（江蘇專用）2019版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第15單元 光學(xué) 電磁波 相對論學(xué)案

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1、 第15單元 光學(xué) 電磁波 相對論 高考熱點統(tǒng)計 要求 2014年 2015年 2016年 2017年 高考基礎(chǔ)要求及冷點統(tǒng)計 Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ 光的折射定律 Ⅱ 34(2) 34(2) 34(1) 34(2) 34(2) 34(2) 34(2) 34(2) 狹義相對論的基本假設(shè)、質(zhì)能關(guān)系(Ⅰ) 實驗:測定玻璃的折射率 電磁波的產(chǎn)生包括了麥克斯韋電磁波理論,需要引起注意.相對論在近些年全國卷考查中是冷點. 折射率、全反射、光導(dǎo)纖維、光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象 Ⅰ 34(2) 3

2、4(2) 34(1) 34(2) 34(2) 34(2) 34(2) 34(2) 電磁波的產(chǎn)生、發(fā)射、傳播和接收、電磁波譜 Ⅰ 34(1) 實驗:用雙縫干涉測量光的波長 34(1) 34(1) 考情分析 1.本章考查的熱點有光的折射定律、折射率的計算、全反射的應(yīng)用等,題型有選擇、填空、計算等,難度中等偏下,光的折射與全反射的綜合,以計算題的形式考查的居多。 2.對于光學(xué)部分,分析幾何光學(xué)中的折射、全反射和臨界角問題時,應(yīng)注意與實際應(yīng)用的聯(lián)系,作出正確的光路圖; 3.電磁波和相對論部分

3、,以考查基本概念及對規(guī)律的簡單理解為主,不可忽視任何一個知識點. 第37講　光的折射、全反射 一、光的折射定律 1.折射現(xiàn)象:光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時傳播方向　　　　的現(xiàn)象.? 2.折射定律 (1)內(nèi)容:折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi),折射光線與入射光線分別位于法線的　　　　;入射角的正弦與　　　　成正比.? (2)表達(dá)式:=n12(θ1、θ2分別為入射角和折射角,n12是比例常數(shù)). 二、折射率 1.定義:光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時,　　　　與　　　　之比,叫作這種介質(zhì)的折射率.? 2.定義式:n=　　　　.折射率由介質(zhì)本身的光學(xué)性質(zhì)和光的頻率決定.

4、? 3.計算公式:n=　　　　,因為vn2,則折射率為n1的介質(zhì)稱為光密介質(zhì),折射率為n2的介質(zhì)稱為光疏介質(zhì). 4.物理意義:折射率是表示光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時,發(fā)生偏折程度的物理量,與入射角θ1及折射角θ2的大小無關(guān). 三、全反射 1.定義:光從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)的分界面上時,當(dāng)　　　　增大到某一角度時,折射光線消失,只剩下反射光線的現(xiàn)象.? 2.條件:①光從　　　　介質(zhì)射向　　　　介質(zhì);②入射角　　　　臨界角.? 3.臨界角:折射角等于90°時的入射角.若光從光密介質(zhì)(折射率為n)射向真空或空氣時

5、,發(fā)生全反射的臨界角為C,則sin C=　　　　.? 4.應(yīng)用:全反射棱鏡、　　　　.? 四、光的色散 1.光的色散:含有多種顏色的光被分解為　　　　的現(xiàn)象叫作光的色散.白光通過三棱鏡會分解為紅、橙、　　　　、綠、　　　　、靛、紫七種單色光.? 2.光譜:含有多種顏色的光被分解后,各種色光按其波長的　　　　排列.? 【思維辨析】 (1)無論是折射光路,還是全反射光路都是可逆的. (　　) (2)光線從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì),入射角等于臨界角時發(fā)生全反射現(xiàn)象. (　　) (3)若光從空氣中射入水中,它的傳播速度一定增大. (　　) (4)在同一種介質(zhì)中,光的頻率越大,折射率越大.

6、 (　　) (5)折射率跟折射角的正弦成正比. (　　) (6)只要入射角足夠大,就能發(fā)生全反射. (　　) (7)折射定律是托勒密發(fā)現(xiàn)的. (　　) (8)密度大的介質(zhì)一定是光密介質(zhì). (　　) 考點一　全反射現(xiàn)象的理解及應(yīng)用 1.對全反射的理解 (1)光的反射和全反射現(xiàn)象均遵循光的反射定律,光路均是可逆的. (2)光線射向兩種介質(zhì)的界面時,往往同時發(fā)生折射和反射現(xiàn)象,但在全反射現(xiàn)象中只發(fā)生反射現(xiàn)象,不發(fā)生折射現(xiàn)象,當(dāng)折射角等于90°時,實際上就已經(jīng)沒有折射光線了. (3)從能量角度分析,光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時,隨著入射角增大,反射光的能量增強,折射光的能量減弱,當(dāng)

7、入射角增大到臨界角時,折射光的能量減小到零,發(fā)生全反射現(xiàn)象,折射光線消失. 2.解題思路 (1)畫出恰好發(fā)生全反射的光路圖; (2)利用幾何關(guān)系找出臨界角; (3)判斷發(fā)生全反射的范圍. 1 如圖37-1所示,玻璃球冠的折射率為,其底面鍍銀,底面的半徑是球半徑的;在過球心O且垂直于底面的平面(紙面)內(nèi),有一與底面垂直的光線射到玻璃球冠上的M點,該光線的延長線恰好過底面邊緣上的A點.求該光線從球面射出的方向相對于其初始入射方向的偏角. 圖37-1 式題1 [2014·全國卷Ⅱ] 一厚度為h的大平板玻璃水平放置,其下表面貼有一半徑為r的圓形

8、發(fā)光面,在玻璃板上表面放置一半徑為R的圓紙片,圓紙片與圓形發(fā)光面的中心在同一豎直線上,已知圓紙片恰好能完全遮擋住從圓形發(fā)光面發(fā)出的光線(不考慮反射),求平板玻璃的折射率. 式題2 [2013·全國卷Ⅱ] 如圖37-2所示,三棱鏡的橫截面為直角三角形ABC,∠A=30°,∠B=60°.一束平行于AC邊的光線自AB邊的P點射入三棱鏡,在AC邊發(fā)生反射后從BC邊的M點射出.若光線在P點的入射角和在M點的折射角相等. (1)求三棱鏡的折射率; (2)在三棱鏡的AC邊是否有光線透出?寫出分析過程.(不考慮多次反射)

9、 圖37-2 考點二　光的色散 1.光速與波長、頻率的關(guān)系 光速v與波長λ、頻率f的關(guān)系為v=λf.光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時,頻率不變,波長改變,光速改變. 2.各種色光的比較 顏色 紅　橙　黃　綠　藍(lán)　靛　紫 頻率 低→高 同一介質(zhì)中折射率 小→大 同一介質(zhì)中速度 大→小 波長 大→小 臨界角 大→小 通過棱鏡的偏折角 小→大 2 (多選)[2015·全國卷Ⅱ] 如圖37-3所示,一束光沿半徑方向射向一塊半圓形玻璃磚,在玻璃磚底面上的入射角為θ,經(jīng)折射后射出a、b兩束光線,則 (　　)

