高考专题光的波动性.docx
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高考专题光的波动性
第1讲 光的折射 全反射
光的折射定律 Ⅱ 折射率 Ⅰ(考纲要求)
1.折射现象
光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向发生改变的现象.
2.折射定律
(1)表达式:
=n12,式中n12是比例常数.
3.折射率
(1)物理意义:
折射率仅反映介质的光学特性,折射率大,说明光从真空射入到该介质时偏折大,反之偏折小.
颜 色
红橙黄绿蓝靛紫
频率ν
低―→高
同一介质折射率
小―→大
同一介质中速度
大―→小
波长
大―→小
临界角
大―→小
通过棱镜的偏折角
小―→大
(2)定义式:
n=
,不能说n与sinθ1成正比,与sinθ2成反比.折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定.
(3)计算公式:
n=
,因v 3.各种色光的比较 4.在光的反射和全反射现象中,均遵循光的反射定律;光路均是可逆的. 全反射、光导纤维 Ⅰ(考纲要求) 1.全反射 (1)定义: 光从光密介质向光疏介质,当入射角增大到某一角度时,折射光线将消失,只剩下反射光线的现象. (2)条件: ①光从光密介质射向光疏会介质.②入射角大于等于临界角. (3)临界角sinC= .介质的折射率越大,发生全反射的临界角越小. 2.光导纤维原理是利用光的全反射 实验: 测定玻璃的折射率 例1.很多公园的水池底都装有彩灯,当一细束由红、蓝两色组成的灯光从水中斜射向空气时,关于光在水面可能发生的反射和折射现象,下列光路图中正确的是( ).C 例 2.频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后,其光路如图所示,下列说法正确的是( ). A.单色光1的波长小于单色光2的波长 B.在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度 C.单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间 D.单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角 答案 AD 例3.如图1312所示,有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点,并偏折到F点,已知入射方向与边AB的夹角为θ=30°,E、F分别为边AB、BC的中点,则( ). A.该棱镜的折射率为 B.光在F点发生全反射 C.光从空气进入棱镜,波长变小 D.从F点出射的光束与入射到E点的光束平行 解析 在E点作出法线可知入射角为60°,折射角为30°,折射率为 ,A正确;由光路的可逆性可知,在BC边上的入射角小于临界角,不会发生全反射,B错误;由公式λ介= ,可知C正确;三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折,不会与入射到E点的光束平行,故D错误. 答案 AC 1如图1314所示,半圆形玻璃砖置于光屏PQ的左下方.一束白光沿半径方向从A点射入玻璃砖,在O点发生反射和折射,折射光在光屏上呈现七色光带.若入射点由A向B缓慢移动,并保持白光沿半径方向入射到O点,观察到各色光在光屏上陆续消失.在光带未完全消失之前,反射光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是( ). A.减弱,紫光B.减弱,红光 C.增强,紫光D.增强,红光 解析 因n红 可得,C红>C紫,因此当增大入射角时,紫光先发生全反射,紫光先消失,且当入射光的入射角逐渐增大时,折射光强度会逐渐减弱,反射光强度会逐渐增强,故应选C. 