1、知识回顾 一、光的折射1.光的折射定律内容:折射光线位于入射光线与法线所决定的平面内,折射光线和入射光线分别位于法线两侧.入射的正弦与折射的正弦成正比.在折射现象中光路也是可逆的,折射率表达式为n= .,学案 光 学,sin1 sin2,2.折射率n= = .注意 （1）1为真空（或空气）中的入射角 ,2为介质中的折射角. （2）任何介质的n1.,3.光疏介质是指折射率较小的介质,光密介质是指折射率较大的介质,光从光疏介质射入光密介质时折射角 入射角.光从光密介质射入光疏介质时折射角大于入射角.,小于,4.发生全反射必须满足的两个条件分别是 和入射角大于或等于临界角,那么计算临界角的关系式是
2、. 5.棱镜可以改变光的传播方向,从空气射向玻璃棱镜侧面的光线,通过棱镜后向 偏折;全反射棱镜是横截面为等腰直角三角形的棱镜. 6.同一种介质对不同色光的折射率是不同的,在可见光中紫光对介质的折射率 ,而红光对此种介质的折射率 .,从光密介,质进入光疏介质,sin C=,底面,最大,最小,二、光的干涉 1.如果两个光源发出的光能够产生干涉,这样的两个光源叫 . 2.产生干涉现象的两列光波必须具有相同的 、相同的振动方向和恒定的相差. 3.双缝干涉:让两束具备干涉条件的光通过相距很近的两条狭缝,则在狭缝另一侧的光屏上,就会出现 的条纹,这种干涉现象称为 .,相干光源,频率,明暗相间,双缝干涉,4
3、.在双缝干涉实验中,入射光的波长为,若双缝处两束光的振动情况恰好相同,在屏上距两缝路程差d= 的地方出现暗条纹 ; 在屏上距两缝路程差d= 的地方出现明条纹.若双缝处两束光的振动情况恰好相反,在屏上距两缝路程差d= 的地方出现明条纹;在屏上距两缝路程差d= 的地方出现暗条纹.,n,（2n+1）,（2n+1）,n,5.光照射到薄膜上时 , 薄膜的前、后表面反射的两列光相叠加,也可发生干涉现象 , 这种干涉称为 _ . 6.在薄膜干涉中 , 同一级明纹（或暗纹）出现在膜的厚度 处.薄膜干涉常用于检查平面和用于镜头的 . 三、光的衍射 1.光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象叫 . 2.产生明显衍
4、射现象的条件: .,薄膜,干涉,相同,增透膜,光的衍射,孔径或障碍物的尺,寸比光的波长小或者跟光的波长相差不多,3.泊松亮斑:当光照到不透光的小圆板上时,在圆板的阴影中心出现的 .（在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环） 四、光的偏振 1. 波只沿某一特定方向振动,称为波的偏振现象. 2.自然光是指 ,偏振光是指 ,光的偏振现象说明光波是横波,其主要应用有 、 、 .,亮斑,横,沿各个方向振动的光的强度都相同,的光,在跟光传播方向垂直的平面内,光,振动在某一方向较强而另一些方向振动较弱的光,照相机,镜头前的偏振滤光片,电子表的液晶显示,消除车,灯眩光,3.偏振光的产生方式是通过两个共轴的偏振片
5、观察自然光,第一个偏振片的作用是 ,叫起偏器,第二个偏振片的作用是 ,叫检偏器.,把自然光变成偏振光,检验光是否为偏,振光,方法点拨 1.光线通过平板玻璃砖后,不改变光线 及光束性质,但会使光线发生侧移,侧移量的大小跟入射角、折射率和玻璃砖的厚度有关. 2.对几何光学方面的问题,应用光路图或有关几何图形进行分析与公式配合,将一个物理问题转化为一个几何问题,能够做到直观、形象、易于发现隐含条件.类型一光的折射与全反射,行进方向,例1 在折射率为 n、厚度为d的玻璃平板上方的空气中有一点光源S,从S发出的光线SA以入射角射到玻璃板上表面,经过玻璃板后从下表面射出. 如图1所示. 若沿此光线传播的光
6、从光源到玻璃板上表面的传播时间与在玻璃板中的传播时间相等, 点光源 S 到玻璃板上表面的垂直距离l应是多少?,图1,解析 设光线在玻璃中的折射角为r,则光线从S到玻璃板上表面的传播时间为 ,其中c是真空中的光速,光在玻璃板中的传播距离为 ,光在玻璃中的传播时间为 由题意得 ,又由折射定律得 sin=nsin r 所以l =,答案,预测1 某有线制导导弹发射时, 在导弹发射基地和导弹间连一根细如蛛丝的特制光纤（ 像放风筝一样）,它双向传输信号,能达到有线制导作用. 光纤由纤芯和包层组成,其剖面如图2所示,其中纤芯材料的折射率n1=2,包层折射率n2= ,光纤长度为3 km.（ 已知当光从折射率为
