高考物理复习资料《光》.doc

第十二章 光考纲要览主题内 容要求说 明光光的折射定律折射率全反射 光导纤维光的干涉、衍射和偏振实验与探究测定玻璃的折射率用双缝干涉测光波的波长考向预测纵观历年考题和新课改区域的考题，一般与本章内容相关的考题知识较简单，学习过程中识记内容较多.光的直线传播、反射定律、折射定律，全反射出题率较高；光的干涉、衍射、偏振和光电效应与大学物理联系紧密，容易出现应用能力强的新颖题，平时要注重光学与现代科技密切结合，注重理论联系实际能力的培养.本章内容一般可能会以选择、填空题，作图题出现在高考题中；折射率的计算可能会与其它章节综合以计算题出现.第1课时 光的折射、全反射31基础知识回顾1光的直线传播 （1）光在同一种均匀介质中是沿直线传播的前提条件是：在同一种均匀介质中传播.否则，可能发生偏折，如光从空气斜射入水中（不是同一种介质）；“海市蜃楼”现象（介质不均匀）；当障碍物或孔的尺寸和波长可以相比或者比波长小时，将发生明显的衍射现象，光线将可能偏离原来的传播方向.（2）解光的直线传播方面的计算题（包括日食、月食、本影、半影问题）关键是画好示意图，利用数学中的相似形等几何知识计算.2光的反射 平面镜成像（1）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.反射光线、入射光线、法线处在同一平面内，反射光线、入射光位于法线的两侧，反射角等于入射角.（2）平面镜成像的特点平面镜成的像是正立等大的虚像，像与物关于镜面对称.（3）平面镜成像光路图作法利用光的反射定律；根据平面镜成像的特点.在作光路图时，一般常常根据平面镜成像的特点可以先画像，后补光路图.（4）光的反射光路是可逆的在平面镜的计算和作图中要充分利用光路可逆.（眼睛在某点A通过平面镜所能看到的范围和在A点放一个点光源，该点光源发出的光经平面镜反射后照亮的范围是完全相同的.）（5）利用边缘光线作图确定视场范围3.光的折射（1）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的比值是定值(注意两角三线的含义) .(2)折射率 折射率定义：光从真空或空气中射入介质中发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的折射率.折射率反映介质折射光的本领大小的一个物理量折射率的定义表达式： n=（其中1为真空或空气中的角度）折射率的其它各种计算表达形式：n= = = （其中c、为光在真空或空气中的光速、波长；v、为介质中的光速、波长；为光发生全反射时的临界角）.折射率大小的决定因素：介质、光源(主要是频率)，注意：介质的折射率 n1，（3）折射光路是可逆的.4光的全反射 （1）光疏介质和光密介质：两种介质比较，折射率小的介质叫光疏介质，折射率大的介质叫光密介质；“光疏”和“光密”具有相对性.（2）全反射现象：光从光密介质入射到光疏介质的分界面上时，当入射角增大到一定程度时，光全部反射回光密介质，这一现象叫全反射现象.（3）临界角：折射角等于90时对应的入射角叫做临界角.用C表示，C=.（4）发生全反射的条件：光从光密介质入射到光疏介质；入射角大于等于临界角.（5）光导纤维：实际用的光导纤维是非常细的特质玻璃丝，直径只有几微米到一百微米之间，在内芯和外套的界面上发生全反射.其中内芯是光密介质，外套是光疏介质.5光的色散（1）三棱镜：横截面为三角形的三棱柱透明体称三棱镜.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，在两直角边都发生全反射后又垂直于斜边射出.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）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.各种色光性质比较：可见光中红光的折射率n最小，频率最小，在同种介质中（除真空外）传播速度v最大，波长最大，从同种介质射向真空时发生全反射的临界角C最大，以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小（注意区分偏折角和折射角）.重点难点例析一、影、本影和半影的理解由于光的直线传播、当光遇到不透明物体时，物体向光的表面被照明，在背光面的后方形成一个光线照不到的黑暗的区域，形成影，影分本影和半影，光源是点光源时只形成本影，非点光源将形成本影区和半影区，影的形成可以很好的解释日食和月食的形成.图12-1-1【例1】如图12-1-1所示为月球影子的分布情况示意图，在A、B、C、D四个区域内，在哪些区域能看到日全食、日环食、日偏食.