测评网学习资料-高二物理光学、电磁波.doc

第一讲第一讲 光的折射光的折射 基本概念与基本规律基本概念与基本规律 1 光的反射定律 光的反射定律 光从一种介质射到另一种介质的分界面时发生反射 光的反射定律 反射光线与入射光线 法线处在同一平面内 反射光线与入射光分 别位于法线的两侧 2 光的折射现象 光的折射定律光的折射现象 光的折射定律 折射光线与入射光线 法线处于同一平面内 折 射光线与入射光线分别位于法线两侧 入射角的正弦与折射角的正弦成正比 注意两角三线的含义 折射率 光线从介质 介质 1 2 sin sin v v r i n 折射现象的光路可逆性 3 折射率 折射率 入射角的正弦与折射角的正弦的比 折射率的物理意义 表示介质折射光的本领大小的物理量 折射率大小的决定因素 介质 光源 频率 在其它介质中的速度 式中 n 为介质的折射率 n 1 故 v c v c n 介质的折射率是反映介质光学性质的物理量 它的大小由介质本身决定 r i n sin sin 同时光的频率越高 折射率越大 而与入射角 折射角的大小无关 某一频率的光在不同介质中传播时 频率不变但折射率不同 所以光速不同 波长也不同 与机械波相同 不同频率的光在同一介质中传播时 折射率不同 所以光速不同 波长也不同 与机械波的区别 频率越高 折射率越大 4 折射时的色散 含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫光的色散 1 光通过棱镜时将向棱镜的横截面的底边方向偏折 2 通过棱镜成像偏向顶点 3 实验表面 一束白光进入棱镜而被折射后 在屏上的光斑是 彩色的 说明光在折射时发生了色散 4 光的色散规律 红光通过棱镜后偏折的程度比其他颜色的光 的要小 而紫光的偏折程度比其他颜色的光要大 说明透明物质对于波长不同的光的折射率是不同的 波长越长 折射率越小 5 应用应用 一般方法 分析光的折射时 一般需作出光路图 以便应用折射规律 及光路图中提供的几何关系来解答 在实际应用中 常见方法是 三角形边角关系法 近似法 即利用小角度时 tan sin 的近似关系求解 记住光路是可逆的原理 1 折射率的测定 2 利用折射定律结合几何知识解答的折射问题 3 多向思维方式理解 应用关键物理量 n 像似深度 h H n 全反射nC 1sin 折射率与波速度的关系 v C n 6 光的全反射现象 反射条件 临界角光的全反射现象 反射条件 临界角 全反射产生的条件是 1 光从光密介质射向光疏介质 2 入射角大于或等于临界 角 两条件必须同时存在 才发生全反射 临界角是一种特殊的入射角 当光线从某介质射入真空 或空气 时 其临界角的正弦值为 c v n C 1 sin 注意 注意 临界角的含义 折射角为 90 时的入射角 规律 一旦发生全反射 即符合光的反射定 律 光密介质与光疏介质 两个不同的介质 例题精选例题精选 例 如图所示 一储油圆桶 底面直径与桶高均为 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 在 A 点沿 AB 方向 看去 看到桶底上的 C 点 C B 相距 由此可得油的折射率 4 d n 光在油中传播的速度 v m s 结果可用根式表示 答案 6 25 C 5 23 举一反三 由某种透光物质制成的等腰直角棱镜ABO 两腰长 都是 16 cm 为了测定这种物质的折射率 将棱镜放在直角坐标系中 并使两腰与ox oy轴重合 如图所示 从OB边的C点注视A棱 发 现A棱的视位置在OA边D点 在C D两点插大头针 看出C点坐标 位置 0 12 D点坐标位置 9 0 由此可计算出该物质的折射率为 答案 4 3 例 2 如图所示 为用透明介质做成的空心球 其折射率为 内 外半径分别为n 用内表面涂上能完全吸光的物质 当一束平行光射向此球时被内表面吸收ba和ab 掉的光束在射进空心球前的横截面积是多少 答案 22a n 例 3 某三棱镜的横截面是一直角三角形 如图所示 A 90 B 30 C 60 棱镜材料的折射率为 n 底面 BC 涂黑 入射光沿平行于底面 BC 面 经 AB 面和 AC 面折射后出射 求 1 出射光线与入射光线延长线间的夹角 2 为使上述 入射光线能从 AC 面出射 折射率 n 的最大值为多少 解答 画出光路图如图所示 1 因为入射光平行于 BC 面 i 60 由折射定律有 所以n i sin sin n2 3 sin 光折到 AC 面上时 n sin sin 由几何关系可得 A 90 n n 2 34 sin1cossin 2 2 2 34 sinsin 2 n n 30 2 34 arcsin30 2 n 2 要使有光线从 AC 面射出 应有 sinr 1 即 得1 2 34 2 n 32 1 n 例 4 如图所示 一玻璃柱体的横截面为半圆形 细的单色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 2 已知玻璃折射率为 入射角为 450 相应的3 折射角为 240 现保持入射光线不变 将半圆柱绕通过 O 点垂直于图面的轴线顺时针转 过 150 如图中虚线所示 则 A 光束 转过 150 B 光束 1 转过 