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第 14 章 光
第 1 节 光的折射 全反射
学生用书P151
考点 1 折射定律 折射率
$
1.折射定律(如图所示) 0
"
/ #
B
甲
3 3 情境变式 图乙为某教师演示用笔直的箭叉
(2)
0 3
鱼的装置 其简化装置见图丙 她先通过水面上
ꎬ ꎮ
方的空心管道看到鱼缸左侧拐角处的鱼模型左
B
/
端 对应图丙中的 B 点 然后固定管道后用箭
光的折射与反射同时发生
( )ꎬ
θ 沿管道叉鱼 却击中了鱼缸侧壁 A 测得 OP
表达式 sin 1 n 式中 n 是比例常数 只与 ꎬ ꎮ =
: θ = 12( 12 ꎬ PA PB . 可视作 求
sin 2 =10 cmꎬ =173 cm( 10 3 cm)ꎮ :
两种介质的性质有关
水的折射率 n
)ꎮ
① ꎻ
2.折射率
欲击中水底的长度为 的鱼模型 现保持
② 2 cm ꎬ
θ 装置方向不变而将鱼缸向左侧平移 求移动距
定义式 n sin 1 ꎬ
(1) : = θ ꎮ
离 d 的范围
sin 2 ꎮ
0
1
"
#
乙 丙
c
拓展变式 由于光的折射 小河底部看起来
折射率与速度的关系式 n
(3) ꎬ
(2) : = v ꎮ
比实际浅 如果贸然涉水过河 有可能发生危险
ꎬ ꎬ ꎮ
折射率的大小不仅与介质本身有关 还与
(3) ꎬ 已知河底A点的深度为H 水的折射率为n 光在
ꎬ ꎬ
光的频率有关 同一种介质中 频率越大的光
ꎮ ꎬ 真空中的传播速度为 c 在 θ 角很小时 近似认
ꎮ ꎬ
折射率越大 传播速度越小 同一种光 在不同
ꎬ ꎻ ꎬ 为 θ θ 下列说法正确的是
tan =sin ꎮ ( )
介质中 虽然波速 波长一般不同 但频率相同
光垂直射出水面不是光的折射
ꎬ 、 ꎬ ꎮ
A.
深挖教材 H
光从 A 点传播到水面的最短时间为
B. c
典例1 (人教版选必一 例题改编)如图甲所
P88
H
示 一个容器中装有水 一束单色光从 O 点射入 从 A 点正上方附近看到 A 点的深度为
ꎬ ꎬ C. n
水中 折射到容器壁的 B 点 入射光线的延长线
ꎬ ꎬ 条件不足 无法计算从 A 点正上方附近看到
D. ꎬ
交容器壁于 A 点 水面处 C 点与 A B 在同一竖
ꎬ 、 A 点的深度
直线上
ꎮ OB c OA
答案 .
回归教材 水的折射率是多少 光在水中 (1)OA OB (2)① 2 ②7 3 cm≤
(1) ?
传播的速度是多少 用题给线段表示 d .
? ( ) ≤9 3 cm (3)C
1 60 5年高考3年模拟 A版 高考物理
提分关键规律总结 点拨提醒 在入射角增大的过程中ꎬ折射光的能量减
少ꎬ反射光的能量增加ꎬ当发生全反射时ꎬ反射光的能量
解决光的折射问题的常规思路
最强ꎮ
( )根据题意画出正确的光路图ꎮ
1
2.临界角(C):折射角为 ° 刚好发生全反
( )利用几何关系确定光路图中的边、角关系ꎬ要注意入
2 90 (
射角、折射角均是光线与法线的夹角ꎮ
射 时的入射角叫作临界角 C C 1
θ c ) ꎬsin = nꎮ
( )利用n sin 1ꎬn 等公式求解ꎮ
3 = θ = v
sin 2 3.条件:光从光密介质射入光疏介质且入射角
( )在光的反射与折射现象中光路都是可逆的ꎬ利用光
4 大于或等 于 临 界 角 C
路的“可逆性”可辅助作光路图和分析几何关系ꎮ ꎮ
4.应用:全反射棱镜 光导纤维等
典例2 如图所示为某手机防窥膜的原理简化 、 ꎮ
典例3 (多选)根据国际报道 一项新技术使普
图 在透明介质中等距排列有相互平行的吸光 ꎬ
ꎬ
通单模光纤实时传输速率创造了新的纪录 如
屏障 屏障的高度与防窥膜厚度相等 方向与屏 ꎬ
ꎬ ꎬ
果这项技术能大规模商用 网速将得到大幅提
幕垂直 从手机屏幕上相邻两吸光屏障中点 O ꎬ
ꎮ 升 光纤通信中信号传播的主要载体是光纤
发出的光经透明介质由吸光屏障边缘射入空 ꎮ ꎬ
它的结构如图甲所示 一束激光由光导纤维左
气 在空气中的出射角 θ 称为可视角度 可视角 ꎮ
ꎬ ꎬ 端的O 点以α °的入射角射入一直线光导纤
度越小防窥效果越好 下列做法中能提高防窥 =60
ꎮ 维内 恰好在光导纤维的侧面 侧面与过 O 点
效果的是 ꎬ (
( ) 的法线平行 发生全反射 如图乙所示 下列说
/! ) ꎬ ꎮ
K/6 法正确的是
( )
0 "
