光的折射、衍射、干涉

1、一、知识点梳理1.光的折射光的反射定律：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。2.3.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。折射率(光线从介质I介质II)注意两角三线的含义sin i vn = tsin r v1折射现象的光路可逆性折射率：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一一介质、光源(频率)c在其它介质中的速度n，式中n为介质的折射率，n

2、1，故v a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掉的光束在射进空心球前的横截面积是多少?答案兀n 2 a 2【例3】某三棱镜的横截面是一直角三角形，如图所示，ZA=90, ZB=30, ZC=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：画出光路图如图所示。(1)因为入射光平行于BC面，i=60 TOC o 1-5 h z 由折射定律有迪1 = n，所以sin a=4 sin a2n光折到AC面上时，皿=ns

3、in &由几何关系可得：A+p=90sin B = cos a = * 1 - sin2 a =，2nsin y = n sin B=2，8 = y - 30。= arcsin2 30。f(2)要使有光线从AC面射出，应有sinr1：即史土！ 1，得 中，已知此光束由红光和蓝光组则当光束透过b板后（）P传播方向相对于入射光方向向左偏转中角:传播方向相对于入射光方向向右偏转甲角红光在蓝光的左边红光在蓝光的右边如图所示，光从A点射入圆形玻璃，而从B点射出，若出射光线相对于入射光线的偏向角为300，AB弧所对的圆心角为1200，下列说法正确的是（）一，克+侦6 。.玻璃的折射率为一-一一，克+侦6

4、。.玻璃的折射率为一-一D.光线在A点的入射角为1200A 玻璃的折射率为板2B .玻璃的折射率为*3A /fD.无法确定如图所示，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a、，且a p ）。角大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）（）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 。使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，红

5、光将首先射出ab面。.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10gm的细玻 璃珠，所用玻璃的折射率为*3，为使入射的车灯光线经玻璃珠折射 一反射一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()15B. 30C. 45D. 60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 ()A.光的折射B.光的全反射C.光的干涉D.光的色散图中ABCD是一个用折射

6、率n=2.4的透明介质做成的四棱柱镜.图中所示其横截面，匕A=ZC=90 ,ZB=60 ,ABBC.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，要求人画出所有典型光线从入射到射出的光路图(为了y 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) 简要说明所画光路的根据，并说明每条典型光线只可b能从棱镜表面的哪部分射出.16 .测定玻璃折射率的实验中某同学做实验插针的步骤如下：在表示入射光线的A0上插上大头针P1和P2通过玻璃砖观察P1和P2,调整视线，直到P1的像被P2的像挡住在观察一侧插上大头针P3和P4，并记下P3和P4的位

7、置。这位同学在操作中有什么重要疏漏？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.半径为R的玻璃半圆柱体，横截面如图所示，圆心为0。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，ZAOB=60，已知该玻璃对红光的折射率n = V 3。求两条光线经柱面和底面折射后交点与0点的距离d。若入射的是单色蓝光，则距离d将比上面求得的结果大

8、还是小?答案(1) R/3，(2)小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- 个圆形木盘上过其圆心0作两条相互垂直的直径BC、EF，在 半径0A上垂直圆盘面插下两枚大头针鸟、P2并保持PP2 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PP2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P 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)若基OF = 30。，0P3与

9、0C的夹角为30，则P3处所对应的折射率的值为(2)图中P3、P4两位置哪一处所对应的折射率值大？ .作A0的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率的值应为如图所示，一条长度为L=5.0m的光导纤维用折射率为n=E的材料制成。一细束激 光由其左端的中心点以a=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：该激光在光导纤维中的速度v是多大？该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少？参考答案: TOC o 1-5 h z DBADDBBCABCADB15.略16. (1)疏漏：插针时应使P3挡住P1和P2的像，P4挡住尸1、P2、P3的像(2)根据折射定律:sin i PP RP

10、P 45 4 _n=snr=应r=芯=30=I517. (1)R/3,(2)小18. (1)19. (1)1- 73(2) P42.12x108m/s； (2)(3) 12.36x10s光的干涉、用双缝干涉测波长、衍射现象一、知识点梳理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。（1）产生干涉的条件：若S、S2光振动情况完全相同8 = q = d x = n，（=0、1、2、3） 条纹；若符合8= r2 - r1 = %x = （2n +1），（ （n=0， 1， 出现暗条纹。相邻亮条纹（或相邻暗条纹）之间的