10、 圖37-3 A.在玻璃中,a光的傳播速度小于b光的傳播速度 B.在真空中,a光的波長小于b光的波長 C.玻璃磚對a光的折射率小于對b光的折射率 D.若改變光束的入射方向使θ角逐漸變大,則折射光線a首先消失 E.分別用a、b光在同一個雙縫干涉實驗裝置上做實驗,a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距 式題 [2015·四川卷] 直線P1P2過均勻玻璃球球心O,細(xì)光束a、b平行且關(guān)于P1P2對稱,由空氣射入玻璃球的光路如圖37-4所示.a、b光相比 (　　) 圖37-4 A.玻璃對a光的折射率較大 B.玻璃對a光的臨界角較小 C.b光在玻璃中的傳播速度較小 D.b

11、光在玻璃中的傳播時間較短 考點三　折射定律與全反射綜合 求解光的折射與全反射的綜合問題時,要抓住折射定律和發(fā)生全反射的條件這兩個關(guān)鍵.基本思路如下: (1)判斷光線是從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)還是從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì). (2)判斷入射角是否大于臨界角,明確是否發(fā)生全反射現(xiàn)象. (3)畫出反射、折射或全反射的光路圖,必要時還可應(yīng)用光路的可逆原理畫出光路圖,然后結(jié)合幾何知識進(jìn)行推斷和求解相關(guān)問題. (4)折射率n是討論折射和全反射問題的重要物理量,是聯(lián)系各物理量的橋梁,對跟折射率有關(guān)的所有關(guān)系式應(yīng)熟練掌握. 3 [2017·全國卷Ⅰ] 如圖37-5所示,一玻璃工件的上半部是半徑為R的半

12、球體,O點為球心;下半部是半徑為R、高為2R的圓柱體,圓柱體底面鍍有反射膜.有一平行于中心軸OC的光線從半球面射入,該光線與OC之間的距離為0.6R.已知最后從半球面射出的光線恰好與入射光線平行(不考慮多次反射).求該玻璃的折射率. 圖37-5 式題 [2017·陜西五校三模] 如圖37-6所示為一巨大的玻璃容器,容器底部有一定的厚度,容器中裝一定量的水,在容器底部有一單色點光源,已知水對該光的折射率為,玻璃對該光的折射率為1.5,容器底部玻璃的厚度為d,水的深度也為d.求: (1)該光在玻璃和水中傳播的速度

13、;(光在真空中的傳播速度為c) (2)水面形成的光斑的面積.(僅考慮直接由光源發(fā)出的光線) 圖37-6 考點四　測定玻璃的折射率 考向一　實驗原理與步驟 1.實驗原理 實驗原理圖如圖37-7所示,當(dāng)光線AO1以一定的入射角θ1穿過兩面平行的玻璃磚時,通過插針法找出跟入射光線AO1對應(yīng)的出射光線O2B,從而求出折射光線O1O2和折射角θ2,再根據(jù)n=算出玻璃的折射率. 圖37-7 2.實驗步驟 (1)用圖釘把白紙固定在木板上. (2)在白紙上畫一條直線aa',并取aa'上的一點O1為入射點

14、,作過O1點的法線NN'. (3)畫出線段AO1作為入射光線,并在AO1上插上P1、P2兩根大頭針. (4)在白紙上放上玻璃磚,使玻璃磚的一條長邊與直線aa'對齊,并畫出另一條長邊的對齊線bb'. (5)眼睛在bb'的一側(cè)透過玻璃磚觀察兩根大頭針并調(diào)整視線方向,使P1的像被P2的像擋住,然后在眼睛這一側(cè)插上大頭針P3,使P3擋住P1、P2的像,再插上P4,使P4擋住P1、P2的像和P3. (6)移去玻璃磚,拔去大頭針,由大頭針P3、P4的針孔位置確定出射光線O2B及出射點O2,連接O1、O2得線段O1O2. (7)用量角器測量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sin θ1和sin

15、 θ2. (8)改變?nèi)肷浣?重復(fù)實驗,算出不同入射角時的,并取平均值. 4 在“測定玻璃的折射率”實驗中,某同學(xué)經(jīng)正確操作插好了4枚大頭針,如圖37-8所示. 圖37-8 (1)在圖37-9中畫出完整的光路圖. 圖37-9 (2)對你畫出的光路圖進(jìn)行測量和計算,求得該玻璃磚的折射率n=　　　　(保留三位有效數(shù)字).? (3)為了觀測光在玻璃磚不同表面的折射現(xiàn)象,某同學(xué)做了兩次實驗,經(jīng)正確操作插好了8枚大頭針,如圖37-10所示.圖中P1和P2是同一入射光線上的2枚大頭針,其對應(yīng)出射光線上的2枚大頭針是P3和　　　　(選填“A”或“B”).? 圖37-10 式題 某

16、同學(xué)用半圓形玻璃磚測定玻璃的折射率(如圖37-11所示).實驗的主要過程如下: 圖37-11 A.把白紙用圖釘固定在木板上,在白紙上作出直角坐標(biāo)系xOy,在白紙上畫一條線段AO表示入射光線. B.把半圓形玻璃磚M放在白紙上,使其底邊aa'與x軸重合. C.用一束平行于紙面的激光從y>0區(qū)域沿y軸負(fù)方向射向玻璃磚,并沿x軸方向調(diào)整玻璃磚的位置,使這束激光從玻璃磚底面射出后,仍沿y軸負(fù)方向傳播. D.在AO線段上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2. E.在坐標(biāo)系y<0的區(qū)域內(nèi)豎直地插上大頭針P3,并使得從P3一側(cè)向玻璃磚方向看去,P3能同時擋住P1和P2的像. F.移開玻璃磚,連接O

17、、P3,用圓規(guī)以O(shè)點為圓心畫一個圓(如圖中虛線所示),此圓與AO線交點為B,與OP3線的交點為C.確定出B點到x軸、y軸的距離分別為y1、x1,C點到x軸、y軸的距離分別為y2、x2. (1)若實驗中該同學(xué)沒有將玻璃磚的底邊aa'與x軸重合,而是向y>0方向側(cè)移了一些,這將導(dǎo)致所測的玻璃折射率與其真實值相比　　　　(選填“偏大”“不變”或“偏小”).? (2)若實驗中該同學(xué)在y<0的區(qū)域內(nèi),從任何角度都無法透過玻璃磚看到P1、P2,為能透過玻璃磚看到P1、P2,應(yīng)采取的措施是: 　　　　　　　　　　　　　　　　.? ■ 注意事項 (1)實驗時,應(yīng)盡可能將大頭針豎直插在紙上,且P1和P2