300 C 光束 2 转过的角度小于 150 光束 2 转过的角度大于 150 答案 BC a b O 150 450 入射光线 1 2 例 5 如图所示 只含黄光和紫光的复色光束 PO 沿半径方向射入空气中的玻璃半圆 柱内 被分成两光束 OA 和 OB 若 OA 和 OB 分别沿如图所示的方向射出 则 O 为黄色 OB 为紫色 OA 为紫色 OB 为黄色 OA 为黄色 OB 为复色 A 为紫色 B 为复色 答案 C 例 6 如图所示 一束白光以较大的入射角到三棱镜的一个侧面 从另一个侧面射出 在屏 上形成从红到紫的彩色光带 当入射角逐渐减小时 A 红光最先消失 B 红光紫光同时消失 C 紫光最先消失 D 红光紫光都不消失 答案 C 例 7 一点光源发出一束光经一平面镜反射 打在天花 板上 平面镜以角速度 匀速转动 当入射角为 时 光 斑的运动速度是多少 已知天花板到平面镜的距离为 h 答案 2 cos h 例 7 太阳照在平坦的大沙漠上 我们在沙漠中向前看去 发现前方某处射来亮光 好象太阳光从远处水面射来的一样 我们认为前方有水 但走到该处仍是干燥的沙漠 这种现象在夏天城市中太阳照在沥青路面时也能看到 对此有以下解释 这是光的干涉现象 这是光的全反射现象 形成原因是越靠近地面处折射率越大 形成原因是越靠近地面处折射率越小 其中正确的是 A B C D 答案 D 第一讲第一讲 光的折射光的折射 课后练习课后练习 1 发出白光的细线光源 ab 长度为 l0 竖直放置 上端 a 恰 好在水面以下 如图 现考虑线光源 ab 发出的靠近水面法线 图中 的虚线 的细光束经水面折射后所成的像 由于水对光有色散作用 若以 l1表示红光成的像的长度 l2表示蓝光成的像的长度 则 答案 D A l1 l2 l0 B l1 l2 l0 C l2 l1 l0 D l2 l1 l0 2 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 图中哪个光路图可能是正确的 答案 B 3 如图所示 一个棱镜的顶角为 41 30 一束白光以较大的入射角从棱镜的左侧面 射入 在光屏上形成从红到紫排列的彩色光带 各色光在棱镜中的折射率和临界角见表 当入射角逐渐减小到 0 的过程中 彩色光带的变化情况是 答案 A 色光红橙黄绿蓝紫 折射率1 5131 5141 5171 5191 5281 532 临界角41 37041 34041 23041 17040 88040 750 A 紫光最先消失 最后只剩红光 橙光 B 紫光最先消失 最后只剩红光 橙光 黄光 C 红光最先消失 最后只剩紫光 D 红光最先消失 最后只剩紫光 蓝光 4 如图激光液面控制仪的原理是 固定的一束激光 AO 以入射角 i 照射到水平液面 上 反射光 OB 射到水平放置的光屏上 屏上用光电管将光讯号转换为电讯号 电讯号输 入控制系统来控制液面的高度 若发现光点在屏上向右移动了 s 距离 射到 B 点 则液 面的高度变化是 答案 D A 液面降低 B 液面升高 i s tan f s f s i s tan C 液面降低 D 液面升高 f s i s tan2 i s tan2 f s 5 一块透明的光学材料 AB 为其一个端面 建立平面直角坐标系如图甲所示 设 该光学材料的折射率沿 y 轴正方向 即 BA 方向 均匀减小 有一光线 PO 从真空中以某一 入射角射向 O 点 并进入该材料的内部 则该光线在光学材料内都可能的传播路径是图 乙中的 答案 D 解 如图所示 由于该材料折射率由下向上均匀减小 可以设想将它分割成折射率不同的薄层 光 线射到相邻两层的界面时 如果入射角小于临界角 则射入上一层后折射角大于入射角 光线偏离法线 到达更上层的界面时入射角逐渐增大 当入射角达到临界角时发生全反射 光线开始向下射去直到从该 材料中射出 6 如图所示 一条长度为 L 5 0m 的光导纤维用折射率为 n 的材料制成 一细2 束激光由其左端的中心点以 45 的入射角射入光导纤维内 经过一系列全反射后从 右端射出 求 1 该激光在光导纤维中的速度 v 是多大 2 该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少 答案 l 2 12 108m s 2 2 36 10 8s 7 如图所示 两块同样的玻璃直角三棱镜 ABC 两者的 AC 面是平行放置的 在它们 之间是均匀的未知透明介质 一单色细光束 O 垂直于 AB 面入射 在图示的出射光线中 A 1 2 3 彼此平行 中的任一条都有可能 B 4 5 6 彼此平行 中的任一条都有可能 C 7 8 9 彼此平行 中的任一条都有可能 D 只能是 4 6 中的某一条 答案 B 8 某液体中有一个空心的玻璃棱镜 假如有光线射在棱镜的 面上 如图所示 这条 光线折射后的出射光线将会 答案 B 向棱镜底边 偏折 向棱镜顶角 偏折 不发生偏折 在 面折射进入空心部分后可能全部照到 面上 9 如图所示 和都是厚度均匀的平玻璃板 它们之间的夹角为 一细光束以入射ab 角从 P 点射入 已知此光束由红光和蓝光组 成 则当光束透过板后 b A 传播方向相对于入射光方向向左偏转角 B 传播方向相对于入射光方向向右偏转角 C 