7、 n1 的介质射入折射率为 n2 的介质时 , 入射角1、折射角2 间满足关系 :n1sin 1= n2sin 2）,图2,（1）试通过计算说明从光纤一端入射的光信号是否会通过包层“泄漏”出去. （2）若导弹飞行过程中,将有关参数转变为光信号,利用光纤发回发射基地,经瞬间处理后转化为指令光信号返回导弹,求信号往返需要的最长时间.,解析 （1）由题意知在纤芯和包层分界面上全反射临界角C,满足n1sin C=n2sin 90 得C=60 当在端面上的入射角最大（1m=90）时,折射角2也最大,在纤芯与包层分界面上的入射角1最小.在端面上1m=90时,由n1= 得2m=30. 这时1min=90-3
8、0= 60= C,所以,在所有情况中从端面入射到光纤中的信号都不会从包层中“泄漏”出去.,（2）当在端面上入射角最大时所用的时间最长,这时光在纤芯中总路程s = 光纤中光速v = 时间t= s = 810-5 s 答案 （1）见解析 （2）810-5 s,解题归纳 （1）光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物,激光是一种人工产生的相干光,可以像无线电波那样调制, 平行度好用来测速、测距、读取光盘信息,亮度高,强度大用来做“光刀”、引起核聚变等. （2）几何光学问题规范的做好光路是解决问题的关键,特别应注意法线作为辅助线的作用,通过作图构建几何三角形,然后利用几何知识求解.,类型二 光的波动性 例
9、2 （2009青岛模拟）如图3所示, 在双缝干涉实验中, S1和S2为双缝,P是光屏上的一点, 已知 P 点与S1、S2 距离之差为2.110-6 m,今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验,问P点是亮条纹还是暗条纹？（1）已知A光在折射率为n=1.5的介质中波长为410-7 m.（2）已知B光在某种介质中波长为3.1510-7 m ,当B光从这种介质射向空气时,临界角为37.（sin 37=0.6,cos 37=0.8）,图3,解析 （1）设A光在空气中波长为1,在介质中波长为2, 由n= , 得1= n2=1.5410-7 m=6 10-7 m 根据路程差d=2.110-6 m 所
10、以N1= =3.5 由此可知,从S1和S2到P点的路程差d是波长1的3.5倍,所以P点为暗条纹.,（2）根据临界角与折射率的关系 sin C= 得n= 由h= 得,B光在空气中波长2为 2=n介= 3.1510-7 m=5.2510-7 m 由路程差d和波长的关系 N2= =4 可见,用B光作光源,P点为亮条纹.,答案 （1）暗条纹 （2）亮条纹,类型三 光电效应 例3 关于光电效应的规律 , 下列说法中正确的是（ ）A.当某种色光照射金属表面时,能产生光电效应,则入射光的频率越高, 产生的光电子的最大初动能越大B.当某种色光照射金属表面时,能产生光电效应,则入射光的强度越大,产生的光电子数越
11、多C.同一频率的光照射不同金属, 如果都能产生光电效应, 则逸出功大的金属产生的光电子的最大初动能也越大D.对某金属入射光波长必须小于某一极限波长,才能产生光电效应,ABD,解析 由光电效应方程 mvm2=h -W 知,对于某种金属,其逸出功是一个定值.当入射光频率一定时,光子的能量是一定的 , 产生的光电子的最大初动能也是一定的,若提高入射光的频率, 则产生光电子的最大初动能也将增大, 因此A选项正确. 要想使某种金属发生光电效应,必须使入射光的频率大于其极限频率 .因刚好发生光电效应时,光电子的初动能为零,有h =W,所以 , 又 .若入射光频率 即0 = 时能发生光电效应, 因而选项D正