EB K 0
7 7
增大手机屏幕亮度
A. 甲 乙
增大相邻两吸光屏障间距 光纤内芯的折射率比外套的小
B. A.
减小防窥膜的厚度 光从左端进入光纤内芯后 其频率不变
C. B. ꎬ
减小透明介质的折射率 频率越大的光在光纤中传播的速度越大
D. C.
解题导引
“提高防窥效果” 减小可视角度 θ 作出屏障边缘处的 内芯对这种激光的折射率 n 7
→ → D. =
光路图 根据几何关系与折射定律分析选项ꎮ 2
→ 答案 BD
答案 D
典例4 [ 全国甲ꎬ ( )ꎬ 分]如图 边长为
考点 2 全反射 2022 34 2 10 ꎬ
a 的正方形 ABCD 为一棱镜的横截面 M 为 AB
1.现象:光从光密介质射入光疏介质 当入射 ꎬ
ꎬ 边的中点 在截面所在平面内 一光线自 M 点
角增大到某一角度 使折射角达到 °时 折 ꎮ ꎬ
ꎬ 90 ꎬ 射入棱镜 入射角为 ° 经折射后在BC 边的N
ꎬ 60 ꎬ
射光完全消失 只剩下反射光 这种现象叫作
ꎬ ꎬ 点恰好发生全反射 反射光线从 CD 边的 P 点
ꎬ
全反射 两种介质比较 折射率 n 较大的介
ꎮ ( ꎬ 射出棱镜 求棱镜的折射率以及P C 两点之间
ꎮ 、
质叫作光密介质 折射率n 较小的介质叫作光
ꎬ 的距离
ꎮ
疏介质
)
*B
E."3
B
LD"3
第14章 光 1 61
R
答案 7 3-1a 3 且射出时与上表面也成 °角 现改用一
ꎬ 45 ꎮ
2 2 3
高考变式 平面变曲面 二维变三维 一个半径 束竖直光垂直照射玻璃半球 如图乙 结果在水
+ ( )ꎬ
平桌面上出现了一个亮斑 求该亮斑的半径
为R 的玻璃半球 如图甲所示平放在水平桌面上
ꎬ ꎮ
ꎬ
上表面水平 若一束激光从到 O 点距离为
( )ꎮ 0
& '
R
3 的E 点与上表面成 °角射入 则部分光能
45 ꎬ
3
从O点右侧的F 点射出 F 点到O点的距离也为 甲 乙
ꎬ
答案 R
( 2-1)
1 62 5年高考3年模拟 A版 高考物理
第 2 节 光的波动性
学生用书P153
考点 1 光的干涉现象 表面 BB′分别反射回来 形成两列频率相同的
ꎬ
1.现象:来自两个光源的光在一些位置相互加 光波 并且叠加
ꎬ ꎮ
强 在另一些位置相互削弱 因此在挡板后面 应用 增透膜 检查光学平面的平滑度
ꎬ ꎬ (2) :① ꎻ② ꎮ
的屏上得到明暗相间的条纹 教考衔接
ꎮ
2.条件:两列光波的频率相同 相位差恒定
、 ꎮ 典例1 如图所示为双缝干涉装置示意图
(1) ꎬ
将同一列光波分解为两列光波可以得到相
( 双缝到光屏的距离为 L 双缝的中垂线与光屏
ꎬ
干光源
) 交于 O 点 某种单色光照射到双缝上 观察到
ꎮ ꎬ
3.双缝干涉
光屏上 O 处为第 级亮条纹的中心位置 A 点
0 ꎬ
如图所示 相干光源 S S 发出的光到屏上 P′
ꎬ 1、 2 为第 级亮条纹的中心位置 图中黑色部分表
2 ꎬ
点的路程差 r r r
Δ = 2 - 1ꎮ L
示亮条纹 现将光屏缓慢向左平移 该过程
ꎮ ꎬ
S 1 2
4 S Y 中 A 点由亮变暗的次数为
