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第四章 光 知識點
第一節光的反射和折射
問題1、光的的折射定律是什么？什么是折射率
1）光的折射定律：①入射角、反射角、折射角都是各自光線與法線的夾角。 ②表達式：
③在光的折射現象中，光路也是可逆的
2）折射率、；光從真空射入某種介質發生折射時，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫做這種介質的絕對折射率，
用符號n表示
▲n是反映介質光學性質的一個物理量，n越大，表明光線偏折越厲害。發生折射的原因是光在不同介質中，速度不同
▲某種介質的折射率，等于光在真空中的傳播速度c與光在這種介質中的傳播速度v之比，即n＝.
問題2、什么是折射時的色散？
答：⑴光線經過棱鏡后向棱鏡的底面偏折。折射率越大，偏折的程度越大
⑵不同顏色的光在同一介質中的折射率不同。同一種介質中，由紅光到紫光，波長越來越短、折射率越來越大、波速越來越慢.
全反射
問題3、什么是全反射？有哪些規律？
1）全反射：光疏介質和光密介質：折射率小的介質叫光疏介質，折射率大的介質叫光密介質。
注意：光疏和光密介質是相對的。由折射率大的向折射率小的介質傳播，它就是光密介質；反之就是光疏介質；
全反射是光從光密介質射向光疏介質時，折射光線消失（γ=900），只剩下反射光線的現象。
2）發生全反射的條件：①光必須從光密介質射向光疏介質②入射角必須大于（或等于）臨界角
3）臨界角
4）規律：入射角i越大，折射角γ越大，折射光線越來越弱，反射光越來越強。
5）應用
①全反射棱鏡：形狀：等腰直角三角形
原理：如圖；條件：玻璃折射率大于1.4
優點：比平面鏡反射時失真小
②光導纖維：折射率大的內芯、折射率小的外套
時間計算中注意光的路程不是兩地距離及光在介質中的速度不是光速
③海市蜃樓：沙漠：倒立虛像；海洋：正立虛像
第三節 光的干涉和衍射
問題4.什么是光的干涉現象？
答：光的干涉是波動特有的現象，由托馬斯 楊首次觀察到。
（1）在雙縫干涉實驗中，條紋寬度或條紋間距：，
其中L：屏到擋板間的距離，d：雙縫的間距，λ：光的波長，△x：相鄰亮紋（暗紋）間的距離
（2）干涉圖象特點：中央為明條紋，兩邊等間距對稱分布明暗相間條紋。紅光（λ最大）明、暗條紋最寬，紫光明、暗條紋最窄。白光干涉圖象中央明條紋外側為紅色。
問題4、什么是薄膜干涉？
答：1、薄膜干涉（等厚干涉）：圖象特點：同一條亮（或暗）條紋上所對應薄膜厚度完全相等。
不同λ的光做實驗，條紋間距不同,單色光在肥皂膜上（上薄下厚）形成水平狀明暗相間條紋
2、薄膜干涉中的色散
⑴、各種看起來是彩色的膜，一般都是由于干涉引起的 ⑵、原理：膜的前后兩個面反射的光形成的
⑶、現象：同一厚度的膜，對應著同一亮紋（或暗紋） ⑷、厚度變化越快，條紋越密白光入射形成彩色條紋。
問題5、什么光的衍射？：
答：1、單縫衍射圖象特點：中央最寬最亮；兩側條紋不等間隔且較暗；條紋數較少。（白光入射為彩色條紋）。
光的衍射條紋：中間寬，兩側窄的明暗相間條紋（典例：泊松亮斑）
干涉與衍射的共同點：同等條件下，波長越長，條紋越寬
第四節 光的偏振
問題6、什么是光的偏振？
光通過偏振片后，只有部分光通過偏振片的現象叫偏正現象、
證明了光是橫波；常見的光的偏振現象：攝影，太陽鏡，動感投影片，晶體的檢測，玻璃反光
問題7、什么是振片？
答：由特定的材料制成，它上面有一個特殊的方向（叫做透振方向），只有振動方向與透振方向平行的光波才能通過偏振片。
①當只有一塊偏振片時，以光的傳播方向為軸旋轉偏振片，透射光的強度不變。
②當有兩個偏振片時：當兩塊偏振片的透振方向平行時，透射光的強度最大，但是，比通過一塊偏振片時要弱。
當兩塊偏振片的透振方向垂直時，透射光的強度最弱，幾乎為零。
問題8、光的偏振有什么特點？
答：1、只有橫波才有偏振現象。
2、光波的感光作用和生理作用等主要是由電場強度E所引起的，因此常將E的振動稱為光振動。
3、除了從光源（如太陽、電燈等）直接發出的光以外，我們通常看到的絕大部分光，都是偏振光。自然光射到兩種介質的界面上，如果光入射的方向合適，使反射光與折射光之間的夾角恰好是90°，這時，反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振方向互相垂直。
問題9、偏振現象有哪些應用？