12、确.同一,频率的光照射到不同的金属时,因不同金属的逸出功不同,则产生的光电子的最大初动能也不相同,逸出功越小,即电子越容易摆脱金属的束缚,电子脱离金属表面时获得的动能越大,因而C选项错误.若入射光的频率不变,对于特定的金属,增加光强,不会增加光电子的最大初动能.但由于光强的增加,照射光的光子数目增多,因而产生的电子数目也随之增多,因而B选项正确. 答案 ABD,解题归纳 （1）每种金属都存在极限频率,只有入射光频率等于或大于极限频率,才会发生光电效应. （2）光电子的最大初动能与入射光强度无关,而随入射光频率的增大而增大. （3）从入射光照向金属到光电子发射几乎是瞬时的,与光的强度无关. （4
13、）当入射光的频率大于极限频率时,光电流的强度与入射光的强度成正比.,预测3 入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么下列 说法正确的是 （ ） A.从光照射至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 B.逸出的光电子的最大初动能减小 C.单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少 D.有可能不发生光电效应,解析 发生光电效应几乎是瞬时的 ，所以 A 项错 ；入射光强度减弱 ，说明单位时间内的入射光子数目减少；频率不变 ，说明光子能量不变，逸出的光电子最大初动能也就不变，选项 B 错；入射光子数目减少 ，逸出的光电子数目也就减少 ，故C项正确 ；入射
14、光照射到某金属上发生光电效应 ，说明入射光频率高于这种金属的极限频率 ，一定能发生光电效应 ，故D项错. 答案 C,类型四 光学实验 例4 在“双缝干涉测光的波长”的实验中,调节分划板的位置, 使分划板的中心刻线对齐中央亮条纹的中心,此时螺旋测微器的读数如图4甲所示,转动手轮,使分划线向一侧移动,使分划板的中心刻线对齐第 3条亮条纹的中心 , 此时螺旋测微器的读数如图乙 所示. 已知双缝间距 d =1.5 mm , 双缝到屏的距离L=1.00 m,则被测光波的波长为多少?,图4,解析 图甲读数为1.130 mm,图乙读数为1.760 mm 亮条纹的间距为:x= mm=0.315 mm 由x=
15、得= m =4.72510-7 m 答案 4.72510-7 m,解题归纳 （1）此题考查双缝干涉测光的波长,该实验在思想方法上与“单分子油膜法测分子直径”类似,是用测宏观量的方法测微观量.该实验考查学生的读数能力及对公式x= 的记忆和理解. （2）求解x时一定要注意中央亮纹与第3条亮纹之间有两个条纹,而不是3个.,预测4 如图5所示 , 某同学用插针法测定一半圆形玻 璃砖的折射率 . 在平铺的白纸上垂直纸面插大头针 P1、P2确定入射光线 , 并让入射光线过圆心O , 在玻璃砖（图中实线部分）另一侧垂直纸面插大头针P3 ,使P3挡住P1、P2的像, 连接OP3. 图中MN为分界面,虚线半圆与
16、玻璃砖对称 , B、C分别是入射光线 、折射光线与圆的交点, AB、CD 均垂直于法线并分别交法线于A、D两点.,图5,（1）设AB的长度为l1 , AO的长度为l2 , CD的长度为l3, DO 的长度为 l4 , 为较方便地表示出玻璃砖的折射率,需用刻度尺测量 , 则玻璃砖的折射率可表示为n= . （2）该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度,由此测得玻璃砖的折射率将 （填“偏大”、“偏小”或“不变”）,l1和l3,偏大,解析 （1）l1和l3 n= （2）该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度,用刻度尺测量l3的值偏小,所以测得的n值偏
17、大.,1.（2009全国15）某物体左右两侧各有一竖直放置的平面镜，两平面镜相互平行，物体距离左镜4 m，距离右镜 8 m，如图6所示.物体在左镜所成的像中从右向左数的第三个像与物体的距离是 （ ）A.24 m B.32 m C.40 m D.48 m,图6,解析 根据平面镜成像的特点，如图所示左镜中所成的第三个象是 a，根据对称性可知 ，a与物体的距离是32 m.答案 B,2.（2009上海6）光电效应的实验结论是：对于某种金属 （ ）A.无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B.无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应C.超过极限频率的入射光强度越弱，产生的光
