第15單元光學(xué)電磁波相對(duì)論高考熱點(diǎn)統(tǒng)計(jì)要求2014年2015年2016年2017年高考基礎(chǔ)要求及冷點(diǎn)統(tǒng)計(jì)ⅠⅡⅠⅡⅠⅡⅢⅠⅡⅢ光的折射定律Ⅱ34(2)34(2)34(1)34(2)34(2)34(2)34(2)34(2)狹義相對(duì)論的基本假設(shè)、質(zhì)能關(guān)系(Ⅰ)實(shí)驗(yàn):測(cè)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(duì)論在近些年全國(guó)卷考查中是冷點(diǎn).折射率、全反射、光導(dǎo)纖維、光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象Ⅰ34(2)34(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Ⅰ34(1)實(shí)驗(yàn):用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)34(1)34(1)考情分析1.本章考查的熱點(diǎn)有光的折射定律、折射率的計(jì)算、全反射的應(yīng)用等,題型有選擇、填空、計(jì)算等,難度中等偏下,光的折射與全反射的綜合,以計(jì)算題的形式考查的居多。2.對(duì)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(wèn)題時(shí),應(yīng)注意與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系,作出正確的光路圖;3.電磁波和相對(duì)論部分,以考查基本概念及對(duì)規(guī)律的簡(jiǎn)單理解為主,不可忽視任何一個(gè)知識(shí)點(diǎn).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(shí)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(shí),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.

3.計(jì)算公式:n=,因?yàn)関<c,所以任何介質(zhì)的折射率都大于.

對(duì)兩種介質(zhì)來(lái)說(shuō),若n1>n2,則折射率為n1的介質(zhì)稱(chēng)為光密介質(zhì),折射率為n2的介質(zhì)稱(chēng)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(shí),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(wú)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(shí),當(dāng)增大到某一角度時(shí),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(shí)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(shí),發(fā)生全反射的臨界角為C,則sinC=.

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(guò)三棱鏡會(huì)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(zhǎng)的排列.

【思維辨析】(1)無(wú)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(shí)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. ()(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(diǎn)一全反射現(xiàn)象的理解及應(yīng)用1.對(duì)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(shí),往往同時(shí)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(shí),實(shí)際上就已經(jīng)沒(méi)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(shí),隨著入射角增大,反射光的能量增強(qiáng),折射光的能量減弱,當(dāng)入射角增大到臨界角時(shí),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(huà)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371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(guò)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(diǎn),該光線的延長(zhǎng)線恰好過(guò)底面邊緣上的A點(diǎn).求該光線從球面射出的方向相對(duì)于其初始入射方向的偏角.圖371式題1[2014·全國(guó)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(guó)卷Ⅱ]如圖372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(diǎn)射入三棱鏡,在AC邊發(fā)生反射后從BC邊的M點(diǎn)射出.若光線在P點(diǎn)的入射角和在M點(diǎn)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(xiě)出分析過(guò)程.(不考慮多次反射)圖372考點(diǎn)二光的色散1.光速與波長(zhǎng)、頻率的關(guān)系光速v與波長(zhǎng)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(shí),頻率不變,波長(zhǎng)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(zhǎng)大→小臨界角大→小通過(guò)棱鏡的偏折角小→大2(多選)[2015·全國(guó)卷Ⅱ]如圖373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 ()圖373A.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(zhǎng)小于b光的波長(zhǎng)C.玻璃磚對(duì)a光的折射率小于對(duì)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(gè)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置上做實(shí)驗(yàn),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(guò)均勻玻璃球球心O,細(xì)光束a、b平行且關(guān)于P1P2對(duì)稱(chēng),由空氣射入玻璃球的光路如圖374所示.a、b光相比 ()圖374A.玻璃對(duì)a光的折射率較大B.玻璃對(duì)a光的臨界角較小C.b光在玻璃中的傳播速度較小D.b光在玻璃中的傳播時(shí)間較短考點(diǎn)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(wèn)題時(shí),要抓住折射定律和發(fā)生全反射的條件這兩個(gè)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(huà)出反射、折射或全反射的光路圖,必要時(shí)還可應(yīng)用光路的可逆原理畫(huà)出光路圖,然后結(jié)合幾何知識(shí)進(jìn)行推斷和求解相關(guān)問(wèn)題.(4)折射率n是討論折射和全反射問(wèn)題的重要物理量,是聯(lián)系各物理量的橋梁,對(duì)跟折射率有關(guān)的所有關(guān)系式應(yīng)熟練掌握.3[2017·全國(guó)卷Ⅰ]如圖375所示,一玻璃工件的上半部是半徑為R的半球體,O點(diǎn)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375式題[2017·陜西五校三模]如圖376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(diǎn)光源,已知水對(duì)該光的折射率為,玻璃對(duì)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;(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376考點(diǎn)四測(cè)定玻璃的折射率考向一實(shí)驗(yàn)原理與步驟1.實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理圖如圖377所示,當(dāng)光線AO1以一定的入射角θ1穿過(guò)兩面平行的玻璃磚時(shí),通過(guò)插針?lè)ㄕ页龈肷涔饩€AO1對(duì)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3772.實(shí)驗(yàn)步驟(1)用圖釘把白紙固定在木板上.(2)在白紙上畫(huà)一條直線aa',并取aa'上的一點(diǎn)O1為入射點(diǎn),作過(guò)O1點(diǎn)的法線NN'.(3)畫(huà)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(zhǎng)邊與直線aa'對(duì)齊,并畫(huà)出另一條長(zhǎng)邊的對(duì)齊線bb'.(5)眼睛在bb'的一側(cè)透過(guò)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(diǎn)O2,連接O1、O2得線段O1O2.(7)用量角器測(cè)量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sinθ1和sinθ2.(8)改變?nèi)肷浣?重復(fù)實(shí)驗(yàn),算出不同入射角時(shí)的,并取平均值.4在“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)經(jīng)正確操作插好了4枚大頭針,如圖378所示.圖378(1)在圖379中畫(huà)出完整的光路圖.圖379(2)對(duì)你畫(huà)出的光路圖進(jìn)行測(cè)量和計(jì)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(cè)光在玻璃磚不同表面的折射現(xiàn)象,某同學(xué)做了兩次實(shí)驗(yàn),經(jīng)正確操作插好了8枚大頭針,如圖3710所示.圖中P1和P2是同一入射光線上的2枚大頭針,其對(duì)應(yīng)出射光線上的2枚大頭針是P3和(選填“A”或“B”).