E 1 ( )
4 03 3
"
M
4 03 3
当 r nλ n 时 光屏上 P′ 4 0
(1) Δ =± ( =0ꎬ1ꎬ2ꎬ) ꎬ
处出现亮条纹
ꎮ
λ
当 r n n 时 光
(2) Δ =±(2 +1) ( =0ꎬ1ꎬ2ꎬ) ꎬ 次 次 次 次
2 A.4 B.3 C.2 D.1
屏上 P′处出现暗条纹 回归教材 (人教版选必一 ꎬ 组ꎬ 改编)
ꎮ (2) P115 B T4
4.薄膜干涉 (多选) 年 托马斯 杨用双缝干涉实验研
1801 ꎬ
形成原因 如图所示 究了光波的性质 年 洛埃用平面镜同样
(1) : ꎬ ꎮ 1834 ꎬ
竖直的肥皂薄膜 由于重 得到了杨氏干涉的结果 称洛埃镜实验 洛埃
ꎬ ( )ꎮ
力的作用形成上薄下厚的 镜实验的基本装置如图所示 S 为单色光源 M
ꎬ ꎬ
楔形 当光照射到薄膜上 为一平面镜 S 发出的光直接照到光屏上 同
ꎮ ꎮ ꎬ
时 从膜的前表面 AA′和后 时 S 发出的光还通过平面镜反射到光屏上 这
ꎬ ꎬ
两束光在光屏上叠加发生干涉形成明暗相间的
条纹 事实证明光从光疏介质射向光密介质 垂直照射一层透明薄膜 观察到如图所示明暗
ꎮ ꎬ
时 反射光会产生 大小的相位突变 即发生所 相间的干涉条纹 下列关于该区域薄膜厚度 d
ꎬ π ꎬ ꎮ
谓半波损失 设光源 S 到平面镜的距离和到光 随坐标 x 的变化图像 可能正确的是
ꎮ ꎬ ( )
屏的距离分别为 d 和 L 单色光的波长为 λ 下
ꎬ ꎬ
列说法正确的是
( )
4
E
" . #
-
A B
在整个光屏上都会呈现明暗相间的干涉条纹
A.
若将平面镜向左平移 则光屏上相邻亮条纹
B. ꎬ
中心间距将增大
若将光屏向左平移到平面镜右端 B 处 光屏
C D
C. ꎬ
答案
上与 B 接触处出现暗条纹
(1)C (2)CD (3)B (4)D
考点 2 光的衍射和偏振现象
在光屏上相邻亮条纹中心或相邻暗条纹中心
D.
L 1.光的衍射(如图所示)
间的距离 x λ
Δ = d
2
回归教材 (人教版选必一 ꎬ 改编)利用 7
(3) P100 T4
薄膜干涉原理可以测量金属丝的直径 将矩形
ꎮ
的平行薄玻璃板 AB 放在水平标准工件的上面 点拨提醒 注意单缝衍射和双缝干涉图样的区别ꎮ
ꎬ
右侧垫有粗细均匀的直金属丝 在标准工件与 衍射 当光照射到狭缝或障碍物上时 光
ꎬ (1) : ꎬ
玻璃板之间形成一个楔形空气膜 其截面如图 绕过缝的边缘或障碍物偏离直线传播的现象
ꎬ ꎮ
所示 用波长为 λ 的光 垂直标准工件方向射 发生明显衍射的条件 障碍物或狭缝的尺
ꎮ ꎬ (2) :
向玻璃板 在玻璃板上方形成平行条纹 测出相 寸足够小 障碍物或狭缝的尺寸与光的波长
ꎬ ꎬ (
邻亮条纹中心间的距离为 x 金属丝与标准工 相近 或比光的波长还小
Δ ꎬ ꎬ )ꎮ
件的接触点 D 到楔形顶端 C 点的距离为 L 下 应用 衍射光栅 射线晶体衍射实验等
ꎬ (3) : 、X ꎮ
列说法正确的是 2.光的偏振(如图所示)
( )
#
"
$ %
-
条纹方向平行于 CD
A.
