高二物理第十三章光第1~3節(jié)光人教實驗版知識精講

1、用心愛心 專心 高二物理第十三章光第 13 節(jié)光人教實驗版 【本講教育信息】 教學(xué)內(nèi)容： 第十三章光 第一節(jié)光的折射 第二節(jié)光的干涉 第三節(jié)實驗：用雙縫干涉測量光的波長 二.重點、難點解析 （一）折射定律： 1. 折射現(xiàn)象： 光從一種介質(zhì)，斜射入另一種介質(zhì)的界面時， 其中一部分光進(jìn)另一種介質(zhì)中傳播， 并且 改變了傳播方向：這種現(xiàn)象叫光的折射（光由一種介質(zhì)，垂直界面方向入射另一種介質(zhì)時傳 播方向不發(fā)生改變）。 2. 折射定律： 折射光線跟入射光線和法線在同一平面上。 I 內(nèi)容折射光線跟入射光線分居法線兩側(cè)。 入射角正弦和折射角正弦之比等于常數(shù)。即 定義：光從真空射入某介質(zhì)時，入射角正弦和折射角正

2、弦的比，稱為該介質(zhì)的折射 折射率反映了介質(zhì)對光的折射能力。 如圖光從真空以相同的入射角 i，入射不同介質(zhì) 時，n越大，根據(jù)折射定律，折射角 r越小，則偏折角越大。 折射率和光在該介質(zhì)中傳播速度有關(guān)。 a. 折射率等于光在真空中速度 c,與光在介質(zhì)中速度 v之比。即n二 v b. 由于c v。所以n 1 光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)：光疏介質(zhì)：折射率小的介質(zhì)叫光疏介質(zhì)。在光疏介質(zhì)中，光 速較大。 光密介質(zhì)：折射率大的介質(zhì)叫光密介質(zhì)。在光密介質(zhì)中，光速較小。 4.反射和抑射現(xiàn)象中，光路可逆。 （二）光的干涉 1. 雙縫干涉實驗 3.折射率（n）: 率。用 n表示。即n=沁 sin 日 2 用心愛心 專心 一

3、 怯 光源 七 單縫 雙縫 屏 裝置：如圖包括光源、單縫、雙縫和屏；雙縫的作用是將一束光分為兩束 比出現(xiàn)比出現(xiàn)明暗相明暗相間的等距條紋間的等距條紋 L：單西單西光入射光入射雙縫雙縫g g 不同的單色光入射雙不同的單色光入射雙縫時，縫時， 條條紋間距不同，紅光入射紋間距不同，紅光入射 I 比紫比紫光入射時條紋間距犬光入射時條紋間距犬 讓讓白光入射政縫；出現(xiàn)彩色條紋白光入射政縫；出現(xiàn)彩色條紋 現(xiàn)象： 產(chǎn)生明暗條紋的條件： 女口圖兩列完全相同的光波，射到屏上一點時，到兩縫的路程差等于波長的整數(shù)倍 （即半 波長的偶數(shù)倍），則該點產(chǎn)生明條紋；到兩縫的路程差等于半波長的奇數(shù)倍 ，則該點產(chǎn)生暗 條紋。 -偶

4、數(shù) P為明條紋 即S= 2 -X奇數(shù) P為暗條紋 、2 光的干涉現(xiàn)象說明了光具有波動性。 由于紅光入射雙縫時，條紋間距較寬，所以紅光波長較長，頻率較小 紫光入射雙縫時，條紋間距較窄，所以紫光波長較短，頻率較大 光的傳播速度，折射率與光的波長，頻率的關(guān)系。 a. v與n的關(guān)系：v= n b. v,，和f的關(guān)系：v= f （三）用雙縫干涉測量光的波長 原理：兩個相鄰的亮紋或暗條紋的中心間距是 x= I入/d 測波長為：入=d x /I 1.觀察雙縫干涉圖樣：只改變縫寬，用不同的色光來做，改變屏與縫的間距，看條紋間 距的變化用心愛心 專心 單色光：形成明暗相間的條紋。 白光：中央亮條紋的邊緣處出現(xiàn)了

