高中物理光学专题 2讲义.docx
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高中物理光学专题2讲义
高中物理光学专题
1.反射定律α＝i｛α：
反射角，i：
入射角｝
2.绝对折射率（光从真空中到介质）
｛光的色散，可见光中红光折射率小，n:
折射率，c:
真空中的光速，v:
介质中的光速，i:
入射角，r:
折射角｝
3.全反射：
1）光从介质中进入真空或空气中时发生全反射的临界角C：
2）全反射的条件：
光密介质射入光疏介质；入射角等于或大于临界角
（1）平面镜反射成像规律：
成等大正立的虚像，像与物沿平面镜对称；
（2）三棱镜折射成像规律：
成虚像，出射光线向底边偏折，像的位置向顶角偏移；
（3）光导纤维是光的全反射的实际应用，放大镜是凸透镜，近视眼镜是凹透镜；
（4）熟记各种光学仪器的成像规律，利用反射（折射）规律、光路的可逆等作出光路图是解题关键；
（5）白光通过三棱镜发色散规律：
紫光靠近底边出射见。
二、光的本性（光既有粒子性,又有波动性,称为光的波粒二象性）
2．双缝干涉:
中间为亮条纹；亮条纹位置:
＝nλ；暗条纹位置:
＝（2n+1）
（n＝0,1,2,3……）；条纹间距：
｛
:
路程差（光程差）；λ:
光的波长；
:
光的半波长；d两条狭缝间的距离；l：
挡板与屏间的距离｝
3.光的颜色由光的频率决定,光的频率由光源决定,与介质无关,光的传播速度与介质有关，光的颜色按频率从低到高的排列顺序是：
红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫（助记：
紫光的频率大，波长小）
4.薄膜干涉:
增透膜的厚度是绿光在薄膜中波长的
，即增透膜厚度
5.光的衍射：
光在没有障碍物的均匀介质中是沿直线传播的，在障碍物的尺寸比光的波长大得多的情况下，光的衍射现象不明显可认为沿直线传播，反之，就不能认为光沿直线传播
6.光的偏振：
光的偏振现象说明光是横波
7.光的电磁说：
光的本质是一种电磁波。
电磁波谱（按波长从大到小排列）:
无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线。
红外线、紫外、线伦琴射线的发现和特性、产生机理、实际应用。
8.光子说,一个光子的能量E＝hν｛h:
普朗克常量＝6.63×10-34J.s，ν:
光的频率｝
9.爱因斯坦光电效应方程：
｛
:
光电子初动能，hv:
光子能量，W:
金属的逸出功｝
1、如图示是两个同种玻璃制成的棱镜,顶角α1略大于α2,两束单色光A和B分别垂直射于三棱镜后,出射光线与第二界面的夹角β1=β2,则（）
A.A光束的频率比B光束的大.
B.在棱镜中A光束的波长比B光束的短.
C.在棱镜中B光束的传播速度比A光束的大.
D.把两束光由水中射向空气,产生全反射,A光的临界角比B的临界角大.
2；91年高考.一束光从空气射向折射率n=
的某种玻璃的表面,如图所示.i代表入射角,则错误的是（）
（A）当i>45°时会发生全反射现象
（B）无论入射角i是多大,折射角r都不会超过45°
（C）
欲使折射角r=30,应以i=45°的角度入射
（D）当入射角i
=arctg
时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直
3：
03年江苏高考8
．如图，一玻璃柱体的横截面为半圆形，细的单色光束从空气射向柱体的O点（半圆的圆心），产生反射光束1和透射光束2，已知玻璃折射率为
，入射角为45°（相应的折射角为24°），现保持入射光不变，将半圆柱绕通过O点垂直于图面的轴线顺时针转过15°，如图中虚线所示，则（）
A．光束1转过15°
B．光束1转过45°
C．光束2转过的角度小于15°
D．光束2转过的角度大于15°
4、如图示：
光从A点射入圆形玻璃，并从B点射出，若射出玻璃与射入玻璃的光线夹角为30°,AB弧所对的圆心角为120°,下列说法正确的是：
（）
A.在A点的入射角为30°
B.在B点的入射角为45°
C.玻璃的折射率为
D.玻璃的折射率为
5：
如图，a和b都是厚度均匀的平玻璃板，它们之间的夹角为φ，一细光束以入射角θ从P点射入，θ＞φ，已知此光束由红光和蓝光组成，则当光束透过b板后，（）
A．传播方向相对于入射光方向向左偏转φ角
B．传播方向相对于入射光方向向右偏转φ角
C．红光在蓝光的左边
D．红光在蓝光的右边
6.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（）
A、只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失
B、红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹依然存在
C、任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮
D、屏上无任何光亮
7.把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入（如图），这时可以看到亮暗相间的条纹，下面关于条纹的说法中正确的是（）