答案 C 1.如图13-1所示,落山的太阳看上去正好在地平线上,但实际上太阳已处于地平线以下,观察者的视觉误差大小取决于当地大气的状况。 造成这种现象的原因是( ) 图13-1 A.光的反射 B.光的折射 C.光的直线传播 D.小孔成像 解析: 光经过大气层,其空气分布不均匀,而折射率不同,光发生折射现象使光传播方向发生改变所致。 答案: B 2.在自行车的后挡泥板上,常常安装着一个“尾灯”。 其实它不是灯,它是一种透明的塑料制成的,其截面如图15-1所示。 夜间,从自行车后方来的汽车灯光照在“尾灯”上时,“尾灯”就变得十分明亮,以便引起汽车司机的注意。 从原理上讲,它的功能是利用了( ) 图15-1 A.光的折射B.光的全反射 C.光的干涉D.光的衍射 解析: 从题图可以看出,自行车的尾灯是利用了全反射的原理,使光线发生了180°偏折。 答案: B 3.关于光纤的说法,正确的是( ) A.光纤是由高级金属制成的,所以它比普通电线容量大 B.光纤是非常细的特制玻璃丝,但导电性能特别好,所以它比普通电线衰减小 C.光纤是非常细的特制玻璃丝,有内芯和外套两层组成,光纤是利用全反射原理来实现光的传导的 D.在实际应用中,光纤必须呈笔直状态,因为弯曲的光纤是不能导光的 解析: 光导纤维的作用是传导光,它是直径为几微米到一百微米之间的特制玻璃丝,且由内芯和外套两层组成,内芯的折射率比外套的大。 载有声音、图像及各种数字信号的激光传播时,在内芯和外套的界面上发生全反射,光纤具有容量大、衰减小、抗干扰性强等特点。 在实际应用中,光纤是可以弯曲的。 所以,答案是C。 答案: C 4.光线从折射率为 的介质中射向空气,如果入射角为60°,下图中光路可能的是( ) 解析: 先根据sinC=1/n求出临界角为45°,由于入射角等于60°大于临界角,则必定发生全反射,因此只有反射光线而无折射光线。 答案: C 5.一束光从空气射入折射率n= 的某种玻璃的表面,下列说法中正确的是( ) A.当入射角大于45°时,会发生全反射现象 B.无论入射角多大,折射角都不会超过45° C.欲使折射角等于30°,光应以45°角入射 D.当入射角等于arctan 时,反射光线恰好跟折射光线垂直 解析: 由光疏介质进光密介质,不可能发生全反射现象,故A项错误;最大入射角为90°,此时最大折射角为45°,故B项正确;根据n= 可知,C项正确;由几何关系可知D项正确。 答案: B、C、D 6.两种单色光由水中射向空气时发生全反射的临界角分别为θ1、θ2,已知θ1>θ2。 用n1、n2分别表示水对两单色光的折射率,v1、v2分别表示两单色光在水中的传播速度,则( ) A.n1 B.n1 C.n1>n2,v1 D.n1>n2,v1>v2 解析: 由临界角定义sinC= 可知,临界角小,折射率大,因为θ1>θ2,所以n1<n2,故选C、D是错误的;由n= 知,n1v1=n2v2,v1>v2,故选项A错误而B正确。 答案: B 7.如图15-5所示,半圆形玻璃砖放在空气中,三条同一颜色、强度相同的光线,均由空气射入到玻璃砖,到达玻璃的圆心位置。 下列说法正确的是( )ACD 图15-5 A.假若三条光线中有一条在O点发生了全反射,那一定是aO光线 B.假若光线bO能发生全反射,那么光线cO一定能发生全反射 C.假若光线bO能发生全反射,那么光线aO一定能发生全反射 D.假若光线aO恰能发生全反射,则光线bO的反射光线比光线cO的反射光线的亮度大 1.