物理學(xué)案專題8-光學(xué)

第第頁物理學(xué)案專題8光學(xué)B一、基本概念（一）、光的反射和折射（幾何光學(xué)）1.反射定律α＝i｛α;反射角，i:入射角｝2.絕對(duì)折射率(光從真空中到介質(zhì))n＝c/v＝sinα/sini｛光的色散，可見光中紅光折射率小，n:折射率，c:真空中的光速，v:介質(zhì)中的光速，α:入射角，i:折射角｝3.全反射：1)光從介質(zhì)中進(jìn)入真空或空氣中時(shí)發(fā)生全反射的臨界角C：sinC＝1/n2)全反射的條件：光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)；入射角等于或大于臨界角注:(1)平面鏡反射成像規(guī)律:成等大、正立的虛像,像與物沿平面鏡對(duì)稱；(2)三棱鏡折射成像規(guī)律:成虛像,出射光線向底邊偏折,像的位置向頂角偏移；(3)光導(dǎo)纖維是光的全反射的實(shí)際應(yīng)用,放大鏡是凸透鏡,近視眼鏡是凹透鏡；(4)熟記各種光學(xué)儀器的成像規(guī)律,利用反射(折射)規(guī)律、光路的可逆等作出光路圖是解題關(guān)鍵；(5)白光通過三棱鏡發(fā)色散規(guī)律：紫光靠近底邊出射。（二）、光的本性（光既有粒子性,又有波動(dòng)性,稱為光的波粒二象性）1.兩種學(xué)說:微粒說(牛頓)、波動(dòng)說(惠更斯)2．雙縫干涉:中間為亮條紋；亮條紋位置:＝nλ；暗條紋位置:＝(2n+1)λ/2（n＝0,1,2,3,、、、）；條紋間距：△X=L*λ/d｛:路程差(光程差)；λ:光的波長；λ/2:光的半波長；d兩條狹縫間的距離；l：擋板與屏間的距離｝3.光的顏色由光的頻率決定,光的頻率由光源決定,與介質(zhì)無關(guān),光的傳播速度與介質(zhì)有關(guān)，光的顏色按頻率從低到高的排列順序是：紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫(助記：紫光的頻率大，波長小)4.薄膜干涉:增透膜的厚度是綠光在薄膜中波長的1/4,即增透膜厚度d＝λ/45.光的衍射：光在沒有障礙物的均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的，在障礙物的尺寸比光的波長大得多的情況下，光的衍射現(xiàn)象不明顯可認(rèn)為沿直線傳播，反之，就不能認(rèn)為光沿直線傳播6.光的偏振：光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波7.光的電磁說：光的本質(zhì)是一種電磁波。電磁波譜(按波長從大到小排列):無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、γ射線。紅外線、紫外、線倫琴射線的發(fā)現(xiàn)和特性、產(chǎn)生機(jī)理、實(shí)際應(yīng)用8.光子說,一個(gè)光子的能量E＝hν｛h:普朗克常量＝6.63×10-34J.s，ν:光的頻率｝9.愛因斯坦光電效應(yīng)方程：由于逸出功W指從原子鍵結(jié)中移出一個(gè)電子所需的最小能量，所以如果用Ek表示動(dòng)能最大的光電子所具有的動(dòng)能，那么就有下面的關(guān)系式Ek=hν-W（其中，h表示普朗克常量，ν表示入射光的頻率）二、常規(guī)題型例1.下列說法中正確的是（）