【解析】从图12-1-1上可以看出，B区域为月球的本影区，人在B区域看不到从太阳射来的任何光线，在该区域看到的是日全食；当人在A区域时只能看到从太阳上半部分射来的光线，即只能看到太阳的上半部分，而看不到太阳的下半部分，在A区域看到是日偏食；同理，人在C区域看到的也是日偏食；而人在D区域内，只能看到太阳边缘射来的光线，而看不到太阳中间的光线，故在D区域看到的是日环食.【答案】A、C：日偏食B：日全食；D：日环食【点拨】本题关键是确定月球形成的本影区和半影区以及知道太阳是本身发光的天体，本题易出错就在D区域和A、C区域一样，认为是日偏食.l 拓展关于日食和月食下列说法正确的是（ ）A在月球的本影区里可以看到日全食B在月球的本影区里可以看到日偏食C在月球进入地球的半影区时可以看到月偏食D在月球完全进入地球的本影区时可以看到月全食【解析】月球的影里只能形成日食，地球的影里只能形成月食，太阳本身发光，故月球的本影里形成日全食，月球的半影里形成日偏食；而月球靠反射太阳光，只要有光线照射月球就不会形成月食，而地球的半影里虽然只有部分太阳光照射月球，但是还是看得到月球，只是较暗，只有月球部分进入地球本影区，才形成月偏食，全部进入本影区里才形成月全食.【答案】AD二、视深问题的处理分析光的折射时，一般需作出光路图，以便于应用折射定律及光路图中提供的几何关系来解答。在实际应用中，常见的方法是三角形边角关系.近似法，即利用小角度时，tansin的近似关系求解.【例2】位于水面下深H=1.2 m处的鱼，从正上方观察时，看到鱼的视深度是多少？（水的折射率n= ）【解析】解法1：如图12-1-2所示.位于S的鱼（漫反射）发出的光由水和空气的界面折射后进入眼睛，折射光线好像由S发出，S是S的视深位置.已知，设.由图可知图12-1-2得因为从近正上方观察，i和r都很小，由数学知识有由上面的近似关系及折射定律可得：图12-1-3解法2：这个问题可以从一般的情况着手分析，如图12-1-3所示.从空气中观察池水深度时，池底S处发出的光线中有一小束（SA、SB范围内）经水面折射后进入观察者的眼睛，AA、BB的延长线交于S点，这就是S的虚像.由图12-1-3可知：由折射定律可得：从正上方观察时，相当于d等于零，则有解得 【点拨】比较两种解法，解法2更具有推广的意义.上式（其中n为介质的折射率，H为物深，h为视深，d为折射点至通过S的竖直线的距离）可作为经验公式，对一般“物深、视深”问题进行推广使用.解本题的关键就是近视处理.l 拓展有一圆柱形水桶高16cm，直径12cm，人在某处向桶内看能看到桶边缘下方9cm处，若桶内装满水，则刚好能看到桶底边缘，求水的折射率n.【解析】桶内装满水时，桶底边缘任一点S发出的光线折射，其反向延长线交桶边缘下方9cm处，故H=16cm，h=9cm，,d=12 cm,。根据推论公式可得：三、折射定律、折射率的理解及其应用介质的折射率，与光速的关系：解题的关键：根据题意画出光路图，挖掘几何关系，由数学知识求解.P图12-1-4【例3】 如图12-1-4所示，一束光线以60的入射角射到一水平放置的平面镜上，反射后在正上方与平面镜平行的光屏上留下一光点P 。现将一块上下两面平行的透明体平放在平面镜上，如图中虚线所示，则进入透明体的光线经平面境反射后再从透明体的上表面射出，打在光屏上的光点P与原来相比向左平移了3.46cm ，已知透明体对光的折射率为.（1）作出后来的光路示意图，标出P的位置；（2）透明体的厚度为多大？ （3）光在透明体里运动的时间多长？PP图12-1-5【解析】（1）光路示意图如图12-1-5所示（注意出射光线平行，各处光线的箭头）（2）由折射定律得 sin = n sin得 =30设透明体的厚为d ，由题意及光路有2 d tan60 2 d tan30 = s解得 d =1.5cm （3）光在透明体里运动的速度v = 光在透明体里运动的路程所以：光在透明体里运动时间s = 21010 s【点拨】本题考查光的反射和折射。题中有一个难点，就是通过做光路图挖掘几何关系，从而求解透明体的厚度以及光在透明体里运动的时间.作出光路图也是解此类题的关键所在.l 拓展一条光线从空气射入某介质中，已知入射角为45，折射角为30，求光在此介质中的速度.【解析】n=又n=，所以v =m/s四、全反射、全反射棱镜及其应用1全反射现象要记住产生全反射的条件：光从光密介质射入光疏介质，且入射角大于等于临界角.在解题时要把计算和作图有机地结合起来，根据数据计算反射角、折射角，算一步画一步，画一步再根据需要算一步.作图要依据计算结果，力求准确.2. 全反射的一个重要应用就是用于光导纤维（简称光纤）.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.图14-1-63.棱镜对光的偏折作用：一般所说的棱镜都是用光密介质制作的.入射光线经三棱镜两次折射后，射出方向与入射方向相比，向底边偏折.（若棱镜的折射率比棱镜外介质小则结论相反.）作图时尽量利用对称性，由于各种色光的折射率不同，因此一束白光经三棱镜折射后发生色散现象（红光偏折最小，紫光偏折最大.）