光的干涉和衍射比较表 内容 干涉 衍射 现象 在光重叠区域出现加强或减弱的现象 光绕过障碍物偏离直线传播的现象 产生条件 两束光频率相同、相位差恒定 无条件;明显衍射有条件: 障碍物或孔的尺寸与波长差不多或小得多 典型实验 杨氏双缝实验 单缝衍射(圆孔衍射、不透明圆盘衍射) 图样特点 不同点 条纹宽度 条纹宽度相等 条纹宽度不等,中央最宽 条纹间距 各相邻条纹等距 各相邻条纹间距不等 亮度情况 清晰条纹,亮度基本相等 中央条纹最亮,两边变暗 相同点 干涉、衍射都是波特有的现象;干涉、衍射都有明暗相间的条纹 2.薄膜干涉 (1)相干光来自于薄膜的前、后表面(或上、下表面)反射回来的两列反射光. (2)薄膜干涉的应用: 增透膜;检查工件的平整度. 3.明、暗条纹的条件 (1)单色光①光的路程差r2-r1=kλ(k=0,1,2…),光屏上出现明条纹. ②光的路程差r2-r1=(2k+1) (k=0,1,2…),光屏上出现暗条纹. (2)白光: 光屏上出现彩色条纹.(3)条纹间距公式: Δx= λ 4.观察薄膜干涉条纹时,应该与光源处在薄膜的同一侧观察 1.如图142是双缝干涉实验装置的示意图,S为单缝,S1、S2为双缝,P为光屏.用绿光从左边照射单缝S时,可在光屏P上观察到干涉条纹.下列说法正确的是( ). A.减小双缝间的距离,干涉条纹间的距离减小 B.增大双缝到屏的距离,干涉条纹间的距离增大 C.将绿光换为红光,干涉条纹间的距离减小 D.将绿光换为紫光,干涉条纹间的距离增大 解析 由双缝干涉条纹间距公式Δx= λ可知,减小双缝间的距离d,干涉条纹间的距离Δx增大,A错误;增大双缝到屏的距离L,干涉条纹间的距离增大,B正确;将绿光换为红光,入射光的波长增大,干涉条纹间的距离应增大,C错误;将绿光换为紫光,入射光的波长变短,干涉条纹间的距离应减小,D错误. 答案 B 2.如图1415所示,当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时,在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑,这是光的________(填“干涉”、“衍射”或“直线传播”)现象,这个亮斑叫_____这一实验支持了光的________(填“波动说”、“微粒说”或“光子说”). 解析 激光束照射圆盘,中心形成的亮斑,说明激光绕过了圆盘,所以现象应是衍射,证实了激光具有波动性. 答案 衍射 波动说 3.取两块平玻璃板,合在一起用手捏紧,会从玻璃板上看到彩色条纹,这是光的干涉现象,有关这一现象的叙述正确的是( ) A.这是上下两块玻璃板的上表面反射光干涉的结果 B.这是两玻璃板间的空气薄层上下两表面的反射光相干涉的结果 C.这是上面一块玻璃的上、下两表面的反射光干涉的结果 D.这是下面一块玻璃的上、下两表面的反射光干涉的结果 解析: 形成干涉条纹是有一定条件的,即两列相干光的光程差需要连续变化,Δx=kλ时,形成明条纹,当Δx=(2k+1) 时,形成暗条纹,当入射光是白光时,就会形成彩色条纹,对平板玻璃来说,每一块平板玻璃上下表面都是平行的,故不具备产生干涉条纹的条件,而中间的空气膜,则可能具备这一条件,故应选B。 答案: B 4.如图16-1所示,是单色光双缝干涉实验某一时刻的波形图,实线表示波峰,虚线表示波谷。 在此刻,介质中A点为波峰相叠加点,B点为波谷相叠加点,A、B连线上的C点为某中间状态相叠加。 如果把屏分别放在A、B、C三个位置,那么( ) 图16-1 A.A、B、C三个位置都出现亮纹 B.B位置出现暗条纹 C.C位置出现亮条纹或暗条纹由其他条件决定 D.以上结论都不对 解析: 在干涉现象中,所谓“振动加强的点”是指两列波在该点引起的振动方向总是相同,该点的振幅是两列波的振幅之和,而不要理解为该点始终处于波峰或波谷,在某些时刻它也可以位于平衡位置(如题图中C点)。 所谓“振动减弱的点”是指两列波在该点引起的振动方向总是相反的,该点的振幅是两列波的振幅之差,如果两列波的振幅相同,则该点始终在平衡位置。 对光波而言,该点是完全暗的。 