18、之間、P3和P4之間、P2與O1、P3與O2之間距離要稍大一些. (2)入射角θ1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°).太大:反射光較強,折射光較弱;太小:入射角、折射角測量的相對誤差較大. (3)操作時,手不能觸摸玻璃磚的光學(xué)面,更不能把玻璃磚界面當(dāng)尺子畫界線. (4)實驗過程中,玻璃磚與白紙的相對位置不能改變. (5)玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的,宜在5 cm以上,若寬度太小,則測量誤差較大. 考向二　數(shù)據(jù)處理與誤差分析 處理數(shù)據(jù)的3種方法: (1)計算法:用量角器測量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sin θ1和sin θ2.算出不同入射角時的,并取平均值. (

19、2)圖像法:改變不同的入射角θ1,測出不同的折射角θ2,作sin θ1-sin θ2 圖像,由n=可知圖像應(yīng)為直線,如圖37-12所示,其斜率為折射率. 圖37-12 (3)單位圓法:以入射點O為圓心,以一定長度R為半徑畫圓,交入射光線OA于E點,交折射光線OO'于E'點,過E作NN'的垂線EH,過E'作NN'的垂線E'H'.如圖37-13所示,sin θ1=,sin θ2=,OE=OE'=R,則n=.只要用刻度尺測出EH、E'H'的長度就可以求出n. 圖37-13 5 在做“測定玻璃折射率n”實驗時: 圖37-14 (1)甲同學(xué)在紙上正確畫出玻璃磚的兩個界面ab和cd

20、時不慎碰了玻璃磚使它向ab方向平移了一些,如圖37-14甲所示,以后的操作都正確,但畫光路圖時,將折射點確定在ab和cd上,則測出的n值將　　　　.? (2)乙同學(xué)為了避免筆尖接觸玻璃磚的界面,畫出的a'b'和c'd'都比實際界面向外側(cè)平移了一些,如圖乙所示,以后的操作均正確,畫光路圖時將入射點和折射點都確定在a'b'和c'd'上,則所測出的n值將　　　　.? (3)丙同學(xué)在操作和作圖時均無失誤,但所用玻璃磚的兩個界面明顯不平行,這時測出的n值將　　　　.? 式題 某校開展研究性學(xué)習(xí),某研究小組根據(jù)光學(xué)知識,設(shè)計了一個測液體折射率的儀器.如圖37-15所示,在一個圓盤上,過其圓心O作兩條

21、相互垂直的直徑BC、EF.在半徑OA上,垂直盤面插上兩枚大頭針P1、P2并保持位置不變.每次測量時讓圓盤的下半部分豎直進(jìn)入液體中,而且總使得液面與直徑BC相平,EF作為界面的法線,而后在圖中右上方區(qū)域觀察P1、P2,在圓周EC部分插上P3,使P3擋住P1、P2的像.同學(xué)們通過計算,預(yù)先在圓周EC部分刻好了折射率的值,這樣只要根據(jù)P3所插的位置,就可以直接讀出液體折射率的值. 圖37-15 (1)若∠AOF=30°,OP3與OC之間的夾角為30°,則P3處刻的折射率的值為　　　　.? (2)圖中P3、P4兩處,對應(yīng)折射率大的是　　　　.? (3)作AO的延長線交圓周于K,K處對應(yīng)的折

22、射率為　　　　.? ■ 注意事項 (1)入射光線、出射光線確定的準(zhǔn)確性造成誤差,故入射側(cè)、出射側(cè)所插兩枚大頭針間距應(yīng)大一些. (2)入射角和折射角的測量造成誤差,故入射角應(yīng)適當(dāng)大些,以減小測量的相對誤差. 第38講　光的波動性　電磁波　相對論 一、光的干涉 1.定義:在兩列光波疊加的區(qū)域,某些區(qū)域相互加強,出現(xiàn)　　　　條紋,某些區(qū)域相互減弱,出現(xiàn)　　　　條紋,且加強區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象.? 2.條件:兩束光的頻率　　　　、相位差恒定.? 3.雙縫干涉圖樣特點:單色光照射時形成明暗相間的等間距的干涉條紋;白光照射時,中央為　　　　條紋,其余為　　　　條紋.? 二

23、、光的衍射 1.定義:光在傳播的過程中遇到障礙物時,　　　　直線傳播繞到障礙物陰影里去的現(xiàn)象.? 2.發(fā)生明顯衍射的條件:障礙物或小孔的尺寸跟光的波長　　　　,甚至比光的波長　　　　時,衍射現(xiàn)象明顯.? 3.衍射圖樣特點 (1)單縫衍射:單色光的衍射圖樣為中間寬且亮的單色條紋,兩側(cè)是明暗相間的條紋,條紋寬度比中央窄且暗;白光的衍射圖樣為中間寬且亮的白條紋,兩側(cè)是漸窄且暗的彩色條紋. (2)圓孔衍射:明暗相間的不等距圓環(huán). (3)圓盤衍射:明暗相間的不等距圓環(huán),中心有一亮斑稱為　　　　亮斑(證實光的波動性).? 三、光的偏振 1.自然光:包含著在垂直于傳播方向上沿　　　　振動的光

24、,而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同.? 2.偏振光:在垂直于光的傳播方向的平面上,只沿著某個　　　　的方向振動的光.? 3.光的偏振現(xiàn)象說明光是一種　　　　波.? 四、電磁場與電磁波 1.麥克斯韋電磁場理論: 變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生　　　　,變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生　　　　.? 2.電磁波:　　　　由近及遠(yuǎn)地傳播形成電磁波.電磁波是　　　　波,在空間傳播不需要依靠介質(zhì).真空中電磁波的速度為　　　　 m/s;電磁波的傳播速度v等于波長λ和頻率f的乘積,即v=　　　　.? 3.電磁波譜:按照電磁波的　　　　或　　　　的大小順序把它們排列成譜叫作電磁波譜.按波長由長到短

25、排列的電磁波譜為:無線電波、紅外線、　　　　、紫外線、X射線、γ射線.? 五、相對論 1.狹義相對性原理:在不同的慣性參考系中,一切物理規(guī)律都是　　　　的.? 2.光速不變原理:真空中的光速在不同的慣性參考系中都是　　　　的.? 【思維辨析】 (1)光的顏色由光的頻率決定. (　　) (2)只有頻率相同的兩列光波才能產(chǎn)生干涉. (　　) (3)在“雙縫干涉”實驗中,雙縫的作用是使白光變成單色光. (　　) (4)陽光下茂密的樹蔭中地面上的圓形亮斑是光的衍射形成的. (　　) (5)自然光是偏振光. (　　) (6)電場周圍一定存在磁場,磁場周圍一定存在電場. (　　) (

26、7)無線電波不能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象. (　　) (8)波長不同的電磁波在本質(zhì)上完全不同. (　　) (9)真空中的光速在不同慣性參考系中是不同的. (　　) 【物理學(xué)史】 17世紀(jì)下半葉,以牛頓為首的“粒子說”和以惠更斯為首的“波動說”都能解釋幾何光學(xué)問題,但大家更傾向 “粒子說”.19世紀(jì)初,波動光學(xué)初步形成,其中托馬斯·楊圓滿地解釋了“薄膜顏色”和雙狹縫干涉現(xiàn)象,大家又傾向“波動說”.典型實驗證據(jù)有:雙縫干涉、單縫衍射、泊松亮斑、薄膜干涉、偏振等.1860年前后,麥克斯韋預(yù)言光就是一種電磁波,并且這個結(jié)論在1888年被赫茲的實驗證實.但是同時赫茲發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng),特別是1905年愛