【例4】如图14-1-6所示，abc为一全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形.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），则（ ）A使入射光按图中的顺时针方向逐渐偏转，则红光首先射出ab面B使入射光按图中的顺时针方向逐渐偏转，则紫光首先射出ab面C使入射光按图中的逆时针方向逐渐偏转，则红光首先射出ab面D使入射光按图中的逆时针方向逐渐偏转，则紫光首先射出ab面【解析】当入射光按顺时针方向逐渐偏转时，进入棱镜中的折射光线也按顺时针方向逐渐偏转，它再射到ab面上时的入射角将逐渐变小，减小到临界角以下时，从ab面上就会有光线射出.不同的色光的频率不同，折射率也不同，从而临界角也不同，其中红光的频率最小，折射率也最小，临界角最大.在入射光按顺时针方向逐渐偏转过程中，红光将首先不满足全反射条件，必是红光首先射出ab面。当入射光按逆时针方向逐渐偏转时，射到ab面上时的入射角逐渐变大，不可能有色光从ab面射出.【答案】A【点拨】本题要求掌握全反射棱镜的特点、发生全反射的条件、不同色光的临界角的大小关系及相应的数学知识.图12-1-7l 拓展如图12-1-7所示，有一玻璃直角三棱镜ABC，其临界角小于450，一束平行于BC边的白光射到AB面，在光束射出三棱镜时（设光线在棱镜内先射至BC面上），则（ ）A.从BC面出射的是白色光束B.从AC面出射的是白色光束C.从AC面出射的是有色不平行光束D.从AC面出射的是平行于入射光线的有色光束【解析】平行于BC边的白光到AB面上，入射角为450，经AB面折后，各种色光的折射角不同，红光的折率最小，紫光的折率最大，则红光的折射角最大，但各种色光的折射角都小于450，射向BC面上时，入射角都将大于450，其中红光的入射角最大，因此各种色光都不会从BC面出，即发生全反射.反射线射至AC面上时，由对称性可知，入射角等于AB面上的折射角，故由AC面出的光线将与AB面上的入射线平行，但各色光产生偏移，最下面是红光，最上面是紫光.【答案】D 易错门诊【例5】一束白光从玻璃里射入稀薄空气中，已知玻璃的折射率为1.53，求入射角为下列两种情况时，光线的折射角各为多少？（1）入射角为50；（2）入射角为30.【错解】由折射定律可知：（1）当入射角i=50时，所以r=30（2）当i=30时，所以 r=19【错因】此解法中没有先分析判断光线是从光疏媒质进入光密媒质，还是从光密媒质进入光疏媒质，会不会发生全反射.而是死套公式，引起错误.【正解】光线由玻璃里射入空气中，是由光密媒质射入光疏媒质，其临界角为C,则有： 所以 C=由已知条件知，当i=50时，iC，所以光线将发生全反射，不能进入空气中.当i=30时，iC，光进入空气中发生折射现象.由折射定律有：sinr=nsini=1.53sin30=0.765 所以：r= 4954【点悟】解光的折射现象的题目时，首先应做出判断：光线是从光疏媒质进入光密媒质，光线还是从光密媒质进入光疏媒质.如是前者则ir，如是后者则ir.其次，如果是从光密媒质进入光疏媒质中，还有可能发生全反射现象，应再判断入射角是否大于临界角，明确有无折射现象.课堂自主训练1 一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为45，图12-1-8中的四个光路图中，正确的是( A )2.如图12-1-9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 )A.匀速直线运动 B.自由落体运动lSAhxvt图12-1-912C.变加速直线运动 D.匀减速直线运动【解析】小球抛出后做平抛运动，时间t后水平位移是vt，竖直位移是，根据相似形知识可以由比例求得，因此影子在墙上的运动是匀速运动.【答案】A课后创新演练1如图12-1-10所示，关于日食如下说法中正确的是( ABC )日月CBDAA在A区可看到日全食B在B区可看到日环食C在C和D区可看到日偏食D发生日食时，地球上处于白天且天气晴好的任何地方都能看到日月CBDAAA图12-1-10A2光在某种玻璃中的速度是108m/s，要使光由空气射入这种玻璃，且使折射光线与反射光线之间的夹角为90，则入射角应是（ B ） （ ）A30 B60 C45 D903已知介质对单色光的临界角为，则( ABC ) A该介质对此单色光的折射率为B此单色光在介质中的传播速度等于csin C此单色光在该介质中的波长是在真空中的sin图121-8D此单色光在介质中的频率是在真空中的150450入射光线12图12-1-114如图12-1-11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，入射角为450（相应的折射角为240）,现保持入射光线不变，将半圆柱绕通过O垂直于图面的轴线顺时针转过150，如图中虚线所示，则( B C )A.