本题中,A、B、C连线上所有的点到缝S1、S2的距离相等,所以A、B、C三点都是振动加强的点,屏上对应出现的是都是亮条纹。 答案: A 5.用包括有红光、绿色、紫光三种色光的复合光做光的干涉实验,所产生的干涉条纹中,离中央亮纹最远的干涉条纹是( ) A.紫色条纹B.绿色条纹 C.红色条纹D.都一样近 解析: 本题考查干涉条纹与入射光波长之间的关系,由相邻两条亮条纹间的间距Δx= λ可知: 条纹间的间距与波长成正比,故C项正确。 答案: C 6.如图17-3所示,用单色光做双缝干涉实验,S1和S2为双狭缝,O为光屏上的中央亮纹,P处为O点上方的第二亮纹。 现改用频率较高的单色光重做实验,其他条件不变,则中央亮纹上方第二条亮纹的位置( )、 图17-3 A.仍在P点处 B.在P点上方 C.在P点下方 D.必须要将屏向双缝方向移近一些才能看到亮纹 解析: 频率变高,波长减小,由Δx= λ可知,Δx减小,故P点下方出现第二条亮纹,C项正确。 答案: C 7.如图18-1所示的4种明暗相间的条纹,分别是红光、蓝光各自通过同一双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一单缝形成的衍射图样(灰黑色部分表示亮纹)。 则在下面的四个图中从左往右排列,亮条纹的颜色依次是( ) 图18-1 A.红黄蓝紫B.红紫蓝黄 C.蓝紫红黄D.蓝黄红紫 解析: 在双缝干涉中,由条纹间距公式Δx= λ可知,λ越长,Δx越大,故 (一)是红光,(三)是蓝光;在单缝衍射中,波长越长衍射越明显,中央条纹越宽,故 (二)是紫光,(四)是黄光。 答案: B 8.如图18-3所示,A、B两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图像,其中图A是光的________(填“干涉”或“衍射”)图像。 由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径________(填“大于”或“小于”)图B所对应的圆孔的孔径。 图18-3 解析: 只有障碍物或孔的尺寸比光波波长小或跟波长差不多时,才能发生明显的衍射现象。 图A是光的衍射图样,由于光波波长很短,约在10-7m数量级上,所以图A对应的圆孔的孔径比图B所对应的圆孔的孔径小。 图B的形成可以用光的直线传播解释。 答案: 衍射 小于 1.光的偏振现象,说明光是________。 知识点光的颜色 色散 (1)色散与光谱 ①含有多种颜色的光被分散为单色光的现象叫色散。 ②含有多种频率的光被分解后,各种色光按其波长的有序排列就是光谱。 (2)双缝干涉中的色散 当用白光做双缝干涉实验时,由于白光是复色光,是由多种波长不同的单色光组成的,这时各种不同的单色光在同时进行双缝干涉,各种单色光都将在光屏上得到各自的干涉条纹。 而各种单色光在中央位置都是加强区,加强区的各种单色光又复合为白光,所以光屏上中央位置是白色明条纹;而光屏中央位置两侧,由于不同的单色光各自干涉明条纹分布的位置不同,在不同的位置叠加复合的色光也不同,所以在光屏中央位置两侧出现彩色条纹,且以中央明条纹对称。 折射时的色散 如图13-7-3所示,一束白光通过三棱镜后会色散,形成由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫各色组成的光谱。 (1)我们把射出棱镜的光线与入射光线方向的夹角叫光通过棱镜的偏向角。 实验表明,白光色散时,红光的偏向角最小,紫光的偏向角最大。 这说明玻璃对不同色光的折射率不同。 紫光的折射率最大,红光的折射率最小,依次为n紫>…>n红。 1.由下列哪些现象可以说明光是横波( ) A.光的干涉和衍射现象 B.光的折射现象 C.光的全反射现象 D.