27、因斯坦運用量子論解釋了光電效應(yīng),這又支持了光的“粒子性”,后來還有康普頓效應(yīng).所以,光的本質(zhì)是電磁波,但具有波粒二象性.最終人們意識到任何物體都有波粒二象性,即存在物質(zhì)波. 考點一　光的雙縫干涉現(xiàn)象 1.亮、暗條紋的條件 (1)亮條紋:屏上觀察點到雙縫的路程差等于波長的整數(shù)倍,即Δs=nλ(n=0,1,2,…). (2)暗條紋:屏上觀察點到雙縫的路程差等于半波長的奇數(shù)倍,即Δs=λ(n=0,1,2,…). 2.條紋間距:Δx=λ,其中L是雙縫到光屏的距離,d是雙縫間的距離,λ是光的波長. 1 [2017·成都模擬] 如圖38-1所示,在“雙縫干涉”實驗中,S1和S2為雙縫,P是

28、光屏上的一點,已知P點與S1和S2距離之差為2.1×10-6 m,今分別用A、B兩種單色光在空氣中做“雙縫干涉”實驗,問P點是亮條紋還是暗條紋? (1)已知A光在折射率為n=1.5的介質(zhì)中波長為4×10-7 m; (2)已知B光在某種介質(zhì)中波長為3.15×10-7 m,當(dāng)B光從這種介質(zhì)射向空氣時,臨界角為37°;(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8) (3)若用A光照射時,把其中一條縫遮住,試分析光屏上能觀察到的現(xiàn)象. 圖38-1 式題 一束白光在真空中通過雙縫后在屏上觀察到干涉條紋,除中央白色亮紋外

29、,兩側(cè)還有彩色條紋,其原因是 (　　) A.各色光的波長不同,因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋的間距不同 B.各色光的速度不同,因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋的間距不同 C.各色光的強度不同,因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋的間距不同 D.上述說法都不正確 考點二　用雙縫干涉實驗測量光的波長 考向一　實驗原理與實驗操作 1.實驗原理 單色光通過單縫后,經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣,圖樣中相鄰兩條亮(暗)條紋間的距離Δx與雙縫間的距離d、雙縫到屏的距離l、單色光的波長λ之間滿足λ=. 2.實驗步驟 (1)安裝儀器 ①將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如圖38-2所示. 圖

30、38-2 ②接好光源,打開開關(guān),使白熾燈正常發(fā)光.調(diào)節(jié)各部件的高度,使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)光屏. ③安裝單縫和雙縫,中心位于遮光筒的軸線上,使雙縫和單縫相互平行. (2)觀察與記錄 ①調(diào)整單縫與雙縫間距為幾厘米時,觀察白光的干涉條紋. ②在單縫和光源間放上濾光片,觀察單色光的干涉條紋. ③調(diào)節(jié)測量頭,使分劃板中心刻度線對齊第1條亮條紋的中心,記下手輪上的示數(shù)a1;轉(zhuǎn)動手輪,使分劃板向一側(cè)移動,當(dāng)分劃板中心刻度線與第n條亮條紋中心對齊時,記下手輪上的示數(shù)a2,則相鄰兩亮條紋間的距離Δx=. ④換用不同的濾光片,測量其他色光的波長. 2 現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、

31、單縫D和透紅光的濾光片E等光學(xué)元件,要把它們放在如圖38-3所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置,用以測量紅光的波長. 圖38-3 (1)將白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光學(xué)元件,由左至右,表示各光學(xué)元件的字母排列順序應(yīng)為C、　　　　、　　　　、　　　　、A.? (2)本實驗的步驟有: ①取下遮光筒左側(cè)的元件,調(diào)節(jié)光源高度,使光束能沿遮光筒的軸線把屏照亮; ②按合理的順序在光具座上放置各光學(xué)元件,并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上; ③用刻度尺測量雙縫到屏的距離; ④用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮條紋間的距離. 在操作步驟②時還應(yīng)注意　　　　　　和　　　

32、　　　.? 式題 在觀察光的雙縫干涉現(xiàn)象的實驗中: (1)將激光束照在如圖38-4甲所示的雙縫上,在光屏上觀察到的現(xiàn)象是圖乙中的　　　　.? 圖38-4 (2)換用間距更小的雙縫,保持雙縫到光屏的距離不變,在光屏上觀察到的干涉條紋將　　　　;保持雙縫間距不變,減小光屏到雙縫的距離,在光屏上觀察到的干涉條紋將　　　　.(均選填“變寬”“變窄”或“不變”)? ■ 注意事項 (1)光源燈絲最好是線狀燈絲,并與單縫平行且靠近; (2)實驗時應(yīng)調(diào)整光源、單縫、雙縫和光屏、測量頭共軸,單縫和雙縫安裝時應(yīng)豎直且相互平行,遮光筒的軸線要與光具座導(dǎo)軌平行,若不共軸或單縫與雙縫不平行,則會引起

33、干涉條紋亮度小、不清晰,不便于觀察和測量; (3)白光干涉觀察到的是彩色條紋,中央亮條紋的中間部分是白色,邊緣是紅色. 考向二　數(shù)據(jù)處理與誤差分析 3 [2015·全國卷Ⅰ] (1)在雙縫干涉實驗中,分別用紅色和綠色的激光照射同一雙縫,在雙縫后的屏幕上,紅光的干涉條紋間距Δx1與綠光的干涉條紋間距Δx2相比,Δx1　　　　(選填“>”“=”或“<”)Δx2.若實驗中紅光的波長為630 nm,雙縫到屏幕的距離為1.00 m,測得第1條到第6條亮條紋中心間的距離為10.5 mm,則雙縫之間的距離為　　　　mm.? 式題 [2017·廈門聯(lián)考] 在“用雙縫干涉測光的波長”的實驗中,實驗裝置如

34、圖38-5所示. 圖38-5 (1)某同學(xué)以線狀白熾燈為光源,對實驗裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)并觀察了實驗現(xiàn)象后,總結(jié)出以下幾點: A.燈絲與單縫和雙縫必須平行放置 B.干涉條紋與雙縫垂直 C.干涉條紋的疏密程度與單縫寬度有關(guān) D.干涉條紋的間距與光的波長有關(guān) 以上幾點中,你認(rèn)為正確的是　　　　.? (2)當(dāng)測量頭中的分劃板中心刻線對齊某條紋的中心時,手輪上的示數(shù)如圖38-6甲所示,其讀數(shù)為　　　　mm.? 圖38-6 (3)如果測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上,如圖38-6乙所示.則在這種情況下來測量干涉條紋的間距Δx時,測量值　　　　(選填“大于”“小于”或“

