专题十四光-讲解

专题十三交变电流体系透视考点透析实验微专题目录考点1光的折射全反射考点2光的波动性实验微专题16测量玻璃的折射率实验微专题17用双缝干涉实验测量光的波长题型透悟题型23光路分析考点1光的折射全反射一、光的折射和全反射的比较

光的折射全反射

折射光线与入射光线、法线处在同一平面内,折射光线与入射光线分别位于法线的两侧;入射角的正弦与折射角的正弦成正比光从光密介质射入光疏介质,当入射角增大到某一角度,使折射角达到90°时,折射光完全消失,只剩下反射光

n=

,n为介质的折射率,θ1指的是真空中的光线和法线的夹角,θ2指的是介质中的光线和法线的夹角根据n=

,光刚发生全反射时θ1=90°、θ2=C,得n=

,所以n=

,则sinC=

(1)同一种介质中,频率越大的光折射率越大,传播速度越小(2)光从一种介质进入另一种介质时频率不变,根据n=

来判断光在不同介质中的传播速度,根据v=λf来判断光在不同介质中的波长二、各种色光的比较颜色红橙黄绿青蓝紫频率低→高光子的能量小→大同一介质中的折射率小→大通过同一棱镜的偏折角小→大同一介质中的传播速度大→小同一介质中的波长大→小同一介质中的临界角大→小例

(多选)如图所示,一束白光通过三棱镜折射后分为各种单色光,取其中a、b、c三

种色光,并做如下实验:①让这三种单色光分别通过同一双缝干涉实验装置在光屏上

产生干涉条纹(双缝间距和缝屏间距均不变);②让这三种单色光分别照射到某金属板

表面,观察与金属板连接的静电计指针是否转动。下列说法正确的是

(

)A.在棱镜中a光的传播速度最大B.如果减小白光在左侧面的入射角,最先消失的是c光C.a光形成的干涉条纹间距最大D.若c光能使该金属板发生光电效应,a光一定不能使该金属板发生光电效应ABC

解析

由题图可得c光的偏折程度最大,所以棱镜对三种色光的折射率nc>nb>na;由n=

可得在棱镜中a光的传播速度最大,A正确。由n=

可得c光发生全反射的临界角最小,且由题图可知,如果减小白光在左侧面的入射角,光从棱镜右侧面射出时,c光的折

射角最大且继续变大,故最先消失的是c光,B正确。三种色光的波长λc<λb<λa,则a光形

成的干涉条纹间距最大,C正确。三种色光的频率fc>fb>fa,由于该金属的极限频率与fa的

关系未知,故若c光能使该金属板发生光电效应,a光也有可能使该金属板发生光电效

应,D错误。考点2光的波动性一、双缝干涉1.单色光照射产生明、暗条纹的条件(1)光的路程差r2-r1=±kλ(k=0,1,2,…),光屏上出现亮条纹。(2)光的路程差r2-r1=±(2k+1)

(k=0,1,2,…),光屏上出现暗条纹。2.相邻亮(暗)条纹的中心间距Δx=

λ。二、薄膜干涉1.原理:薄膜上不同位置厚度一般不同,入射光照在薄膜的不同位置,来自薄膜前后两

个面的反射光的路程差不同,叠加后出现亮条纹或暗条纹。2.应用:检测工件表面的平整度。(1)干涉条纹等间距,被检测平面平整,如图甲所示。(2)对应亮纹(或暗纹)提前出现,如图乙所示,说明某处凹陷。(3)对应条纹延后出现,如图丙所示,说明某处凸起。

单缝衍射双缝干涉图样(阴影部分表示亮条纹)

条纹宽度条纹宽度不相等,中央的最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹中心间距不相等各相邻条纹中心间距相等亮度中央条纹最亮,两边较暗清晰条纹,亮度基本相同相同点干涉、衍射都是波特有的现象,属于波的叠加;光的干涉与衍射都有明暗相间的条纹三、单缝衍射和双缝干涉的比较题型23光路分析一、几种常见的对光路控制的光学器材1.平行玻璃砖(如图所示)

(1)通过平行玻璃砖的光不改变传播方向,但会发生侧移。(2)不同频率的单色光通过相同的玻璃砖,频率越高,侧移量越大,反之越小。(3)光不可能在玻璃砖下界面发生全反射。2.三棱镜(如图所示)

(1)在以上两图中,①②两条入射光线的入射角∠1相等,出射光线的出射角∠4也相等,

光线的偏折角δ相同[δ=(∠1-∠2)+(∠4-∠3)]。(2)若入射角∠1逐渐减小,则第二次折射的入射角∠3逐渐增大,当增大到临界角C时恰

好发生全反射。3.圆柱体(或球体)玻璃(如图所示)(1)光路图具有对称性,入射角等于出射角且光线向圆心偏折。(2)对着圆心入射的光传播方向不变。知识拓展平行光第二次折射时,若入射角≥发生全反射时的临界角C,则会发生全反

射,临界情况的光路图如图所示,在图中可以得到发生全反射的入射点范围。

4.半圆柱体(或半球体)玻璃(1)如图甲所示,半圆柱体(或半球体)玻璃左侧垂直于直径入射的光传播方向不变,部分

光经右侧弧面折射后射出,部分光会发生全反射。

(2)在右侧弧面发生全反射的临界光线如图乙所示,在上下两条临界光线外侧的光线均发生全反射,在图中可得到发生全反射的在圆弧面上入射点范围。5.光导纤维(如图所示)(1)折射率n1>n2。(2)随着入射角从0逐渐增大到i,折射角逐渐增大到r,α逐渐减小,此时若α刚好减小到发

