2011年福建省高考物理 光练习

1 20112011年福建省高考物理练习年福建省高考物理练习 光光 考情分析考情分析 光学知识在高考中属于非主干知识 一般来说 考查基本概念和规律的试题 只有一到二题 历年高考中此类题一般难度都不大 试题一般以选择题为主 是 每年高考必考内容 其命题的趋势为 光的折射定律 光电效应是历年高考的重点 热点 几何 光学和物理光学也常常联系起来进行考查 可以通过画光路图 计算等方式来考 查学生对基本规律的理解和掌握 另外这一部分也可与实际相结合 例如与天文 自然现象 光学器材 科技生活等结合起来对该部分进行考查 第第1 1课时课时 光的折射光的折射 全反射全反射 一 基础知识一 基础知识 1 1 光的直线传播 1 光在同一均匀介质中沿直线传播 如影 日食 月食 小孔成像等都是 直线传播的例证 2 光在真空中的传播速度为c 3 00 108m s 2 2 反射定律 反射光线 入射光线和法线在同一平面内 反射光线和入射光线 分居在法线的两侧 反射角等于入射角 3 3 平面镜 1 平面镜的成像特点 成正立的等大虚像 物与像关于镜面对称 2 平面镜成像光路作图的技巧 先根据平面镜成像的特点 确定像的位置 再补画入射光线与反射光线 3 平面镜的视场问题 需借助边界光线作图 如有障碍物 还需画出障碍物 的像 再借助边缘光线作图 4 4 光的折射 1 光的折射 光由一种介质进入另一种介质或在同一种不均匀介质中传播 时 方向发生偏折的现象叫做光的折射 2 折射定律 折射光线 入射光线和法线在同一平面内 折射光线和入射 光线分居在法线的两侧 入射角的正弦与折射角的正弦之比是一个常数 2 Ch h v c n sin 1 sin sin 2 1 视 实 介 真 5 5 全反射 1 全反射 光从光密介质射入光疏介质 当入射角大于 或等于 某一角度 时 折射光线消失 只剩下反射光线 这种现象叫做全反射 2 产生条件 光从光密介质射入光疏介质 入射角大于 或等于 临界 角 3 临界角 折射角等于90 或折射光线恰好消失 时的入射角叫临界角 公式 sinC n 1 C为临界角 4 全反射现象的应用 光导纤维 全反射棱镜 全反射的一个重要应用就是用于光导纤维 简称光纤 光纤有内 外两层材 料 其中内层是光密介质 外层是光疏介质 光在光纤中传播时 每次射到内 外两层材料的界面 都要求入射角大于临界角 从而发生全反射 这样使从一个 端面入射的光 经过多次全反射能够没有损失地全部从另一个端面射出 二 典型例题二 典型例题 例例1 1 某物体左右两侧各有一竖直放置的平面镜 两平面镜相互平行 物体距离左镜4m 右镜8m 如图3 1 1所示 物体在左镜所成的像中从右向左数的第三个 像与物体的距离是 A 24m B 32m C 40m D 48m 解析解析 本题考查平面镜成像 从右向左在左镜中的第一个像是物体的像距离 物体8cm 第二个像是物体在右镜所成像的像 第3个像是第一个像在右镜中的像在 左镜中的像距离物体为32cm 答案 答案 B 点拨 点拨 像与物关于镜面对称 例题例题2 2 一半径为R的1 4球体放置在水平面上 球体由折射率为 3 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3 1 2甲所示 已知入射光线与桌面的 选修 3 1 1 3 距离为 2 3R 求出射角 解析 解析 设入射光线与1 4球 体的交点为C 连接OC OC即为 入射点的法线 因此 如图3 1 2 乙中的角 为入射角 过C点作球体水平表面的垂线 垂足为B 依题意 COB 又由 OBC知 sin 2 3 设光线在C点的折射角为 由折射定律得 3 sin sin 由 式得 30 由几何关系知 光线在球体的竖直表面上的入射角 见3 1 2乙图 为30 由折射定律得 3 1 sin sin 因此 2 3 sin 解得 60 点拨 点拨 本题考查几何光学知识 通过画光路图 根据折射定律 由几何关系列式求 解 例题例题3 3 一玻璃砖横截面如图选修3 1 3所示 其中ABC为直角三角形 AC边 末画出 AB为直角边 ABC 45 ADC为一圆弧 其圆心在BC边的中点 此玻璃的 折射率为1 5 P为一贴近玻璃砖放置的 与AB垂直的光屏 若一束宽度与AB边长度 相等的平行光从AB边垂直射入玻璃砖 则 A 从BC边折射出束宽度与BC边长度相等的平行光 B 屏上有一亮区 其宽度小于AB边的长度 C 屏上有一亮区 其宽度等于AC边的长度 D 当屏向远离玻璃砖的方向平行移动时 屏上亮区 先逐渐变小然后逐渐变大 解析解析 宽为AB的平行光进入到玻璃中直接射到BC面 入射角为45o 临界角 3 2 arcsin 所以在BC面上发生全反射仍然以宽度大小为AB 长度的竖直向下的平行光射到AC圆弧面上 根据几何关系可得到在屏上的亮区宽 选修 3 1 2 甲 选修 3 1 2 乙 选修 3 1 3 4 度小于AB的长度 B对 D正确 答案 答案 BD 点拨 点拨 本题考查光的折射和全反射 当光线由光密介质射向光疏介质入射角 大于或等于临界角时 将会发生全反射 三 实战演练三 实战演练 1 如图3 1 4所示 在A点有一个小球 紧靠小球的左方有一个点光源S 现将小 球从A点正对着竖直墙平抛出去 打到竖直墙之前 小球 在点光源照射下的影子在墙上的运动是 A 匀速直线运动 B 自由落体运动 C 