圖3710式題某同學(xué)用半圓形玻璃磚測(cè)定玻璃的折射率(如圖3711所示).實(shí)驗(yàn)的主要過(guò)程如下:圖3711A.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(huà)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(shí)擋住P1和P2的像.F.移開(kāi)玻璃磚,連接O、P3,用圓規(guī)以O(shè)點(diǎn)為圓心畫(huà)一個(gè)圓(如圖中虛線所示),此圓與AO線交點(diǎn)為B,與OP3線的交點(diǎn)為C.確定出B點(diǎn)到x軸、y軸的距離分別為y1、x1,C點(diǎn)到x軸、y軸的距離分別為y2、x2.(1)若實(shí)驗(yàn)中該同學(xué)沒(méi)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(cè)的玻璃折射率與其真實(shí)值相比(選填“偏大”“不變”或“偏小”).

(2)若實(shí)驗(yàn)中該同學(xué)在y<0的區(qū)域內(nèi),從任何角度都無(wú)法透過(guò)玻璃磚看到P1、P2,為能透過(guò)玻璃磚看到P1、P2,應(yīng)采取的措施是:.

■注意事項(xiàng)(1)實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)盡可能將大頭針豎直插在紙上,且P1和P2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(qiáng),折射光較弱;太小:入射角、折射角測(cè)量的相對(duì)誤差較大.(3)操作時(shí),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(huà)界線.(4)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,玻璃磚與白紙的相對(duì)位置不能改變.(5)玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的,宜在5cm以上,若寬度太小,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(jì)算法:用量角器測(cè)量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sinθ1和sinθ2.算出不同入射角時(shí)的,并取平均值.(2)圖像法:改變不同的入射角θ1,測(cè)出不同的折射角θ2,作sinθ1sinθ2圖像,由n=可知圖像應(yīng)為直線,如圖3712所示,其斜率為折射率.圖3712(3)單位圓法:以入射點(diǎn)O為圓心,以一定長(zhǎng)度R為半徑畫(huà)圓,交入射光線OA于E點(diǎn),交折射光線OO'于E'點(diǎn),過(guò)E作NN'的垂線EH,過(guò)E'作NN'的垂線E'H'.如圖3713所示,sinθ1=,sinθ2=,OE=OE'=R,則n=.只要用刻度尺測(cè)出EH、E'H'的長(zhǎng)度就可以求出n.圖37135在做“測(cè)定玻璃折射率n”實(shí)驗(yàn)時(shí):圖3714(1)甲同學(xué)在紙上正確畫(huà)出玻璃磚的兩個(gè)界面ab和cd時(shí)不慎碰了玻璃磚使它向ab方向平移了一些,如圖3714甲所示,以后的操作都正確,但畫(huà)光路圖時(shí),將折射點(diǎn)確定在ab和cd上,則測(cè)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(huà)出的a'b'和c'd'都比實(shí)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(huà)光路圖時(shí)將入射點(diǎn)和折射點(diǎn)都確定在a'b'和c'd'上,則所測(cè)出的n值將.

(3)丙同學(xué)在操作和作圖時(shí)均無(wú)失誤,但所用玻璃磚的兩個(gè)界面明顯不平行,這時(shí)測(cè)出的n值將.