11、中央 间距为Ax =-人。d（2）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。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枷x=lK /d 测波长为：入=d 乙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

12、色光的波长：双缝间距是已知的，测屏到双缝的距离i，测相邻两条亮纹间的距离Ax，测出n个亮纹间的距离，则两个相邻亮条纹间距：1Ax = n 1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。 TOC o 1-5 h z 从红光一紫光，光波的波长逐渐变小。广V_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 JL y暗so，观察灯焰的像：是液膜前后两个反射的光形成II明cxj |的，与双缝干涉的情况相

13、同，在膜上不同位置， 7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。.十.注意：关于薄膜干涉要弄清的几个问题:（1）是哪两列光波发生干涉;（2）应该从哪个方向去观察干涉图样;（3）条纹会向哪个方向侧移应用（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。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

14、波波长。二、精选例题：【例1】（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（C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任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮屏上无任何光亮【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 （AArTTOTInimiiiiii【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

15、作用是，双缝的作用 ，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m.答案：获得单色光，产生线光源，产生相干光源，平行，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11.5mm，16.7mm，减小实验误差，6.5X10T.【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，

16、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：（1）任意一条明纹或 暗纹所在位置下面的薄膜厚度相等（2）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：（AA.变疏 B.变密C.不变图甲图乙D.消失【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 下单色光 列哪两个表面反向的光叠加而成的（c） 口；准样技a的上表面、b的下表面 a的上表面、b

17、的上表面 ；:严璃板a的下表面、b的上表面;1 I L.a的下表面、b的下表面D.1S46-6 1 1【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（C色散现象B .全反射现象干涉现象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

18、8.1 X 1014Hz，那么它设计的这种“增反膜”的厚度至少是多少？【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所对应的圆孔的孔彳J （填大于或小于）图B所对应的圆孔的孔径。图A图B【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）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仍然有明暗相间的条纹，只是条纹的

19、宽窄和亮度分布不再是均匀的了由于只有单缝，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【例9】.如右图所示，L为水平放置的条纹出现点亮的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 ）横藤条的影，横竖藤条的影竖藤条的影，横竖藤条的影横竖藤条的影，竖藤条的影，没有藤条的影横竖藤条的影，横藤条的影，没有藤条的影三、过关测试如图所示是光的双缝干涉的示意图，下列说法中正确的是（）单缝S的作用是为了增加光的强度.双缝SS2的作用是为了产生

20、两个频率相同的线状光源.当SS2发出两列光波到P点的路程差为光的波长入的1.5倍时,产生第二条暗条纹。当SS2发出的两列光波到P点的路程差为长入时，产生中央亮条纹. B.C.D.在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差 x=0.6m ,若分别用频率为 fi=5.0X10i4Hz和f7.5X10i4Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现明、暗条纹的情况是（）用频率为fi的单色光照射时，出现明条纹.用频率为f2的单色光照射时，出现明条纹.用频率为fi的单色光照射时，出现暗条纹.用频率为f2的单色光照射时，出现暗条纹.关于双缝干涉条纹的以下说法中正确的是（）用同一种单色光做双缝干涉实验，能观察到明

21、暗相间的单色条纹.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.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（）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任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮屏上无任何光亮D AD ABD C A C

22、 AC A BD AC B D B A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（）D.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B. C.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乙X。下列说法中正确的有（）如果增大单缝到双缝间的距离，乙x将增大如果增大双缝之间的距离，乙x将增大如果增大双缝到光屏之间的距离，乙X将增大如果减小双缝的每条缝的宽度，而不改变双缝间的距离，乙x将增大如图甲所示，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，

23、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（）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干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的num甲乙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：（）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，最后完全黑暗关于光学装置上的增透膜，下列说法中错误的是：（）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：（）A-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C将入射光由绿光改为红光，则条纹间距变宽D将入射光由绿光改为紫光，则条纹间距变宽如图所示的双缝干涉实验装置中，当使用波长为6x 10-7m的橙光做实验时，光