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第二章 光,第1讲 光的折射 全反射 光的波动性,一、光的反射 1概念：光线入射到两种介质的界面上时，光的传播方向发生改变，一部分光返 回原来的介质中的现象，叫做光的反射 2光的反射定律 (1)反射光线和入射光线在同一平面内； (2)反射光线和入射光线分居在法线两侧； (3)反射角等于入射角 3光路的特点：在反射现象中，光路是可逆的,三、全反射和临界角 1光疏介质和光密介质：两种介质比较，折射率较小的介质叫光疏介质；折射 率较大的介质叫光密介质；“光疏、光密”具有相对性 2全反射：光从光密介质射入光疏介质时，在界面处一部分光被反射回原介质 中，一部分光被折射到另一种介质中，随着入射角的增大，折射角逐渐增 大，且折射光线越来越弱，反射光线越来越强，当入射角增大到某一角度， 使折射角达到90时，折射光线完全消失，只剩下反射光线，这种现象叫做全 反射,四、棱镜、光的色散 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 3棱镜 (1)含义：截面是三角形的玻璃仪器，可以使光发生色散，白光的色散表明 各色光在同一介质中的折射率不同 (2)三棱镜对光线的作用：改变光的传播方向，使复色光发生色散,4各种色光的比较,六、光的衍射 1光离开直线路径绕到障碍物阴影里的现象叫光的衍射 2发生明显衍射的条件：只有在障碍物或孔的尺寸比光的波长小或者跟波长 差不多的条件下，才能发生明显的衍射现象 3泊松亮斑：当光照到不透光的小圆板上时，在圆板的阴影中心出现的亮斑 (在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环),七、光的偏振 1偏振：光波只沿某一特定的方向振动，称为光的偏振 2自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包括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，这种光叫做自然光 3偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光，叫做偏振 光光的偏振证明光是横波自然光通过偏振片后，就得到了偏振光,自我诊断,图211,2如图212所示，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 图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,图212,解析：A中出现明暗相间的条纹，是衍射现象，B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图A 是光的衍射图样，由于光波波长很短，约在107 m数量级上，所以图A对应的圆 孔的孔径比图B所对应的圆孔的孔径小图B的形成可以用光的直线传播解释 答案：衍射 小于,图213,4(2010北京理综，14)对于红、黄、绿、蓝四种单色光，下列表述正确的是 ( ) A在相同介质中，绿光的折射率最大 B红光的频率最高 C在相同介质中，蓝光的波长最短 D黄光光子的能量最小 解析：在红、黄、绿、蓝四种单色光中，蓝光的折射率最大，频率最高，波长 最短，光子能量最大 答案：C,5下列说法中正确的是 ( ) A在水中的潜水员斜向上看岸边的物体时，看到的物体将比物体所处的实 际位置低 B光纤通信是一种现代通信手段，是利用光的全反射将大量信息高速传输的 一种方式 C水中的气泡看起来特别明亮，是因为光线从水射向气泡时，一部分光在界 面上发生了全反射的缘故 D雨后天空出现的彩虹是薄膜干涉现象 解析：在水中的潜水员斜向上看岸边的物体时，看到的物体将比物体所处的实 际位置高些，雨后天空出现的彩虹是光的色散现象 答案：BC,6. (2010全国卷，20)频率不同的两束单色光1和2以 相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后，其光路 如图214所示，下列说法正确的是 ( ) A单色光1的波长小于单色光2的波长 B在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度 C单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间 D单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临 界角,图214,7(2010山东理综，37(2)如图215所示， 一段横截面为正方形的玻璃棒，中间部分 弯成四分之一圆弧形状，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 求该玻璃棒的折射率 若将入射光向N端平移，当第一次射到弧面EF上时_(填 “能”“不 能”或“无法确定能否”)发生全反射,图215,一、光具对光线的控制作用 1不同光具对光线的控制作用不同，但本质上是光的折射、反射规律的体现，不 可盲记要具体问题具体分析 2对不同光具的作用要分析透彻，灵活运用 (1)平行玻璃砖：出射光与入射光总平行，但有侧移 (2)三棱镜：使光线向底边偏折 (3)圆(球)形玻璃：法线总过圆(球)心,三、衍射与干涉的比较,折射定律的理解及应用,图216,反思领悟：规范地作出光路图是解决几何光学问题的关键和前提，根据光路图找出入射角和折射角，利用题目所给信息确定入射角和折射角的正弦,一半径为R的1/4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217所示，已知入射光线与桌面的距离为R/2.