式題某校開(kāi)展研究性學(xué)習(xí),某研究小組根據(jù)光學(xué)知識(shí),設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)液體折射率的儀器.如圖3715所示,在一個(gè)圓盤(pán)上,過(guò)其圓心O作兩條相互垂直的直徑BC、EF.在半徑OA上,垂直盤(pán)面插上兩枚大頭針P1、P2并保持位置不變.每次測(cè)量時(shí)讓圓盤(pán)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(guò)計(jì)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3715(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(duì)應(yīng)折射率大的是.

(3)作AO的延長(zhǎng)線交圓周于K,K處對(duì)應(yīng)的折射率為.

■注意事項(xiàng)(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(cè)量造成誤差,故入射角應(yīng)適當(dāng)大些,以減小測(cè)量的相對(duì)誤差.第38講光的波動(dòng)性電磁波相對(duì)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(qiáng),出現(xiàn)條紋,某些區(qū)域相互減弱,出現(xiàn)條紋,且加強(qiáng)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(diǎn):單色光照射時(shí)形成明暗相間的等間距的干涉條紋;白光照射時(shí),中央為條紋,其余為條紋.

二、光的衍射1.定義:光在傳播的過(guò)程中遇到障礙物時(shí),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(zhǎng),甚至比光的波長(zhǎng)時(shí),衍射現(xiàn)象明顯.

3.衍射圖樣特點(diǎn)(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(pán)衍射:明暗相間的不等距圓環(huán),中心有一亮斑稱(chēng)為亮斑(證實(shí)光的波動(dòng)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(dòng)的光,而且沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)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(gè)的方向振動(dòng)的光.

3.光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光是一種波.

四、電磁場(chǎng)與電磁波1.麥克斯韋電磁場(chǎng)理論:變化的磁場(chǎng)能夠在周?chē)臻g產(chǎn)生,變化的電場(chǎng)能夠在周?chē)臻g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(zhǎng)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(zhǎng)由長(zhǎng)到短排列的電磁波譜為:無(wú)線電波、紅外線、、紫外線、X射線、γ射線.

五、相對(duì)論1.狹義相對(duì)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?cè)?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(shí)驗(yàn)中,雙縫的作用是使白光變成單色光. ()(4)陽(yáng)光下茂密的樹(shù)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(chǎng)周?chē)欢ù嬖诖艌?chǎng),磁場(chǎng)周?chē)欢ù嬖陔妶?chǎng). ()(7)無(wú)線電波不能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象. ()(8)波長(zhǎng)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(shuō)”和以惠更斯為首的“波動(dòng)說(shuō)”都能解釋幾何光學(xué)問(wèn)題,但大家更傾向“粒子說(shuō)”.19世紀(jì)初,波動(dòng)光學(xué)初步形成,其中托馬斯·楊圓滿(mǎn)地解釋了“薄膜顏色”和雙狹縫干涉現(xiàn)象,大家又傾向“波動(dòng)說(shuō)”.典型實(shí)驗(yàn)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(gè)結(jié)論在1888年被赫茲的實(shí)驗(yàn)證實(shí).但是同時(shí)赫茲發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng),特別是1905年愛(ài)因斯坦運(yùn)用量子論解釋了光電效應(yīng),這又支持了光的“粒子性”,后來(lái)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(shí)到任何物體都有波粒二象性,即存在物質(zhì)波.考點(diǎn)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(diǎn)到雙縫的路程差等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍,即Δs=nλ(n=0,1,2,…).(2)暗條紋:屏上觀察點(diǎn)到雙縫的路程差等于半波長(zhǎng)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(zhǎng).1[2017·成都模擬]如圖381所示,在“雙縫干涉”實(shí)驗(yàn)中,S1和S2為雙縫,P是光屏上的一點(diǎn),已知P點(diǎn)與S1和S2距離之差為2.1×10-6m,今分別用A、B兩種單色光在空氣中做“雙縫干涉”實(shí)驗(yàn),問(wèn)P(1)已知A光在折射率為n=1.5的介質(zhì)中波長(zhǎng)為4×10-7(2)已知B光在某種介質(zhì)中波長(zhǎng)為3.15×10-7m,當(dāng)B光從這種介質(zhì)射向空氣時(shí),臨界角為37°;(sin37°=0.6,cos37°=0(3)若用A光照射時(shí),把其中一條縫遮住,試分析光屏上能觀察到的現(xiàn)象.圖381式題一束白光在真空中通過(guò)雙縫后在屏上觀察到干涉條紋,除中央白色亮紋外,兩側(cè)還有彩色條紋,其原因是 ()A.各色光的波長(zhǎng)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(qiáng)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(shuō)法都不正確考點(diǎn)二用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)量光的波長(zhǎng)考向一實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)操作1.實(shí)驗(yàn)原理單色光通過(guò)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(zhǎng)λ之間滿(mǎn)足λ=.2.實(shí)驗(yàn)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382所示.圖382②接好光源,打開(kāi)開(kāi)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(shí),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(cè)量頭,使分劃板中心刻度線對(duì)齊第1條亮條紋的中心,記下手輪上的示數(shù)a1;轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,使分劃板向一側(cè)移動(dòng),當(dāng)分劃板中心刻度線與第n條亮條紋中心對(duì)齊時(shí),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(cè)量其他色光的波長(zhǎng).2現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、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383所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置,用以測(cè)量紅光的波長(zhǎng).圖383(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(shí)驗(yàn)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(cè)量雙縫到屏的距離;④用測(cè)量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測(cè)微器)測(cè)量數(shù)條亮條紋間的距離.在操作步驟②時(shí)還應(yīng)注意和.