18、电子的最大初动能就越小D.超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大,解析 能不能发生光电效应，取决于光的频率是不是大于极限频率与光的强度无关，A 对，B错；由Ek=h -W 知 ，光频率 越大，光电子的最大初动能 Ek 就越大，与光的强度无关，C错， D对.答案 AD,3.（2009四川21）如图7所示，空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为r,外圆半径为R，R= r.现有一束单色光垂直于水平端面A射入透明柱体 ，只经过两次全反射就垂直于水平端面B射出.设透明柱体的折射率为 n ，光在透明柱体内传播的时间为 t , 若真空中的光速为 c , 则（ ）A.n可
19、能为 B.n可能为2C.t可能为 D.t可能为,图7,解析 紧贴内圆入射的光线到达界面时入射角最小 ，由已知条件可知该入射角为 45，所以该材料折射率的最小值为 , A、B正确；光在该介质中通过的最小路程为 4r ，所以光传播时间的最小值为 ，C、D错误.答案 AB,4.（2009重庆21）用 a、b、c、d 表示4种单色光，若a、b从同种玻璃射向空气，a 的临界角小于b的临界角；用b、c和d 在相同条件下分别做双缝干涉实验，c的条纹间距最大；用b、d照射某金属表面，只有b能使其发射电子.则可推断a、b、c、d 可能分别是 （ ）A.紫光、蓝光、红光、橙光B.蓝光、紫光、红光、橙光C.紫光、蓝
20、光、橙光、红光D.紫光、橙光、红光、蓝光,解析 由知, nanb , ；由知，b、c、d中，c的波长最大，频率最小， , . 由知， . 故 ，故A正确.答案 A,5.（2009全国21） 一玻璃砖横截面如图8所示，其中ABC为直角三角形（AC边未画出），AB为直角边，ABC=45；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边垂直的光屏.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 （ ）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
21、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,图8,解析 光线从玻璃射向空气的全反射临界角C=arcsin = arcsin 45，光线从 AB 边射入到 BC 边上， 入射角为 45. 所有光线均在 BC 边发生全反射，所以BC边上无光线射出，选项 A 错误.如下图所示，从AB边入射到BC边上的a点、b点的光线恰在 上G、H两点发生全反射，O为BC的中点，设BC为L，根据正弦定理，有,所以，Oa=,因此，G点左侧和H点右侧的光线均发生全反射，射在G、H中间 ADC上的光线从 上折射出去照到屏上的范围为JE,由图知其宽度小于AC边的长度，当然也小于AB边的长度，等腰直角
22、三角形中 AB=AC，所以选项B正确，选项C错误. 从光路图看出从 G、H 射出的光线出现了交叉，当光屏向远离玻璃砖方向平移时，屏上亮区先逐渐减小然后逐渐变大，故选项D正确. 答案 BD,6.（2009广东汕头）光纤维通信是一种现代化的通信手段, 它可以为客户提供大容量、高速度、高质量的通信服务,为了研究问题方便,我们将光导纤维简化为一根长直玻璃管,如图 9 所示.设此玻璃管长为L,折射率为n.已知从玻璃管左端面射入玻璃内的光线在玻璃管的侧面上恰好能发生全反射, 最后从玻璃管的右端面射出. 设光在真空中的传播速度为 c , 则光通过此段玻璃管所需的时间为 （ ）,图9,A. B. C. D.解