自然光 包含着在垂直于传播方向上沿一
λL (1) :
金属丝的直径约为
B. x 切方向振动的光 而且沿着各个方向振动的
2Δ ꎬ
当金属丝向右移动少许时 x 变小 光波的强度都相同
C. ꎬΔ ꎮ
在同一位置换用更细的金属丝时 x 变小 偏振光 在垂直于光的传播方向的平面
D. ꎬΔ (2) :
链接高考 ( 山东ꎬ ꎬ 分)用平行单色光 上 只沿着某个特定的方向振动的光
(4) 2021 7 3 ꎬ ꎮ
第14章 光 1 63
偏振光的形成
(3)
让自然光通过偏振片形成偏振光
① ꎮ
让自然光在两种介质的界面发生反射和折
②
射 反射光和折射光可以成为部分偏振光或 红 黄 蓝 紫 红 紫 蓝 黄
ꎬ A. 、 、 、 B. 、 、 、
完全偏振光 蓝 紫 红 黄 蓝 黄 红 紫
ꎮ C. 、 、 、 D. 、 、 、
光的偏振现象说明光是一种横波 答案
(4) ꎮ (1)D (2)B
典例2 如图所示 甲 乙 丙 丁四个图是单 提分关键规律总结
(1) ꎬ 、 、 、
色光形成的干涉或衍射图样 根据各图样的特 各种色光的比较
ꎬ
点可知 颜色 红橙黄绿青蓝紫
( )
频率 低 高
→
同一介质中的波长 大 小
→
甲 乙 丙 丁 同一介质中的折射率 小 大
→
甲图是光的衍射图样 c
A. 同一介质中的速度(n ) 大 小
= v →
乙图是光的干涉图样
B.
丙图是光射到圆孔后的干涉图样 同一介质中的临界角( sin C = n 1 ) 大 → 小
C.
丁图是光射到圆板后的衍射图样 通过同一棱镜的偏折角 小 大
D. →
用红光 蓝光分别做双缝干涉实验 同一实 光子的能量(E hν) 小 大
= →
(2) 、 (
h
验装置 用黄光 紫光分别做单缝衍射实验 同 同一介质中光子的动量(p ) 小 大
)ꎬ 、 ( = λ →
一实验装置 得到的图样如图所示 黑色部分
用同一双缝干涉装置
)ꎬ (
表示亮条纹 在下面的四幅图中从左往右排 L 大 小
产生的条纹中心间距( x λ) →
)ꎮ Δ = d
列 亮条纹的颜色依次是
ꎬ ( )
1 64 5年高考3年模拟 A版 高考物理
实验 15 测量玻璃的折射率
学生用书P156
一、实验原理及装置图 二、操作要领及注意事项
1.实验操作应注意哪些细节 尽可能将大头针
:
竖直插在纸上 P 和 P 之间 P 和 P 之间
ꎬ 1 2 、 3 4 、
P 与 O 之间 P 与 O′之间距离要稍大一些
2 、 3 ꎻ
插针时 眼睛在 bb′的一侧透过玻璃砖观察两
ꎬ
枚大头针并调整视线方向 使 P 挡住 P
ꎬ 3 1、
P 的像 再插上 P 使 P 挡住 P 和 P P
2 ꎬ 4ꎬ 4 3 1、 2
如图所示 当光线 AO 以一定的入射角穿过两面 的像
ꎬ ꎮ
平行的玻璃砖时 通过插针法找出跟入射光线 2.入射角应满足什么要求 入射角 θ 不宜太大
ꎬ : 1
AO 对应的出射光线 O′B 从而画出折射光线 接近 ° 或太小 接近 ° 入射角太大折
ꎬ ( 90 ) ( 0 )ꎮ
OO′ 测量入射角 θ 折射角 θ 再根据n 射光较弱 入射角太小角度测量的误差较大
ꎬ 1、 2ꎬ = ꎬ ꎮ
θ 3.画线时应如何操作 先在白纸上画一条直线
sin 1计算出玻璃的折射率 :
θ ꎮ aa′ 再在白纸上放上玻璃砖 使玻璃砖的一条
sin 2 ꎬ ꎬ
长边与直线 aa′对齐 在玻璃砖另一条边上确
ꎬ
定两点 并用刻度尺画出该条长边的对齐线
ꎬ
bb′ 操作时 手不能触摸光通过的玻璃砖的
ꎮ ꎬ
光洁面 也不能把玻璃砖的棱当尺子画边
ꎬ
界线
ꎮ
四、误差分析
三、数据处理
1.若本实验方案中直线aa′与直线bb′不平行 则
1.计算法 用量角器测量入射角 θ 和折射角 θ