变加速直线运动 D 匀减速直线运动 2 如图3 1 5所示 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 即射到 B 点 则液面 的高度变化是 A 液面降低 i s sin B 液面升高 i s sin C 液面降低 i s tan2 D 液面升高 i s tan2 3 如图3 1 6所示 从桌面上有一倒立的玻璃圆锥 其顶点恰好与桌面接触 圆 锥的轴 图中虚线 与桌面垂直 过轴线的截面为等边三角形 如图所示 有一 半径为r的圆柱形平行光速垂直入射到圆锥的底面上 光束的中心轴与圆锥的轴 重合 已知玻璃的折射率为1 5 则光束在桌面上形成的光斑 半径为 A r B 1 5r C 2r D 2 5r 4 如图3 1 7所示 海面下的潜艇Q为了与海面上的指挥船P保持联系 潜艇Q发出 的红外线信号1和紫外线信号2沿图示路线传播 到达指挥船P 下列传播路线的 图示中可能正确的是 选修 3 1 4 选修 3 1 5 选修 3 1 6 5 5 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 6 下述哪些现象不是由于全反射造成的 A 露水珠在阳光照射下格外明亮 B 用光导纤维传送光信号 C 海市蜃楼 D 水中的气泡看起来格外明亮 7 如图3 1 8所示 空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体 其内圆半径为 r 外圆半径为R R 2r 现有一束单色光垂直于水平端面A射入透明柱体 只经过两次全反射就垂直于水平端面B射出 设透明柱体的折射率为n 光在透明 柱体内传播的时间为t 若真空中的光速为c 则 A n可能为 3 B n可能为2 C t可能为 c r22 D t可能为 c r8 4 8 a b两种色光以相同的入射角从某种介质 射向真空 光路如图3 1 9所示 则以下描述中正确的是 A a光的全反射临界角小于b光的全反射临界角 B 通过同一双缝干涉装置 a光的干涉条纹间距比b 光的宽 C 在该介质中a光的传播速度大于b光的传播速度 D 在该介质中a光的波长小于b光的波长 9 在完全透明的水下某深处 放一点光源 在水面上可看见一个透光的圆形平 面 若发现透光圆面的半径匀速增大 则光源的运动是 选修 3 1 7 选修 3 1 8 选修 3 1 9 真空 介质 a b 6 A 加速上升 B 加速下降 C 匀速上升 D 匀速下降 10 如图3 1 10所示 两束频率不同的光束A和B分别沿半径方向射入半圆形玻璃 砖 出射光线都是沿OP方向 下面说法正确的是 A A穿过玻璃砖所需的时间较长 B 光由玻璃射向空气发生全反射时 A的临界角小 C B光的频率比A光的频率大 D B在玻璃中的传播速度大 11 一个等腰直角三棱镜的截面如图3 1 11所示 一细束绿光从AC面的P点沿平行 底面AB方向射入棱镜后 经AB面反射 再从BC面的Q点射出 且有PQ AB 图中 未画光在棱镜内的光路 如果将一细束蓝光沿同样的路径从P点射入三棱镜 则 从BC面射出的光线是 A 仍从Q点射出 出射光线平行于AB B 仍从Q点射出 出射光线不平行于AB C 可能从 Q 点射出 出射光线平行于AB D 可能从Q 射出 出射光线平行于AB 12 如图3 1 12所示 AOB是由某种透明物质制成的1 4圆柱体横截面 O为圆心 折射率为2 今有一束平行光以45o的入射角射向柱体的OA 平面 这些光线中有一部分不能从柱体的AB面上射出 设凡 射到OB面的光线全部被吸收 也不考虑OA面的反射 求圆柱 AB面上能射出光线的部分占AB表面的几分之几 13 如图3 1 13所示 一等腰直角棱镜 放在真空中 AB AC d 在棱镜侧面AB左 方有一单色光源S 从S发出的光线SD以60 入射角从AB侧面中点射入 当它从侧 面AC射出时 出射光线偏离入射光线的偏向角为30 若测得此光线传播的光从 光源到棱镜面AB的时间跟在棱镜中传播的时间相等 那么点光源S到棱镜AB侧面 的垂直距离是多少 选修 3 1 10 选修 3 1 11 选修 3 1 12 选修 3 1 13 7 14 如图3 1 14所示 一透明半圆柱体折射率为 2n 半径为R 长为L 一平行 光束从半圆柱体的矩形表面垂直射入 从部分柱面有光线射出 球该部分柱面的 面积S 第第 2 2 课时课时 光的干涉和衍射光的干涉和衍射 一 基础知识基础知识 1 双缝干涉 干涉是波独有的特征 如果光是一种波 就应该能观察到光的干涉现象 1801 年 托马斯 杨利用双缝 终于成功地观察到了光的干涉现象 1 两列光波在空间相遇时发生叠加 在某些区域总加强 在另外一些区域 总减弱 从而出现明暗相间的条纹的现象叫光的干涉现象 2 产生干涉的条件 两个振动情况总是相同的波源叫相干波源两个振动情况总是相同的波源叫相干波源 只有相干 波源发出的光互相叠加 才能产生干涉现象 在屏上出现稳定的明暗相间的条纹 形成相干波源的方法有两种 利用激光 因为激光是单色性极好的光 设法将同一束光分为两束 这样两束光都来源于同一个光源 因此频率必 然相等 如图3 2 1中 4 个图分别是利用双缝 利用楔形薄膜 利用空气膜 利 用平面镜形成相干光源的示意图 选修 3 1 14 8 3 双缝干涉实验规律 双缝干涉实验中 光屏上某点到相干光源 1 S 2 S的路程之差为光程差 