答：拍攝、液晶顯示、汽車車燈（偏振化方向都沿同一方向并與水平面成45°）、立體電影（左眼偏振片的偏振化方向與左面放像機上的偏振化方向相同，右眼偏振片的偏振化方向與右面放像機上的偏振化方向相同）
第四章 光 總結 考試試卷
一、單選擇題(本題共16小題,每題3分,共48分,答案寫在第4頁表格中)
1．以下說法正確的是(　　)
A．真空中藍光的波長比紅光的波長長 B．天空中的彩虹是由光干涉形成的
C．光纖通信利用了光的全反射原理 D．機械波在不同介質中傳播，波長保持不變
2．激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特點，在科學技術和日常生活中應用廣泛．下面關于激光的敘述正確的是(　　)
A．激光是縱波 B．頻率相同的激光在不同介質中的波長相同
C．兩束頻率不同的激光能產生干涉現象 D．利用激光平行度好的特點可以測量月球到地球的距離
3．單色光通過雙縫產生干涉現象，同種單色光通過單縫產生衍射現象，在光屏上都得到明暗相間的條紋，比較這兩種條紋(　　)
A．干涉、衍射條紋間距都是均勻的 B．干涉、衍射條紋間距都是不均勻的
C．干涉條紋間距不均勻，衍射條紋間距均勻 D．干涉條紋間距均勻，衍射條紋間距不均勻
4．如圖1所示，A、B為兩偏振片，一束自然光沿OO′方向射向A，此時在光屏C上，透射光的強度最大，則下列說法中正確的是(　　)
A．此時A、B的透振方向垂直
B．只有將B繞OO′軸順時針旋轉90°，屏上透射光的強度才最弱，幾乎為零
C．將A或B繞OO′軸旋轉90°，屏上透射光的強度最弱，幾乎為零
D．將A沿順時針旋轉180°，屏上透射光的強度最弱，幾乎為零
5．用激光器做光源，在不透光的擋板上開一條縫寬為0.05 mm的窄縫，進行光的衍射實驗，如圖2所示．則在光屏上看到的條紋是圖中的(　　)
圖1 圖2
6．(折射定律的應用)一條光線從空氣射入折射率為 的介質中，入射角為45°，在界面上入射光的一部分被反射，另一部分被折射，則反射光線和折射光線的夾角是(　　)
A．75° B．90° C．105° D．120°
7．(測定玻璃的折射率)(多選)“測定玻璃的折射率”的實驗中，在白紙上放好玻璃磚，aa′和bb′分別是玻璃磚與空氣的兩個界面，如圖5所示．在玻璃磚的一側插上兩枚大頭針P1和P2，用“×”表示大頭針的位置，然后在另一側透過玻璃磚觀察，并依次插上大頭針P3和P4.在插P3和P4時，應使(　　)
圖5 8題圖 圖3圖4
A．P3只擋住P1的像 B．P4只擋住P2的像
C．P3同時擋住P1、P2的像 D．P3擋住P4，同時擋住P1、P2的像
8．假設地球表面不存在大氣層，那么人們觀察到日出時刻與實際存在大氣層的情況相比(　　)
A．將提前 B．將延后
C．在某些地區將提前，在另一些地區將延后 D．不變
9.自行車上的紅色尾燈不僅是裝飾品，也是夜間騎車的安全指示燈，它能把來自后面的光照反射回去．某種自行車尾燈可簡化為由許多整齊排列的等腰直角棱鏡(折射率n>)組成，棱鏡的橫截面如圖3所示．一平行于橫截面的光線從O點垂直AB邊射入棱鏡，先后經過AC和CB邊反射后，從AB邊的O′點射出，則出射光線是(　　)
A．平行于AC邊的光線① B．平行于入射光線的光線②
C．平行于CB邊的光線③ D．平行于AB邊的光線④
10.　光導纖維的結構如圖4所示，其內芯和外套材料不同，光在內芯中傳播，關于光導纖維的說法正確的是(　　)
A．內芯的折射率比外套的大，光傳播時在內芯與外套的界面上發生全反射
B．內芯的折射率比外套的小，光傳播時在內芯與外套的界面上發生全反射
C．內芯的折射率比外套的小，光傳播時在內芯與外套的界面上發生折射
D．內芯的折射率與外套的相同，外套的材料有韌性，可以起保護作用
11．(全反射的應用)空氣中兩條光線a和b從方框左側入射，分別從方框下方和上方射出，其框外光線如圖5所示．方框內有兩個折射率n＝1.5的全反射棱鏡，下面給出了兩棱鏡四種放置方式的示意圖，其中能產生圖中效果的是(　　)
圖5
12在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋，若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光)，已知紅光與綠光頻率、波長均不相等，這時(　　)
A．只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消失
