面上入射角最大时所用的时间最长，这时光在纤芯中往返的总路程：s＝，光纤中光速：v＝
信号往返需要的最长时间tmax＝＝.
代入数据tmax＝8×10－5s.
答案：见解析