高二物理第十三章光；本章知识复 习归纳人教实验版

用心 爱心 专心 高二物理第十三章高二物理第十三章 光 本章知识复习归纳人教实验版光 本章知识复习归纳人教实验版 本讲教育信息本讲教育信息 一 教学内容 第十三章 光 本章知识复习归纳 二 知识网络 三 重点 难点解析 专题一 液体折射率的几种常见的测定方法 折射率的计算与测定是几何光学中的重要内容 教材 中虽然有 测定玻璃折射率 的实验 但关于折射率的计算与测定问题更常见的是液体 由于其测定方法多 知识应用 灵活性强 知识与方法易综合等特点 所以要尤其引起大家的注意 下面以水的折射率的 测定为例 综合几种方法 1 成像法 原理 利用水面的反射成像和 水的折射成像 方法 如图所示 在一盛 满水的烧杯中 紧挨杯口竖直插一 直尺 在直尺的对面 观察水面 能同时看到直尺在水中的部分和露出水 面部分的像 若从点 P看到直尺水 下最低点的刻度 B的像B 折射成 像 恰好跟直尺在水面上刻度A的像A 反射成像 重合 读出AC BC的长 量出烧杯内径d 即可求出水的折射率 用心 爱心 专心 2 插针法 原理 光的折射定律 方法 如图所示 取一方木板 在板上画出互相垂直的两条线 AB MN 从它们的交 点 O 处画直线 OP 使 PON 450 在直线 OP 上 P Q 两点垂直插两枚大头针 把木板 放入水中 使 AB 与水面相平 MN 与水面垂直 在水面上观察 调整视线使 P 的像被 Q 的像挡住 再在木板 S T 处各插一枚大头针 使 S 挡住 Q P 的像 T 挡住 S 及 Q P 的 像 从水中取出木板 画出直线 ST 量出图中的角 1 2 则水的折射率 2 1 sin sin n 3 视深法 原理 利用视深公式 n h h 方法 在一盛水的烧杯底部放一粒绿豆 在水面上方放一根针 如图所示 调节针的 位置 直到针尖在水中的像与看到的绿豆重合 测出针尖距水面距离即为杯中水的视深 h 再测出水的实际深度 h 则水的折射率 h h n 4 全反射法 原理 全反射现象 方法 在一盛满水的大玻璃缸下面放一发光电珠 如图所示 在水面上观察 看到一 圆的发光面 量出发光面直径 D 及水深 h 则水的折射率 D hD n 22 4 用心 爱心 专心 专题二 双界面的折射与全反射问题 光在涉及两个界面或两个以上界面问题 难点集中在第二个界面 此时经常要利用一 些数学知识得到对应的入射角后 再来判断 可能会发生全反射现象 若是平行玻璃砖的 双界面是不会发生全反射的 若是其他的双界面 比如半圆形玻璃砖与空气构成的双界面 等 就可能发生全反射 解决本类问题 首先要准确 规范作好光路图 然后借助几何知 识运用物理规律步步推理 专题三 双缝干涉 双缝干涉是本章的重点内容之一 也是多年考试的热点 在双缝干涉中既要掌握空间 某点加强或减弱的 量 的条件 即某点到双缝的路程差为波长的整数倍时 该点为加强 点 该处为亮纹 某点到双缝的距离差为半波长的奇数倍时 该处为减弱点 为暗纹 又 要熟练掌握双缝干涉图样的特点 单色光照射时为间距相同的亮暗相间的条纹 白光照射 时为彩色条纹 还要熟练掌握决定干涉条纹间距大小的因素及其定量关系 即 d l x 典型例题典型例题 例 1 一圆柱形容器 底半径与高之比为 2 3 眼睛沿 DA 方向看去恰能看到底部边缘 P 点 将容器注满某种液体 眼睛仍保持 DA 方向看去 恰能看到底部圆心 Q 点 如图所示 1 求此液体的折射率 2 从液面上方垂直向下观察 桶底看起来的深度是多少 解析 解析 1 依题意做折射光路图 设容器高为 3H 2 1 sin sin n 由几何关系知 AP R2 sin 1 R 2H AP 5H HAQ AQ R 13 sin 2 44 1 5 132 13 2 5 4 sin sin 2 1 n 2 从液面正视容器底部 Q 点 由折射而成的虚像深度 H H n H H 26 1315 5 132 33 由设容器高为 3H 得 H 为容器高度 液体实际深度 的 0 69 倍 答案 答案 1 1 44 2 深度约为容器高度的 0 69 倍 用心 爱心 专心 例 2 单色细光束射到折射率 n 2的透明球表面 光束在过球心的平面内 入射角 0 1 45 研究经折射进入球内后又经内表面反射一次 再经球面折射后射出的光线 如 图所示 图上已画出入射光线和出射光线 1 在图上大致画出光线在球内的路径和方向 2 求入射光线与出射光线之间的夹角 a 3 如果入射的是一束白光 透明球的色散情况与玻璃相仿 问哪种颜色光的 a 角最 大 哪种颜色光的 a 角最小 解析 解析 1 如图 2 由折射定律 2 1 2 2 2sin sin 1 2 