光的偏振现象 解析: 根据光能发生干涉和衍射现象,说明光是一种波,具有波动性;光的折射现象仅反映了光通过两种介质的界面时的一种传播现象,不能说明光是横波;根据光的全反射现象,说明光由光密介质进入光疏介质和由光疏介质进入光密介质会有不同的现象;光的偏振现象说明振动方向与光的传播方向垂直,即说明光是横波,所以正确选项为D。 答案: D 2.太阳光照射下肥皂膜呈现的彩色,瀑布在阳光下呈现的彩虹以及通过狭缝观察发光的日光灯时看到的彩色条纹,这些现象分别属于( ) A.光的干涉、色散和衍射现象 B.光的干涉、衍射和色散现象 C.光的衍射、色散和干涉现象 D.光的衍射、干涉和色散现象 解析: 在太阳光照射下肥皂膜呈现彩色,是薄膜干涉现象;瀑布溅起的小雨滴相当于棱镜,在阳光下呈现的彩虹是光的色散现象;通过狭缝观察发光的日光灯时看到的彩色是光的衍射现象。 答案: A 3.如图20-1所示,一束红光和一束蓝光平行入射到三棱镜上,经折射后交会到屏上同一点,若n1和n2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率,则有( ) 图20-1 A.n1>n2,a为红光,b为蓝光 B.n1<n2,a为红光,b为蓝光 C.n1>n2,a为蓝光,b为红光 D.n1<n2,a为蓝光,b为红光 解析: 由图知a光通过三棱镜的偏折比b光大,故a为蓝光,b为红光。 答案: D 4.如图20-4所示,在水中有一厚度不计的薄玻璃片制成的中空三棱镜,里面是空气,一束光A从棱镜的左边射入,从棱镜的右边射出时发生色散,散出的可见光分布在a点和b点之间,则( ) 图20-4 A.从a点射出的是红光,从b点射出的是紫光 B.从a点射出的是紫光,从b点射出的是红光 C.从a点和b点射出的是紫光,从ab中点射出的是红光 D.从a点和b点射出的都是红光,从ab中点射出的是紫光 解析: 本题考查光的色散产生原理。 由红光的折射率小于紫光的折射率知,紫光偏离原来方向比红光严重,并且向顶端偏折,光路图如图所示,所以a点出射为紫光,b点出射为红光,选项B正确。 答案: B 5.一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖,经折射分成两束单色光a、b。 已知a光的频率小于b光的频率。 图中的光路图可能正确的是( ) 解析: 由于a光的频率小于b光的频率,a光在玻璃中的折射率小于b光在玻璃中的折射率,由两种单色光进入玻璃后偏折程度不同,且出射光均应平行入射光,可判定B正确。 答案: B 6.如图20-5所示,两束不同的单色光P和Q,以适当的角度射向半圆形玻璃砖,其射出光线都是从圆心O点沿OF方向射出,则下面说法正确的是( ) 图20-5 A.P光束在玻璃中折射率大 B.Q光束的频率比P光束的频率大 C.P光束穿过玻璃砖后频率变大 D.Q光束穿过玻璃砖所需时间长 解析: 根据折射定律知F相对Q偏折更多,其Q光束在玻璃中的折射率更大,Q光的频率会更大,由于两光束在玻璃中的路程相等,v= ,Q光束速率小,穿过的时间长,P、Q光从玻璃进入空气中时频率不变,波长会变长。 答案: B、D 7.市场上有种灯具俗称“冷光灯”,用它照射物品时能使被照物品所产生的热效应大大降低,从而广泛地应用于博物馆、商店等处。 这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀了一层薄膜(例如氟化镁),这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线。 以λ表示红外线的波长,则所镀薄膜的厚度最小应为( ) A. λB. λC. λD.λ 解析: 为减小反射的热效应显著的红外线,则要求红外线在薄膜的前后表面反射后叠加作用减弱,即光程差为半波长的奇数倍,故膜的最小厚度为红外线在该膜中波长的 。 答案: B
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