记为 若光程差 是波长 的整倍数 即 n n 0 1 2 3 P 点将出现亮条 纹 若光程差 是半波长的奇数倍 2 12 n n 0 1 2 3 P 点将出现 暗条纹 屏上和双缝 1 S 2 S距离相等的点 0 P 若用单色光实验该点是亮条纹 中央 条纹 若用白光实验该点是白色的亮条纹 两侧是彩色条纹 屏上明暗条纹之间的距离总是相等的 其距离大小x 与双缝之间距离d 双缝到屏的距离l及光的波长 有关 即 d l x 在l和d不变的情况下 x 和波长 成正比 应用该式可测光波的波长 用同一实验装置做干涉实验 红光干涉条纹的间距 红 x 最大 紫光干涉条 纹间距 紫 x 最小 故可知 红 大于 紫 红 f小于 紫 f 2 薄膜干涉 1 薄膜干涉的成因 由薄膜的前 后表面反射的两列光波叠加而成 劈形 薄膜干涉可产生平行相间的条纹 2 薄膜干涉的应用 增透膜 透镜和棱镜表面的增透膜的厚度是入射光在薄膜中波长的 1 4 检查平整程度 待检平面和标准平面之间的楔形空气薄膜 用单色光进行 照射 入射光从空气膜的上 下表面反射出两列光波 形成干涉条纹 待检平面 若是平的 空气膜厚度相同的各点就位于一条直线上 干涉条纹是平行的 反之 干涉条纹有弯曲现象 选修 3 2 1 9 3 光的衍射 1 光的衍射现象 光在遇到障碍物时 偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象叫做光的衍 射 衍射也是波的特性 如果光是一种波 就应该能观察到光的衍射现象 但由 于可见光的波长在m10 7 数量级 而一般物体的大小比这个尺度大得多 因此很 难看到明显的光的衍射现象 2 光发生明显衍射现象的条件 当孔或障碍物的尺寸比光波波长小 或者跟波长差不多时 光才能发生明显 的衍射现象 缝和孔的衍射现象的规律是相同的 在发生明显衍射的条件下 当窄缝变窄 或孔变小 时 亮斑的范围变大 条纹间距离变大 而亮度变暗 注意关于衍射的表述一定要准确 区分能否发生衍射和能否发生明显衍射 各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射 发生明显衍射的条件是 障碍物 或孔 的尺寸可以跟波长相比 甚至比 波长还小 在发生明显衍射的条件下 当窄缝变窄时 亮斑的范围变大 条纹间距离 变大 而亮度变暗 3 衍射图样 单缝衍射 中央为亮条纹 向两侧有明暗相间的条纹 但间距和亮度不同 白光衍射时 中央仍为白光 最靠近中央的是紫光 最远离中央的是红光 圆孔衍射 明暗相间的不等距圆环 泊松亮斑 光照射到一个半径很小的圆板后 在圆板的阴影中心出现的亮 斑 这是光能发生衍射的有力证据之一 双缝干涉和单缝衍射的联系与区别 双缝干涉和单缝衍射的图样都是明暗相间的条纹 但双缝干涉的条纹间距 是等宽的 亮度也是均匀的 而单缝衍射的条纹是中央宽 两边窄 亮度分布也 10 是中央亮两边暗 双缝干涉装置中 入射光从单缝到双缝之间的传播过程中 实际上已经发 生了衍射 单缝衍射中的亮 暗纹的形成 可以看成是从单缝不同位置射出的光 在光屏处发生干涉 这些干涉条纹叠加后形成的就是单缝衍射的结果 二 典型例题二 典型例题 例题 1 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 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 解析 公式 d l x 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离无关 与缝本身的宽度也无关 本题选 C 例题 2 如图3 2 2所示 在暗室中从单色点光源S直接射到屏 PP上的一束光 在Sb和Sd之间 从S射到平面镜 MN 再反射到屏PP 上的另一束光在Ma和Nc之 间 S 是S在平面镜MN的像 关于这时屏 PP上是否可能出现明暗相间的条纹 下列说法正确的是 A 不可能 B 可能 出现在a b之间 C 可能 出现在b c之间 D 可能 出现在c d之间 解析 由于 S 是S的像 可当成两个相干光源 从S发出的光射到bd区域 似乎 从 S 射出的光 其实是反射光 射到ac区域 故bc区为共同传播的区 域 即干涉区 必出现明暗相间的条纹 故选 C 答案 C 选修 3 2 2 11 例题 3 劈尖干涉是一种薄膜干涉 具装置如图3 2 3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 个劈形空气薄膜 当光垂直入射后 从上往下看到的干涉条纹如图所示 干涉条 纹有如下特点 1 任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等 1 任意相邻明条纹或明条纹所对应的薄膜厚度差恒定 现若在图装置中抽去一张纸 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 A 变疏 B 变密 C 不变 D 消失 解析 撤去一张纸片后 劈形空气薄膜的劈势 即倾斜程度 减缓 相同水 平距离上 劈势厚度变化减小 以致于干涉时路程差变化减小 条纹变宽 条纹 数量变少 变疏 故 A 正确 答案 A 例题 4 一束平行单色光 通过双缝后 在屏上得到明暗相间的条纹 则 A 相邻亮条纹或暗条纹的间距不等 B 将双缝中某一缝挡住 