n 得 0 2 30 由几何关系及对称性有 00 212 30 15 2 3 由于 0 212 90424 因此 n 越大 2 越小 越小 所以紫光 最小 红光 最大 答案 答案 1 见解析 2 a 30 3 紫光 a 最小 红光 a 最大 点拨 点拨 本题考查光的折射及反射定律 以及应用几何知识作图和分析计算的能力 因 此 我们在解题过程中注重应用数学知识 尤其是几何和三角知识来解决有关光的反射 和折射问题 要善于利用光路的可逆性及对称性来分析求解一些光的反射与折射问题 例 3 如图所示 为一直光导纤维 AB 之间距离为 s 使一光脉冲信号从光导纤维中间入 用心 爱心 专心 射 射入后在光导纤维与空气的界面上恰好发生反射 由 A 点传输到 B 点所用时间为 t 求光导纤维所用材料的折射率 解析 解析 设介质的折射率为 n 则有 1 sinsinC n 1 c n v 2 sin s t v 3 由 1 2 3 解得 2 1 ssn t c c n n 所以 s ct n 答案 答案 s ct n 例 4 如图所示 A B C D 代表双缝产生的四种干涉图样 回答下面问题 1 如果 A 图样是红光通过双缝产生的 那么换用紫光得到的图样用 图样表 示最合适 2 如果将 B 图样的双缝距离变小 那么得到的图样用 图样表示最合适 3 如果将 A 图样的双缝到屏的距离变小 那么得到的图样用 图样表示最 合适 4 如果将 A 图样的装置从空气中放入水中 产生的干涉图样用 图样表示最 合适 解析 解析 根据 d l x 分别进行判断 1 在 l d 不变情况下 红紫红紫 xx 选 C 图最合适 2 在 l 不变情况下 d 变小 x 变大 选 D 图最合适 3 在 d 不变情况下 l 变小 x 变小 选 C 图最合适 4 放入水中 变小 l d 不变 x 变小 选 C 图最合适 答案 答案 1 C 2 D 3 C 4 C 点拨 点拨 在双缝干涉实验中 无论是测波长还是判断条纹间距的变化 都要依据 d l x 的关系进行判断 同时还要记住折射率 波速 波长之间的关系 然后进行分析 比较从而得出结论 用心 爱心 专心 例 5 用单色光做双缝干涉实验时 从中央 0 点开始计数 光屏上某点 P 处恰为第三条亮 纹 现改用频率较高的单色光照射时 装置其他条件不变 那么 A P 处仍为第三条亮纹 B P 处可能是第四条亮纹 C P 处可能是第二条亮纹 D 若将光屏向双缝移近一些 在 P 处可能是第二条亮纹 解析 解析 根据 d l x 可知 在 l d 一定情况下 f 越大 越小 x 越小 因此屏 上某点 P 出现的条纹数可能增加 不会减少 B 正确 A C 错 将光屏向双缝移近一些 l 变小 x 变小 条纹变密 在 P 处不可能是第二条亮纹 D 错 答案 答案 B 例 6 在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 1 所示 有一半径为 r 的圆柱形平行光束垂 直入射到圆锥的地面上 光束的中心轴与圆周的轴重合 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 图 1 图 2 图 3 解析 解析 法一 法一 如图 2 所示 光线射到 A 或 B 时 入射角大于临界角 发生全反射 由几何关 系得到第二次到达界面时垂直射出 O 点为 ABC 的重心 设 EC x 则 3 2 rz x rx2 法二法二 由 n 1 5 可知光线首先发生全反射 作出光路图如图 3 由图中几何关系可得 rtan600 R r tan300 故 R 2r 答案 答案 C 点拨 点拨 处理全反射问题 一般是画出光路图 然后结合数学知识处理 例 7 abc 为全反射棱镜 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 的位置不变 改变光线的入射方向 不 考虑 bc 面反射的光线 用心 爱心 专心 A 使入射光线按图所示的顺时针方向逐渐偏转 如果有色光射出 ab 面 则红光将首 先射出 B 使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转 如果有色光射出 ab 面 则紫光将首 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 解析 解析 白光是由红到紫七种色光组成 同一种介质对它们的折射率 从红光到紫光逐 渐增大 从同一介质射向空气发生全反射的临界角不同 由公式 n C 1 sin n 越小 C 越 大 红光折射率最小 则临界角最大 光垂直入射 