A、将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条纹变疏
B、将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，条纹变疏
C、将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动
D、将上玻璃板平行上移，条纹远离劈尖移动
8.先后用两种不同的单色光，在相同的条件下用同一双缝干涉装置做实验，在屏幕上相邻的两条亮纹间距不同，其中间距较大的那种单色光比另一种单色光①在真空中的波长较短②在玻璃中传播速度较大③在玻璃中传播时，玻璃的折射率较大④其光子的能量较小以上说法正确的是（）
A、①③B、②④C、①④D、②③
9.a、b是两束相互平行的单色可见光，当它们从空气射入水中时各自发生如图所示的折射现象，已知折射角r1>r2，由此可以判定（）
①a光光子能量小；②在水中b光波长长一些；③让它们在同一双缝上发生干涉，所得相邻两条干涉条纹间距△xa>△xb；④a、b从水中射入空气时，则a光的临界角小一些。
A、只有①②B、只有①③
C、只有②④D、只有②③
10.、下列说法正确的是：
A、光波是一种概率波B、光波是一种电磁波
C、单色光从密介质进入光疏介质时，光子的能量改变
D、单色光从光密介质进入光疏介质时，光的波长不变
DACCDCBCBBAB
测定玻璃的折射率双缝干涉实验（实验七）
光的双缝干涉实验
1．实验原理
通过单缝的一束光线，经双缝形成一对相干光，互相叠加产生干涉现象。
根据公式Δx=λL/d可算出波长d是双缝间距，L是双缝到屏的距离，Δx是相邻两条亮（暗）纹间隔，λ是单色光的波长。
二．实验步骤
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（其读数方法同螺旋测微器）测量数条亮纹间的距离.
在操作步骤②时还应注意使单缝和双缝间距为5—10cm,使单缝与双缝相互平行.
注意事项：
1、安装仪器的顺序：
光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏
2、双缝与单缝相互平行，且竖直放置
3、光源、虑光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上
4、若出现在光屏上的光很弱，由于不共轴所致
5、若干涉条纹不清晰，与单缝和双缝是否平行有很大关系
“插针法”测玻璃的折射率是几何光学的重要实验，用双缝干涉实验测光的波长提供了测微小长度的方法，、
一、选择题（每小题5分，共35分）
1.测定玻璃的折射率时，为了减小实验误差，应该注意的是
A.玻璃砖的宽度宜大些
B.入射角应适当小些
C.大头针应垂直地插在纸面上
D.大头针P1、P2及P3、P4之间的距离应适当大些
2.某同学用插针法测定玻璃的折射率n,如图1—46—1所示，他的实验方法和操作步骤正确无误，但事后发现玻璃砖的两个光学面aa′与bb′不平行，那么下列说法中正确的是
图1—46—1
A.P1P2与P3P4两条直线不平行
B.P1P2与P3P4两条直线一定平行
C.他测出的n值一定偏大
D.他测出的n值不受影响
3.图1—46—2是双缝干涉的实验装置，其屏上P处发现明条纹，则双缝S1和S2到屏上P点的距离之差一定是
图1—46—2
A.光波的半波长的奇数倍
B.光波的波长的奇数倍
C.光波的半波长的偶数倍
D.光波的波长的偶数倍
4.在光的干涉实验中，如果两条狭缝间的距离增加一倍，光的波长减半，则相邻两暗条纹间的距离是原来的
A.4倍B.0.5倍C.0.25倍D.不变
5.在双缝干涉实验中，用黄光得到一个干涉图样，若要使其干涉条纹间的距离变宽，可以采取的办法是
A.换用绿色的滤光片
B.换用红色的滤光片
C.使光源发出的光更强一些
D.使光屏向双缝靠拢一些
6.某同学按实验装置安装好仪器后，观察光的干涉现象，获得成功，若他在此基础上对仪器的安装作如下改动，但还能使实验成功的是
A.将遮光筒内的光屏，向靠近双缝的方向移动少许，其他不动
B.将滤光片移至单缝和双缝之间，其他不动
C.将单缝向双缝移动少许，其他不动
D.将单缝与双缝的位置互换，其他不动
7.分别用a、b两种单色光在同一装置上做光的干涉实验时，观察到a光的干涉条纹中相邻两明条纹间距较大，则
A.a光的频率较大
B.a光的波长较大
C.a光子的能量较大
D.在玻璃中a光的速度较大
二、实验
8.（6分）根据“测定玻璃砖的折射率”实验的要求，请回答下列问题：
（1）某同学完成了实验的准备阶段，在图1—46—3中的线段AO上竖直地插上大头针P1和P2，此后，该同学准备在bb′一侧插上大头针P3和P4，则插P3和P4的要求是：
___________________________________________.
图1—46—3
（2）在实验中，有两位同学各设计了一个记录表格，而且都已完成了计算，根据他们设计的表格所反应的信息，判断他们论证做得是否正确.