A可見光是由原子外層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的

B海市蜃樓、沙漠蜃景都是由于光的衍射而產(chǎn)生的

C光的色散是光的折射現(xiàn)象

D愛因斯坦的光子說認(rèn)為光是高速粒子流答案：AC即時(shí)練習(xí)：1．(2010·江蘇蘇北四市調(diào)研)香港中文大學(xué)第三任校長高錕榮獲了2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)．諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)高度評(píng)價(jià)了高錕的貢獻(xiàn)，評(píng)委會(huì)指出：高錕1966年發(fā)現(xiàn)如何通過光學(xué)玻璃纖維遠(yuǎn)距離傳輸光信號(hào)的工作，成為今日電話和高速互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的基石．下列關(guān)于”光纖”及原理的說法中，正確的是A．光纖通信具有傳輸容量大、衰減小、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)B．光纖通信、全息照相、數(shù)碼相機(jī)及醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡都是利用了光的全反射原理C．實(shí)用光導(dǎo)纖維是由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射D．當(dāng)今，在信號(hào)的傳輸領(lǐng)域中，光纖電纜(”光纜”)已經(jīng)幾乎完全取代了傳統(tǒng)的銅質(zhì)”電纜”，成為傳播信息的主要工具，是互聯(lián)網(wǎng)的骨架，并已聯(lián)接到普通社區(qū)解析全息照相是利用了光的干涉的原理，數(shù)碼相機(jī)是一種利用電子傳感器把光學(xué)影像轉(zhuǎn)換成電子數(shù)據(jù)的照相機(jī)，它們都不是利用了光的全反射原理，B錯(cuò)誤；實(shí)用光導(dǎo)纖維是由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的大，C錯(cuò)誤．答案AD2、(1)肥皂泡在太陽光照射下呈現(xiàn)的彩色是________現(xiàn)象；露珠在太陽光照射下呈現(xiàn)的彩色是________現(xiàn)象；通過狹縫看太陽光時(shí)呈現(xiàn)的彩色是________現(xiàn)象．(2)凡是波都具有衍射現(xiàn)象，而把光看做直線傳播的條件是________．要使光產(chǎn)生明顯的衍射，條件是________．(3)如圖2－18所示，讓太陽光或白熾燈光通過偏振片P和Q，以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)偏振片P或Q，可以看到透射光的強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，這是光的偏振現(xiàn)象，這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明________________________________________________________________________.圖2－18解析(1)肥皂泡呈現(xiàn)的彩色是光的干涉現(xiàn)象，露珠呈現(xiàn)的彩色是光的色散，通過狹縫看太陽光呈現(xiàn)的彩色是光的衍射現(xiàn)象．(2)障礙物或孔的尺寸比波長大得多時(shí)，可把光看做沿直線傳播；障礙物或孔的尺寸跟波長相差不多或比波長更小時(shí)，可產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象．(3)這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明了光是一種橫波．答案(1)干涉色散衍射(2)障礙物或孔的尺寸比波長大得多障礙物或孔的尺寸跟波長相差不多或比波長還小(3)光是一種橫波小結(jié)：光的色散是光的折射，各色光的頻率不同，折射率不同，出現(xiàn)光的色散。蜃樓、蜃景形成的原因是光的全反射，光纖的折射率較大，臨界角度小，容易形成全反射。例2、（2011全國卷1）雨后太陽光入射到水滴中發(fā)生色散而形成彩虹。設(shè)水滴是球形的，圖中的圓代表水滴過球心的截面，入射光線在過此截面的平面內(nèi)，a、b、c、d代表四條不同顏色的出射光線，則它們可能依次是A.紫光、黃光、藍(lán)光和紅光B.紫光、藍(lán)光、黃光和紅光C.紅光、藍(lán)光、黃光和紫光D.紅光、黃光、藍(lán)光和紫光解析：按照偏折程度從小到大的排序?yàn)閐、c、b、a、故：折射率為:頻率為：選B即時(shí)練習(xí)：1、（2011安徽）．實(shí)驗(yàn)表明，可見光通過三棱鏡時(shí)各色光的折射率n隨著波長的變化符合科西經(jīng)驗(yàn)公式：，其中A、B、C是正的常量。太陽光進(jìn)入三棱鏡后發(fā)生色散的情形如下圖所示。則A．屏上c處是紫光B．屏上d處是紅光C．屏上b處是紫光D．屏上a處是紅光答案：D解析：白色光經(jīng)過三棱鏡后產(chǎn)生色散現(xiàn)象，在光屏由上至下（a、b、c、d）依次為紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫．由于紫光的折射率最大，所以偏折最大；紅光的折射率最小，則偏折程度最?。势辽蟖處為紅光，屏上d處是紫光，D正確．