35、等于”)實際值.? ■ 注意事項 光波波長很小,Δx、L的測量對波長λ的影響很大.L用毫米刻度尺測量,Δx用測量頭上的游標(biāo)尺測量.實驗時可測多條亮條紋間距求Δx及采用多次測量求λ的平均值法減小誤差.應(yīng)注意: (1)干涉條紋應(yīng)調(diào)整到最清晰的程度; (2)Δx不是亮(暗)條紋的寬度; (3)分劃板刻線應(yīng)與干涉條紋平行,中心刻線應(yīng)恰好位于條紋中心; (4)測量多條亮條紋間的距離時,此間距中的條紋數(shù)應(yīng)準(zhǔn)確. 考點三　薄膜干涉的理解及應(yīng)用 1.薄膜干涉 如圖38-7所示,豎直的肥皂薄膜,由于重力的作用,形成上薄下厚的楔形,光照射到薄膜上時,在膜的前表面AA'和后表面BB'分別反射回來

36、,形成兩列頻率相同的光波,并且疊加. 圖38-7 (1)在P1、P2處,從兩個表面處反射回來的兩列光波的路程差Δx等于波長的整數(shù)倍,即Δx=nλ(n=0,1,2,…),薄膜上出現(xiàn)亮條紋. (2)在Q處,從兩個表面處反射回來的兩列光波的路程差Δx等于半波長的奇數(shù)倍,即Δx=(2n+1)(n=0,1,2,…),薄膜上出現(xiàn)暗條紋. 2.薄膜干涉的應(yīng)用 (1)檢查精密零件的表面是否平整 如圖38-8所示,將被檢查平面和放在上面的透明標(biāo)準(zhǔn)樣板的一端之間墊一薄片,使標(biāo)準(zhǔn)樣板的平面與被檢查平面間形成一個楔形空氣薄層,單色光從上面照射,入射光在空氣層的上表面a和下表面b反射出兩列光波疊加,從反

37、射光中看到干涉條紋,根據(jù)干涉條紋的形狀來確定工件表面的情況. 圖38-8 若被檢查平面平整則干涉圖樣是等間距明暗相間的平行直條紋.若某處凹下,則對應(yīng)亮(暗)條紋提前出現(xiàn),如圖38-9甲所示;若某處凸起,則對應(yīng)亮(暗)條紋延后出現(xiàn),如圖乙所示. 圖38-9 (2)增透膜 在光學(xué)元件(透鏡、棱鏡)的表面涂上一層薄膜(如氟化鎂),當(dāng)薄膜的厚度是入射光在薄膜中波長的時,在薄膜的兩個面上的反射光的光程差恰好等于半個波長,因而相互抵消,達(dá)到減小反射光、增大透射光強度的目的. 1.(薄膜干涉的理解)(多選)在研究材料A的熱膨脹特性時,可采用如圖38-10所示的干涉實驗法,A的上表面是一光

38、滑平面,在A的上方放一個透明的平行板B,B與A上表面平行,在它們之間形成一個厚度均勻的空氣膜.現(xiàn)在用波長為λ的單色光垂直照射,同時對A緩慢加熱,在B上方觀察到B板的亮度發(fā)生周期性變化.當(dāng)溫度為t1時最亮,然后亮度逐漸減弱至最暗;當(dāng)溫度升到t2時,亮度再一次回到最亮,則 (　　) 圖38-10 A.出現(xiàn)最亮?xí)r,B上表面反射光與A上表面反射光疊加后加強 B.出現(xiàn)最亮?xí)r,B下表面反射光與A上表面反射光疊加后加強 C.溫度從t1升至t2過程中,A的高度增加 D.溫度從t1升至t2過程中,A的高度增加 2.(增透膜的應(yīng)用)(多選)關(guān)于光學(xué)鏡頭增透膜,以下說法中正確的是 (　　) A.增

39、透膜是為了減少光的反射損失,增加透射光的強度 B.增透膜的厚度等于入射光在真空中波長的 C.增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波長的 D.因為增透膜的厚度一般適合綠光反射時相互抵消,紅光、紫光的反射不能完全抵消,所以涂有增透膜的鏡頭呈淡紫色 E.涂有增透膜的鏡頭,進(jìn)入的光線全部相互抵消,因此這種鏡頭的成像效果較好 3.(薄膜干涉的應(yīng)用)(多選)把一個平行玻璃板壓在另一個平行玻璃板上,一端用薄片墊起,構(gòu)成空氣劈尖,讓單色光從上方射入,如圖38-11所示,這時可以看到亮暗相間的條紋.下面關(guān)于條紋的說法中正確的是 (　　) 圖38-11 A.將薄片遠(yuǎn)離劈尖移動使劈角變小時,條紋變疏

40、B.將薄片向著劈尖移動使劈角變大時,條紋變疏 C.將上玻璃板平行上移,條紋向著劈尖移動 D.將上玻璃板平行上移,條紋遠(yuǎn)離劈尖移動 4.(多選)如圖38-12甲所示,在一塊平板玻璃上放置一平薄凸透鏡,在兩者之間形成厚度不均勻的空氣膜,讓一束單一波長的光垂直入射到該裝置上,結(jié)果在上方觀察到如圖乙所示的同心內(nèi)疏外密的圓環(huán)狀干涉條紋,稱為牛頓環(huán),以下說法正確的是 (　　) 圖38-12 A.干涉現(xiàn)象是由凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的 B.干涉現(xiàn)象是由凸透鏡上表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的 C.干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度不是均勻變化的 D.干涉條紋不等間

41、距是因為空氣膜厚度是均勻變化的 考點四　光的衍射及偏振現(xiàn)象 1.對光的衍射的理解 (1)干涉和衍射是波的特征,波長越長,干涉和衍射現(xiàn)象越明顯.在任何情況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象,只是明顯與不明顯的差別. (2)衍射現(xiàn)象說明“光沿直線傳播”只是一種特殊情況,只有在光的波長比障礙物小得多時,光才可以看作是沿直線傳播的. 2.自然光與偏振光的比較 類別 自然光(非偏振光) 偏振光 光的來源 　直接從光源發(fā)出的光 　自然光通過偏振片后的光 光的振動方向 　在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi),光振動沿任意方向,且沿各個方向光振動的強度相同 　在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi),光振動沿特

42、定方向 3.偏振光的應(yīng)用:照相機鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消除車燈眩光等. 1.(光的偏振)(多選)如圖38-13所示,電燈S發(fā)出的光先后經(jīng)過偏振片A和B,人眼在P處迎著入射光方向,看不到光亮,則 (　　) 圖38-13 A.圖中a光為偏振光 B.圖中b光為偏振光 C.以SP為軸將B轉(zhuǎn)過180°后,在P處將看到光亮 D.以SP為軸將B轉(zhuǎn)過90°后,在P處將看到光亮 2.(光的衍射現(xiàn)象)讓太陽光垂直照射一塊大的遮光板,板上有一個可以自由收縮的三角形孔,當(dāng)此三角形孔緩慢縮小直至完全閉合時,在孔后的屏上將先后出現(xiàn) (　　) A.由大變小的三角形光斑,直至光斑消失 B.由