甲同学设计的表格是：
次数
入射角i
sini
折射角r
sinr
n
1
30°
0.500
20.9°
0.357
1.40
1.40
2
45°
0.707
30.5°
0.508
1.39
3
60°
0.866
38.0°
0.616
1.41
乙同学设计的表格是：
次数
1
2
3
角平均值
正弦值
n
入射角i
30°
45°
60°
45°
0.707
1.42
折射角r
20.9°
30.5°
38.0°
28.8°
0.497
上述两位同学做得正确的是_______（填“甲”或“乙”）.
9.（6分）如图1—46—4所示，是利用插针法测定玻璃砖的折射率的实验得到的光路图.玻璃砖的入射面AB和出射面CD并不平行，则
图1—46—4
（1）出射光线与入射光线_______.（填“仍平行”或“不再平行”）
（2）以入射点O为圆心，以R=5cm长度为半径画圆，与入射线PO交于M点，与折射线的延长线OQ交于F点，过M、F点分别向法线作垂线，量得
=1.68cm,
=1.12cm.则该玻璃砖的折射率n=_______.
10.（8分）（2001年天津市高考试题）用双缝干涉测光的波长，实验中采用双缝干涉仪，它包括以下元件：
A.白炽灯，B.单缝片，C.光屏，D.双缝，E.滤光片（其中双缝和光屏连在遮光筒上）.
（1）把以上元件安装在光具座上时，正确的排列顺序是：
A_______（A已写好）.
（2）正确调节后，在屏上观察到红光干涉条纹，用测量头测出10条红亮纹间的距离为a；改用绿色滤光片，其他条件不变，用测量头测出10条绿亮纹间的距离为b，则一定有_______大于_______.
11.（7分）某学生用三棱镜做测定玻璃折射率的实验，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，使P4挡住P3和P1、P2的像，在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图1—46—5所示.
（1）在图上画出所需的光路.
（3）为了测出棱镜折射率，需测量的量是_______.并在图上表示出它们.
（3）计算折射率的公式是n=_______.
图1—46—5图1—46—6
12.（8分）某同学利用一半圆柱形玻璃砖用插针法测量玻璃的折射率，图1—46—6中的半圆是描出的玻璃砖主截面的位置，A、B、C、D是该同学插下的四个针的位置.
（1）完成测量玻璃折射率的光路图.
（2）在只有一对三角板（带刻度）、没有量角器的情况下，要测量出玻璃的折射率，试在图中画出所需的线段，标出相关字母.
（3）根据所测量的线段长度，导出计算折射率的表达式（用线段的名称表示）_________.
13.（8分）某同学用直角梯形玻璃砖做“测定玻璃砖折射率”实验，如图1—46—7所示，∠A=∠B=90°，∠C=60°，他在玻璃的CD侧作垂线，并在该垂线上插上大头针P1、P2，再在AB侧观察大头针P1、P2的像，先后插上两枚大头针P3、P4.
图1—46—7
（1）插针时使P3______,使P4______,移去玻璃砖和大头针，作P3、P4点迹的连线，量得该直线与AB边的夹角为30°.
（2）在图上画出正确的光路图.
（3）该玻璃的折射率n=_______.
14.（6分）由于实验室中矩形玻璃砖的数量不够，部分同学改用半圆形玻璃砖做“测定玻璃的折射率”实验.实验步骤如下：
图1—46—8
（1）如图1—46—8所示，在一张白纸上画一直线ab作为玻璃砖的一个界面，标出点O；
（2）过O点画一线段OA，在OA上垂直地插两枚大头针P1、P2；
（3）放上玻璃砖，使O点正好处于圆心的位置；
（4）透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向，直到P1的像完全被P2的像挡住；
（5）在观察的这一侧插一枚大头针P3，使P3挡住P1、P2的像；
（6）标出P3的位置；
（7）移去玻璃砖和大头针，连接OP3，作过O点与ab垂直的直线MN；
（8）用量角器量出∠MOA和∠NOB两角的大小.根据光路可逆性，当光线从空气射向玻璃砖时，∠NOB为入射角，记为i，∠MOA为折射角，记为r；
（9）代入折射定律，得到玻璃的折射率n=
.为保证实验成功，∠MOA___________.原因是_________.
