1、第 1 讲 光的折射 全反射 光的波动性1(2009广东，14)(1)在阳光照射下，充满雾气的瀑布上方常常会出现美丽的彩虹彩虹是太阳光射入球形水珠经折射、内反射，再折射后形成的光的折射发生在两种不同介质的_上，不同的单色光在同种均匀介质中_不同(2)如图 2113 为声波干涉演示仪的原理图，两个 U 形管 A 和 B 套在一起，A 管两侧各有一小孔声波从左侧小孔传入管内，被分成_的波当声波分别通过 A、B 传播到右侧小孔时，若两列波传播的路程相差半个波长，则此处声波的振幅_；若传播的路程相差一个波长，则此处声波的振幅_图 2113解析：声波从左侧小孔传入管内，被分成两列 频率相同的波且相位差固
2、定若波程相差为半波长的偶数倍，则干涉相长；若波程相差 为半波长的奇数倍，则干涉相消所以两列波传播的路程相差半个波长(奇数倍)， 则此处声波的振幅减小；若传 播的路程相差一个波长( 半波长的偶数倍)，则此处声波的振幅增大答案：(1)界面 折射率 (2)相同 减小 增大2. 图 2114(1)一玻璃砖横截面如图 2114 所示，其中 ABC 为直角三角形(AC 边未画出)，AB 为直角边，ABC45；ADC 为一圆弧，其圆心在 BC 边的中点此玻璃的折射率为 1.5.P 为一贴近玻璃砖放置的、与 AB 垂直的光屏若一束宽度与 AB 边长度相等的平行光从 AB 边垂直射入玻璃砖，则下列叙述正确的是_
3、A从 BC 边折射出一束宽度与 BC 边长度相等的平行光B屏上有一亮区，其宽度小于 AB 边的长度C屏上有一亮区，其宽度等于 AC 边的长度D当屏向远离玻璃砖的方向平行移动时，屏上亮区先逐渐变小然后逐渐变大(2)如图 2115 所示，图 2115是研究激光相干性的双缝干涉示意图，挡板上有两条狭缝 S1、S 2，由 S1、S 2 发出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹，已知入射激光的波长是 ，屏上的 P 点到两狭缝 S1、S 2 的距离相等，如果把 P 处的亮条纹记作 0 号条纹，由 P 向上数，与 0 号亮纹相邻的亮纹依次是1 号条纹、2 号条纹则 P1 处的亮纹恰好是 10 号亮纹设直线 S1
4、P1 的长度为 L1，S 2P1的长度为 L2，则 L2L 1 等于多少？解析：(1)设光在玻璃砖 BC 面与 AC 弧面上的临界角为 C，则有 sin C ，显然 C ，所以光线在 BC 边发生全反射，光线沿 DE 方向射出棱镜后的方向与 AC 边1n垂直，光路图如图所示答案：(1)210 8 m/s (2) 见解析图图 21174. (2009苏南八校联考)如图 2117 所示是一透明的圆柱体的横截面，其半径 R20 cm，折射率为 ，AB 是一条直径，今有一束平行光沿 AB 方向射向圆柱体，试求：3(1)光在圆柱体中的传播速度；(2)距离直线 AB 多远的入射光线，折射后恰经过 B 点解
5、析：(1)光在圆柱体中的传播速度 v 108 m/ 3(2)设光线 PC 经折射后经过 B 点，光路 图如图所示由折射定律有： n ，又由几何关系有： 2sin sin 3由以上两式解得 60光线 PC 离直线 AB 的距离 CDRsin 10 cm3则距离直线 AB 为 10 cm 的入射光 线经折射后能到达 B 点3答案：(1) 108 m/s (2)10 cm3 35 (1)一束红光和一束紫光以相同的入射角斜射到同一厚平板玻璃的一个表面上，经两次折射后从玻璃板另一个表面射出，出射光线相对于入射光线侧移了一段距离，则下列说法中正确的是_A红光的出射光线的侧移距离比紫光小 B红光的出射光线的
6、侧移距离比紫光大C红光穿过玻璃板的时间比紫光短 D红光穿过玻璃板的时间比紫光长图 2118(2)2008 年奥运会上，光纤通信网覆盖了所有的奥运场馆，为各项比赛提供安全、可靠的通信服务，光纤通信是利用光的全反射将大量信息高速传输如图 2118 是一根长为 l 的光导纤维，由内芯和包层两层介质组成，其折射率分别为 n1 和 n2，则 n1_n2(填“”或“”) ；若发生全反射的临界角为 ，光在真空中的速度为 c，则一束光从它的一个端面射入，又从另一端面射出所需的最长时间为_解析：(1)因为同一种介质对紫光的折射率大，故入射角相同时，紫光侧移距离较大，A 选项正确、B 选项错误；设入射角为 ，折射