红光在蓝光的左边 D 红光在蓝光的右边 答案 C 10 如图所示 光从 点射入圆形玻璃 而从 点射出 若出射光 线相对于入射光线的偏向角为 AB 弧所对的圆心角为 下列说法正确的是 0 30 0 120 玻璃的折射率为 玻璃的折射率为23 玻璃的折射率为 光线在 点的入射角为 2 62 0 120 答案 A 11 如图所示 横截面为等腰三角形的两个玻璃三棱镜 它们的顶角分别为 且 2 C 1 下列结论中正确的是 答案 C A 光束 b 的频率比光束 a 低 B 在水中的传播速度 光束 a 比光束 b 小 C 水对光束 a 的折射率比水对光束 b 的折射率小 D 若光束从水中射向空气 则光束 b 的临界角比光束 a 的临界角大 13 abc 为一全反射棱镜 它的主截面是等腰直角三角形 如图所示 一束白光垂直 入射到 ac 面上 在 ab 面上发生全反射 若光线入射点 O 的位置保持不变 改变光线的 入射方向 不考虑自 bc 面反射的光线 答案 A A 使入射光按图中的顺时针方向逐渐偏转 如果有色光射出 ab 面 则红光首先射 出 B 使入射光按图中的顺时针方向逐渐偏转 如果有色光射出 ab 面 则紫光首先射 出 C 使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转 红光将首先射出 ab 面 D 使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转 紫光将首先射出 ab 面 14 图中 ABCD 是一个用折射率 n 2 4 的透明介质做成的四棱柱镜 图中所示其横截 面 A C 90 B 60 AB BC 现有平行光线垂直入射到棱镜的 AB 面上 如图所示 若每个面上的反射都有不能忽略 求出射光线 要求 ab c O 顺 逆 1 画出所有典型光线 从入射到射出的光路图 为了图面简洁 表示光线 进行方向 的箭头只在棱镜外面的光线上标出即可 2 简要说明所画光路的根据 并说明每条典型光线只可能从棱镜表面的哪部分射出 15 现在高速公路上的标志牌都用 回归反光膜 制成 夜间行车时 它能把车灯射出的 光逆向返回 标志牌上的字特别醒目 这种 回归反光膜 是用球体反 射元件制成的 如图所示 反光膜内均匀分布着直径为 10 m 的细玻 璃珠 所用玻璃的折射率为 为使入射的车灯光线经玻璃珠折射3 反射 再折射后恰好和入射光线平行 那么第一次入射的入射角 应是 答案 D A 15 B 30 C 45 D 60 16 光导纤维在信息传递方面有很多应用 利用光导纤维进行 光纤通信所依据的原理是 答案 B A 光的折射 B 光的全反射 C 光的干涉 D 光的色散 7 测定玻璃折射率的实验中 1 某同学做实验插针的步骤如下 A 在表示入射光线的 AO 上插上大头针 P1和 P2 B 通过玻璃砖观察 P1和 P2 调整视线 直到 P1的像被 P2的像挡住 C 在观察一侧插上大头针 P3和 P4 并记下 P3和 P4的位置 这位同学在操作中有什么重要疏漏 2 以通过 P1P2的直线与玻璃砖的交点 O 为圆心 以某一适当长度 R 为半径画圆 与 OA 交于 P 于 OO 的延长线交于 Q 从 P 和 Q 分别做玻璃砖界面的法线 NN 的 垂线 P 和 Q 分别为垂足 如图 17 3 4 所示 用刻度尺量得 PP 45mm QQ 30mm 求玻璃砖的折射率 答案 1 疏漏 插针时应使 P3挡住 P1和 P2的像 P4挡住 P1 P2 P3的像 2 根据折射定律 5 1 30 45 sin sin QQ PP RQQ RPP r i n 18 半径为 R 的玻璃半圆柱体 横截面如图所示 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 圆柱面的顶点 光线 2 的入射点 B AOB 60 已知该玻璃对红 光的折射率 n 3 1 求两条光线经柱面和底面折射后交点与 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 答案 1 R 3 2 小 19 学校开展研究性学习 某研究性学习小组的同学根据所学的 光学知识 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 竖直进入液体中 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 P 所插的位置 就可直接读出液体折射率的 值 则 1 若 OP3与 OC 的夹角为 则 P3处所对应的折射率的值为 30AOF 30 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 答案 1 1 73 3 分 2 P4 3 分 3 1 第二讲第二讲 光的干涉 用双缝干涉测波长 衍射现象光的干涉 用双缝干涉测波长 衍射现象 基本概念基本规律基本概念基本规律 1 光的干涉现象 频率相同 振动方向一致 相差恒定 步调 差恒定 的两束光 在相遇的区域出现了稳定相间的加强区域和 减弱区域的现象 产生干涉的条件 若 S1 S2光振动情况完全相同 则符合 n 0 1 2 3 时 出现亮条纹 若符合 nx