式題在觀察光的雙縫干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中:(1)將激光束照在如圖384甲所示的雙縫上,在光屏上觀察到的現(xiàn)象是圖乙中的.

圖384(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(xiàng)(1)光源燈絲最好是線狀燈絲,并與單縫平行且靠近;(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)調(diào)整光源、單縫、雙縫和光屏、測(cè)量頭共軸,單縫和雙縫安裝時(shí)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(huì)引起干涉條紋亮度小、不清晰,不便于觀察和測(cè)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(guó)卷Ⅰ](1)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中紅光的波長(zhǎng)為630nm,雙縫到屏幕的距離為1.00m,測(cè)得第1條到第6條亮條紋中心間的距離為10.5式題[2017·廈門(mén)聯(lián)考]在“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)裝置如圖385所示.圖385(1)某同學(xué)以線狀白熾燈為光源,對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)并觀察了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后,總結(jié)出以下幾點(diǎn):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(zhǎng)有關(guān)以上幾點(diǎn)中,你認(rèn)為正確的是.

(2)當(dāng)測(cè)量頭中的分劃板中心刻線對(duì)齊某條紋的中心時(shí),手輪上的示數(shù)如圖386甲所示,其讀數(shù)為mm.

圖386(3)如果測(cè)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386乙所示.則在這種情況下來(lái)測(cè)量干涉條紋的間距Δx時(shí),測(cè)量值(選填“大于”“小于”或“等于”)實(shí)際值.

■注意事項(xiàng)光波波長(zhǎng)很小,Δx、L的測(cè)量對(duì)波長(zhǎng)λ的影響很大.L用毫米刻度尺測(cè)量,Δx用測(cè)量頭上的游標(biāo)尺測(cè)量.實(shí)驗(yàn)時(shí)可測(cè)多條亮條紋間距求Δx及采用多次測(cè)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(cè)量多條亮條紋間的距離時(shí),此間距中的條紋數(shù)應(yīng)準(zhǔn)確.考點(diǎn)三薄膜干涉的理解及應(yīng)用1.薄膜干涉如圖387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(shí),在膜的前表面AA'和后表面BB'分別反射回來(lái),形成兩列頻率相同的光波,并且疊加.圖387(1)在P1、P2處,從兩個(gè)表面處反射回來(lái)的兩列光波的路程差Δx等于波長(zhǎng)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(gè)表面處反射回來(lái)的兩列光波的路程差Δx等于半波長(zhǎng)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388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(gè)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,從反射光中看到干涉條紋,根據(jù)干涉條紋的形狀來(lái)確定工件表面的情況.圖388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(duì)應(yīng)亮(暗)條紋提前出現(xiàn),如圖389甲所示;若某處凸起,則對(duì)應(yīng)亮(暗)條紋延后出現(xiàn),如圖乙所示.圖389(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(zhǎng)的時(shí),在薄膜的兩個(gè)面上的反射光的光程差恰好等于半個(gè)波長(zhǎng),因而相互抵消,達(dá)到減小反射光、增大透射光強(qiáng)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(shí),可采用如圖3810所示的干涉實(shí)驗(yàn)法,A的上表面是一光滑平面,在A的上方放一個(gè)透明的平行板B,B與A上表面平行,在它們之間形成一個(gè)厚度均勻的空氣膜.現(xiàn)在用波長(zhǎng)為λ的單色光垂直照射,同時(shí)對(duì)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(shí)最亮,然后亮度逐漸減弱至最暗;當(dāng)溫度升到t2時(shí),亮度再一次回到最亮,則 ()圖3810A.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(qiáng)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(qiáng)C.溫度從t1升至t2過(guò)程中,A的高度增加D.溫度從t1升至t2過(guò)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(shuō)法中正確的是 ()A.增透膜是為了減少光的反射損失,增加透射光的強(qiáng)度B.增透膜的厚度等于入射光在真空中波長(zhǎng)的C.增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波長(zhǎng)的D.因?yàn)樵鐾改さ暮穸纫话氵m合綠光反射時(shí)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(gè)平行玻璃板壓在另一個(gè)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3811所示,這時(shí)可以看到亮暗相間的條紋.下面關(guān)于條紋的說(shuō)法中正確的是 ()圖3811A.將薄片遠(yuǎn)離劈尖移動(dòng)使劈角變小時(shí),條紋變疏B.將薄片向著劈尖移動(dòng)使劈角變大時(shí),條紋變疏C.將上玻璃板平行上移,條紋向著劈尖移動(dòng)D.將上玻璃板平行上移,條紋遠(yuǎn)離劈尖移動(dòng)4.(多選)如圖3812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(zhǎng)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(chēng)為牛頓環(huán),以下說(shuō)法正確的是 ()圖3812A.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?yàn)榭諝饽ず穸炔皇蔷鶆蜃兓腄.干涉條紋不等間距是因?yàn)榭諝饽ず穸仁蔷鶆蜃兓目键c(diǎn)四光的衍射及偏振現(xiàn)象1.對(duì)光的衍射的理解(1)干涉和衍射是波的特征,波長(zhǎng)越長(zhǎng),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(shuō)明“光沿直線傳播”只是一種特殊情況,只有在光的波長(zhǎng)比障礙物小得多時(shí),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(lèi)別自然光(非偏振光)偏振光光的來(lái)源直接從光源發(fā)出的光自然光通過(guò)偏振片后的光光的振動(dòng)方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi),光振動(dòng)沿任意方向,且沿各個(gè)方向光振動(dòng)的強(qiáng)度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi),光振動(dòng)沿特定方向3.偏振光的應(yīng)用:照相機(jī)鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消除車(chē)燈眩光等.1.(光的偏振)(多選)如圖3813所示,電燈S發(fā)出的光先后經(jīng)過(guò)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3813A.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(guò)180°后,在P處將看到光亮D.以SP為軸將B轉(zhuǎn)過(guò)90°后,在P處將看到光亮2.(光的衍射現(xiàn)象)讓太陽(yáng)光垂直照射一塊大的遮光板,板上有一個(gè)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(shí),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(guò)狹縫觀察發(fā)光的白熾燈也會(huì)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3814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”)圖樣.由此可以判斷出圖A所對(duì)應(yīng)的圓孔的孔徑(選填“大于”或“小于”)圖B所對(duì)應(yīng)的圓孔的孔徑.