光束1转过150B.光束1转过300C.光束2转过的角度小于150D.光束2转过的角度大于1505. (2008年高考全国I理综第21题)一束由红、蓝两单色光组成的光线从一平板玻璃砖的上表面以入射角射入，穿过玻璃砖自下表射出.已知该玻璃对红光的折射率为1.5.设红光与蓝光穿过玻璃砖所用的时间分别为t1和t2，则在从0逐渐增大至90的过程中（ ）A.t1始终大于t2 B.t1始终小于t2C.t1先大于后小于t2 D.t1先小于后大于t2【解析】设折射角为，玻璃砖的厚度为h，由折射定律n= ，且n= ，在玻璃砖中的时间为t= ，联立解得，红光频率较小，为零时，t1t2，为90时，趋近渐近线，初步判定该函数为单调函数，通过带入为其它特殊值，仍然有t1t2.【答案】B图12-1-126（2008年高考全国II理综第15题）一束单色光斜射到厚平板玻璃的一个表面上，经两次折射后从玻璃板另一个表面射出，出射光线相对于入射光线侧移了一段距离.在下列情况下，出射光线侧移距离最大的是（ D ）A.红光以的入射角入射B.红光以的入射角入射C.紫光以的入射角入射D.紫光以的入射角入射7. （2008年高考重庆卷理综第19题）图12-1-12是一个圆柱体棱镜的截面图，图中E、F、G、H将半径OM分成5等份，虚线EE1、FF1、GG1、HH1平行于半径ON,ON边可吸收到达其上的所有光线.已知该棱镜的折射率n=,若平行光束垂直入射并覆盖OM,则光线（ B ）A.不能从圆孤NF1射出 B.只能从圆孤NG1射出C.能从圆孤G1H1射出 D.能从圆孤H1M射出【解析】本题考查光的全反射有关的知识，本题为中等难度题目.由该棱镜的折射率为可知其临界角C满足：；可求出GG1右边的入射光线没有发生全反射，其左边的光线全部发生全反射.所以光线只能从圆弧NG1射出.8.（2008年高考山东卷理综第37题）麦克斯韦在1865年发表的（电磁场的动力学理论）一文中揭示了电磁现象与光的内在联系及统一性，即光是电磁波.（l）一单色光波在折射率为1.5的介质中传播，某时刻电场横波图象如图12-1-13所示，求该光波的频率.（2）图12-1-14表示两面平行玻璃砖的截面图，一束平行于CD边的单色光入射到AC界面上，a、b是其中的两条平行光线.光线a在玻璃砖中的光路已给出.画出光线b从玻璃砖中首次出射的光路图并标出出射光线与界面法线夹角的度数.图12-1-13图12-1-14【解析】(l）设光在介质中的传播速度为v，波长为频率为f，则f= v= 联立式得f 由波形图得=4m，代人数字解得f=5Hz （2）光路如图12-1-15所示图12-1-15第2课时 光的干涉、衍射 激光基础知识回顾1.光的干涉现象(1)光的干涉两列光波在空间相遇时发生叠加，在某些区域总加强，在另一区域总减弱，从而出现明暗相间的条纹的现象叫光的干涉.（2）干涉的条件相干光源：频率相同、相差恒定（步调差恒定）的两束光.(3)杨氏双缝干涉相干条件：如图12-2-1图12-2-1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S1、S2光振动情况完全相同，则符合，（(n=0，1，2，3)时，出现暗条纹.（注意：振动情况完全相反的加强减弱条件）其中d是两狭缝之间的距离，L是两狭缝到屏的距离，是光波的波长.相邻亮条纹（或相邻暗条纹）之间的中央间距：x = 。双缝干涉图样 单色光：中央为明条纹，两边等间距对称分布明暗相间条纹；复合光：中央为明条纹，两边等间距对称分布彩色条纹.（4）薄膜干涉薄膜干涉的成因 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.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 (注意：非空气中波长的).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.2.光的衍射现象（1）光的衍射光遇到障碍物时，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.（2）明显衍射的条件从理论上讲衍射是无条件的，但需发生明显的衍射现象的条件：当孔或障碍物的尺寸比光波的波长小，或者跟光波的波长相差不多时，光才发生明显的衍射现象.（3）衍射图样单缝衍射：单色光：中央是最宽的亮条纹，两侧为不等间隔的明暗相间的条纹；复合光：中央是最宽的亮条纹，两侧为不等间隔的彩色条纹，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光.（注意：与双缝干涉的干涉条纹不同的是：干涉条纹均匀分布，而衍射条纹的中央明纹较宽、较亮.）圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环.（4）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亮斑，这是光能发生衍射的有力证据之一.注意泊松亮斑与圆孔衍射条纹的区别：图12-2-2是泊松亮斑，图12-2-3是圆孔衍射条纹. 图12-2-2 图12-2-3（5）光的衍射的应用用衍射光栅测定光波波长.3.光的偏振（1）自然光、偏振光自然光：从光源（如太阳、亮着的灯等）直接发出的光，包含着在垂直于传播方向的一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同.偏振光：自然光通过偏振片后，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一些方向振动较弱,这样的光叫偏振光.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，这时的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.（2）光的偏振的物理意义光的偏振现象充分表明光波是横波。因为偏振现象是横波所特有的现象.（3）偏振光的应用全息照相、立体电影等.4.激光（1）激光的特点主要特点有：相干性好；平行度好；亮度很高。激光是一种人工相干光,两束相同的激光在相遇区域叠加时，产生非常明显的干涉现象；激光具有非常好的平行度,激光在传播很远的距离后仍然保持一定的强度；激光具有很强的亮度，激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量.（2）激光的重要应用通信、测距、光盘读取、切割等.由于激光是相干光，便于调制，常用来传递信息，光纤通信就是激光和光导纤维相结合的产物；激光测距雷达、激光刻录光盘等都是根据激光的平行度好的原理制成的；利用激光在很短的时间内集中很大的能量的性质，用激光来切割各种物体、焊接金属及在硬质材料上打孔、医学上用激光做“光刀”来切开皮肤、切除肿瘤、“焊接”剥落的视网膜等，利用激光产生的高温高压引起核聚变.重点难点例析一、 光的干涉的条件的理解光的干涉的条件是有两个振动情况总是相同的波源，即相干波源（相干波源的频率必须相同）.形成相干波源的方法有两种：1.利用激光：因为激光发出的是单色性极好的光.2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）.下图12-2-4分别是利用双缝、楔形薄膜、空气膜、平面镜形成相干光源的示意图.图12-2-4【例1】如图12-2-5所示，在暗室中从单色点光源S直接射到屏PP上的一束图12-2-5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.【答案】C【点拨】本题主要考查光的干涉条件，并利用平面镜成像作图找到相干光源和相干区域.要明白发生干涉时必须是两束光相遇，即光束叠加.l 拓展在双缝干涉试验中，以白光为光源，在屏上观察到了彩色条纹，若在双缝中的一缝前放红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放绿色滤光片（只能透过绿光），这时（ ）A.只有红色和绿色的干涉条纹，其它颜色的条纹消失B.红色和绿色的干涉条纹消失，其它颜色的条纹消失C.任何颜色的条纹都不存在，但屏上光亮存在D.屏上无任何光亮【解析】双缝透过的红光和绿光的频率不同，不满足形成干涉的条件，不会出现干涉条纹，但是红光和绿光各自透过双缝会发生明显的衍射，因此屏上会出现衍射亮光.【答案】C【点拨】本题考查发生干涉的条件，不同频率的光不会发生干涉，但通过狭缝可以发生衍射，形成衍射图样，另外要注意区别双缝干涉和单缝衍射图样，本题看似简单，实际包含的内容和复杂，要深刻理解光亮的形成原因.二、 双缝干涉中条纹间距和位置的判断方法1.影响条纹间距的因素相邻亮纹或相邻暗纹的间距x与双缝到屏的距离L成正比，与两狭缝之间距离d成反比，与光的波长成正比，即.2.中央位置是亮纹还是暗纹的条件双缝到光屏中央距离相等，光程差为零，如果两光源振动完全一致，中央一定是亮纹，假如两光源振动正好相反，则中央为暗纹.3.单色光颜色、频率、波长的关系光的颜色由频率决定，光的频率由光源决定，在可见光中红光频率最低，紫光最高，真空中各色光速相同，由c =v知，真空中红光波长最大，紫光最小。【例2】频率为61014 HZ的单色光从S1和S2投射到屏上，并且S1与S2振动相同.若屏上的点P到S1与P到S2的路程差为310-6m，问P点是亮条纹还是暗条纹？设O为到S1和S2路程相等的点，则PO间有几条暗纹？几条亮纹？