求出射角.,图217,全反射现象的理解及应用,图218,答案：B 反思领悟：解答这一类问题要抓住折射定律和全反射的条件在分析、研究光路 时，常要假设某一条光线恰能符合题意要求，再据此画出其反射、折射或全反射 的光路图，作出推断或求解,图219,光的干涉、光的衍射和光的偏振现象,【例3】(1)在研究材料A的热膨胀特性时，可采用如图 2110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，在它们之间形成一厚度均匀的空气膜 现在用波长为的单色光垂直照射，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；当温度升高到t2时，亮度再一 次回到最亮,图2110,在B板上方观察到的亮暗变化是由哪两个表面的反射光叠加形成的？ 温度由t1升高到t2时，A的高度升高多少？,(2)肥皂泡在太阳光照射下呈现的彩色是_现象；露珠在太阳光照射下呈 现的彩色是_现象；通过狭缝看太阳光时呈现的彩色是_现象 凡是波都具有衍射现象，而把光看做直线传播的条件是_要使光产生 明显的衍射，条件是_ 当狭缝的宽度很小并保持一定时，用红光和紫光照射狭缝，看到的衍射条纹的 主要区别是_ 如图2111所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向 为轴旋转偏振片P或Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现 象，这个实验表明_ _.,图2111,(2011上海宝山区模拟)在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，图2112四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是 ( ),图2112,Aa、c Bb、c Ca、d Db、d 答案：D,对简谐运动有关内容的考查,1.华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理奖，他被誉为 “光纤通讯之父”光纤通讯中信号传播的主要载体 是光导纤维，它的结构如图2113所示，其内芯和 外套材料不同，光在内芯中传播下列关于光导纤维的说法中正 确的是 ( ),图2113,A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 B内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射 C波长越短的光在光纤中传播的速度越大 D频率越大的光在光纤中传播的速度越大 解析：光纤内芯比外套折射率大，在内芯与外套的界面上发生全反射，A对，B错；频 率大的光波长短，折射率大，在光纤中传播速度小，C、D错选A.本题容易 答案：A,2.夏天海面上，下层空气的温度比上层低，我们设想 海面上的空气是由折射率不同的许多水平气层组成 的，远处的景物发出的光线由于不断被折射，越来 越偏离原来的方向，以致发生全反射人们逆着光 线看去就出现了蜃景，如图2114所示，则下列说法中正确的是 ( ) A海面上，上层空气的折射率比下层空气的折射率要小 B海面上，上层空气的折射率比下层空气的折射率要大 CA是蜃景，B是景物 DB是蜃景，A是景物 答案：AC,图2114,3.自行车上的红色尾灯不仅是装饰品，也是夜间骑车 的安全指示灯，它能把来自后面的光线反射回去 某种自行车尾灯可简化为由许多整齐排列的等腰直 角棱镜(折射率n)组成，棱镜的横截面如图2115 所示一平行于横截面的光线从O点垂直AB边射入棱 镜，先后经过AC边和CB边反射后，从AB边的O点射出，则出射光线是 ( ) A平行于AC边的光线 B平行于入射光线的光线 C平行于CB边的光线 D平行于AB边的光线 解析：光线经两次全反射平行于入射光线射出，选B. 答案：B,图2115,4.