生全反射的临界角C,则恰好发生全反射。为保证入射的光线都能发生全反射,则入射角的最大值为i。二、解题关键1.根据光的折射定律和全反射规律作出正确的光路图是光路分析的基础。2.在一系列的平行入射光线中找到发生全反射的临界光线、利用数学中的几何关系

求出角度,均为处理光路问题的难点。通常假设在一系列光线中的某条光线恰好发生

全反射,作出光路图,然后结合sinC=

即可找到临界光线。典例如图所示,半圆形透明柱体,其横截面的半径为R,圆心为O,AB为水平直径,现有

一单色细光束从C点以与竖直方向成α角度射入,光束折射后恰好能到达S点。已知BC

=

R,sinα=

。

(1)求该柱体的折射率n;(2)若用该单色光垂直照射整个AB面,求光进入透明柱体后在半圆弧ASB上有光直接折射射出的弧长与ASB弧长的比值k。(不考虑半圆形透明柱体内的反射光)

审题指导

(1)根据从C点入射的光束恰好过S点,画出折射光线,根据几何知识求得折射角,从而求出该柱体的折射率。(2)采用假设法找到恰好发生全反射的临界光线的入射位置。

解析

(1)光束从C点射入的光路图如图甲所示。根据几何关系,结合光的折射定律,有n=

=2。(2)若用该单色光垂直照射整个AB面,设从F点(F'点)射入的光经过E点(E'点)刚好发生

全反射,如图乙所示,则有sinC=

,解得C=30°,根据光路的对称性可知,在半圆弧ASB上有光透出的弧长所对圆心角为60°,所以有光直接折射射出的弧长与ASB弧长的比值k=

=

。

答案

(1)2

(2)

实验微专题实验微专题16测量玻璃的折射率一、实验原理及装置图如图所示,当光线AO以一定的入射角穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O'B,从而画出折射光线OO',测量入射角θ1、折射角θ2,

再根据n=

计算出玻璃的折射率。二、操作要领及注意事项1.实验操作应注意哪些细节:尽可能将大头针竖直插在纸上,P1和P2之间、P3和P4之

间、P2与O之间、P3与O'之间距离要稍大一些;插针时,眼睛在bb'的一侧透过玻璃砖观

察两枚大头针并调整视线方向,使P3挡住P1、P2的像,再插上P4,使P4挡住P3和P1、P2的

像。2.入射角应满足什么要求:入射角θ1不宜太大(接近90°)或太小(接近0°)。入射角太大折

射光较弱,入射角太小角度测量的误差较大。3.画线时应如何操作:先在白纸上画一条直线aa',再在白纸上放上玻璃砖,使玻璃砖的

一条长边与直线aa'对齐,并画出另一条长边的对齐线bb'。操作时,手不能触摸光通过

的玻璃砖的光洁面,也不能把玻璃砖的棱当尺子画边界线。三、数据处理1.计算法:用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,计算不同入射角时的

,并取平均值。2.图像法:改变不同的入射角θ1,测出不同的折射角θ2,作sinθ1-sinθ2图像,由n=

可知图线应是一条过原点的倾斜直线,其斜率为折射率。3.“单位圆”法:以入射点O为圆心,以一定的长度R为半径画圆,如图所示,sinθ1=

,sinθ2=

,OE=OE'=R,则n=

=

。只要用刻度尺测量出EH、E'H'的长度就可以求出折射率n。四、误差分析1.若本实验方案中直线aa'与直线bb'不平行,则会产生误差。2.如图甲所示,若误将本实验方案中的玻璃砖稍向上平移了一些(aa'、bb'的间距与玻

璃砖的宽度仍相等),不影响实验结果。3.如图乙所示,若在本实验操作中误将两界面aa'、bb'的间距画得比玻璃砖的宽度大些,则会导致测量的折射率偏小。实验微专题17用双缝干涉实验测量光的波长一、实验原理光源发出的光,经过滤光片后变成单色光,再经过单缝S时发生衍射,S1、S2相当于

两个相干光源,相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx=

λ。因此,只要测出Δx、d、l即可测出波长λ。二、操作要领及注意事项1.安装时应注意的细节:使光源、透镜、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、双缝平行且间距适当。2.如何进行调节:调整光源的高度和亮度,使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮;调节测量头时,应使分划板中心刻线和亮条纹的中心对齐,记下此时手轮上的读

数,转动手轮,使分划板中心刻线和另一亮条纹的中心对齐,记下此时手轮上的读数,两

次读数之差就表示这两条亮条纹间的距离。三、数据处理1.条纹间距的计算:转动测量头的手轮,分划板中心刻线在第1条亮条纹中央时读数为a

1,在第n条亮条纹中央时读数为an,则Δx=

,再根据Δx=

λ求出λ。2.测量时需测量多组数据,求λ的平均值。四、误差分析1.双缝到屏的距离l的测量存在误差。2.测条纹间距Δx带来的误差(1)干涉条纹没有调整到最清晰的程度。(2)分划板中心刻线与干涉条纹不平行,中心刻线没有恰好位于条纹中心。(3)测量多条亮条纹间的距离时因读数不精准存在的误差。五、其他方案方案一利用激光