故選：D圖2－152．(2010·福建泉州3月質(zhì)檢)如圖2－15所示，ABC為等腰棱鏡，兩束頻率不同、寬度均為d的平行光Oa和Ob，分別垂直AB邊射向棱鏡，棱鏡的對(duì)稱軸OC為兩束光的分界線，棱鏡對(duì)Oa光和Ob光的折射率分別為n1和n2，且n1＜n2，則A．由玻璃射向真空發(fā)生全反射時(shí)玻璃對(duì)Oa光的臨界角比對(duì)Ob光的小B．在玻璃中Oa光的光速比Ob光的小C．分別從棱鏡的BC、AC邊射出后，Oa光的寬度比Ob光的大D．用同一裝置做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，Oa光干涉條紋間距比Ob光的小解析設(shè)臨界角為C，則sinC＝eq\f(1,n)，由于n1＜n2，故C1＞C2，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由v＝eq\f(c,n)得，v1＞v2，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；分別從BC、AC邊射出的光路圖如圖所示，由于b光的折射率大，射出的光束的寬度da＞db，選項(xiàng)C正確；折射率大的波長短，由條紋間距公式Δx＝eq\f(L,d)λ知，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．答案C3、(2010·山東理綜)如圖2－19所示，一段橫截面為正方形的玻璃棒，中間部分彎成四分之一圓弧形狀，一細(xì)束單色光由MN端面的中點(diǎn)垂直射入，恰好能在弧面EF上發(fā)生全反射，然后垂直PQ端面射出．圖2－19(1)求該玻璃棒的折射率．(2)若將入射光向N端平移，當(dāng)?shù)谝淮紊涞交∶鍱F上時(shí)________(填”能””不能”或”無法確定能否”)發(fā)生全反射．解析(1)如圖所示，單色光照射到EF弧面上時(shí)剛好發(fā)生全反射，由全反射的條件是C＝45°由折射定律得n＝eq\f(sin90°,sinC)得n＝eq\r(2).(2)能．答案(1)eq\r(2)(2)能4、(2010·東北三校第一次聯(lián)考)如圖2－21所示為某種透明介質(zhì)的截面圖，△AOC為等腰直角三角形，BC為半徑R＝10cm的四分之一圓弧，AB與水平屏幕MN垂直并接觸于A點(diǎn)．由紅光和紫光兩種單色光組成的復(fù)色光射向圓心O，在AB分界面上的入射角i＝45°，結(jié)果在水平屏幕MN上出現(xiàn)兩個(gè)亮斑．已知該介質(zhì)對(duì)紅光和紫光的折射率分別為n1＝eq\f(2\r(3),3)，n2＝eq\r(2).圖2－21(1)判斷在AM和AN兩處產(chǎn)生亮斑的顏色；(2)求兩個(gè)亮斑間的距離．解析(1)設(shè)紅光和紫光的臨界角分別為C1、C2，sinC1＝eq\f(1,n1)＝eq\f(\r(3),2)，C1＝60°，同理C2＝45°，i＝45°＝C2，i＝45°＜C1，所以紫光在AB面發(fā)生全反射，而紅光在AB面一部分折射，一部分反射，且由幾何關(guān)系可知，反射光線與AC垂直，所以在AM處產(chǎn)生的亮斑P1為紅色，在AN處產(chǎn)生的亮斑P2為紅色與紫色的混合色．(2)畫出如圖光路圖，設(shè)折射角為r，兩個(gè)光斑分別為P1、P2，根據(jù)折射定律n1＝eq\f(sinr,sini)求得sinr＝eq\f(\r(6),3)由幾何知識(shí)可得：tanr＝eq\f(R,AP1)，解得AP1＝5eq\r(2)cm由幾何知識(shí)可得△OAP2為等腰直角三角形，解得AP2＝10cm所以P1P2＝(5eq\r(2)＋10)cm.答案(1)見解析(2)(5eq\r(2)＋10)cm圖2－165、(2010·浙江二測(cè))DVD光盤由塑料保護(hù)層和信息記錄層組成．如圖2－16所示，激光束以入射角θ從空氣入射到厚度為d、折射率為n的塑料保護(hù)層后，聚焦到信息記錄層的光斑寬度為a，才能有效獲取信息．在保證a不變的前提下，減少激光束照到塑料保護(hù)層的寬度l(l＝a＋2b)，則A．須滿足sinθ＝eq\f(nb,\r(b2＋d2))B．須滿足sinθ＝eq\f(b,n\r(b2＋d2))C．在θ和n不變時(shí)，須減小dD．在θ和d不變時(shí)，須減小n解析設(shè)折射角為α，則n＝eq\f(sinθ,sinα)＝eq\f(sinθ,\f(b,\r(b2＋d2)))，則sinθ＝eq\f(nb,\r(b2＋d2))，A正確，B錯(cuò)誤；在θ和n不變時(shí)，減小d，則b會(huì)相應(yīng)減小，l會(huì)減小，C正確；θ和d不變時(shí)，減小n，則折射角又會(huì)增大，l會(huì)增大，D錯(cuò)誤．答案AC6、（2011天津）（3）某同學(xué)用大頭針、三角板、量角器等器材測(cè)半圓形玻璃磚的折射率。開始玻璃磚的位置如圖中實(shí)線所示，使大頭針P1、P2與圓心O在同一直線上，該直線垂直于玻璃磚的直徑邊，然后使玻璃磚繞圓心O緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)在玻璃磚直徑邊一側(cè)觀察P1、P2的像，且P2的像擋住P1的像。如此觀察，當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)到圖中虛線位置時(shí)，上述現(xiàn)象恰好消失。此時(shí)只需測(cè)量出玻璃磚直徑邊繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)過的角度，即可計(jì)算出玻璃磚的折射率。請(qǐng)用你的測(cè)量量表示出折射率?！窘馕觥浚河深}意可知，當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)過某一角度θ時(shí)，剛好發(fā)生全反射，在直徑邊一側(cè)觀察不到P1、P2的像，做出如圖所示的光路圖可知，當(dāng)轉(zhuǎn)過角度θ時(shí)有。θPθP1P2Oθ7、(2010·河北承德月考)如圖2－20所示，一個(gè)橫截面為直角三角形的三棱鏡，∠A＝30°，∠C＝90°，三棱鏡材料的折射率n＝eq\r(3).一條與BC面夾角為θ＝30°的光線射向BC面，經(jīng)過AC邊一次反射，再從AB邊射出，則從AB邊出射的光線的折射角是多少？圖2－20解析畫出光路圖如圖所示，光線從BC面入射時(shí)，由折射定律得：eq\f(sini,sinr)＝n，解得：r＝30°，光線經(jīng)過AC面反射后入射到AB面時(shí)，入射角r′＝30°，由折射定律得：eq\f(1,n)＝eq\f(sinr′,sini′)，解得：i′＝60°，故從AB邊出射的光線的折射角為60°.答案60°小結(jié)：找出光的反射角，利用偏折率計(jì)算折射角，計(jì)算全反射臨界角，光的頻率越大波長越短，同種介質(zhì)中速度越小。例3.（2011天津）．甲、乙兩單色光分別通過同一雙縫干涉裝置得到各自的干涉圖樣，設(shè)相鄰兩個(gè)亮條紋的中心距離為，若，則下列說法正確的是A．甲光能發(fā)生偏振現(xiàn)象，則乙光不能 B．真空中甲光的波長一定大于乙光的波長C．甲光的光子能量一定大于乙光的光子能量 D．在同一種均勻介質(zhì)中甲光的傳播速度大于乙光【解析】：考查光的綜合應(yīng)用。偏振現(xiàn)象是橫波特有的現(xiàn)象，甲乙都可以有偏振現(xiàn)象發(fā)生，A錯(cuò)；由，可知甲光的波長大于乙光，B正確；光子能量取決于光子的頻率，而光子頻率與波長成反比，C錯(cuò)；波速與波長之間同步變化，D正確?！敬鸢浮浚築D即時(shí)練習(xí)：1.（2011北京）．如圖所示的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，用綠光照射單縫S時(shí)，在光屏P上觀察到干涉條紋。要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，可以A．增大S1與S2的間距B．減小雙縫屏到光屏的距離C．將綠光換為紅光D．將綠光換為紫光答案：C解析：在波的干涉中，干涉條紋的間距△x=lλ/d，由公式可得，條紋間距與波長、屏之間的距離成正比，與雙縫間的距離d成反比，故要增大間距應(yīng)減小d，增大雙縫屏到光屏的距離或增大光的波長，故只有C正確；