【解析】由公式得，满足产生亮纹的条件，则P点将出现亮纹；又由解得k =6，可判断PO间有6条暗纹，有5条亮纹（不包含P、O两点）【点拨】本题考查干涉条纹是亮纹还是暗纹的形成条件，同时注意尽管机械波和光波的产生本质不同，但都是波，具有共同的特性，它们的运动变化规律很相似，研究方法和探索技巧同样适用，这样就可用研究机械波的方法、技巧、规律应用到光波中去，实现知识的迁移，能力的提高.l 拓展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的“散斑对”相当与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、双缝到屏之距离以及相邻两条亮纹间距x.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是（ ）A. v= B.v= C. v= D.v=【解析】由题中信息可知“散斑对”相当与双缝干涉实验中的双缝，则d=vt，双缝到屏之距离以及相邻两条亮纹间距x，由x = 得v=.【答案】B【点拨】本题主要考查光的干涉，注意题中信息，学会知识的迁移，熟悉干涉条纹相邻明纹或暗纹的间距公式以及d的计算.三、光的干涉、光的衍射和棱镜使白光色散的比较1.形成原因不同光的干涉、光的衍射都是光波叠加的发生的现象；棱镜色散是光从一种介质射入另一种介质发生的折射现象，复色光通过透明介质由于折射分解为单色光.2.产生条件不同光的干涉形成的干涉条纹是有限的几束光的叠加；光的衍射形成的衍射条纹是极多且复杂的相干光的叠加；棱镜使白光的色散是光在不同介质中的折射率不同形成的，且必须是复色光才能产生色散.在双缝干涉实验中，光在通过其中的三个狭缝时，都发生了衍射而形成三个线光源，所以，一般现象中既有干涉又有衍射；单缝衍射，照射光的波长越长，中央亮纹越宽，所以衍射和干涉都能使白光发生色散现象，且中央白光的边缘均呈红色.干涉和衍射的图样有相似之处，都是明暗相间的条纹.只是干涉条纹中条纹宽度和亮纹亮度基本相同，衍射条纹中条纹宽度和亮纹亮度均不等，中央亮纹最宽最亮.【例题3】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【解析】因为中央到双缝的光程差恒为零，所以中央位置始终是亮纹，则A正确；因为双缝实验中屏上干涉条纹的间距与入射光波长成正比，白光中的紫光波长最短，所以得到的彩色条纹中最靠近中央的是紫色，则B错；白光中红光的波长最长，对同样的单缝，红光的衍射现象最明显，得到的中央亮纹最宽，所以彩条中偏离中央最远的是红光，则C对；照相机镜头涂的增透膜，通常是针对人眼最敏感的绿光设计的，使从镜头反射的绿光干涉相消，而对太阳光中红光和紫光并没有显著削弱，所以看上去呈淡紫色，并不是增强了对紫光的透射.【答案】A C图12-2-5图12-2-5【点拨】本题要求认真观察做好光的干涉、衍射实验的现象，还要比较这两种现象的差异，重视干涉、衍射在科技和生产中的应用.l 拓展（2008年高考上海卷物理第16题）用如图12-2-5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（在灯芯上洒些盐），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30B当金属丝圈旋转45时干涉条纹同方向旋转90C当金属丝圈旋转60时干涉条纹同方向旋转30D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，由薄膜干涉原理可知干涉条纹与金属丝圈转动无关，仍然是水平的干涉条纹.【答案】D【点拨】本题主要考查薄膜干涉的干涉条纹的形成，肥皂液膜在重力的作用下，上薄下厚，薄膜不会随金属丝的转到而变化，熟知该知识点就可以得出答案.四、光的干涉与实际生活相结合的应用1.薄膜干涉条纹间距与弯曲方向的判断方法（1）条纹出现在上表面的等厚线上，因为明纹的条件是厚度等于光波半波长的整数倍.（2）等倾干涉条纹是均匀的，相邻明纹间的高度差是一个常数，是由厚度决定.如图12-2-6所示:（h为相邻明纹的高度差，为斜劈的倾角，l为相邻明纹间的间距）.2.薄膜干涉的增透膜利用薄膜干涉现象可以制作增透膜，如在透镜表面镀一层厚度均匀的介质薄膜，要求介质的折射率小于制作透镜的玻璃，厚度等于黄绿色光在介质中传播时的波长的四分之一,这样从介质膜后表面反射的光和从介质膜前表面反射的光恰好相差半个波长，干涉结果相互抵消，即反射光的强度大大提高.在光学仪器上，包括人的眼镜镜片都已经广泛使用了增透膜.