第三章 章末整合提升

第十三章 光 章末整合提升 1 网络构建 客观简明了然 2 分类突破 整合释疑点拨 3 章末整合提升 网络构建 客观简明了然 光 几 何 光 学 光的反射 反射定律：反射角等于入射角 光路可逆 光的折射 折射定律：入射光线、折射光线、法线的分布 折射率：n12 n 光路可逆 4 章末整合提升 光 几 何 光 学 光的全 反射 条件 从光密介质到光疏介质 入射角大于或等于临界角 临界角：sin C 全反射棱镜：截面是 等腰直角三角形 改变90 改变180 平行玻 璃砖 对光线的控制作用：侧移 测定玻璃的折射率：插针法 5 章末整合提升 光 光的色散：把复色光分 解成单色光的现象 三棱镜折射的色散 干涉、衍射时的色散 光的 干涉 干涉条件：相干光 干涉现象：明暗相间的条纹 解释 亮条纹：路程差是波长的整数倍 暗条纹：路程差是半波长的奇数倍 双缝干涉实验测定光波的波长：两相 邻亮(暗)条纹间距：x 薄膜干涉及其应用 6 章末整合提升 光 物 理 光 学 光 的 衍 射 明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸可以与波长 相比，甚至比光的波长还要小 衍射现象：明暗相间的条纹，中央条纹最宽最亮 衍射光栅：单缝叫衍射，双缝叫干涉，多 缝称为衍射光栅 7 章末整合提升 光 物 理 光 学 光的 偏振 自然光通过偏振片后变成偏振光 偏振现象说明光波是横波 激光 特点：相干性好，平行度好，亮度高 应用：传播信息，激光测距，读取光盘信 息，医疗，全息照相 8 分类突破 整合释疑占拨 章末整合提升 一、光的折射、全反射的综合应用 几何光学是以光线为工具研究光的传播规律，所以解决几何 光学问题的关键是根据“光的传播规律”画出光路图，然后 再利用几何学知识，寻找相应的边角关系. (1)几何光学主要包括四条原理：光的直线传播规律；光 的反射定律；光的折射定律；光路可逆原理. 9 章末整合提升 10 章末整合提升 (3)注意法线的画法：法线画成虚线；法线垂直于界面，如 果界面是圆面，那应该垂直于圆的切线，即法线沿半径通 过圆心. 11 章末整合提升 例1 如图1所示，ABCD是一直角梯形棱镜的 横截面，位于截面所在平面内的一束光线由O 点垂直AD边射入.已知棱镜的折射率n ，AB BC8 cm，OA2 cm，OAB60. (1)求光线第一次射出棱镜时，出射光线的方向 ； 图1 解析 设发生全反射的临界角为C，由折射定律得 12 章末整合提升 代入数据得 C45 光路图如图所示，由几何关系可知光线在AB边 和BC边的入射角均为60，均发生全反射.设光线 在CD边的入射角为，折射角为，由几何关系得30，小 于临界角，光线第一次射出棱镜是在CD边，由折射定律得 13 章末整合提升 代入数据得45 答案 与DC边的夹角为45斜向左下 14 章末整合提升 (2)第一次的出射点距C_ cm. 解析 设光线与AB边、BC边和CD边的交点分别为E、F、G ， CGCFtan 15 章末整合提升 借题发挥 (1)解答光学问题应先准确画出光路图. (2)用光发生全反射的条件来判断光是否已经发生全反射. (3)在处理光学问题时应充分利用光路的可逆性、对称性、相 似性等几何关系. 16 章末整合提升 例2 固定的半圆形玻璃砖的横截面如图2所示， O点为圆心，OO为直径MN的垂线.足够大的光 屏PQ紧靠玻璃砖右侧且垂直于MN.由A、B两种 单色光组成的一束光沿半径方向射向O点，入射 光线与OO夹角较小时，光屏NQ区域出现两个光斑，逐渐 增大角，当时，光屏NQ区域A光的光斑消失，继续增 大角，当时，光屏NQ区域B光的光斑消失，则( ) 图2 17 章末整合提升 A.玻璃砖对A光的折射率比对B光的大 B.A光在玻璃砖中传播速度比B光的大 C.时，光屏上只有1个光斑 D. 时，光屏上只有1个光斑 18 章末整合提升 解析 随入射角增大最先消失的是A光，所以A光的临界角 小于B光的临界角，根据sin C 可知nAnB，选项A正确， B错误； 反射光线从玻璃砖的右侧射出，在NP部分会一直有一个AB 光重合的光斑，所以时，B光不会发生全反射，在 光屏上会有两个光斑，选项C错误； 19 章末整合提升 时，两种光都发生全反射，光屏上只有一个光 斑出现在NP部分，选项D正确. 