ꎬ
: 1 2ꎬ
会产生误差
θ
ꎮ
计算不同入射角时的sin 1 并取平均值
θ ꎬ ꎮ 2.如图甲所示 若误将本实验方案中的玻璃砖
sin 2 ꎬ
2.图像法 改变不同的入射角 θ 测出不同的折 稍向上平移了一些 aa′ bb′的间距与玻璃砖
: 1ꎬ ( 、
θ 的宽度仍相等 不影响实验结果
射角θ 作 θ θ 图像 由n sin 1可知 )ꎬ ꎮ
2ꎬ sin 1 -sin 2 ꎬ = θ
sin 2
图线应是一条过原点的倾斜直线 其斜率为
ꎬ
折射率
ꎮ
3.“单位圆”法 以入射点 O 为圆心 以一定的
: ꎬ
EH
长度 R 为半径画圆 如图所示 θ 甲 乙
ꎬ ꎬsin 1 = OEꎬ
3.如图乙所示 若在本实验操作中误将两界面
E′H′ θ EH ꎬ
θ OE OE′ R 则 n sin 1 aa′ bb′的间距画得比玻璃砖的宽度大些 则
sin 2 = OE′ꎬ = = ꎬ = θ =E′H′ꎮ 、 ꎬ
sin 2 会导致测量的折射率偏小
只要用刻度尺测量出 EH E′H′的长度就可以 ꎮ
、
求出折射率 n
ꎮ
第14章 光 1 65
实验 16 用双缝干涉测量光的波长
学生用书P157
一、实验原理 动手轮 使分划板中心刻线和另一亮条纹的
ꎬ
光源发出的光 经过滤光片后变成单色光 再经 中心对齐 记下此时手轮上的读数 两次读数
ꎬ ꎬ ꎬ ꎬ
过单缝 S 时发生衍射 S S 相当于两个相干光 之差就表示这两条亮条纹中心间的距离
ꎬ 1、 2 ꎮ
源 相邻两条亮 暗 条纹中心间的距离 x 三、数据处理
ꎬ ( ) Δ =
l 1.条纹间距的计算 转动测量头的手轮 分划板
λ 因此 只要测出 x d l 即可测出波长 λ : ꎬ
d ꎮ ꎬ Δ 、 、 ꎮ 中心刻线在第 条亮条纹中央时读数为 a
1 1ꎬ
二、操作要领及注意事项 在第 n 条亮条纹中央时读数为 a 则 x
nꎬ Δ =
1.安装时应注意的细节 使光源 透镜 滤光片
a a l
: 、 、 、 n-
1 再根据 x λ 求出 λ
单缝 双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上 n ꎬ Δ = d ꎮ
、 ꎬ -1
并使单缝 双缝平行且间距适当 2.测量时需测量多组数据 求 λ 的平均值
、 ꎮ ꎬ ꎮ
2.如何进行调节 调整光源的高度和亮度 使它 四、误差分析
: ꎬ
发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照 1.双缝到屏的距离 l 的测量存在误差
ꎮ
亮 调节测量头时 应使分划板中心刻线和亮 2.测条纹间距 x 带来的误差
ꎻ ꎬ Δ
条纹的中心对齐 记下此时手轮上的读数 转 干涉条纹没有调整到最清晰的程度
ꎬ ꎬ (1) ꎮ
分划板中心刻线与干涉条纹不平行 中心 中心之间的距离测量误差较大
(2) ꎬ ꎮ
刻线没有恰好位于条纹中心 方案二 洛埃镜实验
ꎮ
测量多条亮条纹中心间的距离时因读数
(3)
不精准存在的误差
ꎮ
五、其他方案
方案一 利用激光笔和双缝进行实验
S 为单色光源 一部分入射到平面镜后反射到
ꎬ
光屏上 一部分直接照射到光屏上 在光屏上两
ꎬ ꎬ
光束交叠区域里将出现干涉条纹 S 和 S 通过
ꎮ
让一束激光经过双缝后投射到光屏上 测出相 平面镜成的像 S′构成相干光源 d h 在光屏
ꎬ ꎬ =2 ꎮ
d d
邻两亮条纹中心间的距离 x 由 λ x 测出 上可以观察到明暗相间的干涉条纹 由 λ x
Δ ꎬ = l Δ ꎬ = l Δ
λ 本方案操作简便 现象明显 但相邻亮条纹 可以求出 λ
ꎮ ꎬ ꎬ ꎮ
1 66 5年高考3年模拟 A版 高考物理