5、彩色條紋。 這是因為白光是由不同顏色的單色光復(fù)合 而成的，而不同色光的波長不同， 在狹縫間的距離和狹縫與屏的距離不變的條件下， 光波的 波長越長，各條紋之間的距離越大， 條紋間距與光波的波長成正比。 各色光在雙縫的中垂線 上均為亮條紋，故各色光重合為白色。 2. 測定單色光的波長： 雙縫間距是已知的，測屏到雙縫的距離 |，測相鄰兩條亮紋間的距 a 離x ,測出n個亮紋間的距離a，則兩個相鄰亮條紋間距 x ，代入：入=d x /l, n -1 即可求出光波波長。 【典型例題】 例1假設(shè)地球表面不存在大氣層， 那么人們觀察到的日出時刻與實際存在大氣層的情況相 比（ ） 解析：如圖，a是太陽射出的一

6、束光線，由真空射向大氣層發(fā)生折射，沿 b方向傳播到 P點，在P處的人便看到太陽。如果沒有大氣層，光束使沿 a直線傳播，同樣的時刻在 P點 便看不到太陽，須等太陽再上升，使a光束沿b線方向時才能看到太陽， 故沒有大氣層時看 到日出的時刻要比有大氣層時延遲。 點評：本題要求考生能夠聯(lián)系實際建立物理模型，并根據(jù)光的折射定律分析推理。 例2如圖所示，一圓柱形容器的底部有一凹面鏡，其主軸與圓柱形容器的軸線重合， 一點 光源S射向凹面鏡的光線， 經(jīng)凹面鏡反射平行于主軸， 當(dāng)往容器中注入水后， 水面在點光源 與凹面鏡之間，要使點光源S射向凹面鏡的光線，以凹鏡反射后互相平行，則點光源就沿主 軸（ ） A. 適

7、當(dāng)提高 B.適當(dāng)降低 C.不動 D.無法確定移動方向 解析：點光源射向水面的光線要發(fā)生一次折射， 再射到凹面鏡上發(fā)生反射，反射的光線 互相平行。由光路可逆，設(shè)光線平行于主軸射向凹面鏡，在凹面鏡反射后射向水面，在水面 上發(fā)生折射，由圖可知， U 在S的下方，說明了點光源 S應(yīng)適當(dāng)降低。 A. C. 將提前 在某些地區(qū)將提前，在另 B.將延后 不變 用心愛心 專心 例3如圖所示，一圓柱形容器，底面直徑和高度相等，當(dāng)在 S處沿容器邊緣的 A點方向 觀察空筒時，剛好看到筒底圓周上的 B點，保持觀察點位置不變，將筒中注滿某種液體，用心愛心 專心 可看到筒底的中心點，試求這種未知液體的折射率是多大? 解析

8、：筒內(nèi)未裝液體時，S點的眼睛能看到 B點以上部分，注滿液體后，由 0點發(fā)出 的光線經(jīng)液面折射后剛好進(jìn)入眼睛， 根據(jù)折射定律知：n=sini/sinr= .10/2=1.58，即這種未知 液體的折射率n=1.58。 例4如圖所示，兩細(xì)束平行的單色光 a、b射向同一塊玻璃磚的上表面，最終都從玻璃磚 的下表面射出。已知玻璃對單色光 a的折射率較小，那么下列說法中正確的有（ A. 進(jìn)入玻璃磚后兩束光仍然是平行的 B. 從玻璃磚下表面射出后，兩束光不再平行 C. 從玻璃磚下表面射出后，兩束光之間的距離一定減小了 D. 從玻璃磚下表面射出后，兩束光之間的距離可能和射入前相同 解析：進(jìn)入時入射角相同，折射率

9、不同，因此折射角不同，兩束光在玻璃內(nèi)不再平行， 但從下表面射出時仍是平行的。 射出時兩束光之間的距離根據(jù)玻璃磚的厚度不同而不同， 在 厚度從小到大變化時，該距離先減小后增大，有可能和入射前相同（但左右關(guān)系一定改變了）。 例5圖為用透明物質(zhì)做成的空心球，其折射率為 n,內(nèi)、外半徑分別為 a、b,且b“a, 內(nèi)表面涂上能完全吸光的物質(zhì)。 當(dāng)一束平行光射向此球時被內(nèi)表面吸收掉的光束在射進(jìn)空心 球前的橫截面積是多大？ 解析：被球內(nèi)表面吸收的光束的邊緣光線與內(nèi)表面相切， 如圖中AB所示，并據(jù)對稱性 知，此光束在射入空心球前的橫截面積是半徑為 R的圓，且R=bsini 由折射定律得 n=sini / si