43、大變小的三角形光斑,明暗相間的彩色條紋,直至條紋消失 C.由大變小的三角形光斑,明暗相間的黑白色條紋,直至黑白色條紋消失 D.由大變小的三角形光斑,小圓形光斑,明暗相間的彩色條紋,直至條紋消失 3.(干涉與衍射)在白熾燈的照射下從兩塊捏緊的玻璃板表面看到彩色條紋,通過狹縫觀察發(fā)光的白熾燈也會看到彩色條紋,這兩種現(xiàn)象 (　　) A.都是光的衍射現(xiàn)象 B.都是光的干涉現(xiàn)象 C.前者是光的干涉現(xiàn)象,后者是光的衍射現(xiàn)象 D.前者是光的衍射現(xiàn)象,后者是光的干涉現(xiàn)象 4.如圖38-14所示,A、B兩幅圖是由同一束單色光分別入射到圓孔而形成的圖樣,其中圖A是光的　　　　(選填“干涉”或“衍射

44、”)圖樣.由此可以判斷出圖A所對應(yīng)的圓孔的孔徑　　　　(選填“大于”或“小于”)圖B所對應(yīng)的圓孔的孔徑.? 圖38-14 考點五　電磁場和電磁波　相對論 1.對麥克斯韋電磁場理論的理解 2.對電磁波的理解 (1)電磁波是橫波.電磁波的電場、磁場、傳播方向兩兩垂直,如圖38-15所示. 圖38-15 (2)電磁波與機械波的比較 電磁波 機械波 產(chǎn)生 由周期性變化的電場、磁場產(chǎn)生 由質(zhì)點(波源)的振動產(chǎn)生 波的特點 橫波 縱波或橫波 波速 在真空中等于光速(很大),c=3×108 m/s 在空氣中不大(如聲波波速在空氣中一般為340 m/s)

45、 是否需要介質(zhì) 不需要介質(zhì)(在真空中仍可傳播) 必須有介質(zhì)(真空中不能傳播) 能量傳播 電磁能 機械能 1.(對電磁波的理解)(多選)下列說法正確的是 (　　) A.根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論,在變化的電場周圍一定產(chǎn)生變化的磁場,在變化的磁場周圍一定產(chǎn)生變化的電場 B.發(fā)射電磁波的兩個重要條件是采用高頻和開放性LC電路 C.機械波和電磁波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象 D.機械波的傳播依賴于介質(zhì),而電磁波可以在真空中傳播 E.電磁波只能在真空中傳播,因此當(dāng)電磁波遇到介質(zhì)時,會被介質(zhì)擋住 2.(電磁波譜)(多選)關(guān)于電磁波譜,下列說法正確的是 (　　) A.電磁波中最容易表

46、現(xiàn)出明顯衍射現(xiàn)象的是無線電波 B.紫外線的頻率比可見光低,長時間照射可以促進(jìn)鈣的吸收,改善身體健康 C.X射線和γ射線的波長比較短,穿透力比較強 D.紅外線的顯著作用是熱作用,溫度較低的物體不能輻射紅外線 E.頻率越高的電磁波在真空中傳播的速度越快 3.(多選)[2016·全國卷Ⅱ] 關(guān)于電磁波,下列說法正確的是 (　　) A.電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率無關(guān) B.周期性變化的電場和磁場可以相互激發(fā),形成電磁波 C.電磁波在真空中自由傳播時,其傳播方向與電場強度、磁感應(yīng)強度均垂直 D.利用電磁波傳遞信號可以實現(xiàn)無線通信,但電磁波不能通過電纜、光纜傳輸 E.電磁波可

47、以由電磁振蕩產(chǎn)生,若波源的電磁振蕩停止,空間的電磁波隨即消失 4.(多選)在狹義相對論中,下列說法正確的是 (　　) A.一切運動物體相對于觀察者的速度都不能大于真空中的光速 B.質(zhì)量、長度、時間的測量結(jié)果都是隨物體與觀察者的相對運動狀態(tài)而改變的 C.慣性系中的觀察者,觀察一個與他做相對運動的時鐘時,會看到這個時鐘比與他相對靜止的相同的時鐘走得慢些 D.大型粒子加速器能夠?qū)щ娏Ｗ蛹铀僦凉馑俚?9.9%,如果繼續(xù)加速,粒子的速度將超過光速 5.[2016·江蘇卷] 一艘太空飛船靜止時的長度為30 m,它以0.6c(c為光速)的速度沿長度方向飛行經(jīng)過地球,下列說法正確的是 (　　)

48、 A.飛船上的觀測者測得該飛船的長度小于30 m B.地球上的觀測者測得該飛船的長度小于30 m C.飛船上的觀測者測得地球上發(fā)來的光信號速度小于c D.地球上的觀測者測得飛船上發(fā)來的光信號速度小于c ■ 注意事項 (1)波長不同的電磁波,表現(xiàn)出不同的特性.其中波長較長的無線電波和紅外線等,易發(fā)生干涉、明顯的衍射現(xiàn)象;波長較短的紫外線、X射線、γ射線等,穿透能力較強. (2)電磁波譜中,相鄰兩波段的電磁波的波長并沒有很明顯的界線,如紫外線和X射線、X射線和γ射線都有重疊,但它們產(chǎn)生的機理不同. 教師詳解(聽課手冊) 第十五單元　光學(xué)　電磁波　相對論 第37講　光的折射、全反射

49、 【教材知識梳理】 核心填空 一、1.改變　2.(1)兩側(cè)　折射角的正弦 二、1.入射角的正弦　折射角的正弦　2.　1 三、1.入射角　2.①光密　光疏?、诖笥诨虻扔凇?. 4.光導(dǎo)纖維 四、1.單色光　黃　藍(lán)　2.有序 思維辨析 (1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)× 　(7)× (8)× 【考點互動探究】 考點一 例1　150°　 [解析] 設(shè)球半徑為R,球冠底面中心為O',連接O、O',則OO'⊥AB.令∠OAO'=α,有 cos α= 即α=30° 由題意MA⊥AB 所以∠OAM=60° 設(shè)圖中N點為光線在球冠內(nèi)底面上的反射

50、點,光路圖如圖所示.設(shè)光線在M點的入射角為i、折射角為r,在N點的入射角為i',反射角為i ″,玻璃折射率為n.由于△OAM為等邊三角形,有 i=60° 由折射定律有sin i=nsin r 代入題給條件n=得r=30° 作底面在N點的法線NE,由于NE∥AM,有i'=30° 根據(jù)反射定律,有i″=30° 連接O、N,由幾何關(guān)系知△MAN≌△MON,故有∠MNO=60° 則∠ENO=30° 于是∠ENO為反射角i″,NO為反射光線.這一反射光線經(jīng)球面再次折射后不改變方向.所以,經(jīng)一次反射后射出玻璃球冠的光線相對于入射光線的偏角β為 β=180°-∠ENO=150° 變式題1