屏上的亮 暗条纹位置不变 但亮度减半 C 将双缝中某一缝挡住 屏上出现间距不等的亮 暗条纹 D 将双缝中某一缝挡住 则屏上一切条纹将消失 而出现一亮点 解析 双缝干涉实验表明 亮 暗条纹是等间距的 若挡住一缝则变成单缝 衍射 此时中央条纹最宽最亮 是不等间距的 故 C 是最符合要求的 答案 C 三 实战演练三 实战演练 1 在做双缝干涉实验时 用白光做光源 将在屏上得到彩色条纹 若在双缝 的 条缝前放置红色滤光片 只能透过红光 而另一缝前加绿色滤光片 只能透 过绿光 则这时 A 只有红色和绿色的双缝干涉 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下存在 但屏仍然有光亮 D 屏上无任任光亮 2 用单色光做双缝干涉实验时 下列说法正确的是 选修 3 2 3 两张纸片 12 A 入射光波长越长 干涉条纹间距越大 B 入射光频率越高 干涉条纹间距越大 C 把入射光中绿光变成紫光 干涉条纹间距变小 D 把入射光中绿光变成红光 干涉条纹间距变小 3 双缝干涉实验装置如图 3 2 4 所示 双缝间的距离为d 双缝到像屏的距 离为L 调整实验装置使得像屏上可以见到清晰的条纹 关于干涉条纹的情况 下列叙述正确的是 A 若将像屏向左平移一小段距离 屏上的干涉条纹将 变得不清晰 B 若将像屏向右平移一小段距离 屏上仍有清晰的干涉条纹 C 若将双缝间的距离 d 减小 像屏上的两个相邻明条纹间的距离变小 D 若将双缝间的距离 d 减小 像屏上的两个相邻暗条纹间的距离增大 4 有关光的双缝干涉和衍射的现象中 下列说法正确的是 A 无论用什么色光做双缝干涉实验 中央一定是亮纹 B 用白光做双缝干涉实验时 得到的彩色亮纹中最靠近中央的是红光 C 用白光做单缝衍射实验 得到的彩色条纹中偏离中央最远的是红光 D 涂有增透膜的照相机镜头看上去呈淡紫色 是由于增透膜增强了对紫光的 透射 5 如图3 2 5所示 用单色光做双缝干涉实验 P处为第二亮纹 改用频率较高 的单色光重做实验 其他条件不变 时 则第二亮纹的位置 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纹 6 在单色光的双缝干涉实验中 A 两列光的波峰和波峰重叠处出现亮条纹 B 两列光的波谷和波谷重叠处出现暗条纹 C 从两个狭缝到屏上的路程差是光的波长的奇数倍处 出现暗条纹 D 从两个狭缝列屏上的路程差是光的波长的整数倍处 出现亮条纹 线光源 双缝 像屏 选修 3 2 4 选修 3 2 5 13 7 关于薄膜干涉 以下说法正确的是 A 干涉条纹的产生是由于光在膜的前后两表面反射 形成的两列光波叠加的 结果 B 干涉条纹中的暗纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果 C 干涉条纹是等间距的平行线时 说明膜的厚度处处相等 D 观察薄膜干涉条纹时 应在入射光的同一侧 8 以下哪些属于干涉现象 A 雨后天边美丽的彩虹 B 阳光下肥皂膜上的彩色条纹 C 荷叶上的水珠在阳光下晶莹透亮 D 上表面咐有油膜的厚玻璃板 受阳光照射 在油膜表面上会有彩色光斑 9 如图3 2 6是用干涉法检查平面的平整程度的示意图 其中AB是透明的样 板 CD是被检查的平面 用单色光从上面竖直地照射下来 观察两束反射光线叠 加后的结果 这里的两束反射光分别是指从以下哪两个表面反射的光 A 从AB的上表面和AB的下表面 B 从AB的上表面和CD的上表面 C 从AB的下表面和CD的上表面 D 从AB的下表面和CD的下表面 10 对于光的衍射现象 下述定性分析中错误的是 A 光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物发生弯曲的传播现象 B 光的衍射现象否定了光的直线传播的结论 C 光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据 D 衍射图样是光波相互叠加的结果 11 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 选修 3 2 6 14 12 关于光的衍射现象 下面说法正确的是 A 红光的单缝衍射图样是红黑相间的直条纹 B 白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹 C 阳光照射到窗口玻璃上在室内出现大光斑 说明光沿直线传播 不存在光 的衍射 D 光照射到不透明的小圆板上出现泊松亮斑 这说明光发生了衍射 13 在一个发光的小电珠和光屏之间放一个大小可调节的圆形孔屏 在圆孔 从较大调至完全闭合的过程中 在屏上看到的现象是 A 先是圆形亮区 再是圆形亮环 最后完全黑暗 B 先是圆形亮环 最后完全黑暗 C 先是圆形亮区 最后完全黑暗 D 先是圆形亮环 然后圆形亮区 最后完全黑暗 14 下面给出的几种光的现象中 能说明光具有波动性的是 A 水面上的油膜呈现出彩色条纹 B 月亮的圆缺变化 C 通过卡尺两测脚间的狭缝看与狭缝平行的日光灯 灯的边缘出现彩色条纹 D 通过放大镜可以看到倒立 缩小的像 15 如图3 2 7所示 A B 两幅图是由单色光分别 入射到圆孔而形成的图案 其中图 A 是光的 填 干涉 或 衍射 图像 由此可判断出 