如图2116所示，MN是位于竖直平面内的光屏， 放在水平面上的半圆柱形玻璃砖的平面部分ab与屏 平行由光源S发出的一束白光从半圆沿半径射入玻 璃砖，通过圆心O再射到屏上在水平面内以O点为 圆心沿逆时针方向缓缓转动玻璃砖，在光屏上出现了彩色光带当玻璃砖转动角 度大于某一值时，屏上彩色光带中的某种颜色的色光首先消失有关彩色的排列 顺序和最先消失的色光是 ( ) A左紫右红，紫光 B左红右紫，紫光 C左紫右红，红光 D左红右紫，红光,图2116,解析：本题考查光的全反射和光的色散在水平面内 以O为圆心沿逆时针方向缓慢转动玻璃砖，光线发生如 图所示的折射，折射程度最大的是紫光，折射程度最小 的是红光，因此左红右紫，随着转动，紫光的折射角最 先达到90，因此紫光最先发生全反射，最先消失，B项正确难度较易 答案：B,图2117,考查光的干涉现象和衍射现象,6(2010上海单科，3)声波能绕过某一建筑物传播而光波却不能绕过该建筑物， 这是因为 ( ) A声波是纵波，光波是横波 B声波振幅大，光波振幅小 C声波波长较长，光波波长很短 D声波波速较小，光波波速很大 解析：意在考查考生对产生明显波的衍射条件的理解根据波产生明显衍射现 象的条件障碍物或孔的尺寸与波的波长差不多或比波的波长小可知，声波有 明显的衍射而光波的衍射不明显是因为声波的波长较长，C正确 答案：C,7(2011潍坊五校联考，4)用如图2118所示的 实验装置观察光的薄膜干涉现象图(a)是点燃酒 精灯(在灯芯上撒些盐)，图(b)是竖立的附着一层 肥皂液薄膜的金属丝圈将金属丝圈在其所在的 竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是( ) A当金属丝圈旋转30时干涉条纹同方向旋转30 B当金属丝圈旋转45时干涉条纹同方向旋转90 C当金属丝圈旋转60时干涉条纹同方向旋转30 D干涉条纹保持原来状态不变 解析：金属丝圈的转动，改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状，由干涉原理可知 干涉条纹与金属丝圈在该竖直平面内的转动无关，仍然是水平的干涉条纹，D对 答案：D,图2118,光的折射、全反射与光的波动性的综合,9.如图2119所示，一束复色光斜射到置于空气 中的厚平板玻璃(上、下表面平行)的上表面，穿 过玻璃后从下表面射出，变为a、b两束平行单色 光关于这两束单色光，下列说法中正确的是( ) A此玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率 B在此玻璃中a光的全反射临界角小于b光的全反射临界角 C在此玻璃中a光的传播速度大于b光的传播速度 D用同一双缝干涉装置进行实验可看到a光的干涉条纹间距比b光的宽,图2119,10.如图2120所示，两束单色光a、b从水面 下射向A点，光线经折射后合成一束光c，则 下列说法正确的是 ( ) A用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验，a光的干涉条纹间距大于b 光的干涉条纹间距 B用a、b光分别做单缝衍射实验时它们的衍射条纹宽度都是均匀的 C在水中a光的速度比b光的速度小 D从水射向空气时a光的临界角大于b光的临界角,图2120,11. (2010江苏单科)(1)如图2121所示，在杨氏 双缝干涉实验中，激光的波长为5.30107 m， 屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95107 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6.30107 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”) (2)如图2122所示，一束激光从O点由空气射入厚度均匀的介质，经下表 面反射后，从上表面的A点射出已知入射角为i，A与O相距l，介质的折射率 为n，试求介质的厚度d.,图2121,图2122,应用折射定律出错,【例1】 一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光a、b. 已知a光的频率小于b光的频率下面的几个图中哪个光路图可能是正确的( ),错解：A或D,错因分析：不清楚光的频率与折射率的关系，错选A；不能正确应用折射定律， 在下表面盲目代入公式分析，错选D. 正确解析：由于a光的频率小于b光的频率，可知a光的折射率小于b光的折射 率在上表面a、b两束单色光的入射角相同，由折射定律可判断出a光的折射角 大于b光的折射角在下表面光线由玻璃射向空气，光线折射率应为折射角正弦 比入射角正弦，故下表面的折射角应与上表面的入射角相同，即通过玻璃砖后的 出射光线应与原入射光线平行 答案：B,应用干涉条纹间距与光波波长关系出错,【例2】 激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理用二次曝 光照相所获得“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度v与二 次曝光时间间隔t的乘积等于双缝间距，实验中可测得二次曝光时间间隔t、 双缝到屏的距离L以及相邻两条纹间距x，如所用激光波长为，则该实验确 定物体运动速度的表达式是 ( ),错解：C,单击此处进入 限时规范训练,
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