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.
i
空气
玻璃
N
O
B
A
β2
β1
α1
B
A
β2
β1
α2
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
45°
入射光
15°
O
1
.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°
2
α
O
A
B
1
2
3
i
r
4
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
a
b
左
右
φ
P
θ
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
图5
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
图2
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( )
图3
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
ABCD
2.如图所示,
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