圖3814考點(diǎn)五電磁場(chǎng)和電磁波相對(duì)論1.對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解2.對(duì)電磁波的理解(1)電磁波是橫波.電磁波的電場(chǎng)、磁場(chǎng)、傳播方向兩兩垂直,如圖3815所示.圖3815(2)電磁波與機(jī)械波的比較電磁波機(jī)械波產(chǎn)生由周期性變化的電場(chǎng)、磁場(chǎng)產(chǎn)生由質(zhì)點(diǎn)(波源)的振動(dòng)產(chǎn)生波的特點(diǎn)橫波縱波或橫波波速在真空中等于光速(很大),c=3×108在空氣中不大(如聲波波速在空氣中一般為340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(jī)械能1.(對(duì)電磁波的理解)(多選)下列說(shuō)法正確的是 ()A.根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論,在變化的電場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生變化的磁場(chǎng),在變化的磁場(chǎng)周?chē)欢óa(chǎn)生變化的電場(chǎng)B.發(fā)射電磁波的兩個(gè)重要條件是采用高頻和開(kāi)放性LC電路C.機(jī)械波和電磁波都能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象D.機(jī)械波的傳播依賴(lài)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(shí),會(huì)被介質(zhì)擋住2.(電磁波譜)(多選)關(guān)于電磁波譜,下列說(shuō)法正確的是 ()A.電磁波中最容易表現(xiàn)出明顯衍射現(xiàn)象的是無(wú)線電波B.紫外線的頻率比可見(jiàn)光低,長(zhǎng)時(shí)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(zhǎng)比較短,穿透力比較強(qiáng)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(guó)卷Ⅱ]關(guān)于電磁波,下列說(shuō)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(wú)關(guān)B.周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)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(shí),其傳播方向與電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度均垂直D.利用電磁波傳遞信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信,但電磁波不能通過(guò)電纜、光纜傳輸E.電磁波可以由電磁振蕩產(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(duì)論中,下列說(shuō)法正確的是 ()A.一切運(yùn)動(dòng)物體相對(duì)于觀察者的速度都不能大于真空中的光速B.質(zhì)量、長(zhǎng)度、時(shí)間的測(cè)量結(jié)果都是隨物體與觀察者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而改變的C.慣性系中的觀察者,觀察一個(gè)與他做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘時(shí),會(huì)看到這個(gè)時(shí)鐘比與他相對(duì)靜止的相同的時(shí)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(guò)光速5.[2016·江蘇卷]一艘太空飛船靜止時(shí)的長(zhǎng)度為30m,它以0.6c(c為光速)的速度沿長(zhǎng)度方向飛行經(jīng)過(guò)地球A.飛船上的觀測(cè)者測(cè)得該飛船的長(zhǎng)度小于30B.地球上的觀測(cè)者測(cè)得該飛船的長(zhǎng)度小于30C.飛船上的觀測(cè)者測(cè)得地球上發(fā)來(lái)的光信號(hào)速度小于cD.地球上的觀測(cè)者測(cè)得飛船上發(fā)來(lái)的光信號(hào)速度小于c■注意事項(xiàng)(1)波長(zhǎng)不同的電磁波,表現(xiàn)出不同的特性.其中波長(zhǎng)較長(zhǎng)的無(wú)線電波和紅外線等,易發(fā)生干涉、明顯的衍射現(xiàn)象;波長(zhǎng)較短的紫外線、X射線、γ射線等,穿透能力較強(qiáng).(2)電磁波譜中,相鄰兩波段的電磁波的波長(zhǎng)并沒(méi)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(jī)理不同.教師詳解(聽(tīng)課手冊(cè))第十五單元光學(xué)電磁波相對(duì)論第37講光的折射、全反射【教材知識(shí)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②大于或等于3.4.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(diǎn)互動(dòng)探究】考點(diǎn)一例1150°[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cosα=即α=30°由題意MA⊥AB所以∠OAM=60°設(shè)圖中N點(diǎn)為光線在球冠內(nèi)底面上的反射點(diǎn),光路圖如圖所示.