第13章光复习学案

1第十三章光复习课（学案）知识梳理与例题讲练（一）光的折射：光从一种______进入另一种________并改变传播方向的现象。1．光的折射定律：____________________________________________________________。2．在折射现象中光路可逆。3．介质的折射率：n=________=_______（对应光从真空进入介质）4．实验：测定玻璃的折射率【例1】安全门上的观察孔，直径d=4cm，门的厚度L=3.464cm，为了扩大向外观察的范围，在孔中嵌入折射率为3的圆柱形玻璃，圆柱体轴线与门面垂直，如图所示。从圆柱底面中心看出去，可以看到的门外入射光线与轴线间的夹角称做视场角。求：嵌入玻璃后的视场角。自主训练：如图所示，△ABC为一直角三棱镜的截面，其顶角α=30°，P为垂直于直线BCD的光屏，现一宽度等于AB的单色平行光束垂直射向AB面，在屏P上形成一条宽度等于2AB/3的光带，试作出光路图并求棱镜的折射率.【例2】某研究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7所示，在一个圆盘上，过其圆心O做两条互相垂直的直径BC、EF。在半径OA上，垂直盘面插上两枚大头针P1、P2并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使夜面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像。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P3所插的位置，就可以直接读出液体折射率的值。（1）在用此仪器测量液体的折射率时，下列说法正确的是_____________（填字母代号）A．大头针P3插在M位置时液体的折射率值大于插在N位置时液体的折射率值B．大头针P3插在M位置时液体的折射率值小于插在N位置时液体的折射率值C．对于任何液体，在KC部分都能观察到大头针P1、P2的像D．可能有一种液体，在KC部分观察不到大头针P1、P2的像（2）若AOF=30°，OP3与OC的夹角为30°，则液体的折射率为。（二）光的干涉和衍射BCOAEFKMNP1P221．双缝干涉产生稳定干涉的条件：两光源发出的光频率______，相位差_______现象：屏上出现___________的条纹分析：路程差Δr=_________________________亮纹；Δr=____________________暗纹。相邻亮条纹间距：与单色光波长成_______，公式Δx=________应用：用双缝干涉测光波的波长。【例3】在双缝实验中，双缝到光屏上P点的距离之差d=0.6μm.若分别用频率为f1=5.0×1014Hz和频率为f2=7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现条纹的情况是A．用频率为f1的单色光照射时，P点出现明条纹B．用频率为f2的单色光照射时，P点出现明条纹C．用频率为f1的单色光照射时，P点出现暗条纹D．用频率为f2的单色光照射时，P点出现暗条纹【例4】用双缝干涉测光的波长。实验装置如图14－4（甲）所示，已知单缝与双缝间的距离L1=100mm，双缝与屏的距离L2=700mm，双缝间距d=0.25mm。用测量头来测量亮纹中心的距离。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻线对准亮纹的中心（如图14-4（乙）所示），记下此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心，记下此时手轮上的读数。（1）分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时，手轮上的读数如图14-4（丙）所示，则对准第1条时读数x1=_______mm、对准第4条时读数x2=_______mm（2）写出计算波长λ的表达式，λ=_________（用符号表示），λ=_____nm2．薄膜干涉原理：利用薄膜前后表面反射光作为相干光波。应用：检查平面平整程度、增透膜、增反膜。3．光的衍射：光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象。明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或者跟波长相差不多。单缝衍射现象：明暗相间的条纹。条纹宽度和亮度不等，中央亮纹最宽最亮。泊松亮斑：影子中心一个很小的亮斑15205100202515图（丙）第1条时读数第4条时读数1520510030354045图（乙）光源滤光片单缝双缝遮光筒屏图（甲）L1L23（三）光的颜色色散含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫做色散。干涉、衍射、折射时都会发生色散。色散现象表明：（1）白光是复色光；（2）当各种色光通过同一介质时，紫光的折射率最大，红光的折射率最小；（3）在同一介质中，红光的传播速度最大，紫光的传播速度最小。折射率与波长之间的关系：波长越短，折射率越大。（四）全反射发生全反射的条件：（1）光从光密介质射向光疏介质（2）入射角大于临界角临界角：光从光密介质射入光疏介质时，折射角为90°时的入射角。临界角sinc=1/n【例5】如图所示，将半圆形玻璃砖放在竖直面内，它左方有较大的光屏P，一光束SA总是射向圆心O，在光束SA绕圆心O逆时针转动过程中，在P上先看到七色光带，然后各色光陆续消失，则此七色光带从下到上的排列顺序以及最早消失的光是（）A．红光→紫光，红光B．紫光→红光，红光C．红光→紫光，紫光D．紫光→红光，紫光【例6】如图所示，在清澈平静的水底，抬头向上观察，会看到一个十分有趣的景象：（1）水面外的景物（蓝天、白云、树木、房屋）都呈现在顶角θ=97°的倒立圆锥底面的“洞”内；（2）“洞”外是水底的镜像；3）“洞”边呈彩色，且七色的顺序为内紫外红。试分析上述水下观天的奇异现象。abc1122红紫紫（五）光的偏振激光1．光的偏振现象说明：光是一种横波。2．激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性，平行度非常好，亮度非常高等特点。应用：光纤通信、全息照像、控制核聚变等。利用激光的这一特点:激光的平行度非常好能够准确测量距离和速度；激光的高亮度，可以用于医疗上用做“光刀”进行手术。【例7】利用旋光仪这种仪器可以用来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量。其原理是：偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，这一角度称为“旋光角”，θ的值与糖溶液的浓度有关。将θ的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了。如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法中正确的是：（）A．到达O处光的强度会明显减弱B．到达O处光的强度不会明显减弱C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片B转过的角度等于θD．将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片A转过的角度等于θ【例8】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”相当于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l以及相邻两条APBSO4亮纹间距x。若所用激光波长为，则该实验确定物体运动速度的表达式是（）A.tlxvB.txlvC.txlvD.xtlv补充练习1．如图所示，ABC为等腰三棱镜，顶角A的大小为60°。一条光线由AB面入射，折射光线与底边BC平行，出射光线的偏向角δ=30°。那么这个三棱镜材料的折射率是多少？2．如图所示，在双缝干涉实验中，光源发出波长为6.0×10-7m的橙光时，在光屏上获得明暗相间的橙色干涉条纹。在屏上的A点恰是中央亮纹一侧的第二条亮条纹。现改用频率为6.25×1014Hz的光，则在屏上A点应出现明条纹还是暗条纹？3．发出白光的细线光源ab，长度为l0，竖直放置，上端a恰好在水面以下，如图5。现考虑线光源ab发出的靠近水面法线（图中的虚线）的细光束经水面折射后所成的像，由于水对光有色散作用，若以l1表示红光成的像的长度，l2表示蓝光成的像的长度，则（）A.l1l2l0B.l1l2l0C.l2l1l0D.l2l1l04．（2005年天津）现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在图1所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。（1）将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、____________、A。（2）本实验的步骤有：①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；③用米尺测量双缝到屏的距离；④用测量头（其读数方法与螺旋测微器相同）测量数条亮纹的间距。在操作步骤②时还应注意___________________和______________________________。（3）测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图2所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图3中手轮上的示数___________mm，求得相邻亮纹的间距△x为_______mm。（4）已知双缝间距d为2.0×10-4m，测得双缝到屏的距离l为0.700m，由计算式λ=_____，求得所测红光波长为_____________nm。图5图2图3ABC12360oSS12A=1210-7m屏