d L rr 12 n 0 1 2 3 时 出现暗条纹 2 12 12 nx d L rr 相邻亮条纹 或相邻暗条纹 之间的中央间距为 d L x 熟悉条纹特点 中央为明条纹 两边等间距对称分布明暗相 间条纹 2 用双缝干涉测量光的波长 原理 两个相邻的亮纹或暗条纹的中心间距是 x l d 测波长为 d x l 1 观察双缝干涉图样 只改变缝宽 用不同的色光来做 改变屏与缝的间距 看条纹间距的变化 单色光 形成明暗相间的条纹 白光 中央亮条纹的边缘处出现了彩色条纹 这是因为白光是由不同颜色的单色光 复合而成的 而不同色光的波长不同 在狭缝间的距离和狭缝与屏的距离不变的条件下 光波的波长越长 各条纹之间的距离越大 条纹间距与光波的波长成正比 各色光在双 缝的中垂线上均为亮条纹 故各色光重合为白色 2 测定单色光的波长 双缝间距是已知的 测屏到双缝的距离 测相邻两条亮l 纹间的距离 测出个亮纹间的距离 则两个相邻亮条纹间距x na 1 n a x 3 光的色散 不同的颜色的光 波长不同在双缝干涉实验中 各种颜色的光都会发生干 涉现象 用不同色光做实验 条纹间距是不同的 说明 不同颜色的光 波长不同 含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫光的色散 各种色光按其波长的有序排列就是光谱 图 16 1 1 从红光 紫光 光波的波长逐渐变小 4 薄膜干涉中的色散现象 如图 把这层液膜当做一个平面镜 用它观 察灯焰的像 是液膜前后两个反射的光形成 的 与双缝干涉的情况相同 在膜上不同位置 来自前后两个面的反射光用图中实虚线 来代表两列光 所走的路程差不同 在某些位置叠加后加强 出现了亮纹 在另一些位置 叠加后相互削弱 于是出现了暗 纹 注意 关于薄膜干涉要弄清的几个问题 是哪两列光波发生干涉 应该从哪个方向去观察干 涉图样 条纹会向哪个方向侧移 5 应用 1 照相机 望远镜的镜头表面的增透膜 2 检查工件表面是否平整 6 光的衍射现象 光偏离直线传播绕过障碍物进入阴影区域里的现象 产生明显衍射的条件 障碍物或孔 缝 的尺寸与波长可比 相差不多 或更小 单色光单缝衍射图象特点 中央条纹最宽最亮 两侧为不等间隔的明暗相间的条纹 应用 用衍射光栅测定光波波长 精选例题 精选例题 例 1997 年高考全国卷 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 答案 C A 只有红色和绿色的双缝干涉条纹 其它颜色的双缝干 涉条纹消失 B 红色和绿色的双缝干涉条纹消失 其它颜色的双缝干 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 例 2 如图所示 单色光源发出的光经一狭缝 照射到光屏上 则可观察到的图 象是 答案 A 例 3 如图 a 所示是利用双缝干涉测定单色光波长的实验装置 滤光片的作用是 单缝的作用是 双缝的作用是 单缝和双缝之 间的方向关系是 某同学在做该实验时 第一次分划板中心刻度对齐 A 条纹中心时 图 1 游标卡尺的示数如图 3 所示 第二次分划板中心刻度对齐 B 条纹中 心时 图 2 游标卡尺的示数如图 4 所示 已知双缝间距为 0 5mm 从双缝到屏的距离 为 1m 则图 3 中游标卡尺的示数为 mm 图 4 游标卡尺的示数为 mm 实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是 所测单 色光的波长为 m 答案 获得单色光 产 生线光源 产生相干光源 平行 11 5mm 16 7mm 减小实验误差 6 5 10 7 例 4 劈尖干涉是一种薄膜干涉 其装置如图 16 1 4 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膜 当光垂直入射后 从上往下看的干涉条纹如图乙所示 干涉条纹有如下特点 任 意一条明纹或暗纹所在位置下面的薄膜厚度相等 任意相邻明纹或暗纹所对应的薄 膜厚度恒定 现若在图甲装置中抽去一张纸片 则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后 从上往下观察到的干涉条纹 答案 A 变疏 变密 不变 消失 图甲图乙 图a 例 5 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 所用单色 光是用普通光源加滤光片产生的 检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反向 的光叠加而成的 答案 C 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 E a 的下表面 b 的下表面 例 6 现代光学装置中的透镜 棱镜的表面常涂上一层薄膜 一般用氟化镁 当 薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的 1 4 时 可以大大减少入射光的反射损失 从而增强 透射光的强度 这种作用是应用了光的 答案 C A 色散现象 B 全反射现象 C 干涉现象 D 衍射现象 举一反三 