設(shè)光線在M點(diǎn)的入射角為i、折射角為r,在N點(diǎn)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sini=nsinr代入題給條件n=得r=30°作底面在N點(diǎn)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(duì)于入射光線的偏角β為β=180°∠ENO=150°變式題1[解析]如圖所示,考慮從圓形發(fā)光面邊緣的A點(diǎn)發(fā)出的一條光線,假設(shè)它斜射到玻璃上表面的A'點(diǎn)折射,根據(jù)折射定律有nsinθ=sinα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(diǎn)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(zhǎng)為L(zhǎng),由幾何關(guān)系有sinθ=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(méi)有分析過(guò)程[解析](1)光路圖如圖所示,圖中N點(diǎn)為光線在AC邊發(fā)生反射的入射點(diǎn),設(shè)光線在P點(diǎn)的入射角為i、折射角為r,在M點(diǎn)的入射角為r'、折射角依題意也為i,有i=60°由折射定律有sini=nsinrnsinr'=sini聯(lián)立得r=r'OO'為過(guò)M點(diǎn)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(diǎn)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(mǎn)足nsinθc=1聯(lián)立得i″>θc此光線在N點(diǎn)發(fā)生全反射,三棱鏡的AC邊沒(méi)有光線透出.考點(diǎn)二例2ABD[解析]a光的折射角更大,則玻璃磚對(duì)a光的折射率大于對(duì)b光的折射率,在玻璃中a光的傳播速度小于b光的傳播速度,在真空中,a光的波長(zhǎng)小于b光的波長(zhǎng),A、B正確,C錯(cuò)誤;a光的折射率大于對(duì)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(zhǎng)小于b光的波長(zhǎng),通過(guò)同一雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置,a光的干涉條紋間距小于b光的干涉條紋間距,E錯(cuò)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=,sinC=知A、B錯(cuò)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(shí)間長(zhǎng),D錯(cuò)誤.考點(diǎn)三例31.43[解析]如圖所示,根據(jù)光路的對(duì)稱(chēng)性和光路可逆性,與入射光線相對(duì)于OC軸對(duì)稱(chēng)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(diǎn)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sini=nsinr由正弦定理有由幾何關(guān)系,入射點(diǎn)的法線與OC的夾角為i.由題設(shè)條件和幾何關(guān)系有sini=式中L是入射光線與OC的距離.由②③式和題給數(shù)據(jù)得sinr=聯(lián)立解得n=≈1.43[點(diǎn)評(píng)]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(shí),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(wèn)題.變式題(1)c(2)[解析](1)由v=得,光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(huà)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(shí),有sinC=在玻璃與水的分界面上,由相對(duì)折射關(guān)系可得解得sinθ=代入數(shù)據(jù)可計(jì)算出光斑的半徑r=d(tanθ+tanC)=d水面形成的光斑的面積S=πr2=考點(diǎn)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(cè)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(huà)兩個(gè)直角三角形,然后用刻度尺測(cè)出所對(duì)應(yīng)的直角邊和斜邊的長(zhǎng)度,進(jìn)一步計(jì)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(guò)上表面折射后,再經(jīng)過(guò)右側(cè)面折射出來(lái),故應(yīng)該通過(guò)A點(diǎn).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(cè)量的x2偏大,x1不變,所以玻璃的折射率的測(cè)量值與真實(shí)值相比偏大.(2)在y<0的區(qū)域內(nèi),從任何角度都無(wú)法透過(guò)玻璃磚看到P1、P2,說(shuō)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)玻璃磚平移以后,測(cè)量的折射角不變,入射角相同,故測(cè)得的折射率將不變.