7、角为 ，玻璃板的厚度为 h，则穿过玻璃板所用的时间为 t ，又有折射定律hvcos n ，且 n ，联立解得 t ，介质对红光的折射率较小，sin sin cv n2hcn2 sin2且两种色光的折射率均大于 1，所以分子中的 n2 起主要作用，故 C 选项正确， D 选项错误(2)光从内芯射向包层时会发生全反射，故内芯的折射率应大于包层的折射率；当内芯射向包层的入射光的入射角等于临界角 时，光的路线最长，所用时间也最长，设为 tmax，此时光束在沿光导纤维方向的速度分量为 vsin ，则光在穿过光导纤维时有 lvsin tmax，得 tmax .lvsin lcsin n1 n1lcsin
8、答案：(1)AC (2) n1lcsin 1. (1)如图 2119 所示， A、B 、C 为等腰棱镜，a、b 两束不同频率的单色光 垂直 AB 边射入棱镜，两束光在 AB 面上的入射点到 DC 的距离相等，两束光通过棱镜折射后相交于图中的 P 点，以下判断正确的是_图 2119A在真空中，a 光光速大于 b 光光速B在真空中，a 光波长大于 b 光波长Ca 光通过棱镜的时间大于 b 光通过棱镜的时间Da、b 两束光从同一介质射入真空过程中， a 光发生全反射的临界角大于 b 光发生全反射的临界角图 2120(2)如图 2120 所示，直角三棱镜 ABC 的一个侧面 BC 紧贴在平面镜上，BA
9、C .从点光源 S 发出的细光束 SO 射到棱镜的另一侧面 AC 上，适当调整入射光 SO 的方向，当SO 与 AC 成 角时，其折射光与镜面发生一次反射，从 AC 面射出后恰好与 SO 重合，求此棱镜的折射率解析：(1)本题考查不同色光的比较光在真空中的传播速度为 3.0108 m/s，故 A 选项错误；画出 a、b 两束光通过棱镜的光路 图，如 图所示由图可知棱镜对 a 光的偏折程度大于对 b 光的偏折程度，即 a 光的频率、折射率大于 b 光的频率和折射率，所以在真空中 a 光的波长小于 b 光的波长，故 B 选项错误；两种光在棱镜中的传播距离相等，由于 a 光在棱镜中的传播速度小于 b
10、 光在棱镜中的传播速度，故 a 光通过棱镜的时间较长 ，故 C 选项正确；由Carcsin 可知 a 光的临界角小于 b 光的临界角，故 D 选项错误1n(2)作出正确的光路图， 依题意可知光垂直 BC 反射才能从 AC 面射出后恰好与 SO 重合，则 光在 AC 面的入射角 为 90，由几何关系可知折射角为 90，根据折射定律：n .sin(90 )sin(90 ) cos cos 答案：(1)C (2)cos cos 2. 小明同学设计了一个用刻度尺测半圆形玻璃折射率的实验(如图 2121 所示) ，他进行的主要步骤是：图 2121(A)用刻度尺测玻璃砖的直径 AB 的大小 d.(B)先把
11、白纸固定在木板上，将玻璃砖水平放置在白纸上，用笔描出玻璃砖的边界，将玻璃砖移走，标出玻璃砖的圆心 O、直径 AB、AB 的法线 OC.(C)将玻璃砖放回白纸的原处，长直尺 MN 紧靠 A 点并与直径 AB 垂直放置(D)调节激光器，使 PO 光线从玻璃砖圆弧面沿半径方向射向圆心 O，并使长直尺 MN 的左右两端均出现亮点，记下左侧亮点到 A 点的距离 x1，右侧亮点到 A 点的距离 x2.则(1)小明利用实验数据计算玻璃折射率的表达式 n_.(2)关于上述实验以下说法正确的是_ A在BOC 的范围内，改变入射光 PO 的入射角，直尺 MN 上可能只出现一个亮点B左侧亮点到 A 点的距离 x1
12、一定小于右侧亮点到 A 点的距离 x2C左侧亮点到 A 点的距离 x1 一定大于右侧亮点到 A 点的距离 x2D要使左侧亮点到 A 点的距离 x1 增大，应减小入射角解析：(1)作出光路图如图所示， 折射光线交于 MN 上的 E 点，反射光线交与 MN 上的 F 点折射率等于折射角的正弦与反射角的正弦的比，即n .sin sin d/2x21 (d/2)2d/2x2 (d/2)2 4x2 d24x21 d2(2)当入射角大于等于临界角时，发生全反射，则只有反射光线照射到 MN 上，所以 MN 上可能只出现一个亮点，故 A 项正确；由图知， 角大于 角，所以左侧亮点到 A 的距离总是比右侧亮点到