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 否则将会严重地损坏视力 有人想利用薄膜干涉的原理设计 一种能大大减小紫外线对眼睛的伤害的眼镜 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 8 1 1014Hz 那么它设计的这种 增反膜 的厚度至少是多少 答案 例 7 2001 年全国高考 在如图中所示 A B 两幅图是由单色光 分别入射到圆孔而成成的的图像 其中图 A 是光的 衍射 填干涉或衍射 图像 由此可以判断出图 A 所对应的圆孔的孔径 小于 填大于 或小于 图 B 所对应的圆孔的孔径 例 8 在双缝干涉实验中 如果将双缝中的一条挡住 其它都不改变 那么在光屏上观 察到的现象将是 答案 C A 仍然是均匀分布的明暗相间的条纹 只是亮纹的亮度变暗了 B 仍然是均匀分布的明暗相间的条纹 只是由于挡住一条缝 所以光屏上只有一半 区域内有干涉条纹 另一半区域内将没有干涉条纹 C 仍然有明暗相间的条纹 只是条纹的宽窄和亮度分布不再是均匀的了 图 A 图 B D 由于只有单缝 不能形成相干光源 所以不会发生光的干涉现象 光屏上将没有 任何条纹出现 例 9 如右图所示 L 为水平放置的点亮的 8w 日光灯 T 为一藤椅的竖直靠背 横藤 条与日光灯管平行 竖藤条相互垂交织 它们之间是透空方格 P 是与藤条靠背平行 的白屏 现将屏从紧贴椅背处慢慢向远处 图中右方 平移 从屏上将依次看到 答 案 C A 横藤条的影 横竖藤条的影 B 竖藤条的影 横竖藤条的影 C 横竖藤条的影 竖藤条的影 没有藤条的影 D 横竖藤条的影 横藤条的影 没有藤条的影 第二讲第二讲 光的干涉光的干涉 衍射衍射 课后练习课后练习 1 如图所示是光的双缝干涉的示意图 下列说法中正确的是 答案 答案 D 单缝 S 的作用是为了增加光的强度 双缝 S1 S2的作用是为了产生两个频率相同的线状光源 当 S1 S2发出两列光波到 P 点的路程差为光的波长 的 1 5 倍时 产 生第二条暗条纹 当 S1 S2发出的两列光波到 P 点的路程差为长 时 产生中央亮 条纹 A B C D 2 在双缝干涉实验中 双缝到光屏上 P 点的距离之差 x 0 6 若分别用频率为m f1 5 0 1014Hz 和 f2 7 5 1014Hz 的单色光垂直照射双缝 则 P 点出现明 暗条纹的情况 是 答案 答案 AD A 用频率为 f1的单色光照射时 出现明条纹 B 用频率为 f2的单色光照射时 出现明条纹 C 用频率为 f1的单色光照射时 出现暗条纹 D 用频率为 f2的单色光照射时 出现暗条纹 3 关于双缝干涉条纹的以下说法中正确的是 答案 答案 ABD A 用同一种单色光做双缝干涉实验 能观察到明暗相间的单色条纹 B 用同一种单色光经双缝干涉的明条纹到两缝的距离之差为该色光波长的整数倍 C 用同一种单色光经双缝干涉的明条纹到两缝的距离之差一定为该色光波长的奇数倍 D 用同种单色光经双缝后干涉的暗条纹到两缝的距离之差一定为该色光半波长的奇数倍 4 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 答案 答案 C C A 只有红色和绿色的双缝干涉条纹 其它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 其它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 5 如图所示 一束白光从左侧射人肥皂薄膜 下列说法中正确的是 答案 答案 A A 人从右侧向左看 可看到彩色条纹 人从左侧向右看 可看到彩色条纹 彩色条纹水平排列 彩色条纹竖直排列 A B C D 6 用绿光做双缝干涉实验 在光屏上呈现出绿 暗相间的条纹 相邻两条绿条纹间的距 离为 x 下列说法中正确的有 答案 答案 C A 如果增大单缝到双缝间的距离 x 将增大 B 如果增大双缝之间的距离 x 将增大 C 如果增大双缝到光屏之间的距离 x 将增大 D 如果减小双缝的每条缝的宽度 而不改变双缝间的距离 x 将增大 解 公式中 l 表示双缝到屏的距离 d 表示双缝之间的距离 因此 x 与单缝到双缝间的距 d l x 离无关 于缝本身的宽度也无关 本题选 7 如图甲所示 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乙所示的同心 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 答案 答案 A C 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 8 在一发光的小电珠和光屏之间放一个大小可以调节的圆形孔屏 在圆屏从较大调到完 全闭合的过程中 在屏上看到的现象是 答案 答案 A A 先是圆形亮区 再是圆形亮环 最后完全黑暗 先是圆形亮区 最后完全黑暗 先是圆形亮环 最后完全黑暗 先是圆形亮环 再是圆形亮区 最后完全黑暗 9 关于光学装置上的增透膜 下列说法中错误的是 答案 答案 B B D D 照相机的镜头上涂增透膜后 可提高成像质量 