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 16 用氦氖激光器进行双缝干涉实验 已知使用的双缝间距离d 0 1mm 双缝 到屏的距离L 6 0m 测出屏上干涉条纹中相邻亮纹间的距离是 3 8cm 氦氖激光 器发出的红光的波长 是多少 假如把整个装置放入折射率是 3 4 的水中 这时屏 上的条纹间距又是多少 第第 3 3 课时课时 光的颜色光的颜色 色散色散 光的偏振光的偏振 激光激光 A 选修 3 2 7 B 15 一 基础知识 1 1 棱镜棱镜 1 三棱镜 横截面为三角形的三棱柱透明体称三棱镜 2 三棱镜对光线的作用 光密三棱镜 当光线从一侧面射入 从另一侧面射出时 光线两次均向底 面偏折 光疏三棱镜 当光线从一侧面射入 从另一侧面射出时 光线两次均向顶 角偏折 全反射棱镜 等腰直角棱镜 当光线从一直角边垂直射入时 在斜边发 生全反射 从另一直角边垂直射出 当光线垂直于斜边射入时 在两直角边发生 全反射后又垂直于斜边射出 3 三棱镜成像 当物体发出的光线从三棱镜的一侧面射入 从另一侧面射出 时 逆着出射光线可以看到物体的虚像 2 2 光的色散光的色散 白光通过三棱镜后 出射光束变为红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫七色光束 由七色光组成的光带叫做光谱 这种现象叫做光的色散 色散的实质是由于各种 色光在同一介质中传播的速率不同 或同一介质对不同色光的折射率不同而引起 的 注注意意 1 光的频率 颜色 由光源决定 与介质无关 2 同一介质中 频率越大的光折射率越大 3 n c v 正确应用以上几点就能准确地判断有关 色光在介质中的传播速度 波长 折射光线的偏折程度等问题 3 3 光的偏振光的偏振 偏振现象 在沿同一个方向传播的纵波中 所有介质质点的振动方向都和 波的传播方向平行 因此振动总是发生在同一条直线上的 而在沿同一个方向传 播的横波中 介质质点的振动方向和波的传播方向是垂直的 而跟波的传播方向 垂直的方向有无穷多种可能 沿同一方向传播的横波 质点的振动方向可能是不 同的 因此会发生偏振现象 能否发生偏振 是纵波和横波的区别 利用偏振可 以判定一种波是横波还是纵波 2 偏振光 在跟光传播方向垂直的平面内 光振动在某一方向较强而在另 16 一些方向振动较弱的光即为偏振光 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 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 3 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 4 光的偏振现象证明光是横波 5 偏振光的应用 偏振光可用于摄影 在拍摄照片时为消除水面或玻璃表面多余的反光 可以 在照相机镜头前装偏振滤光片 让其透振方向与反射光的偏振方向垂直 就可以 减弱反射光的干扰 使拍出的相片影像清晰 偏振光还可用于观看立体电影 4 激光 1 光是从物质的原子中发射出来的 原子获得能量后处于不稳定状态 会 以光子的形式把能量发射出来 2 普通光源中的各个原子何时发光 发出什么频率的光 向什么方向发光 都是不确定的 即使同一个红色灯泡发光 也不能保证发出的光频率相同 3 9 4 9 1014Hz 因此不能得到稳定的干涉图样 3 激光是一种人工相干光 激光的特点有 激光是人工产生的相干光 激光的平行度好 可以用来测距 测速 可以用来刻录 读取光盘 激光的亮度高 切割 焊接 打孔 手术用光刀 治疗视网膜剥落 用于 人工控制聚变 重要应用有 通信 测距 光盘读取 切割等 二 典型例题二 典型例题 17 例题例题 1 1 如图 3 3 1 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 解析 玻璃狭缝中透明介质可能折射率 玻璃 nn 也可能 玻璃 nn 还可能 玻璃 nn 介质狭缝可看成是两面平行的介质板 根据折射定律及平行玻璃砖的 光学特点 入射光线平行于出射光线 可以判断 4 5 6 都有可能 故答案为 B 点评 点评 未知透明介质与玻璃相比 可能是光密介质也可能是光疏介质 还 有可能就是与玻璃折射率相同另一介质 思考时要全面不能漏掉n相同的情况 另外利用两面平行玻璃砖的光学特性 入射光线平行与出射光线 但有侧移 也是解题的一条比较快的途径 例题 2 有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有 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 解析 机械波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 本题应选 BD 例题 3 一种红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光 每道闪光称 为一个光脉冲 若这种激光器光脉冲的持续时间为 1 0 10 11s 波长为 694 3nm 发射功率为 1 0 l010W 问 1 每列光脉冲的长度是多少 2 用红宝石 激光器照射皮肤上色斑 每 l0mm2色斑上吸收能量达到 60J 以后 便逐渐消 失 一颗色斑的面积为 50mm2 