第四章光讲和练（原卷版）

第四章光一、反射定律和折射定律1.光的反射（1）反射现象：光从第1种介质射到它与第2种介质的________时，一部分光会________到第1种介质的现象。（2）反射定律：反射光线与入射光线、法线处在________内，反射光线与入射光线分别位于________；反射角________入射角。（3）在光的反射现象中，光路是________的。2.光的折射（1）折射现象：光从第1种介质射到它与第2种介质的________时，一部分光会________第2种介质的现象。（2）折射定律（如图所示）折射光线与入射光线、法线处在________内，折射光线与入射光线分别位于________；________与________成正比，即＝n12（式中n12是比例常数）。（3）在光的折射现象中，光路是________的。二、折射率1.定义光从真空射入某种介质发生折射时，________与________之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率。即n＝。2.折射率与光速的关系某种介质的折射率，等于光在________中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝________；由于c＞v，故任何介质的折射率n都________（填“大于”“小于”或“等于”）1。三、全反射1.光疏介质和光密介质介质光密介质光疏介质折射率大小光速小大相对性若n甲＞n乙，则甲相对乙是________介质若n甲＜n丙，则甲相对丙是________介质2.全反射现象（1）全反射：光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射.若入射角增大到某一角度，________光线完全消失，只剩下________光线的现象。（2）临界角：刚好发生全反射，即折射角等于________时的入射角.用字母C表示，光从介质射入空气（真空）时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是sinC＝.（3）全反射发生的条件①光从________介质射入________介质。②入射角________临界角。四、全反射棱镜1.形状：截面为________三角形的棱镜。2.全反射棱镜的特点（1）当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生________，与平面镜相比，它的反射率很高。（2）反射面不必涂敷任何反光物质，反射时失真________。五、光导纤维1.原理：利用了光的________。2.构造：由内芯和外套两层组成.内芯的折射率比外套的________，光传播时在内芯与外套的界面上发生________。3.光纤通信的优点是容量________、衰减________、抗干扰性强等。4.光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥镜等。六、杨氏干涉实验年，英国物理学家________成功地观察到了光的干涉现象，人们开始认识到光具有________。2.双缝干涉实验（1）实验过程：让一束单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生________。（2）实验现象：在屏上得到________的条纹。（3）实验结论：光是一种________。七、决定条纹间距的条件1.干涉条件：两波源的________、________方向都相同，相位差恒定。2.出现明暗条纹的判断（1）亮条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶________（填“奇”或“偶”）数倍时，出现亮条纹。（2）暗条纹：当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇________（填“奇”或“偶”）数倍时，出现暗条纹。八、光的衍射1.用单色平行光照射狭缝，当缝很窄时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了________的地方.这就是光的衍射现象。2.各种不同形状的障碍物都能使光发生________，致使影的轮廓________，出现________的条纹。3.发生明显衍射现象的条件：在障碍物的尺寸可以跟光的波长________，甚至比光的波长还________的时候，衍射现象十分明显。4.衍射光栅（1）构成：由许多________的狭缝________地排列起来形成的光学元件。（2）增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度变________，亮度________。（3）种类：________和________。九、光的偏振1.偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个________的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫做“________方向”。2.自然光和偏振光（1）自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于________上沿________方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同.这种光是“自然光”。（2）偏振光：在垂直于________的平面上，沿着某个________的方向振动，这种光叫做偏振光。3.光的偏振现象说明光是一种________。4.偏振现象的应用照相机镜头前的偏振滤光片、电子表的液晶显示、立体电影、车灯眩光的消除等。十、不同颜色光的波动性1.薄膜干涉中的色散薄膜干涉的原理：光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同位置，前、后两个面的反射光的________不同，在某些位置两列波叠加后相互加强，于是出现亮条纹；在另一些位置，两列波叠加后相互削弱，于是出现暗条纹。2.衍射中的色散用白光进行衍射实验时，得到的是________条纹，这是由于白光中包含各种颜色的光，不同色光亮条纹的位置不同。3.折射中的色散一束白光通过棱镜折射后，在屏上的光斑是彩色的，是因为透明物质对于波长不同的光的折射率n不一样，λ越小，n越________，波速v越________（填“快”或“慢”）。十一、激光1.