光学镜头上涂增透膜 是为了使入射光的各种色光都不发生反射 增透膜的厚度应是入射光在介质中波长的四分之一 涂有增透膜的镜头 看上去呈淡紫色 说明增透膜增加了镜头对紫光的透射程度 10 在光的双缝干涉实验中 如果只改变一个条件 以下说法中正确的是 答案 答案 ACAC 使双缝间距变小 则条纹间距变宽 使屏与双缝距离变小 则条纹间距变宽 将入射光由绿光改为红光 则条纹间距变宽 将入射光由绿光改为紫光 则条纹间距变宽 11 如图所示的双缝干涉实验装置中 当使用波长为的橙光做实验时 光屏中m 7 106 心点 点及其上方的 P 点形成两条相邻的亮纹 若换用波长为的紫光重复上m 7 104 述实验 在 和 P1点形成的亮 暗纹情况是 答案 答案 B B 和 P1都是亮纹 是亮纹 P1是暗纹 是暗纹 P1是亮纹 和 P1都是暗纹 12 下面哪些属于光的干涉现象 答案 答案 D D 雨后美丽的彩虹 对着日光灯从两铅笔的缝中看到的彩色条纹 光通过三棱镜产生的彩色条纹 阳光下肥皂膜上的彩色条纹 13 关于光的衍射现象 以下说法中正确的是 答案 答案 B B 缝的宽度越小 衍射图案越亮d 缝的宽度越小 衍射现象越明显d 缝的宽度越小 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 14 激光散斑测速是一种崭新的技术 它应用了光的干涉原理 用二次曝光照相所获得 的 散斑对 相当于双缝干涉实验中的双缝 待测物体的速度与二次曝光的时间间隔v 的乘积等于双缝间距 实验中可测得二次曝光时间间隔 双缝到屏之距离 以及相t t l 邻亮纹间距 若所用的激光波长为 则该实验确定物体运动速度的表达式为 x A B tl x v t xl v C D tx l v x tl v 解析解析 如图 点光源 S 发出的光一部分直接照到光屏 如阴影部分所示 另一部分则照到平面镜上 经平面镜反射后再照到光屏上 这一部 分光好像是从点光源的像点 S 发出的一样 这样就把同一束光分成了两束 形成相 干光源 在它们叠加的区域内 形成明暗相间的干涉条纹 作法 连接 S 和平面镜的右边缘并延长交平面镜于 b 根据对称性做 S 在平面镜中的 像点 S 连接 S 和平面镜的左 右边缘并延长交平面镜于 c d 光屏上 c d 之间的部 分是两束光叠加的区域 在此区域内可以观察到干涉现象 15 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 距双缝 S1和 S2的距离相等 P 点是距 O 点最近的第一条亮 条纹 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的情况是 O 点是红光的亮条纹 红光的第一条亮条纹在 P 点的上方 O 点不是蓝光的 亮条纹 蓝光的第一条亮条纹在 P 点的上方 其中正确 的是 A 只有 正确 B 只有 正确 C 只有 正确 D 只有 正确 S O S1 S2 绿光 P 双缝 答案 A 16 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 600mm 双 缝之间的距离是 0 20mm 单缝到双缝之间的距离是 100mm 某同学在用测量头测量时 先将测量头目镜中中看到的分划板中心刻线对准某条亮纹 记作第 1 条 的中心 这时 手轮上的示数如左图所示 然后他转动测量头 使分划板中心刻线对准第 7 条亮纹的中 心 这时手轮上的示数如右图所示 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 答案 0 641 10 296 536 第三讲第三讲 光光 的的 偏偏 振 激光振 激光 基本概念基本规律基本概念基本规律 一 自然光和偏振光的定义 1 光的偏振 偏振光 自然光通过偏振片后 在垂直于传播方向的平面上 只沿一个特定的方向振动 叫偏振光 光的偏振也证明了光是一种波 而且是横波 各种电磁波中电场 E 的方向 磁场 B 的方向和电磁波的传播方向之间 两两互相垂直 光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度 E 引起的 因此将 E 的振动称为光 振动 自然光 太阳 电灯等普通光源直接发出的光 包含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 这种光叫自然光 自然光射到两种介质的界面上 如果光的入射方向合适 使反射和折射光之间的夹 角恰好是 90 这时 反射光和折射光就都是偏振光 且它们的偏振方向互相垂直 我 们通常看到的绝大多数光都是偏振光 0 10 15 0 5 10 25 30 1 偏振光的产生方式 A 偏振光的理论意义 B 应用 利用偏振滤光片摄影 观看立体电影等 2 激光 A 激光的定义 B 激光的特点及应用 1 频率单一 2 相干性好 3 平行度好 方向性好 4 亮度高 能在很小空间 很短时问内集中很大的能量 精选例题精选例题 例 1 有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有 答案选 BD A 只有电磁波才能发生偏振 机械波不能发生偏振 