15.（6分）如图1—46—9所示的装置测定玻璃的折射率，在光具盘的中央固定一个半圆形的玻璃砖，使二者的圆心重合，使一激光束从玻璃圆弧面一侧入射并垂直平面AOB，通过圆心O射出玻璃砖，记下入射光束在光具盘上所对应的位置的刻度.以圆心O为轴逆时针转动光具盘，同时观察从平面AOB一侧出射光线的变化，出射光线不断向下偏转并越来越暗，直到刚好看不到出射光线为止.记下这时入射光线在光具盘上对应的刻度，光具盘上两次刻度之间的夹角θ就是光束从玻璃射向空气的_______.玻璃折射率的表达式n=_______.
图1—46—9
16.（10分）在一薄壁圆柱体玻璃烧杯中，盛上水或其他透明液体，中间竖直插入一根细直铁丝，沿水平方向观看，会发现铁丝在液面处出现折断现象，这是光的折射现象形成的.阅读上述材料，回答下列问题：
（1）若把铁丝插在_______位置，无论沿水平方向从什么方向看，铁丝均无折断现象.
（2）图1—46—10四图中，与实际观察到的情况相符的是（其中O为圆心）
图1—46—10
（3）利用上述现象，用毫米刻度尺、三角板、三根细直铁丝可测液体折射率，实验步骤是：
①用刻度尺测量找出玻璃烧杯的直径AB，并把刻度尺有刻度的边缘与AB重合后固定并测出直径R，如图1—46—11所示.
图1—46—11
②将一根细铁丝竖直固定于B处，用三角板找出过圆心O且垂直AB的直线、交杯缘于C，把一根细铁丝竖直固定于C点
③.
④.
⑤.
完成上面的实验步骤，填在相应横线上.
（4）利用上面的测量量，推算出折射率n的表达式（要有推算过程）.
参考答案
一、1.ACD2.AD3.C4.C5.B6.ABC
7.BD条纹间距Δx=
λ.
二、8.
（1）插P3时，应让P3挡住s1、P2的像，插P4时，应让P4挡住P3和P1、P2的像
（2）甲
9.
（1）不再平行
（2）1.5
10.
（1）EBDC
（2）a,b
11.
（1）如左下图所示
（2）∠i,∠r（3）
12.
（1）如右上图所示
（2）过入射点作法线FG，延长OP，并连结OH、OE，过E点和H点分别向法线作垂线，交法线于F和G（3）n=
13.
（1）挡住P2、P1的像，挡住P3及P2、P1的像.
（2）如图所示（3）
14.不能大于玻璃的全反射临界角.如果∠MOA大于玻璃的全反射临界角，就无法观察到P1、P2，也无法确定P3的位置.
15.临界角；1/sinθ
16.
（1）O如图所示，设P为竖直插入的铁丝，根据光路图可知沿水平方向观看P的折射像P′在P的外测.如果P移至圆心O处，则P和P′重合，铁丝无折断现象.
（2）BC
（3）根据步骤①②可以确定BC为一出射光线，其出射角可求，只需插入第三根细直铁丝于直径AB上，当其成像于BC上时，由几何关系即可测出液体的折射率.
③把另一根铁丝紧靠直尺AB移动，使其折射像与C、B处铁丝三者重合.
④测出铁丝P距B（或A）的距离
（或
）.
⑤求出液体折射率.