(2)乙同學(xué)的操作使入射角相同,所畫(huà)出的折射角比實(shí)際折射角偏大,由n=知,測(cè)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(gè)界面不發(fā)生全反射即可,測(cè)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(duì)應(yīng)的折射角大于P3所對(duì)應(yīng)的折射角,所以P4對(duì)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處對(duì)應(yīng)的折射率應(yīng)為1.1.圖為一光導(dǎo)纖維(可簡(jiǎn)化為一長(zhǎng)玻璃絲)的示意圖,玻璃絲長(zhǎng)為L(zhǎng),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(mǎn)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(zhǎng)時(shí)間.[答案](1)sini≤(2)[解析](1)設(shè)光線在端面AB上C點(diǎn)的入射角為i,折射角為r,如圖所示.由折射定律有sini=nsinr設(shè)該光線射向玻璃絲內(nèi)壁D點(diǎn)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)生全反射時(shí)的臨界角,它滿(mǎn)足nsinθ=1由幾何關(guān)系得α+r=90°聯(lián)立得sini≤(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=vsinα光線從玻璃絲端面AB傳播到其另一端面所需時(shí)間為T(mén)=光線在玻璃絲中傳播,在剛好發(fā)生全反射時(shí),光線從端面AB傳播到其另一端面所需的時(shí)間最長(zhǎng),聯(lián)立得Tmax=2.[2014·全國(guó)卷Ⅰ]一個(gè)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上的最大寬度為多少?(2)一細(xì)束光線在O點(diǎn)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(diǎn)的位置.[答案](1)R(2)略[解析](1)在O點(diǎn)左側(cè),設(shè)從E點(diǎn)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sinθ=由幾何關(guān)系有OE=Rsinθ由對(duì)稱(chēng)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(diǎn)R的C點(diǎn)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(huì)發(fā)生三次全反射,最后由G點(diǎn)射出,如圖所示,由反射定律和幾何關(guān)系得OG=OC=R射到G點(diǎn)的光有一部分被反射,沿原路返回到達(dá)C點(diǎn)射出.3.[2015·江蘇卷]人造樹(shù)脂是常用的眼鏡鏡片材料.如圖所示,光線射在一人造樹(shù)脂立方體上,經(jīng)折射后,射在桌面上的P點(diǎn).已知光線的入射角為30°,OA=5cm,AB=20cm,BP=[答案](或1.5)[解析]設(shè)折射角為γ,由折射定律得sin30°=nsinγ,由幾何關(guān)系知sinγ=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(guò)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(diǎn)入射,折射光線由上邊界的A點(diǎn)射出.當(dāng)光線在O點(diǎn)的入射角減小至某一值時(shí),折射光線在上邊界的B點(diǎn)恰好發(fā)生全反射.求A、B兩點(diǎn)間的距離.[答案]R[解析]當(dāng)光線在O點(diǎn)的入射角為i0時(shí),設(shè)折射角為r0,由折射定律得=n設(shè)A點(diǎn)與左端面的距離dA,由幾何關(guān)系得sinr0=若折射光線恰好發(fā)生全反射,則在B點(diǎn)的入射角恰好為臨界角C,設(shè)B點(diǎn)與左端面的距離為dB,由折射定律得sinC=由幾何關(guān)系得sinC=設(shè)A、B兩點(diǎn)間的距離為d,可得d=dBdA聯(lián)立解得d=R6.[2014·江蘇卷]Morpho蝴蝶的翅膀在陽(yáng)光的照射下呈現(xiàn)出閃亮耀眼的藍(lán)色光芒,這是因?yàn)楣庹丈涞匠岚虻镊[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(diǎn)入射,經(jīng)過(guò)折射和反射后從b點(diǎn)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.取光在空氣中的速度為c,求光從a到b所需的時(shí)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sini=nsinγ在鱗片中傳播的路程l1=傳播速度v=傳播時(shí)間t1=解得t1=同理,在空氣中的傳播時(shí)間t2=則t=t1+t2=.第38講光的波動(dòng)性電磁波相對(duì)論【教材知識(shí)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(chǎng)磁場(chǎng)2.