则要吸收多少个红宝石激光脉冲 才能逐渐消失 选修 3 3 1 18 解析 光脉冲持续时间即为发射一个光脉冲所需要的时间 所以一个光脉冲 的长度为 I c t 3 0 l08 l 0 10 11m 3 0 10 3m 一个光脉冲所具有的能量为 E P t 1 0 l010 l 0 10 11J 消除面积为 50mm2的色斑需要的光脉冲数是 1 6050 0 1 10 ES ES 300 个 答案 1 3 0 10 3m 2 300 个 点拨 本题中是利用了激光的平行度好和亮度高的特点 分析本题时要正确 理解光脉冲持续时间的含义 三 实战演练三 实战演练 1 下列哪些波能发生偏振现象 A 声波 B 电磁波 C 横波 D 纵波 2 如图 3 3 2 所示 让自然光照射到P Q两偏振片 下 当P Q两偏振片的透振方向夹角为以下哪些度 数时 透射光的强度最弱 A 0 B 30 C 60 D 90 3 对于光的偏振 下列说法中正确的是 A 自然光是偏振光 B 自然光通过偏振片后成为偏振光 C 偏振光不能再通过偏振片 D 如果偏振片的透振方向与偏振光的振动方向垂直 偏振光不能射透偏振片 4 用自然光照射偏振片 在偏振片后放置 光屏 下面说法正确的是 A 在光屏上仍然是自然光 B 在光屏上得到偏振光 C 光屏上没有光照 D 如果以光的传播方向为轴旋转偏振片 则屏上光的亮 度将变暗 自然光 P Q 选修 3 3 2 19 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 种现象 A 透过的光的强度在整个过程中都增强 B 透过的光的强度先增强 再减弱 然后又增强 C 透过的光的强度先增强 然后减少到非零的最小值 D 透过的光的强度先增强 然后又减少到零 6 对于激光 下列说法正确的是 A 激光是单色光 B 单色光就是激光 C 激光的频率比 X 射线的频率还高 D 激光是人工产生的相干光 7 将激光束的宽度聚焦到纳米级 10 9m 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 把至今尚令人无奈的癌症 遗传病等彻底根除 这是利用了激光的 A 平行性好的特性 B 单色性好的特性 C 亮度高的特性 D 粒子性好的特性 8 在做双缝干涉实验时 常用激光做光源 这主要是应用了激光的 A 平行性好的特性 B 单色性好的特性 C 亮度高的特性 D 方向性好的特性 9 束光由真空射到平面玻璃上 当其折射角为 30 时 反射光恰好产生完全 偏振 试求玻璃的折射率 10 应用激光平行性好的特性 可以精确地测量距离 对准目标发射 个极短的 激光脉冲 测量发射脉冲与收到反射脉冲的时间间隔 就可求出激光器到目标的 距离 若在地球上向月球发射一个激光脉冲 测得从发射到收到发射脉冲所用的 时间为 2 56s 则月球到地球的距离大约是多少千米 第第 4 4 课时课时 测定玻璃的折射率测定玻璃的折射率 一 基础知识一 基础知识 20 1 1 实验目的 实验目的 测定玻璃的折射率 掌握光发生折射时入射角和折射角的确定方法 2 2 实验原理 实验原理 如图3 4 1所示 用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O B 确定出 O 点 画出折射光线00 然后测量出角 和 根据 sin sin n计算玻璃的折射 率 3 3 实验器材 实验器材 白纸 图钉 大头针 直尺 铅笔 量角器 平木板 长方形玻璃砖 4 4 实验步骤及调整安装 实验步骤及调整安装 1 将白纸用图钉按在绘图板上 2 在白纸上画出一条直线aa 作为界面 线 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 使它的长边跟aa 对齐 画出玻璃砖的另 一边NN 4 在直线AO上竖直插上两枚大头针P1 P2 透过玻璃砖观察大头针Pl P2的 像 调整视线方向 直到P2挡住P1的像 再在观察的这一侧插两枚大头针P3 P4 使P3挡住Pl P2的像 P4挡住P3及P1 P2的像 记下P3 P4的位置 5 移去大头针和玻璃砖 过P3 P4所在处作直线O B 与bb 交于0 直线 0 B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向 6 连接00 入射角a AON 折射角 O ON 用量角器量出入射角和 折射角 从三角函数表中查出它们的正弦值 把这些数据记录在自己设计的表格 中 7 用上述方法分别求出入射角分别为300 450 600时的折射角 查出它们 的正弦值 填人表格中 8 算出不同入射角时的比值 sin sin 最后求出在几次实验中所测面 sin sin 的 平均值 即为玻璃砖折射率的测量值 选修 3 4 1 21 5 5 注意事项 注意事项 1 实验时 尽可能将大头针竖直插在纸上 且P1和P2之间 P2与O点之间 P3 与P4之间 P3与0 之间距离要稍大一些 2 入射角 应适当大一些 以减小测量角度的误差 但入射角不宜太大 也不宜太小 3 在操作时 手不能触摸玻璃砖的光洁光学面 更不能用玻璃砖界面代替 直尺画界线 4 在实验过程中 玻璃砖与白纸的相对位置不能改变 5 玻璃砖应选用宽度较大的 宜在5cm以上 若宽度太小 则测量误差较大 6 数据处理及误差分析 此实验是通过测量入射角和折射角 