23、析 用C表示临界角,则有sin C = ,光在介质中的传播速度为v = .光在沿光纤轴线的方向上匀速传播.所用时间为t = ,故A正确.答案 A,7.（2009广东茂名）甲乙两种单色光均垂直投射到一条直光纤的端面上,甲光穿过光纤的时间比乙光的长,则 （ ）A.光纤对甲光的折射率较大B.甲光子的能量较大C.甲光的波动性比乙光的显著D.用它们分别作为同一双缝干涉装置的光源时,甲的干涉条纹间距较大解析 甲光穿过光纤的时间比乙光的长,说明甲光的速度小,频率大,光纤对甲的折射率较大,甲光子的能量较大,乙光的波动性比甲光的显著;用它们分别作为同一双缝干涉装置的光源时,甲的干涉条纹间距较小.所以,应选A、B
24、.,AB,8.曾经有一段时间“假奶粉事件”闹得沸沸扬扬, 奶粉的碳水化合物（糖）的含量是一个重要指标, 可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度,从而鉴定含糖量,偏振光通过糖的水溶液后, 偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度, 这一角度称为“旋光度”,的值只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10所示, S是自然光源, A、B是偏振片,转动B,使到达O处的光最强,然后将被测样品P置于A、B之间,则下列说法中正确的是 （ ）,A.到达O处光的强度会明显减弱B.到达O处光的强度不会明显减弱C.将偏振片B转动一个角度,使得O处光强度最大,偏振片B转过的
25、角度等于D.将偏振片A转动一个角度,使得O处光强度最大,偏振片A转过的角度等于,图10,解析 因为A、B的偏振片方向一致,故 A、B间不放糖溶液时,自然光通过偏振片 A后, 变成偏振光,通过B后到O.当在 A、B 间放糖溶液, 由于溶液的旋光作用,使通过 A 的偏振光振动方向振动了一定角度, 不能再通过 B, A对B错;但当 B 转过一个角度, 恰好使偏振片方向与经过糖溶液后的偏振光振动方向一致时, O处光强为最强, 故 B 的旋转角度即为糖溶液的旋光度.所以C对,同理D也对.答案 ACD,9.（2009北京21（1）在 用双缝干涉测光的波长 实验中 ，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上（如
26、图11所示）,并选用缝间距 d =0.2 mm的双缝屏. 从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离 L =700 mm. 然后，接通电源使光源正常工作.（1）已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度. 某同学调整手轮后，从测量头的目镜看 去，第 1 次映入眼帘的干涉条纹如图 12（ a ）所,图11,示，图 12（ a ）中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图 12（ b ）中游标尺上的读数 x1 =1.16 mm;接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹 如图 13（ a ）所示 ，此时图 13（ b ）中游标尺上的读数x2= mm.,图12,图13,15.02,（2）利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹（或暗纹）间的距离x = mm;这种色光的波长= nm.,2.31,660,解析 （1）x2 = 15.02 mm （2）x = mm = 2.31 mm x = ，则= 10-3 m= 6.610-7 m = 660 nm,10.（2009山东37（2）一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯 ，图 14 为过轴线的截面图，调整入射角，使光线恰好在水和空气的界面上发生全反射，已知水的折射率为 ，求sin 的值.,图14,解析 当光线在水面发生全反射时，有 sin C = 当光线从左侧射入时，由折射定律= n 联立式，代入数据可得 sin = 答案,返回,