ac 面 在 ab 面发生全反射 则临界角 c 45 紫光折射率最大 则临界角最小 当入射光沿顺时针方向偏转时 通过 ac 面折射 后 射到 ab 面的入射角减小 首先小到红光临界角以下 红光先射出 ab 面 当入射光沿 逆时针方向偏转时 通过 ac 面折射后 射到 ab 面的入射角增大 不可能有光从 ab 面射出 答案 答案 A 例 8 如图所示 P 是偏振片 P 的透振方向为竖直方向 用带有箭头的实线表示 下列 四种入射光束中 哪几种照射 P 时能在 P 的另一侧观察到透射光 A 太阳光 B 沿竖直方向振动的光 C 沿水平方向振动的光 D 沿与竖直方向成 45 角振动的光 解析 解析 太阳光是自然光 太阳光中与透振方向一致的光能通过偏振片 A B 选项正 确 振动方向与透振方向垂直的光不能通过偏振片 C 项错 振动方向与透振方向有一定 夹角的光 会有一部分通过偏振片 D 项正确 答案 答案 ABD 点拨 点拨 光能否通过偏振片 取决于光的振动方向和偏振片透振方向的夹角 若两方向 垂直 则光不能通过偏振片 模拟试题模拟试题 一 选择题 1 某介质的折射率为2 一束光从介质射向空气 入射角为 600 图中哪个光路图是 正确的 用心 爱心 专心 2 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闯的直条纹 C 光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑 说明发生了衍射 D 光照到较大的圆孔上出现大光斑 说明光沿直线传播 不存在光的衍射 3 对于激光的认识 下列说法正确的是 A 普通光源的光都是激光 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 4 许多光学现象在科学技术上得到了应用 以下对一些应用的解释 错误的是 A 光导纤维利用的是光的全反射现象 B X 光透视利用的是光的衍射现象 C 分光镜利用的是光的色散现象 D 红外遥感技术利用一切物体都不停地辐射红外线的现象 5 市场上有种灯具俗称 冷光灯 用它照射物品时能使被照物品处产生的的热效应大 大降低 从而广泛地应用于博物馆 商店等处 这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后 面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜 例如氟化镁 这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反 射回来的热效应最显著的红外线 以 表示此红外线的波长 则所镀薄膜的厚度最小应为 A 8 1 B 4 1 C 2 1 D 6 如图所示 一束自然光通过起偏器照射到光屏上 则图中光屏上发亮的有 起偏器上 用箭头表示其透振方向 用心 爱心 专心 7 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 但在夜间骑行时 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 尾灯是由透明介质做成 其外形如图 13 19 所示 下面说法正确的是 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 在尾灯的左表面发生全反射 D 汽车灯光应从右面射过来 在尾灯的右表面发生全反射 8 如图所示 在挡板上开一个大小可以调节的小圆孔 P 用点光源 S 照射小孔 小孔后 面放一个光屏 MN 点光源和小孔的连线垂直于光屏 并于光屏交于其中心 当小孔的直 径从 1 0mm 逐渐减小到 0 1rnm 的过程中 在光屏上看到的现象将会是 A 光屏上始终有一个圆形亮斑 并且其直径逐渐减小 B 光屏上始终有明暗相间的同心圆环 并且其范围逐渐增大 C 光屏上先是形成直径逐渐减小的圆形亮斑 然后是形成范围逐渐增大而亮度逐渐减 弱的明暗相间的同心圆环 D 光屏上先是形成直径逐渐减小的圆形亮斑 然后是形成范围逐渐减小而亮度逐渐增 大的明暗相间的同心圆环 9 如图所示 将筷子竖直插人玻璃杯内 从俯视图中的 P 点沿水平方向看到的应该是图 中哪个图形 用心 爱心 专心 10 如图所示是做双缝干涉实验的示意图 先做操作 l 用两块不同颜色的滤色片分别挡 住双缝屏上下两半 I 和 接着再做操作 2 用不透明的挡板挡住 b 缝 若两块滤色片一 块是红色 一块是蓝色 则 完成操作 1 后 光屏上出现的是图 b 且甲是红色条纹 乙是蓝色条纹 完成操作 l 后 