图12-2-7【例4】把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入如图12-2-7所示，这时可以看到亮暗相间的条纹，下面关于条纹的说法中正确的是（ ）A将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条纹变疏B将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，条纹变疏C将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动D将上玻璃板平行上移，条纹远离劈尖移动图12-2-8【解析】楔形空气层的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，空气层厚度相同的地方，两列波的路程差相同，故如果被测表面是平的，干涉条纹就是一组平行的直线，如图12-2-8，当劈角为时，相邻两条纹间等于，当劈角增大为时，相邻的条纹左移至A、C处，条纹间距变为.设=s，则=s，故=，=.因为，所以，故劈角增大时，条纹变密.同理，当上玻璃板平行上移时，易得ACCA为平行四边形，所以条纹向壁尖移动，且间距不变.【答案】B C【点拨】本题主要考查薄膜干涉的应用之一，检查工件的平整程度.熟悉等厚干涉条纹是均匀的，知道条纹间距的决定因素，且满足关系就可以得出正确答案.l 拓展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8.11014Hz，那么它设计的这种“增反膜”的厚度至少是多少？【解析】“增反膜”与“增透膜”的区别是：“增透膜”是增强透射光的强度，“增反膜”却是减弱透射光的强度，故“增反膜”的前后表面的两反射光的距离差为波长的整数倍，即最薄应为光在膜中一个波长，由题中信息可知：紫外线的波长：=2.5m，所以d=2.5m【点拨】本题关键就是注意知识能力的迁移，“增反膜”与“增透膜”的类比之处和它们的区别所在.“增透膜”是增加透射光，而“增反膜”是减弱透射光. 易错门诊如图12-2-9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12-2-10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（ ） 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干涉条纹不等距是因为空气膜厚度不是均匀变化D干涉条纹不等距是因为空气膜厚度是均匀变化图12-2-9 图12-2-10【错解】凸透镜和平板玻璃组成薄膜，凸透镜的上表面的反射光和平板玻璃的上表面的反射光形成薄膜干涉条纹，故B正确A错，根据薄膜干涉的应用检测工件的平整程度可知，凸透镜上表面是圆弧表面不是均匀变化，故衍射条纹不是均匀变化，故C正确D错。【错因】上述错误的原因是没有弄清凸透镜和平板玻璃组成的哪部分是薄膜，把凸透镜看成薄膜而错选C，而实际上是凸透镜和平板玻璃之间的空气形成薄膜，反射光是薄膜的两个表面的反射光干涉形成干涉条纹【正解】由于在凸透镜和平板玻璃之间的空气形成薄膜，所以形成相干光的反射面是凸透镜的下表面和平板玻璃的上表面，故A正确，由于凸透镜的下表面是圆弧面，所以形成的薄膜厚度不是均匀变化，形成不等间距的干涉条纹，故C正确.【答案】A C【点悟】本题中也许学生不易理解哪部分是薄膜，本题的关键是弄清楚薄膜，相干光是薄膜的上下两个表面.课堂自主训练1.能产生干涉现象的两束光是（ B ）A频率相同、振幅相同的两束光B频率相同、相位差恒定的两束光C两只完全相同的灯光发出的光D同一光源的两个发光部分发出的光【解析】只有频率相同、相差恒定、振动方向相同的光波，在它们相遇的空间里能够产生稳定的干涉，观察到稳定的干涉图样，但是，光波并不是一列连续波，它是由一段段不连续的具有有限长度的所谓“波列”组合而成的，并且波动间的间歇也是不规则的.两个独立光源发出的光，即使是“频率相同的单色光（实际上严格的单色光并不存在），也不能保持有恒定的相差.因此，为了得到相干光波，通常是把同一光源发出的一束光分成两束。杨氏双缝干涉实验中，所以在光源和双缝间设置一个狭缝，就是让点光源发出的一束光，先经第一个缝产生衍射，使得由双缝得到的两束光成为相干光波.光源发光是以原子为发光单位的，由前面分析可知，我们无法使两只完全相同的灯泡、同一光源的两个发光部分发出频率相同、相差恒定的光.这样的光源不会产生稳定的干涉现象，无法观察到干涉图样. 【答案】B2.用红光做光的双缝干涉实验，光屏上出现明、暗相间直间距均匀的红色的干涉条纹，今用不透光的障碍物堵起一条缝，则屏上（ D ）A一片黑暗 B一片红色C仍然是红色的干涉条纹，只是亮相减弱D仍然是明、暗相间的红色条纹，但条纹间距不相同【解析】堵起一条缝后红光只能透过单缝而射到屏上发生单缝衍射现象，也应将在屏上产生明、暗相间的红色条纹，只是单缝衍射所产生的衍射条纹间距不均匀.【答案】D3.有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有( B D ) A只有光波才能发生偏振，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】偏振是横波的特有现象，机械波中的横波能发生偏振。