（4）由上面的步骤知P′为铁丝在P时的像，PC为入射光线，i、r分别为入射角和折射角，由图知sinr=
，sini=
，
则根据折射率定义得
n=
作业
1.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
A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失
B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹依然存在
C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮
D.屏上无任何光亮
2.关于薄膜干涉，下述说法中正确的是
A.干涉条纹的产生是由于光在膜的前后两表面反射，形成的两列光波叠加的结果
B.干涉条纹中的暗纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果
C.干涉条纹是平行等间距的平行线时，说明膜的厚度处处相等
D.观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的同一侧
3..蚌壳内表面上有一薄层珍珠质,在白光照射下常会呈现美丽的色彩,这是（）
A.光的色散现象
B.光的干涉现象
C.光的全反射现象
D.蚌壳凹面对光的会聚现象
4．沙尘暴是由于土地沙化形成的恶劣气象现象，发生沙尘暴时能见度只有几十米，天空变黄发暗。
这是由于发生沙尘暴时（）
A.只有波长较长的一部分光才能到达地面
B.只有波长较短的一部分光才能到达地面
C.只有频率较大的一部分光才能到达地面
D.只有能量较大的光子才能到达地面
5.某学习小组把三块两面平行玻璃板放在一起做了如图2所示的空心三棱镜，然后让一束单色光从左侧玻璃板射入，从右侧玻璃板射出，该小组同学有以下几种猜想，其中你认为正确的是（ ）
Ａ．出射光线向底边偏折
Ｂ．出射光线向顶角偏折
Ｃ．出射光线与入射光线平行
Ｄ．以上说法都不对
6．某同学在学习了光的干涉后进行了如下实验：
在学校实验室借了两只小手电筒和一个光屏，然后让这两只手电筒发出的光照射到光屏的同一位置，但他却没有看到光的干涉条纹，于他沮丧地问老师这是为什么，如果你是老师你应该怎样回答他（）
A.手电筒射出的光不是单色光
B.周围环境的漫反射光太强
C.干涉图样太小看不清楚
D.两个光源并不是相干光源
7．在学习光的色散的时候老师在课堂上做了一个演示实验，让某特制的一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖（玻璃较厚），经折射分成两束单色光a、b，已知a光是红光，而b光是蓝光，你认为图3中哪个光路图是正确的（ ）
8．某同学为了研究光的色散，设计了如下实验：
在墙角放置一个盛水的容器，其中有一块与水平面成45°角放置的平面镜M，如图5所示，一细束白光斜射向水面，经水折射向平面镜，被平面镜反射经水面折射后照在墙上，该同学可在墙上看到（）
A．上紫下红的彩色光带B．上红下紫的彩色光带
C．外红内紫的环状光带D．一片自光
9、把一个具有球面的平凸透镜平放在平行透明玻璃板上（如图）。
现用单色光垂直于平面照射,在装置的上方向下观察,可以看到干涉条纹,那么关于两束干涉光及干涉条纹的说法正确的是（）
A．两束干涉光是a,b面反射形成的；
B．干涉条纹是中央疏边缘密的同心圆；
C．两束干涉光是b,c面反射形成的；
D．干涉条纹中是中央密边缘疏的同心圆。
10．在一次观察光的衍射实验中，观察到如图所示的清晰的亮暗相间的图样，那么障碍物是下列给出的（）
A．很小的不透明圆板B．很大的中间有大圆孔的不透明挡板
C．很大的不透明圆板D．很大的中间有小圆孔的不透明挡板
11．某学习小组为探究影响干涉条纹宽度的因素，在实验室用蓝光做了双缝干涉实验，在光屏上呈现出蓝、暗相间的平行条纹，设相邻两条蓝条纹间的距离为Δx。
你认以下结论中正确的是（）
A．单缝到双缝间的距离越大，Δx就越大
B．双缝之间的距离越大，Δx就越大
C．双缝到光屏之间的距离越大，Δx就越大
D．双缝间的距离不变，双缝的每条缝的宽度越大，Δx就增大
12.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
，这一角度称为“旋光角”,
的值与糖溶液的浓度有关。
将
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，
是自然光源，
、
是偏振片，转动
，使到达
处的光最强，然后将被测样品
置于
、
之间，则下列说法中正确的是（）
A.到达处
光的强度会明显减弱
B.到达
处光的强度不会明显减弱
C.将偏振片
转动一个角度，使得
处光的强度最大，偏振片转
过的角度等于
D.将偏振片
转动一个角度，使得
处光的强度最大，偏振片
转过的角度等于
答案
C
AD
B
A
C
D
B
B
BC
D
C
ACD
作业二
1．某单色光由水中射入空气时，正确的是（）
A．频率不变，波长变短，波速变小B．频率不变，波长变长，波速变大
C．频率变大，波长变短，波速变大D．频率变小，波长不变，波速变小
2．如图所示，光由空气射入半圆形玻璃砖，再由玻璃砖射向空气中的光路图。
O点是半圆形玻璃砖的圆心。
下列情况一定能发生的是（）
3．沙尘暴是由于土地的沙化引起的一种恶劣的气象现象，发生沙尘暴时能见度只有十几米，天气变黄发暗，这是由于这种情况下（）
A．只有波长较短的一部分光才能到达地面B．只有波长较长的一部分
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