電磁場(chǎng)橫3×108λf3.頻率波長(zhǎng)可見(jiàn)光五、1.相同2.相同思維辨析(1)√(2)√(3)×(4)×(5)×(6)×(7)×(8)×(9)×【考點(diǎn)互動(dòng)探究】考點(diǎn)一例1(1)暗條紋(2)亮條紋(3)見(jiàn)解析[解析](1)設(shè)A光在空氣中波長(zhǎng)為λ1,在介質(zhì)中波長(zhǎng)為λ2,由n=可得λ1=nλ2=1.5×4×10-7m=6根據(jù)路程差Δx=2.1×10-所以N1==3.5由此可知,從S1和S2到P點(diǎn)的路程差Δx是A光波長(zhǎng)λ1的3.5倍,所以P點(diǎn)為暗條紋.(2)根據(jù)臨界角與折射率的關(guān)系得sinC=解得n=由此可知,B光在空氣中波長(zhǎng)λ3為λ3=nλ介=×3.15×10-7m=5.25×所以N2==4可見(jiàn),用B光做“雙縫干涉”實(shí)驗(yàn),P點(diǎn)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(zhǎng)不同,在相同條件下做“雙縫干涉”實(shí)驗(yàn)時(shí),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(diǎn)二例2(1)EDB(2)放置單縫、雙縫時(shí),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?yàn)?C、E、D、B、A.(2)在操作步驟②時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)有:放置單縫、雙縫時(shí),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(shí),干涉條紋間距變寬;當(dāng)雙縫到屏的距離l減小時(shí),干涉條紋間距變窄.例3>0.300[解析]雙縫干涉條紋間距Δx=λ,紅光波長(zhǎng)較長(zhǎng),所以紅光的雙縫干涉條紋間距較大,即Δx1>Δx2.根據(jù)題中數(shù)據(jù)可得條紋間距Δx==2.1mm=2.1×10-3m,根據(jù)Δx=m=3.00×10變式題(1)AD(2)0.700(3)大于[解析](1)為了獲得清晰的干涉條紋,A正確.由干涉現(xiàn)象可知干涉條紋與雙縫平行,B錯(cuò)誤.干涉條紋的間距Δx=λ與單縫寬度無(wú)關(guān),C錯(cuò)誤,D正確.(2)手輪的讀數(shù)為0.5mm+20.0×0(3)條紋與分劃板不平行時(shí),實(shí)際值Δx實(shí)=Δx測(cè)cosθ,θ為條紋與分劃板間的夾角,故Δx實(shí)<Δx測(cè).考點(diǎn)三1.BD[解析]該裝置利用B下表面反射光與A上表面反射光發(fā)生干涉的原理,若最亮,說(shuō)明干涉加強(qiáng),路程差Δx=nλ(n=0,1,2,…),由于t1和t2兩溫度為連續(xù)變化,且出現(xiàn)兩次最亮,所以?xún)纱温烦滩顬橐粋€(gè)波長(zhǎng),t1到t2過(guò)程中,A的高度應(yīng)增加半個(gè)波長(zhǎng).2.ACD[解析]光學(xué)鏡頭前的增透膜是為了減少光的反射損失,增加透射光的強(qiáng)度,選項(xiàng)A正確;根據(jù)光的干涉理論,增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波長(zhǎng)的,選項(xiàng)B錯(cuò)誤,選項(xiàng)C正確;增透膜通常是針對(duì)人眼最敏感的綠光設(shè)計(jì)的,使從鏡頭反射的綠光干涉相消,而對(duì)太陽(yáng)光中紅光和紫光并沒(méi)有顯著削弱,所以看上去呈淡紫色,選項(xiàng)D正確.涂有增透膜的鏡頭,只能抵消某種色光的反射光線,選項(xiàng)E錯(cuò)誤.3.AC[解析]楔形空氣層的上、下兩個(gè)表面反射的兩列光波發(fā)生干涉,空氣層厚度相同的地方,兩列波的路程差相同,故如果被測(cè)表面是平的,干涉條紋就是一組平行的直線,當(dāng)劈角α增大為β時(shí),相鄰的條紋由A、C處左移至A'、C'處,設(shè)CDAB=Δs,則C'D'A'B'=Δs,故AC=,A'C'=,因?yàn)棣?gt;α,所以AC>A'C',故劈角變大時(shí),條紋變密,A正確,B錯(cuò)誤;同理,當(dāng)上玻璃板平行上移時(shí),條紋向著劈尖移動(dòng),但間距不變,C正確,D錯(cuò)誤.4.AC[解析]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,A正確,B錯(cuò)誤.由于凸透鏡的下表面是圓弧面,所以形成的薄膜厚度不是均勻變化的,形成不等間距的干涉條紋,C正確,D錯(cuò)誤.考點(diǎn)四1.BD[解析]自然光沿各個(gè)方向發(fā)散是均勻分布的,通過(guò)偏振片后,透射光是只沿著某一特定方向振動(dòng)的光.從電燈直接發(fā)出的光為自然光,A錯(cuò)誤;它通過(guò)A偏振片后,即變?yōu)槠窆?B正確;設(shè)通過(guò)A的光沿豎直方向振動(dòng),P點(diǎn)無(wú)光亮,則B偏振片只能通過(guò)沿水平方向振動(dòng)的偏振光,將B轉(zhuǎn)過(guò)180°后,P處仍無(wú)光亮,C錯(cuò)誤;若將B轉(zhuǎn)過(guò)90°,則該偏振片將變?yōu)槟芡ㄟ^(guò)沿豎直方向振動(dòng)的光的偏振片,則偏振光能通過(guò)B,即在P處有光亮,D正確.2.D[解析]當(dāng)孔足夠大時(shí),由于光的直線傳播,所以屏上首先出現(xiàn)的是三角形光斑,之后隨著孔的繼續(xù)縮小,出現(xiàn)小孔成像,成的是太陽(yáng)的像,故為小圓形光斑,隨著孔的進(jìn)一