51、　 [解析] 如圖所示,考慮從圓形發(fā)光面邊緣的A點發(fā)出的一條光線,假設(shè)它斜射到玻璃上表面的A'點折射, 根據(jù)折射定律有nsin θ=sin α 式中n是玻璃的折射率,θ是入射角,α是折射角. 現(xiàn)假設(shè)A'恰好在紙片邊緣,由題意,在A'點剛好發(fā)生全反射,故α= 設(shè)AA'線段在玻璃上表面的投影長為L,由幾何關(guān)系有sin θ= 由題意,紙片的半徑應(yīng)為 R=L+r 聯(lián)立可得n= 變式題2　(1)　(2)沒有　分析過程 [解析] (1)光路圖如圖所示,圖中N點為光線在AC邊發(fā)生反射的入射點,設(shè)光線在P點的入射角為i、折射角為r,在M點的入射角為r'、折射角依題意也為i,有 i

52、=60° 由折射定律有 sin i=nsin r nsin r'=sin i　 聯(lián)立得r=r' OO'為過M點的法線,∠C為直角,OO'∥AC.由幾何關(guān)系有 ∠MNC=r' 由反射定律可知 ∠PNA=∠MNC 聯(lián)立得∠PNA=r 由幾何關(guān)系得 r=30° 聯(lián)立得n= (2)設(shè)在N點的入射角為i″,由幾何關(guān)系得 i″=60° 此三棱鏡的全反射臨界角滿足 nsinθc=1　 聯(lián)立得i″>θc 此光線在N點發(fā)生全反射,三棱鏡的AC邊沒有光線透出. 考點二 例2　ABD　[解析] a光的折射角更大,則玻璃磚對a光的折射率大于對b光的折射率,在玻璃中a光的傳播速度

53、小于b光的傳播速度,在真空中,a光的波長小于b光的波長,A、B正確,C錯誤;a光的折射率大于對b光的折射率,a光的臨界角小,改變光束的入射方向使θ角變大,則折射光線a首先消失,D正確;a光的波長小于b光的波長,通過同一雙縫干涉實驗裝置,a光的干涉條紋間距小于b光的干涉條紋間距,E錯誤. 變式題　C　[解析] 由a、b的光路圖知b光在玻璃球中偏離入射方向的程度大,故b光折射率較大,由公式n=,sin C=知A、B錯誤,C正確;b光在玻璃中的速度小,路程大,故b光在玻璃中傳播的時間長,D錯誤. 考點三 例3　1.43 [解析] 如圖所示,根據(jù)光路的對稱性和光路可逆性,與入射光線相對于OC軸

54、對稱的出射光線一定與入射光線平行.這樣,從半球面射入的折射光線,將從圓柱體底面中心C點反射. 設(shè)光線在半球面的入射角為i,折射角為r.由折射定律有 sin i=nsin r 由正弦定理有 由幾何關(guān)系,入射點的法線與OC的夾角為i.由題設(shè)條件和幾何關(guān)系有 sin i= 式中L是入射光線與OC的距離.由②③式和題給數(shù)據(jù)得sin r= 聯(lián)立解得n=≈1.43 [點評] 正確解答本題,首先需要作出光路圖,然后合理設(shè)定一些未知量,充分利用物理和數(shù)學(xué)知識,找出各物理量之間的關(guān)系,并準(zhǔn)確解出結(jié)果.下面的變式題屬于相似問題. 變式題　(1)c　(2) [解析] (1)由v=得,光

55、在水中傳播的速度為v1=c 光在玻璃中傳播的速度為v2=c. (2)根據(jù)幾何關(guān)系畫出光路圖,如圖所示. 光恰好在水和空氣的分界面發(fā)生全反射時,有sin C= 在玻璃與水的分界面上,由相對折射關(guān)系可得 解得sin θ= 代入數(shù)據(jù)可計算出光斑的半徑 r=d(tan θ+tan C)=d 水面形成的光斑的面積S=πr2= 考點四 例4　(1)如圖所示　(2)1.53(1.50~1.56均可) (3)A [解析] (1)如圖所示. (2)用量角器測出入射角i與折射角r,根據(jù)折射定律n=得出結(jié)果;或者利用坐標(biāo)紙結(jié)合入射角和折射角畫兩個直角三角形,然后用刻度尺測出所對應(yīng)的

56、直角邊和斜邊的長度,進(jìn)一步計算出正弦值,再代入折射定律公式即可. (3)由圖可知,由于入射光線比較靠近玻璃磚的右邊,經(jīng)過上表面折射后,再經(jīng)過右側(cè)面折射出來,故應(yīng)該通過A點. 變式題　(1)偏大　(2)減小光線AO的入射角 [解析] (1)折射率n=,玻璃磚的底邊aa'與x軸未重合而向y>0方向側(cè)移了一些,導(dǎo)致測量的x2偏大,x1不變,所以玻璃的折射率的測量值與真實值相比偏大. (2)在y<0的區(qū)域內(nèi),從任何角度都無法透過玻璃磚看到P1、P2,說明光線AO在界面aa'上發(fā)生了全反射,應(yīng)該減小光線AO的入射角. 例5　 (1)不變　(2)偏小　(3)不受影響 [解析] (1)玻璃磚平移

57、以后,測量的折射角不變,入射角相同,故測得的折射率將不變. (2)乙同學(xué)的操作使入射角相同,所畫出的折射角比實際折射角偏大,由n=知,測得的折射率偏小. (3)同樣可根據(jù)入射光線和出射光線確定玻璃磚內(nèi)折射光線,從而確定入射角和折射角,只要第二個界面不發(fā)生全反射即可,測出的折射率不受影響. 變式題　(1)1.73　(2)P4　(3)1 [解析] (1)根據(jù)折射定律n=,題中θ1=60°,θ2=∠AOF=30°,所以n=≈1.73. (2)在入射角相同的情況下,圖中P4對應(yīng)的折射角大于P3所對應(yīng)的折射角,所以P4對應(yīng)的折射率大. (3)因A、O、K在一條直線上,入射角等于折射角,所以K

58、處對應(yīng)的折射率應(yīng)為1. 1.圖為一光導(dǎo)纖維(可簡化為一長玻璃絲)的示意圖,玻璃絲長為L,折射率為n,AB代表端面.已知光在真空中的傳播速度為c. (1)為使光線能從玻璃絲的AB端面?zhèn)鞑サ搅硪欢嗣?求光線在端面AB上的入射角應(yīng)滿足的條件; (2)求光線從玻璃絲的AB端面?zhèn)鞑サ搅硪欢嗣嫠璧淖铋L時間. [答案] (1)sin i≤　(2) [解析] (1)設(shè)光線在端面AB上C點的入射角為i,折射角為r,如圖所示. 由折射定律有sin i=nsin r 設(shè)該光線射向玻璃絲內(nèi)壁D點的入射角為α,為了使該光線可在此光導(dǎo)纖維中傳播,應(yīng)有α≥θ 式中,θ是光線在玻璃絲內(nèi)發(fā)生全反