然后查数学用表 找出入射角和折射角 的正弦值 再代人 sin sin n中求玻璃的折射率 除运用此方法之外 还有以下处 理数据的方法 处理方式 1 在找到人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00 或00 的延长线 交于D 点 过C D两点分别向NN 作垂线 交NN 于C D 用直尺量出CC 和DD 的长 如图3 4 1甲所示 由于 CO C C sin DO D D sin 而CO DO 所以折射率 sin sin 1 DD CC n 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 处理方式 2 根据折射定律可得 sin sin n 因此有 sin 1 sin n 选修 3 4 1 甲 选修 3 4 1 乙 22 在多次改变入射角 测量相对应的入射角和折射角正弦值基础上 以 sin值 为横坐标 以sin 值为纵坐标 建立直角坐标系 如图3 4 1乙所示 描数据点 过数据点连线得一条过原点的直线 求解图线斜率 设斜率为k 则 n k 1 故玻璃砖折射率 k n 1 二 典型例题 例例1 1 某同学在测定一厚度均匀的圆柱形玻璃的 折射率时 先在白纸上作一与玻璃圆柱同半径的 圆 圆心为0 将玻璃圆柱平放在白纸上 使其边 界与所画的圆重合 在玻璃一侧竖直插两枚大头 针P1和P2 在另一侧再先后插两枚大头针P3和 P4 使从另一侧隔着玻璃观察时 大头针P4 P3和P2 P1的像恰好在一条直线上 移去玻璃圆柱和大头针后 在白纸上得到如图3 4 2所示 在图中画出 沿P1 P2连线方向的入射线通过圆 形玻璃后的传播方向 光线在玻璃内的传播方向 在光线的入射点作法线 标出入射 角 和折射角 写出计算玻璃折射率的公式 不必计算 解析 解析 sin sin n 点评 点评 准确画出光路图 搞清其原理 这类题就不难解决了 三 实战演练三 实战演练 1 1 某同学用插针法测定玻璃砖的折射率 他的实验方法和操作步骤正确无误 但他处理实验记录时发现玻璃砖的两个光学面aa 与bb 不平行 如图3 4 3所 示 则 A P1P2与P3P4两条直线平行 B P1P2与P3P4两条直线不平行 选修 3 4 2 甲 选修 3 4 2 乙 选修 3 4 3 23 C 他测出的折射率偏大 D 他测出的折射率不受影响 2 2 利用插针法可以测量半圆柱形玻璃砖的折射率 实验方法如下 在白纸上 做一直线MN 并做出它的一条垂线AB 将半圆柱形玻璃砖 底面的圆心为O 放在白纸上 使它的直边与直线 MN 对齐 把半圆的边缘描在纸上 在垂线AB上插两个大头针P1和 P2 然后在半圆柱形玻璃砖的右侧插上适量的大头针 可以 确定光线P1P2通过玻璃砖后的光路 从而求出玻璃的折射率 实验室中提供的器材除了半圆柱形玻璃砖 木板和大头针外 还有量角器等 1 某学生用上述方法测量玻璃的折射率 在他画出的垂线AB上插P1 P2两枚大 头针 但在半圆柱形玻璃砖右侧的区域内 不管眼睛放在何处 都无法透过玻璃 砖同时看到P1 P2的像 原因是 他应该采取的措施是 2 为了确定光线P1P2通过玻璃砖后的光路 在玻璃砖的右侧 最少应插 枚 大头针 3 请在半圆柱形玻璃砖的右侧估计所插大头针的大概位置 并用 表示 做出光路图 3 3 在利用插针法测定玻璃砖折射率的实验中 1 甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa 和bb 后 不自觉地碰了 玻璃砖使它向aa 方向平移了少许 如图3 4 5甲所示 则他测出的折射率值将 选填 偏大 偏小 或 不变 2 乙同学在画界面时 不自觉地将两界面aa bb 间距画得比玻璃砖宽度 大些 如图3 4 5乙所示 则他测得折射率 选填 偏大 偏小 或 不变 选修 3 4 4 甲 甲 乙 丙丁 选修 3 4 5 24 第第 5 5 课时课时 实验 用双缝干涉测光的波长实验 用双缝干涉测光的波长 一 基础知识一 基础知识 1 实验目的 学会观察双缝干涉图样 掌握用双缝干涉测定单色光波长的方 法 2 实验原理 如图所示 电灯发出的光 经过 滤光片后变成单色光 再经过单缝 S 时发生衍射 这时单缝 S 相当于一单色光源 衍射光波同时到达 双缝 1 S和 2 S之后 再次发生衍射 1 S 2 S双缝相当 于二个步调完全一致的单色相干光源 透过 1 S 2 S双缝的单色光波在屏上相遇并叠加 1 S 2 S到屏上 P 点的路程分别是 1 r 2 r两 列光波传到 P 的路程差 21 rr 设光波波长为 1 若 2 1 0 nn 两列波传到 P 点同相 互相加强 出现明条纹 2 若 2 1 0 2 12 nn 两列波传到 P 点反相 互相减弱 出现暗 条纹 这样就在屏上得到了平行于双缝 1 S 2 S的明暗相间的干涉条纹 相邻两条明 纹间的距离x 与入射光波长 双缝 1 S 2 S间距离d及双缝与屏的距离l有关 其关系式为 l d x 因此 只要测出x d l即可测出波长 两条相邻明 暗 条纹间的距离x 用测量头测出 测量头由分划板 目镜 手轮等构成 如图3 5 2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条纹的中心 如图所示 记下此时手轮上的读数 1 a 