偏振光的获取除了自然光通过偏振片形成偏振光外，还可以让自然光从一种介质射入另一种介质发生反射和折射形成的反射光和折射光只要互相垂直，这样的反射光和折射光都是偏振光.【答案】B D 课后创新演练1.用包括红、绿、紫三种色光的复色光做光的双缝干涉实验，在所产生的干涉条纹中离中心条纹最近的干涉条纹是（ C ）A.红色条纹 B.绿色条纹 C.紫色条纹 D.三种条纹中心条纹的距离相等2.如图12-2-11所示，让白炽灯发出的光通过偏振片P 和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P和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（ B ）光源pQ明图12-2-11 A.光是电磁波 B.光是一种横波C.光是一种纵波 D.光是概率波图12-2-123.一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是( A B ) A各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹间距不同B各色光的速度不同，造成条纹的间距不同C各色光的强度不同D各色光通过双缝的距离不同4.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（ BC ）A.单色性B.单向性 C.亮度高D.粒子性5.太阳光照射在平坦的大沙漠上，我们在沙漠中向前看去，发现前方某处射来亮光，好像太阳光从远处水面反射来的一样，我们认为前方有水，但走到该处仍是干燥的沙漠，这现象在夏天城市中太阳光照射沥青路面时也能观察到，对这种现象正确的解释是（ C ）A越靠近地面空气的折射率越大B这是光的干涉形成的C越靠近地面空气的折射率越小D这是光的衍射形成的6.有关光现象的下列说法中正确的是（ B D ）A在平静的湖面上出现岸边树的倒影是光的折射现象B在太阳光照射下，水面上的油膜上出现彩色花纹是光的干涉现象C光导纤维传递信号的基本物理原理是光的折射D在光的双缝干涉实验中，只将入射光由绿光改为黄光，则条纹间距变宽【解析】A项是平面镜成像，B项叙述的是一个薄膜干涉现象，C项中光导纤维是利用全反射现象制成的，D项中干涉条纹宽度只与波长有关，波长大、宽度就宽黄光的波长比绿光的波长长，干涉条纹宽.【答案】B D7.某学生在观察双缝干涉现象的实验中，分别用红色、绿色、紫色三种单色光做实验，经同一干涉仪观察到如图12-2-12所示的明显干涉条纹，那么甲、乙、丙依次表示的颜色是（ D ）A.红色 绿色 紫色 B红色 紫色 绿色C.紫色 绿色 红色 D绿色 紫色 红色9.（2008年高考上海）在杨氏双缝干涉实验中，如果（ BD ） A用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹B用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹C用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹D用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹【解析】白光作杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现彩色条纹，A错；用红光作光源，屏上将呈现红色两条纹与暗条纹（即黑条纹）相间，B对；红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，C错；紫光作光源，遮住一条狭缝，屏上出现单缝衍射条纹，即间距不等的条纹，D对.9.（2008年高考天津卷理综）下列有关光现象的说法正确的是（ A ）A.在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间距一定变大B.以相同入射角从水中射向空气，紫光能发生全反射，红光也一定能发生全反射C.紫光照射某金属时有电子向外发射，红光照射该金属时也一定有电子向外发射D.拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度【解析】根据干涉条纹的间距的公式x=可知，由于紫光的波长比红光的波长短，所以改为红光后条纹间距一定增大，A正确；紫光的临界角比红光的临界角小，所以紫光发生全反射后红光不一定发生全反射，B错误；由于紫光的频率大于红光的频率，所以紫光的能量比红光的能量大，紫光发生光电效应红光不一定发生光电效应，C错误，拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振镜是为了防止玻璃的反光，所以D错误. 【答案】A第3课