答案 AD 20 章末整合提升 二、测折射率的方法 测折射率常见的方法有成像法、插针法及全反射法，不管 哪种方法其实质相同，由折射定律n 知，只要确定出 入射角1及折射角2即可测出介质的折射率. 21 章末整合提升 例3 在“测定玻璃的折射率”的实验中，某同学经正确操 作插好了4枚大头针，如图3甲所示. 图3 22 章末整合提升 (1)在图4中画出完整的光路图； 图4 23 章末整合提升 解析 分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点，并延长与 玻璃砖边分别相交，标出传播方向，然后连接玻璃砖边界 的两交点，即为光线在玻璃砖中传播的方向.光路如图所示. 答案 如解析图所示 24 章末整合提升 (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_(保留三位有效数字). 解析 设方格纸上正方形的边长为1，光线的入射角为i，折 射角为r，则sin i 0.798，sin r 0.521. 1.53(0.03范围内都可) 25 章末整合提升 (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3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_(填“A”或“B”). 解析 由题图乙可知，光线P1P2入射到玻璃砖上时，相当于 光线射到了一个三棱镜上，因此出射光线将向底边偏折，所 以出射光线过P3和A. A 26 章末整合提升 例4 如图5所示，半球形玻璃砖的平面部分水平，底部中点 有一小电珠.利用游标卡尺(或直尺)测量出有关数据后，可计 算玻璃的折射率.试完成以下实验步骤： 图5 27 章末整合提升 (1)若S发光，则在玻璃砖平面上方看到平面中有一圆形亮斑 ，用游标卡尺测出_和_(写 出对应字母和其表示的意义). (2)写出玻璃折射率的表达式：_(用上述测 量的物理量的字母表示). 28 章末整合提升 答案 (1)圆形亮斑的直径d1(或半径r1) 半球形玻璃砖的直径 d2(或半径r2) 29 章末整合提升 三、光的干涉 1.产生干涉的条件：两列频率相同、相位差恒定、振动情况 相同的光. 2.产生明暗条纹的条件：当sk时出现明条纹；当s (2k1) 时出现暗条纹(其中k0，1，2，). 相邻明(或暗)条纹间距：x . 30 章末整合提升 3.双缝干涉图样的特点：单色光照射时为间距相同的明暗相 间的条纹，白光照射时为彩色条纹. 4.双缝干涉法测光波的波长：相邻明(或暗)条纹间距x ，得： . 31 章末整合提升 5.薄膜干涉 (1)薄膜干涉中的条纹是从薄膜前、后两个表面反射的光在 光源这一侧干涉形成的. (2)同一条纹上的点厚度相同，所以若用肥皂薄膜做实验， 条纹为横条纹. 32 章末整合提升 例5 如图6所示为双缝干涉实验，甲图为 用绿光照射时的结果，a为中央亮条纹， a为相邻亮条纹；乙图为换用另一种单色 光照射的结果，a为中央亮条纹，a为相 邻亮条纹，两次实验中双缝间距和双缝到屏的距离相等， 以下说法正确的是( ) 图6 33 章末整合提升 A.乙图可能是用红光照射，表明红光波长较长 B.乙图可能是用紫光照射，表明紫光波长较长 C.乙图可能是用紫光照射，表明紫光波长较短 D.乙图可能是用红光照射，表明红光波长较短 34 章末整合提升 解析 由题图知甲图中条纹间距大，由x 可知， 在l和d相同的情况下，x大，则大；x小，则小； 所以乙图中所用单色光波长较短，因紫光比绿光波长 短，故选项C正确. 答案 C 35 章末整合提升 四、几何光学和光的本性的结合 几何光学和光的本性(例如干涉、衍射等) 结合点是折射率n和光的频率f，折射率n和f间虽然不存在公 式关系，但它们的大小存在对应关系：频率f越大，折射率 n越大，再由cf找出与波长的关系，由波长关系可联系 双缝干涉、光的衍射等现象的应用. 36 章末整合提升 例6 如图7所示，一束复色光从空气中沿半圆形玻璃砖半 径方向射入