10、n Y 二 R=nbsin 丫 又T sin 丫 =a/b. R=na, S=nR2= n 2a2B O 用心愛心 專心 點評：本題要求考生理解題意后找到臨界光線， 在準(zhǔn)確作圖的基礎(chǔ)上利用幾何關(guān)系求解。 例6在雙縫干涉實驗中，雙縫到光屏上 P點的距離之差 0.6卩m,若分別用頻率為 fi=5.0 X 1014Hz和f2= 7.5 X 1014Hz的單色光垂直照射雙縫，貝U P點出現(xiàn)明、暗條紋的情況是（ ） A. 單色光fl和f2分別照射時，均出現(xiàn)明條紋 B. 單色光fl和f2分別照射時，均出現(xiàn)暗條紋 C. 單色光fl照射時出現(xiàn)明條紋，單色光 f2照射時出現(xiàn)暗條紋 D. 單色光fl照射時出現(xiàn)暗條

11、紋，單色光 f2照射時出現(xiàn)明條紋 Si和S2發(fā)出的光在P點互相加強(qiáng)，P點出現(xiàn)明條紋，當(dāng)d等于 .這樣由Si和S2發(fā)出的光在P,互相抵消，出現(xiàn)暗條紋。 本題中單色光f1的波長為入1 = C/f1 = 0.6 1 m，單色光f2的波長為入2= C/f2= 0.4 1 m 可見d=入1 d=3入2/2 答案：C 例7在雙縫干涉實驗中以白光為光源， 在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋， 若在雙縫中的一 縫前放一紅色濾光片（只能透過紅光） ，另一縫前放一綠色濾光片（只能透過綠光） ，這時 （ ） A. 只有紅色和綠色的雙縫于涉條紋，其它顏色的雙縫干涉條紋消失 B. 紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其它顏色的雙縫

12、干涉條紋依然存在 C. 任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮 D. 屏上無任何光亮 解析：由于雙縫前各有一塊濾光片， 分別都透過紅光和綠光， 這兩種色光不能發(fā)生干涉， 故在屏上無雙縫干涉條紋， 但是這兩種色光通過每個單縫時發(fā)生單縫衍射， 故屏上仍有光亮 所以C選項正確。 例8用綠光做雙縫干涉實驗， 在光屏上呈現(xiàn)出綠、暗相間的條紋， 相鄰兩條綠條紋間的距 離為 X。下列說法中正確的有（ ） A. 如果增大單縫到雙縫間的距離， x將增大 B. 如果增大雙縫之間的距離， x將增大 C. 如果增大雙縫到光屏之間的距離， x將增大 解析：如圖所示，雙縫 S2，到光屏上任一點 P的路程之差單色光

13、波長的整數(shù)倍時，由 單色光半個波長的奇數(shù)倍時 A O 用心愛心 專心 D. 如果減小雙縫的每條縫的寬度，而不改變雙縫間的距離, x將增大 用心愛心 專心 解：公式-I.中1表示雙縫到屏的距離，d表示雙縫之間的距離。因此x與單縫 到雙縫間的距離無關(guān)，于縫本身的寬度也無關(guān)。本題選 C。 例9如圖（a）所示是利用雙縫干涉測定單色光波長的實驗裝置，濾光片的作用是 _ ， 單縫的作用是 _ ，雙縫的作用是 _ ，單縫和雙縫之間的方向關(guān) 系是 _ 。某同學(xué)在做該實驗時， 第一次分劃板中心刻度對齊 A條紋中心時（圖 1），游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖 3所示，第二次分劃板中心刻度對齊 B條紋中心時（圖2），游標(biāo) 卡尺

14、的示數(shù)如圖 4所示，已知雙縫間距為 0.5mm，從雙縫到屏的距離為 1m，則圖3中游標(biāo) 卡尺的示數(shù)為 _ mm，圖4游標(biāo)卡尺的示數(shù)為 _ mm，實驗時測量多 條干涉條紋寬度的目的是 _ ，所測單色光的波長為 _ m。 遊光簡 屏 解析：濾光片的作用是獲得單色光， 單縫的作用是產(chǎn)生線光源，雙縫的作用是產(chǎn)生相干 光源，單縫和雙縫之間的方向是平行的，游標(biāo)卡尺的示數(shù)分別為 11.5mm和16.7mm，由 a = 可知，實驗時測量多條干涉條紋寬度的目的是減小實驗誤差， 將已知數(shù)據(jù)代入 入 n -1 =d x /I,可知波長為 6.5X 107。 【模擬試題】 1. 如圖所示，一玻璃柱體的橫截面為半圓形，