13、 A 的距离小，故 B 项正确，C 项错误；要想左侧亮点到 A 点的距离增大，必须减小折射角，由折射率公式可知，要减小折射角，必须减小入射角，故 D 项正确答案：(1) (2)ABD4x2 d24x21 d2图 21223. (2010广西鸿鸣高中月考 )(1)如图 2122 所示，水下光源 S 向水面 A 点发射一束光线，折射光线分别为 a，b 两束，则下列叙述正确的是( ) A在水中 a 光的速度比 b 光的小Ba、b 两束相比较，a 光的波动性较强C若保持入射点 A 位置不变，将入射光线顺时针旋转，则从水面上方观察，b 光先消失D用同一双缝干涉实验装置分别以 a、b 光做实验，a 光干涉
14、条纹间距小于 b 光干涉条纹间距(2)透明光学材料制成的棱镜的正截面为等腰直角三角形，其折射率为 n .一束波长为2564 nm 的单色光与底面平行射入棱镜，如图 2123 所示，入射点为 O(OC 间距大于AC)，求：33图 2123此单色光在棱镜中的波长该束光线从哪个面首先射出？出射光线的方向如何？计算后回答并画出光路图解析：(1)a 光的折射角小于 b 光，说明 a 光在水中的折射率小于 b 光，根据 nc/v ，在水中a 光的速度比 b 光的大，选项 A 错误；根据折射率小， 则光的频率相应小， a、b 两束光相比较，a 光的频率较小，波长较长，波动性较强，选项 B 正确；若保持入射点
15、 A 位置不变，将入射光线顺时针旋转，从水面上方观 察， b 光折射角先达到 90，b 光先消失，选项 C 正确；由双缝干涉条纹间距公式可知，条纹间 距与波长成正比， a 光的波长较长 ，用同一双缝干涉实验装置分别以 a、b 光做实验，a 光干涉条纹间距大于 b 光干涉条 纹间距，选项 D 错误(2)n ，n 399 nm. cv n 2 n在 AC 面上有 ，所以 30sin 45sin 2因为 OC AC，所以折射光线只能射向 AB 面，入射角 i 75，又因为 sin C ，iC，33 1n 22故该光在 AB 面上发生全反射光 线将又射向 BC 面，入射角为 30.射出时 ，所以 45
16、，即光 线首先从 BC 面射出，与 BC 面成 45且与 AB 面平行. sin 30sin 1n答案：(1)BC(2)399 nm BC 面，与 BC 面成 45角且与 AB 面平行，光路如右图所示：图 21244 (1)如图 2124 所示，两个同种玻璃制成的三棱镜，顶角 1 略大于 2，两单色光 1 和 2分别垂直入射三棱镜，其出射光线与竖直界面的夹角 1 2，则下列判断正确的是_A在棱镜中 1 光的传播速度比 2 光的小B1 光的频率大于 2 光的频率C让 1 光和 2 光通过同一双缝干涉装置， 1 光的条纹间距小于 2 光的条纹间距D在利用 1 光和 2 光做衍射实验时， 1 光的实
17、验效果显著(2)某公园有一水池，水面下某处有一光源，在水面上形成一个半径为 3 m 的圆形亮斑( 水面下看)，已知水的折射率 n .求：43光源的深度；光从光源传到水面的最短时间解析：(1)光在棱镜的右侧发生折射，由题意知，光由玻璃射向空气的过程中，单色光 1 的入射角大于单色光 2 的入射角，由于折射角相等，由折射定律知玻璃对单色光 1 的折射率小于对单色光 2 的折射率，即 n145，发生全反射i2i 130303R)，不考虑光的干涉和衍射，试问：(1)在屏幕 S 上形成的圆形亮区的最外侧是什么颜色？(2)若玻璃半球对(1) 中色光的折射率为 n，请你求出圆形亮区的最大半径 解析：(1)紫光(2)如图，紫光刚要发生全反射时的临界光线射在屏幕 S 上的点 D 到亮区中心 E 的距离 r 就是所求最大半径设紫光临界角为 C，由全反射的知识：sin C 1n所以 cos Cn2 1ntan C ，OBR/cos C1n2 1 nRn2 1r(DOB)/tan CD nR. n2 1答案：(1)紫光(2)D nRn2 1