B．紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的干涉條紋依然存在
C．任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮
D．屏上無任何光亮
13．(楊氏雙縫干涉實驗)在楊氏雙縫干涉實驗中，如果(　　)
A．用白光作為光源，屏上將呈現黑白相間的條紋
B．用紅光作為光源，屏上將呈現紅黑相間的條紋
C．若僅將入射光由紅光改為紫光，則條紋間距一定變大
D．用紅光照射一條狹縫，用紫光照射另一條狹縫，屏上將呈現彩色條紋
14．下列關于雙縫干涉實驗的說法中，正確的是(　　)
A．單縫的作用是獲得頻率保持不變的相干光源
B．雙縫的作用是獲得兩個振動情況相同的相干光源
C．光屏上相距兩縫的路程差等于半波長的整數倍處出現暗條紋
D．照射單縫的單色光的頻率越高，光屏上出現的條紋寬度越寬
15．一束白光通過雙縫后在屏上觀察到干涉條紋，除中央白色條紋外，兩側還有彩色條紋，其原因是(　)
A．各色光的波長不同，因而各色光分別產生的干涉條紋間距不同 B．各色光的速度不同，造成條紋的間距不同
C．各色光的強度不同，造成條紋的間距不同 D．各色光通過雙縫到達一確定點的距離不同
16．(多選)利用圖7中裝置研究雙縫干涉現象時，下面幾種說法錯誤的是(　　)
圖7圖6甲圖6乙
A．將屏移近雙縫，干涉條紋間距變窄 B．將濾光片由藍色的換成紅色的，干涉條紋間距變寬
C．將單縫向雙縫移動一小段距離后，干涉條紋間距變寬 D．換一個雙縫之間距離較大的雙縫，干涉條紋間距變窄
三.填空題(共5道題,共14空,3分/空,共42分)
17．光從真空射入某種介質發生折射時，入射角的________與折射角的________之比，叫做這種介質的絕對折射率，簡稱折射率，用符號n表示．
18．要發生全發射，必須同時具備兩個條件：
(1)光從________介質射入________介質， (2)入射角____________________臨界角．
19．光從介質射入空氣(真空)時，發生全反射的臨界角C與介質的折射率n的關系是__________．
20.光產生干涉的條件：兩列光的________相同、振動方向相同，相差恒定．
21．若雙縫到屏的距離用l表示，雙縫間的距離用d表示，相鄰兩條亮紋間的距離用Δ
x表示，則入射光的波長為λ＝______________，實驗中d是已知的，測出l、Δx即可測
出光的波長λ.
22.現有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學元件，要把它們放在圖5所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測量紅光的波長．
(1)將白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光學元件，由左至右，表示各光學元件的字母排列順序應為C、 、A.
(2)本實驗的步驟有：
①取下遮光筒左側的元件，調節光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮；
②按合理順序在光具座上放置各光學元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上；
③用米尺測量雙縫到屏的距離；
④用測量頭(其讀數方法同螺旋測微器)測量數條亮條紋間的距離．
在操作步驟②時還應注意_________________________________________________．
(3)將測量頭的分劃板中心刻線與某亮條紋中心對齊，將該亮條紋定為第1條亮條紋，此時手輪上的示數如圖6甲所示．然后同方向轉動測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮條紋中心對齊，記下此時圖乙中手輪上的示數______ mm，求得相鄰亮條紋的間距Δx為________ mm.
(4)已知雙縫間距d為2.0×10－4 m，測得雙縫到屏的距離l為0.700m，由計算式λ＝___，求得所測紅光波長為____nm.
三.計算題(共2道,每道5分,共10分)
23．(折射定律的應用)人造樹脂是常用的眼鏡鏡片材料．如圖6所示，光線射在一人造樹脂立方體上，經折射后，射在桌面上的P點．已知光線的入射角為30°，OA＝5 cm，AB＝20 cm，BP＝12 cm，求該人造樹脂材料的折射率n.