59、射時的臨界角,它滿足 nsin θ=1 由幾何關(guān)系得α+r=90° 聯(lián)立得sin i≤ (2)光在玻璃絲中傳播速度的大小為v= 光速在玻璃絲軸線方向的分量為vz=vsin α 光線從玻璃絲端面AB傳播到其另一端面所需時間為 T= 光線在玻璃絲中傳播,在剛好發(fā)生全反射時,光線從端面AB傳播到其另一端面所需的時間最長, 聯(lián)立得Tmax= 2.[2014·全國卷Ⅰ] 一個半圓柱形玻璃磚,其橫截面是半徑為R的半圓,AB為半圓的直徑,O為圓心,如圖所示.玻璃的折射率為n=. (1)一束平行光垂直射向玻璃磚的下表面,若光線到達(dá)上表面后,都能從該表面射出,則入射光束在AB上的最大寬度為

60、多少? (2)一細(xì)束光線在O點左側(cè)與O相距R處垂直于AB從下方入射,求此光線從玻璃磚射出點的位置. [答案] (1)R　(2)略　 [解析] (1)在O點左側(cè),設(shè)從E點射入的光線進(jìn)入玻璃磚后在上表面的入射角恰好等于全反射的臨界角θ,則OE區(qū)域的入射光線經(jīng)上表面折射后都能從玻璃磚射出,如圖所示,由全反射條件有sin θ= 由幾何關(guān)系有OE=Rsin θ 由對稱性可知,若光線都能從上表面射出,光束的寬度最大為l=2OE 聯(lián)立解得l=R (2)設(shè)光線在距O點R的C點射入后,在上表面的入射角為α,由幾何關(guān)系和已知條件得α=60°>θ 光線在玻璃磚內(nèi)會發(fā)生三次全反射,最后由G點射

61、出,如圖所示,由反射定律和幾何關(guān)系得OG=OC=R 射到G點的光有一部分被反射,沿原路返回到達(dá)C點射出. 3.[2015·江蘇卷] 人造樹脂是常用的眼鏡鏡片材料. 如圖所示,光線射在一人造樹脂立方體上,經(jīng)折射后,射在桌面上的P點.已知光線的入射角為30°,OA=5 cm,AB=20 cm,BP=12 cm,求該人造樹脂材料的折射率n. [答案] (或1.5) [解析] 設(shè)折射角為γ,由折射定律得sin 30°=nsin γ, 由幾何關(guān)系知sin γ= 且OP= 解得n=(或n≈1.5). 4.[2015·海南卷] 一半徑為R的半圓柱形玻璃磚,橫截面如圖所示,已知玻璃的全

62、反射臨界角為γ(γ<).與玻璃磚的底平面成(-γ)角度、且與玻璃磚橫截面平行的平行光射到玻璃磚的半圓柱面上.經(jīng)柱面折射后,有部分光(包括與柱面相切的入射光)能直接從玻璃磚底面射出.若忽略經(jīng)半圓柱內(nèi)表面反射后射出的光,求底面透光部分的寬度. [答案] 5.[2015·山東卷] 半徑為R、介質(zhì)折射率為n的透明圓柱體,過其軸線OO'的截面如圖所示.位于截面所在平面內(nèi)的一細(xì)束光線,以角i0由O點入射,折射光線由上邊界的A點射出.當(dāng)光線在O點的入射角減小至某一值時,折射光線在上邊界的B點恰好發(fā)生全反射.求A、B兩點間的距離. [答案] R [解析] 當(dāng)光線在O點的入射角為i0時,設(shè)折射

63、角為r0,由折射定律得 =n 設(shè)A點與左端面的距離dA,由幾何關(guān)系得 sin r0= 若折射光線恰好發(fā)生全反射,則在B點的入射角恰好為臨界角C,設(shè)B點與左端面的距離為dB,由折射定律得 sin C= 由幾何關(guān)系得 sin C= 設(shè)A、B兩點間的距離為d,可得 d=dB-dA 聯(lián)立解得d=R 6.[2014·江蘇卷] Morpho蝴蝶的翅膀在陽光的照射下呈現(xiàn)出閃亮耀眼的藍(lán)色光芒,這是因為光照射到翅膀的鱗片上發(fā)生了干涉.電子顯微鏡下鱗片結(jié)構(gòu)的示意圖如圖所示.一束光以入射角i從a點入射,經(jīng)過折射和反射后從b點出射.設(shè)鱗片的折射率為n,厚度為d,兩片之間空氣層厚度為h.取光在

64、空氣中的速度為c,求光從a到b所需的時間t. [答案] 　 [解析] 設(shè)光在鱗片中的折射角為γ,根據(jù)折射定律有 sin i=nsin γ 在鱗片中傳播的路程l1= 傳播速度v= 傳播時間t1= 解得t1= 同理,在空氣中的傳播時間t2= 則t=t1+t2=. 第38講　光的波動性　電磁波　相對論 【教材知識梳理】 核心填空 一、1.亮　暗　2.相等　3.白色亮　彩色 二、1.偏離　2.差不多　還小　3.(3)泊松 三、1.一切方向　2.特定　3.橫 四、1.電場　磁場　 2.電磁場　橫　3×108　λf　 3.頻率　波長　可見光 五、1.相同　2.相同

65、 思維辨析 (1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×　(7)× (8)×　(9)× 【考點互動探究】 考點一 例1　(1)暗條紋　(2)亮條紋　(3)見解析 [解析] (1)設(shè)A光在空氣中波長為λ1,在介質(zhì)中波長為λ2,由n= 可得λ1=nλ2=1.5×4×10-7 m=6×10-7 m 根據(jù)路程差Δx=2.1×10-6 m 所以N1==3.5 由此可知,從S1和S2到P點的路程差Δx是A光波長λ1的3.5倍,所以P點為暗條紋. (2)根據(jù)臨界角與折射率的關(guān)系得 sin C= 解得n= 由此可知,B光在空氣中波長λ3為 λ3=nλ介=×3.15

66、×10-7 m=5.25×10-7 m 所以N2==4 可見,用B光做“雙縫干涉”實驗,P點為亮條紋. (3)光屏上仍出現(xiàn)明、暗相間的條紋,但中央條紋最寬最亮,兩邊條紋變窄變暗. 變式題　A　[解析] 白光包含各種顏色的光,它們的波長不同,在相同條件下做“雙縫干涉”實驗時,它們的干涉條紋間距不同,所以在中央亮條紋兩側(cè)出現(xiàn)彩色條紋. 考點二 例2　(1)E　D　B　(2)放置單縫、雙縫時,必須使縫平行　單縫、雙縫間的距離要適當(dāng) [解析] (1)濾光片E可以從白光中選出單色紅光,單縫D是獲取線光源,雙縫B是獲得相干光源,最后成像在毛玻璃屏A上.所以排列順序為:C、E、D、B、A. (2)在操作步驟②時應(yīng)注意的事項有:放置單縫、雙縫時,必須使縫平行;單縫、雙縫間的距離要適當(dāng);要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一軸線上. 變式題　(1)A　(2)變寬　變窄 [解析] (1)雙縫干涉圖樣是平行且等寬的明暗相間的條紋,A圖正確. (2)根據(jù)Δx=λ知,雙縫間的距離d減小時,干涉條紋間距變寬;當(dāng)雙縫到屏的距離l減小時,干涉條紋間距變窄. 例3　>　0.300