故選C．2.(2010·山東濰坊一模)在觀察光的干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中，將兩片刀片合在一起，在涂有墨汁的玻璃片上劃出不同間隙的雙縫；按圖2－17所示的方法，讓激光束通過自制的雙縫．圖2－17(1)保持縫到光屏的距離不變，換用不同間隙的雙縫，雙縫的間隙越小，屏上明暗相間的條紋間距________(選填：”越大”或”越小”)；(2)保持雙縫的間隙不變，光屏到縫的距離越大，屏上明暗相間的條紋間距________(選填：”越大”或”越小”)；(3)在狹縫間的距離和狹縫與屏的距離都不變的條件下，用不同顏色的光做實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)用藍(lán)色光做實(shí)驗(yàn)在屏上明暗相間的條紋間距比用紅色光做實(shí)驗(yàn)時(shí)________(選填”大”或”小”)；(4)實(shí)驗(yàn)觀察到光屏上呈現(xiàn)明暗相間的條紋，試運(yùn)用波動(dòng)理論對(duì)明紋的形成予以解釋．解析由條紋間距公式Δx＝eq\f(L,d)·λ(其中d為雙縫間距，L為雙縫到光屏的垂直距離，λ為光的波長)可知，d越小，λ、L越大，Δx越大，反之，Δx越小．答案(1)越大(2)越大(3)小(4)同一色光透過雙縫的光形成相干光源，在光屏相遇，有的區(qū)域光振動(dòng)加強(qiáng)，有的區(qū)域光振動(dòng)減弱，光振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域呈現(xiàn)明紋．小結(jié)：雙縫干涉產(chǎn)生的亮斑間距公式：△X=L*λ/d例4．(2010·上海楊浦區(qū)質(zhì)檢)劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖2－14甲所示，將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個(gè)劈形空氣薄膜．當(dāng)光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示．干涉條紋有如下特點(diǎn)：圖2－14(1)任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相鄰明條紋和暗條紋所對(duì)應(yīng)的薄膜厚度差恒定．現(xiàn)若在圖甲裝置中抽去一張紙片，則當(dāng)光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋A．變疏B．變密C．不變D．消失解析若抽去一張紙片，則三角截面空氣層的傾角變小，則干涉條紋變疏，選項(xiàng)A正確．答案A小結(jié)：薄膜干涉在工業(yè)