15、細(xì)的單色光束從空氣射向柱體的 O點（半 圓的圓心），產(chǎn)生反射光束1和透射光束2,已知玻璃折射率為 3，入射角為45（相應(yīng)的 折射角為24）,現(xiàn)保持入射光不變，將半圓柱繞通過 O點垂直于圖面的軸線順時針轉(zhuǎn)過 15，如圖中虛線所示，則（ ） A. 光束1轉(zhuǎn)過15 B. 光束1轉(zhuǎn)過30 C. 光束2轉(zhuǎn)過的角度小于15 II 2 iLilmL3 1 111 r 卩丨 A nb B. nan b 1 用心愛心 專心 射率為1.47） 12. 用單色光做雙縫干涉實驗，下列說法正確的是（ ） A. 相鄰干涉條紋之間距離相等 B. 中央明條紋寬度是兩邊明紋寬度的兩倍 C. 屏與雙縫之間距離減小，則屏上條紋間的

16、距離增大 D. 在實驗裝置不變的情況下，紅光的條紋間距小于藍(lán)光的條紋間距 13. 如圖所示，用波長為的單色光做雙縫干涉實驗時，設(shè)兩個狹縫 的路程差為d，則（ ） A. 距0點最近的一條暗紋必是 d= 12 B. 對屏上某點d=n /2 （n為正整數(shù)）時，出現(xiàn)暗紋 C. 距0點越遠(yuǎn)的點d越長，就越容易出現(xiàn)暗條紋 D. 用各色光在同一條件下實驗，波長越短的色光條紋間距越小 14. 在利用雙縫干涉測定光波波長時， 首先調(diào)節(jié) _ 和 _ 的中心均位于遮光筒 的中心軸線上，并使單縫和雙縫豎直并且互相平行。 當(dāng)屏上出現(xiàn)了干涉圖樣后， 用測量頭上 的游標(biāo)卡尺測出n條明紋間距離a,則兩條相鄰明條紋間的距離 x

17、= _ ，雙縫到毛玻 璃屏的距離L用 _ 測量，用公式 _ 可以測出單色光的波長。 15. 用紅光做光的干涉實驗時，已知雙縫間的距離為 0.2X 103 m,測得雙縫到屏的距離 為0.700 m,分劃板中心刻線對齊第一級亮條紋中央時手輪讀數(shù)為 0.200 X 10_3 m,第四級亮 條紋所在位置為 7.470X 103 m,求紅光的波長，若改用藍(lán)光做實驗，其他條件不變，則干 涉條紋寬度如何變化？ 16. 利用圖中裝置研究雙縫干涉現(xiàn)象時，有下面幾種說法正確的是（ ） A. 將屏移近雙縫，干涉條紋間距變窄 B. 將濾光片由藍(lán)色的換成紅色的，干涉條紋間距變寬 C. 將單縫向雙縫移動一小段距離后，干涉

18、條紋間距變寬 D. 換一個兩縫之間距離較大的雙縫，干涉條紋間距變窄 E. 去掉濾光片后，干涉現(xiàn)象消失 【試題答案】 1. BC 點評：畫出變化后的光路圖，由幾何圖形可知。 2. AD 3. C 點評：波從一種介質(zhì)到另一種介質(zhì)，頻率不變，但波速改變，且此時要變小，則波長也 要變小。 S1、S2到屏上某點P 0 白熾燈 濾光片單縫雙縫 遮光筒 屏 用心愛心 專心 4暗條紋 點評：路程差為半波長的奇數(shù)倍 5. ABD 6. BC 7. B 解析：兩個點光源發(fā)出的光雖然同頻率，但“振動情況”并不總是完全相同，故不能產(chǎn) 生干涉，屏上沒有干涉條紋，只有紅光。 8. 4 X 10 7 m 黃色 解析：先根據(jù) o=c/fo計算出單色光在真空中的波長 0,再根據(jù)光進(jìn)入另一介質(zhì)時頻率 不變，由n =C=_D，求出光在玻璃中的波長 ，。 v 九 3匯108 7 、 o=c/fo= m=6X 10 m,可見該單色光是黃光。 5x10 丄 6X10-7 7 又由n = 0/ 得 = o/n= m=4 X 10 m。由于光的顏色是由光的頻率決定的， 1.5 而在玻璃中光的頻率未變化，故光的顏色依然是黃光。 9小，大 7 10. 6 X 10 m 11. (1) 1.56卩m, (2)如果上行光信號和下