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明条纹中心时 记下手轮上的 选修 3 5 1 选修 3 5 2 25 刻度数 2 a 两次读数之差就是相邻两条明条纹间的距离 即 21 aax x 很小 直接测量时相对误差较大 通常测出 n 条明条纹间的距离 a 再推 算相邻两条明 暗 条纹间的距离 1 nax 3 实验器材 双缝干涉仪即 光具座 光源 学生电源 导线 滤光片 单缝 双逢 遮 光筒 毛玻璃屏 测量头 刻度尺 4 实验步骤 1 观察双缝干涉图样 将光屏 遮光筒 毛玻璃屏依次安放在光具座上 如图 3 5 3 所示 接好光源 打开开关 使灯丝正常发光 调节各器件的高度 使光源灯丝发出的光能沿轴线射到光屏 安装双缝和单缝 中心大致位于遮光筒的轴线上 使双缝与单缝的缝平行 二者间距约 5cm 10cm 这时 可观察白光的干涉条纹 在单缝和光源间放上滤光片 观察单色光的干涉条纹 2 测定单色光的波长 安装测量头 调节至可清晰观察到干涉条纹 使分划板中心刻线对齐某亮条纹中 央 记下手轮上的读数 1 a 转动手轮 使分划板中心刻线移动至另一亮条纹 的中央 记下此时手轮上的读数 2 a 并记下两次测量时移过的条纹数 n 则相邻 两亮条纹间距 12 n aa x 用刻度尺测量双缝到光屏间距离l d是已知的 重复测量 计算 求出波长的平均值 白炽灯滤光片单缝双缝遮光筒屏 选修 3 5 3 26 换用不同滤光片 重复实验 4 注意事项 1 双缝干涉仪是比较精密的仪器 应轻拿轻放 不要随便拆解遮光筒 测 量头等元件 2 滤光片 单缝 双缝 目镜等如有灰尘 应用擦镜纸或干净软片轻轻擦 去 3 安装时 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 4 光源灯丝最好为线状灯丝 并与单缝平行且靠近 5 调节的基本依据是 照在像屏上的光很弱 主要原因是灯丝与单缝 双 缝 测量头与遮光筒不共轴线所致 干涉条纹不清晰一般主要原因是单缝与双缝 不平行所致 故应正确调节 二 典型例题 例题 1 用单色光做双缝干涉实验 下列说法正确的是 A 中央明条纹宽度是两边明条纹宽度的 2 倍 B 相邻干涉条纹之间的距离相等 C 屏与双缝之间距离减小 则屏上条纹间距变大 D 在实验装置不变的情况下 红光的条纹间距大于蓝光的条纹间距 解析 在双缝干涉实验中 相邻两条亮纹 或暗纹 之间的距离 x d l d 是 双缝的距离 l是双缝到屏的垂直距离 为光的波长 由上述公式可判断 B D 是对的 答案 BD 点拨 牢记 x d l 是分析和判断的依据 例题 2 在用双缝干涉测光的波长的实验中 1 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图 3 5 4 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下右图所示 这 27 两次示数依次为 mm 和 mm 由此可以计算出这次实验中所测得的单 色光的波长为 nm 2 一下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离 A 增大单缝和双缝之间的距离 B 增大双缝和光屏之间的距离 C 将红色滤光片改为绿色滤光片 D 增大双缝之间的距离 解析 1 0 640 10 295 536 2 B 三 实战演练 1 某同学在做双缝干涉实验时 按要求安装好实验装置 在光屏上却观察不 到干涉图样 这可能是因为 A 光源发出的光束太强 B 单缝与双缝不平行 C 没有安装滤光片 D 光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致 相差较大 2 关于双缝干涉测光的波长实验 下列说法正确的是 A 滤光片放在单缝与双缝之间 B 测量 x时 分划板刻线竖直放置 C 从第 1 条到第 n 条亮纹中央距离为a 则相邻亮条纹间距为 1 a x n D 换用不同滤光片后应调节单 双缝间距才能看到干涉条纹 3 在做双缝干涉实验时 若屏上某处发现亮条纹 则双缝 S1和 S2到屏上该 处的距离之差为 A 光波的半波长的奇数倍 B 光波的半波长的偶数倍 C 光波波长的奇数倍 D 光波波长的偶数倍 4 在 用双缝干涉测光的波长 实验中 为使光屏上单色的条纹间距减小些 可采取的措施是 A 换用缝距大些的双缝片 B 换用缝距小些的双缝片 0 10 15 0 5 10 25 30 选修 3 5 4 28 C 适当调大双缝与屏的距离 D 适当调小双缝与屏的距离 5 在做双缝干涉实验时 若在双缝后各放置一个偏振片 当两个偏振片的透 振方向相互垂直时 A 光屏上仍有干涉条纹 但亮条纹的亮度减小 B 光屏上仍有干涉条纹 但亮条纹的亮度增大 C 干涉条纹消失 但仍有光照射到光屏上 D 干涉条纹消失 光屏上一片黑暗 6 在 用双缝干涉测光的波长 实验中 有下列器材 A 白炽灯 B 双缝片 C 单缝片 D 滤光片 E 光屏 1 在放置它们时 正确的排列次序 填代号 2 在该实验中 不直接测相邻两条亮纹间的距离 而要测多条亮纹间的距 离 其原因是 3 如果用白光照射双缝 屏上干涉条纹的中央亮纹是 色的 共它各 级条纹中最外侧的条纹是 色的 7 在双缝干涉测光的波长的实验中 所用双缝间距 d 2mm 双缝到屏的间距 L 86 4c