B 只有横波能发生偏振 纵波不能发生偏振 C 自然界不存在偏振光 自然光只有通过偏振片才能变为偏振光 D 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 解 机械能中的横波能发生偏振 自然光不一定非要通过偏振片才能变为偏振光 本题 应 例 2 下列有关光现象的说法中正确的是 答案 AC A 在太阳光照射下 水面上油膜出现彩色花纹是光的色散现象 B 在光的双缝干涉实验中 若仅将入射光由绿光改为红光 则干涉条纹间距变窄 C 光异纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大 D 光的偏振现象说明光是一种纵波 例 2 通过一块偏振片观察电灯 蜡烛 月亮 反光的黑板 当以入射光线为轴转动偏振 片时 看到的现象有何变化 第三讲第三讲 光的偏振 激光光的偏振 激光 课后练习课后练习 1 如图所示 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 答案 B A 光是电磁波 B 光是一种横波 光振动 垂直纸 面 直于纸 面 光振动 在纸面 C 光是一种纵波 D 光是概率波 2 有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有 答案 BD A 只有电磁波才能发生偏振 机械波不能发生偏振 B 只有横波能发生偏振 纵波不能发生偏振 C 自然界不存在偏振光 自然光只有通过偏振片才能变为偏振光 D 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 3 纳米技术是跨世纪的新技术 将激光束的宽度集中到纳米范围内 可修复人体已损坏 的器官 对 DNA 分子进行超微型基因修复 把诸如癌症等彻底根除 在上述技术中 人 们主要利用了激光的 答案 BC A 单色性B 单向性 C 亮度高D 粒子性 4 如图所示 人眼隔着起偏器 B A 去看一只电灯泡 S 一束透射光都看不到 那么 以下说法中哪些是正确的 答案 AC A 使 A 和 B 同时转过 90 仍然一束光都看不到 B 单使 B 转过 90 过程中 看到光先变亮再变暗 C 单使 B 转过 90 过程中 看到光逐渐变亮 D 单使 A 转动时 始终看不到透射光 第四讲第四讲 电磁波 电磁波与信息化社会电磁波 电磁波与信息化社会 电磁波谱电磁波谱 基本概念与基本规律基本概念与基本规律 1 电磁场 麦克斯韦电磁场理论的要点 要深刻理解和应用麦克斯韦电磁场理论的两大支柱 变化的磁场产生电场 变化的电场产生磁场 按照麦克斯韦的电磁场理论 变化的电场和磁场总是相互联系的 形成一个不可分 离的统一的场 这就是电磁场 电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种具体表现 2 电磁波 变化的电场和磁场从产生的区域由近及远地向周围空间传播开去 就形成了电磁波 有效地发射电磁波的条件是 1 频率足够高 单位时间内辐射出的能量 P f 4 2 形成开放电路 把电场和磁场分散到尽可能大的空间里去 电磁波的传播 1 不需要任何介质 2 在真空中任何电磁波传播速度都是 c 3 00 108m s 跟光速相同 3 频率不同的电磁波波长不同 三者关系式 f c 4 电磁波是横波 E 与 B 的方向彼此垂直 而且都跟波的传播方向垂直 因此电 磁波是横波 无线电波的发射与接收 了解 振荡电路的特点 调制 调谐 检波 3 电磁波与信息化社会 考纲中无要求 知道广播 电视 雷达 无线通信等都是电磁波的具体应用 4 电磁波谱 波长从大到小排列顺序为 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X 射线 射线 各种电磁波中 除可见光以外 相邻两个波段间都有重叠 电磁波谱如图 5 各种电磁波的产生机理分别是 无线电波是 振荡电路中自由电子的周期性运动产生的 红外线 可见光 紫外线是原子的外层电子 受到激发后产生的 伦琴射线是原子的内层电子受到激发后产生的 射线是原子核受到 激发后产生的 电磁波谱从左至右频率越来越大 波长越来越短 因此就越不容易发生干涉和衍射 现象 但穿透本领却越来越强 6 红外线 紫外线 X 射线的主要性质及其应用举例 种类产生主要性质应用举例 红外线一切物体都能发出热效应遥感 遥控 加热 紫外线一切高温物体能发出化学效应荧光 杀菌 合成 VD2 X 射线阴极射线射到固体表面穿透能力强人体透视 金属探伤 实验证明 物体辐射出的电磁波中辐射最强的波长 m和物体温度 T 之间满足关系 m T b b 为常数 可见高温物体辐射出的电磁波频率较高 在宇宙学中 可以根据接 收到的恒星发出的光的频率 分析其表面温度 可见光频率范围是 3 9 7 5 1014Hz 波长范围是 400 770nm 电磁波的能量 微波加热原理 太阳辐射的特点 精选例题 精选例题 例 1 如图为 振荡电路中电容器极板上的电荷量随时间 变化的图线 由图可qt 知 答案 ACD 在时刻 电路的磁场能最小 1 t 从到 电路中的电流值不断变小 1 t 2 t 从到 电容器不断充电 2 t 3 t 