圖6
在用紅光做雙縫干涉實驗時，已知雙縫間的距離為d=0.5 mm，測得雙縫到光屏的距離為l=1.0 m，在光屏上第一條暗條紋到第六條暗條紋間的距離為a=7.5 mm.求此紅光的頻率為多少？它在真空中的波長為多少？(提示:可能用到的公式有:Δx＝a/(n-1); λ＝Δx)
第四章 光 章末檢測題 答案
單選擇題
1答案　C解析　紅光的頻率小于藍光的頻率，在真空中紅光和藍光的傳播速度相同，由λ＝，得紅光波長比藍光波長長，故選項A錯誤．天空中的彩虹是水滴對不同色光的折射程度不同造成的，選項B錯誤．光纖通信利用了光的全反射原理，選項C正確．機械波在不同介質中傳播時，其頻率不變，但傳播速度不同，由v＝λf知，波長也不同，選項D錯誤．
2答案　D 解析　電磁波是橫波，A項錯；光在不同介質中傳播速度不同，波長也不同，B項錯；相干光的條件是頻率相同，C項錯；由激光的特點知D項正確．
3答案　D 解析　干涉條紋間距均勻，而衍射條紋間距不均勻， 中央亮條紋最寬．D正確．
4答案　C解析　當A、B兩偏振片的透振方向平行時，光屏上光的強度最強；當二者透振方向垂直時，光屏上光的強度最弱，幾乎為零，由此可知C選項正確．
5答案　D
6答案　C解析　如圖所示，根據折射定律＝n，則sin θ2＝＝＝，θ2＝30°，反射光線與折射光線的夾角θ＝180°－45°－30°＝105°，C正確．
7答案　C解析　在插上大頭針P3時，應使P3擋住P1、P2的像；在插上大頭針P4時，應使P4擋住P3，同時擋住P1、P2的像．所以選項C正確．
8答案　B解析　如圖所示，假設地球表面不存在大氣層，則地球上M處的人只能等到太陽運動到S處才看見日出，而地球表面存在大氣層時，太陽運動到S′處時，陽光經大氣層折射后即射到M點，不存在大氣層時觀察到日出時刻與實際存在大氣層的情況相比將延后，B正確．
9答案　B解析　由題意可知，折射率n>，且sin C＝，得臨界角小于45°，由圖可得，光從空氣進入棱鏡．因入射角為0°，所以折射光線不偏折．當光從棱鏡射向空氣時，入射角等于45°，發生全反射，根據幾何關系，結合光路可逆，可知：出射光線是②，即平行于入射光線，故B正確，A、C、D錯誤．
10答案　A解析　光導纖維內芯的折射率大于外套的折射率，光在由內芯射向外套時，在其界面處發生全反射，從而使光在內芯中傳播，A對．
11答案　B解析　四個選項產生的光路效果如圖所示：
12答案　C解析　分別用綠色濾光片和紅色濾光片擋住兩條縫后，紅光和綠光頻率不等，不能發生干涉，因此屏上不會出現干涉條紋，但仍有光亮．
13答案　B解析　用白光做楊氏雙縫干涉實驗，屏上將呈現彩色條紋，A錯；用紅光作為光源，屏上將呈現紅色亮條紋與暗條紋(即黑條紋)相間，B對；λ變小，Δx變小，C錯；紅光和紫光頻率不同，不能產生干涉條紋，D錯．
14答案　B解析　單縫的作用是產生一個線光源，兩個頻率相同的光源稱為相干光源，選項A錯誤；雙縫的作用是產生兩個頻率相同、振動情況相同的相干光源，選項B正確；路程差等于半波長奇數倍處出現暗條紋，選項C錯誤；頻率越高，波長越短，條紋寬度越窄，選項D錯誤．
15答案　A解析　各色光的頻率不同，波長不同，在屏上得到的干涉條紋的寬度不同，各種顏色的條紋相間得到彩色條紋．
16答案　C 解析　由條紋間距公式Δx＝λ(d指雙縫間距離，l是雙縫到屏的距離)，可知：A項中l減小，Δx變小；B項中λ變大，Δx變大；D項中d變大，Δx變小．故A、B、D正確．選C
二\填空題
17答．正弦　正弦 18．光密　光疏　大于或等于
19答．sin C＝ 20答.頻率 21.答
22答案　(1)E、D、B(2)放置單縫、雙縫時，必須使縫平行(3)13.870　2.310　(4)d△x/λ　6.6×102
解析　(1)濾光片E是從白光中選出單色紅光，單縫屏是獲取線光源，雙縫屏是獲得相干光源，最后成像在毛玻璃屏上．所以排列順序為：C、E、D、B、A.
(2)在操作步驟②時還應注意：放置單縫、雙縫時，必須使縫平行．
(3)測量頭的讀數應該：先讀整數刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可動刻度，題圖乙讀數為13.870 mm，題圖甲讀數為2.320 mm，所以相鄰條紋間距Δx＝ mm＝2.310 mm.
(4)由條紋間距離公式Δx＝λ得：λ＝，代入數值得：λ＝6.6×10－7 m＝6.6×102 nm.
23．答案　(或n＝1.5) 解析　設折射角為θ2，由折射定律n＝，其中θ1＝30°
由幾何關系知 sin θ2＝，且OP＝ 代入數據解得n＝(或n≈1.5).
24答案　(1)4.0×1014 Hz　解析　(1)相鄰兩條暗條紋間的距離Δx＝ m＝1.5 ×10－3 m.
根據λ＝Δx得λ＝×1.5×10－3 m＝7.5×10－7 m，由f＝得紅光的頻率f＝＝ Hz＝4.0×1014 Hz.
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