光屏上出现的是图 c 且丙是蓝色条纹 丁是红色条纹 完成操作 2 后 光屏上出现的是图 b 且甲是蓝色条纹 乙是红色条纹 完成操作 2 后 光屏上出现的是图 c 且丙是红色条纹 丁是蓝色条纹 A B C D 二 填空题 11 双缝干涉实验中 要使屏上单色光的干涉条纹之间的距离变宽 可采取以下办法 1 2 3 为测量红光的波长 现测得屏上 6 条亮光纹间的距离为 7 5 mm 已知双缝间的距离为 0 5 mm 双缝到屏幕的距离为 1m 则此红光波长为 12 如图 画有直角坐标系 oxy 的白纸位于水平桌面上 M 是放在白纸上的半圆形玻璃 砖 其底面的圆心在坐标原点 直边与 x 轴重合 OA 是画在纸上的直线 P1 P2为竖直 地插在直线 OA 上的两枚大头针 P3是竖直地插在纸上的第三枚大头针 a 是直线 OA 与 y 轴正方向的夹角 是直线 OP3与 y 轴负方向的夹角 只要直线 OA 画得合适 且 P3的 用心 爱心 专心 位置取得正确 测出角 a 和 便可求得玻璃的折射率 某学生在用上述方法测量玻璃的折射率时 在他画出的直线 OA 上竖直地插上了 P1 P2两枚大头针 但在 yC 光从介质射到空气界面时发生全反射 所以无折射光线 光路图 D 是正确 的 2 AC 解析 解析 单色光照到狭缝上产生的衍射图样是亮暗相间的直条纹 白光的衍射图是彩色 条纹 光照到不透明圆盘上 在其阴影处出现亮点 是衍射现象 光的衍射现象只有明显 与不明显之分 D 项中屏上大光斑的边线很模糊 正是光的衍射造成的 不能认为不存在 衍射现象 综合以上分析 选项 A C 正确 3 CD 解析 解析 激光是一种特殊的 人工产生的相干光 属于非自然光 由于激光具有 平行 性好 单色性好 亮度高的特点已经广泛应用于军事 医疗 工业 科研等各个方面 由 此可判断 A B 错 C D 正确 4 B 解析 解析 光导纤维是利用了光的全反射 X 光的透视是利用了 x 光的强穿透能力 分光 镜利用了光色散 红外遥感技术是利用了一切物体不停地向外辐射红外线的现象 故 B 不 正确 5 B 6 ABD 用心 爱心 专心 解析 解析 自然光通过起偏器后成为偏振光 当偏振光的振动方向与起偏器的透振方向平 行时能够通过 否则不能通过 所以 A B D 正确 7 C 解析 解析 我们从题图中取一个凸起并作出一条光路如图所示 由图可知 每一部分都相 当于一块全反射榜镜 要想让司机看到 光要沿入射的反方向射出 因此光只能从右侧 斜 边 斜入 故选项 C 正确 A B D 错误 8 C 解析 解析 能观察到明显的衍射现象的障碍物或孔的尺寸应该小于 0 5mm 本题小孔直径 是从 1 0mm 逐渐减小到 0 1rnm 的 所以在开始阶段没有明显的衍射现象 光基本上是沿 直线传播的 因此在光屏上应该得到和小圆孔相似的圆形亮斑 当孔的直径减小到 0 5mm 以下时 将发生较为明显的衍射现象 所以光屏上出现明暗相间的圆环 随着小孔直径的 减小 光的衍射现象越来越明显 衍射图样的范围越来越大 相邻亮纹和相邻暗纹间的距 离也逐渐增大 同时由于通过小孔的光能越来越少 所以衍射图样的亮度将变得越来越暗 根据以上分析 本题应选 C 9 解析 解析 筷子在水中部分反射的光到达 P 点后折射 如图所示 筷子的上半部分偏左 下半部分更偏左 且更粗 10 B 解析 解析 操作 1 是双缝干涉 红光波长长 条纹间距大 操作 2 是单缝衍射 红光条纹 宽 二 11 使用波长 较长的单色光增加双缝到光屏间距离或选用较长的遮光筒减小双缝之间 的距离 7 5 10 7m 解析 解析 在双缝干涉实验中 根据公式 d l x 可知 要使屏上单色光的干涉条纹之间 距离变宽 可以采取的办法是 1 使用波长 较长的单色光 2 增加双缝到光屏间 距离或选用较长的遮光筒 3 减小双缝之间的距离 根据测量值 计算相邻条纹间的距离 7 5 1 5 15 a xmmmm n 再代入公式 xd l 求得红光波长为 7 7 5 10 m 12 另画一条更接近 y 轴正方向的直线 OA 把大头针 P1 P2竖直地插在所画的直线上 直到在 y 0 区域内透过玻璃砖能看到 P1 P2的像 P3挡住 P1 P2的像 sin sin n 解析 解析 无法看到 P1 P2的像是 OA 光线的入射角过大 发生全反射的缘故 P3能挡住 P1 P2的像说明 OP3是 OA 的折射线 13 1 见解析 2 2 L x a 解析 解析 1 作出光路图 用心 爱心 专心 2 L x d 因为 d 2a 所以 2 L x a 14 凸透镜 橙 黄 绿 蓝 解析 解析 在棱镜中 四种单色光的折射率nnnn 绿橙黄蓝 所以橙光的偏转角最