在时刻电容器的电场能最小 4 t 例 有一 振荡电路 能产生一定波长的电磁波 若要产生波长比原来短些的电 磁波 可采取的措施为 答案 D 增加线圈的匝数 在线圈中插入铁芯 减小电容器极板间的距离 减小电容器极板正对面积 例题 3 如图所示 平行板电容器和电池组相连 用绝缘工具将电容器两板间的距 离逐渐增大的过程中 关于电容器两极板间的电场和磁场 下列说法中正确的是 答案 BD A 两极板间的电压和场强都将逐渐减小 B 两极板间的电压不变 场强逐渐减小 C 两极板间将产生顺时针方向的磁场 D 两极板间将产生逆时针方向的磁场 例题 4 提高题 电子感应加速器是利用变化磁场产生的电场来加速电子的 在 圆形磁铁的两极之间有一环形真空室 用交变电流励磁的电磁铁在两极间产生交变磁场 从而在环形室内产生很强的电场 使电子加速 被加速的电子同时在洛伦兹力的作用下 沿圆形轨道运动 设法把高能电子引入靶室 能使其进一步加速 在一个半径为 r 0 84m 的电子感应加速器中 电子在被加速的 4 2ms 内获得的能量为 120MeV 这期间电子轨道 内的高频交变磁场是线性变化的 磁通量从零增到 1 8Wb 求电子共绕行了多少周 1 t 2 t 3 t 4 t t q 解 根据法拉第电磁感应定律 环形室内的感应电动势为 设电子在加V t E429 速器中绕行了 N 周 则电场力做功 NeE 应该等于电子的动能 EK 所以有 N EK Ee 带 入数据可得 N 2 8 105周 例 5 80 年代初 科学家发明了硅太阳能电池 如果在太空设立太阳能卫星电站 可 24 小时发电 且不受昼夜气候的影响 利用微波 电能转换装置 将电能转换成微波 向地面发送 卫星电站的最佳位置在离地 1100km 的赤道上空 微波定向性很好 飞机通 过微波区不会发生意外 但微波对飞鸟是致命的 可在地面站附近装上保护网或驱逐音 响 不让飞鸟通过 预计在 21 世纪初地球上空将建成卫星电站 地球半径为 6400km 太阳能电池将实现哪种转换 光能微波 光能热能 光能电能 电能微波 在 1100km 高空的卫星电站的速度约为多少 skm 1 3skm 2 7 skm 9 7skm 2 11 微波指的是 超声波 次声波 电磁波 机械波 飞机外壳对微波的哪种作用 使飞机安全无恙 反射 吸收 干涉 衍射 微波对飞鸟是致命的 这是因为 电离作用 穿透作用 生物电作用 产生强涡流 答案 1 C 2 B 3 C 4 B 例 6 家用微波炉是一种利用微波的电磁能加热食物的新型灶具 主要由磁控管 波导 管 微波加热器 炉门 直流电源 冷却系统 外壳等组成 接通电源后 220 交流电 经一变压器 一方面在次级 3 4V 交流对磁控管加热 同时在次级产生 2000V 高压 经整 流加到磁控管的阴 阳两极之间 使磁控管产生频率为的微波 微波输送至MHz2450 金属制成的加热器 炉腔 被来回反射 微波的电磁作用使食物内分子高频地运动而内 外同时加热 迅速熟热 并能最大限度地保存食物中的维生素 试计算微波炉里变压器的高压变压比 试计算磁控管产生的微波的波长 试分析微波炉的工作原理中利用了电磁波的哪些性质 微波炉产生的高频微波若发生泄漏造成电磁辐射污染 直接伤害人的肌体 试述 原因 第四讲第四讲 电磁波电磁波 课后练习课后练习 1 根据麦克斯韦电磁场理论 以下说法正确的是 答案 BCD A 稳定的电场产生稳定的磁场 稳定的磁场产生稳定的电场 B 均匀变化的电场将产生稳定的磁场 均匀变化的磁场将产生稳定的电场 C 振荡的电场在周围空间产生振荡的磁场 D 开放的振荡电路产生的电磁波能传到更大的范围 2 电磁波由真空进入介质后 发生变化的物理量有 答案 C A 波长和频率 B 波速和频率 C 波长和波速 D 频率和能量 3 关于电磁波 以下说法中正确的是 答案 AB A 电磁波本身就是物质 因此可在真空中传播 B 电磁波由真空进入介质 速度变小 频率不变 C 在真空中 频率高的电磁波波速较大 D 只要发射电路的电磁振荡停止 产生的电磁波立即消失 4 关于电磁波的发射和接收 下列说法正确的是 答案 BCD A 为了使振荡电路有效地向空间辐射能量 必须是闭合电路 B 电台功率比较低 不能直接用来发射电磁波 C 当接收电路的固有频率与收到的电磁波的频率相同时 接收电路中产生的振荡电 流最强 D 要使电视机的屏上有图象 必须要有检波过程 5 如图所示 氢原子中的电子绕核逆时什快速旋转 匀强磁场垂直于轨道平面向外 电子的运动轨道半径 r 不变 若使磁场均匀增加 则电子的动能 答案 C A 不变 B 增大 C 减小 D 无法判断 6 过量接收电磁辐射有害人体健康 按照有关规定 工作场所受到 的电磁辐射强度 单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量 不得超过某一临界值 W 若某无线电通讯装置的电磁辐射功率为 P 则符合规定的安全区域到该通讯装置的距 离至少为 答案 D A B C D P W P W 4W P W P 4 8 在图所示的四个电场与时间的关系图象中 不能产生磁场的是图 A 能产 生稳定磁场的是图 B 能产生电磁波的是图 CD 9 下列说法中正确的是 答案 ABD 摄像机实际上是一种将光信号转变为电信