激光的特点及应用特点应用相干性强：激光具有频率________、相位差________、偏振方向________的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性光纤通信平行度好：激光的________非常好，传播很远的距离后仍能保持一定的强度激光________，读取光盘上记录的信息，激光测距等亮度高：它可以在很小的________和很短的________内集中很大的________用激光束切割、焊接，医学上可以用激光做“光刀”，激发核聚变等2.全息照相（1）普通照相技术所记录的只是光波的________信息，而全息照相技术还可以记录光波的________信息。（2）原理：全息照片的拍摄利用了光的________原理。1.光的传播方向：当光从一种介质垂直进入另一种介质时，传播方向不变；斜射时，传播方向改变。2.光的传播速度：光从一种介质进入另一种介质时，传播速度一定发生变化。当光垂直界面入射时，光的传播方向虽然不变，但光传播的速度发生变化。3.光的折射中入射角与折射角的大小关系：当光从折射率小的介质斜射入折射率大的介质时，入射角大于折射角，当光从折射率大的介质斜射入折射率小的介质时，入射角小于折射角。4.反射定律和折射定律应用的步骤（1）根据题意画出光路图.。（2）利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、反射角、折射角均是光线与法线的夹角.（3）利用反射定律、折射定律及几何规律列方程求解。5.光路控制平行玻璃砖三棱镜圆柱体（球）对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折圆界面的法线是过圆心的直线，光线经过两次折射后向圆心偏折【例题】1.如图所示，虚线表示两种介质的界面及其法线，实线表示一条光线射向界面后发生反射和折射的光线，以下说法正确的是（）A.bO是入射光线B.aO是入射光线C.cO是入射光线D.Ob是反射光线2.如图所示，由两种单色光组成的复色光，通过足够大的长方体透明材料后分成a、b两束，如果a是绿光，则（）A.b可能是红光B.b可能是紫光C.在该透明材料中，a光的传播速度大于b光的传播速度D.入射角i足够大时，a将不能从透明材料下表面射出3.如图所示为横截面是等腰三角形的三棱镜，一束单色光从左侧射入，从右侧射出，调节棱镜的方位使入射光、出射光与左、右侧面的夹角相等且均等于α，已知棱镜的顶角为，则棱镜对单色光的折射率为（）A. B.C. D.4.一圆柱形透明介质放在水平地面上，其横截面如图所示，点为圆心，直径竖直，右侧半圆面镀银。一光线从点水平向右射入介质，光线在点的入射角为，在镀银处发生一次反射后射出介质，且射出时光线水平向左，则该介质的折射率为（）A. B. C. D.5.如题图所示，真空中，厚度为d的均匀矩形玻璃砖与水平面MN间倾角。玻璃砖上方A处发射出一条垂直于MN的单色细光线，经玻璃砖两次折射后射到MN上B点。A、B间水平距离，真空中光速为c、求：（1）该玻璃砖对该光线的折射率n；（2）该光线第一次从玻璃砖中射出时在玻璃砖中传播的时间t。【练习题】6.用激光笔沿着半圆形玻璃砖的半径射到它平直的边上，在该边与空气的界面处会发生反射和折射。观察到的现象如图所示，以下说法正确的是（）A.光线b是入射光B.玻璃砖的折射率C.顺时针转动玻璃砖时，光线b也顺时针方向转D.逆时针转动玻璃砖时，光线a逐渐减弱最后消失7.下列四幅光路图中，能表示一束白光通过三棱镜的是（）A. B.C. D.8.三块不同的透明材料叠加构成一体，一单色光在其中的传播路线如图所示，该单色光在三块材料的传播速度依次为，下列关系式中正确的是（）A. B.C. D.9.如图所示为半圆形玻璃砖，O为圆心，AB是水平直径，C为AO中点，一束单色光斜射到C点，逐渐改变入射方向，当入射光与AB面夹角为θ时，折射光线从圆弧的最高点D点射出，则玻璃砖对光的折射率为（）A. B. C. D.10.为了观察门外情况，有人在门上开一小圆孔，将一块圆柱形玻璃嵌入其中，圆柱体轴线与门面垂直，如图所示。从圆柱底面中心看出去，可以看到门外入射光线与轴线间的最大夹角称为视场角。已知该玻璃的折射率为n，圆柱长为l，底面半径为r，则视场角的正弦是（）A. B.C. D.11.如图，透明圆柱体的横截面圆心为，为直径。一束单色光从点沿平行方向射入圆柱体，折射后经过点。已知与长度之比为，、两点到直径的距离之比为，求透明圆柱体对单色光的折射率。【易错题小练习】12.一束复色光沿方向由真空射向半圆柱状的玻璃砖，发生折射而分为a、b两束单色光，其传播方向如图所示，则（）A.真空中a光的波长比b长B.a光在玻璃中的传播速度比b大C.a光在玻璃中的波长比其在真空中的长D.a、b光在玻璃砖中传播的时间相等1.全反射现象（1）全反射的条件：①光由光密介质射入光疏介质.②入射角大于或等于临界角.（2）全反射遵循的规律：①发生全反射时，光全部返回原介质，入射光与反射光遵循光的反射定律.②全反射的临界角C和折射率n的关系：sinC＝.（3）从能量角度来理解全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大.同时折射光线强度减弱，能量减小，反射光线强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光线强度减弱到零，反射光线的能量等于入射光线的能量.2.不同色光的临界角：由于不同颜色（频率不同）的光在同一介质中的折射率不同.频率越大的光，折射率也越大，所以不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越大的光的临界角越小，越易发生全反射.【例题】13.一束复合光以入射角i从玻璃界面MN射向空气时分成a、b、c三束光，如图所示，下列说法错误的是（）A.在玻璃中a光速度最大 B.在真空中b光速度最大C.在玻璃中c光速度最小 D.若逐渐增大入射角i，c光将首先发生全反射14.如图所示，透明材料制成的一个三棱镜ABC，∠A=30°，∠B=45°。一束绿光从AB面上D射入棱镜，调整入射光线方向当其垂直AB边射入时恰好无光线从BC射出。下面说法正确的是（）A.三棱镜对绿光的折射率为B.AC边会有绿光射出C.将绿光换成紫光，入射位置和方向不变，则AC面会有光线射出D.将绿光换成红光，入射位置和方向不变，则BC面和AB面均有红光射出15.如图所示，有一个长为12cm的线光源AB，其表面可以朝各个方向发光，现将AB封装在一个半球形透明介质的底部，AB中点与球心O重合。半球形介质的折射率为，为使AB发出的所有光都能射出球面，不考虑二次反射，则球半径R至少为（）A. B. C. D.16.一足够深的水池内盛有某种透明液体，液体的深度为h，在水池的底部中央放一点光源S，其中一条光线以45°入射角射到液体与空气的界面上，反射光线与折射光线的夹角为75°，如图，求：（1）这种液体的折射率；（2）液体表面亮斑的面积。【练习题】17.蓝光光盘是利用波长较短的蓝色激光读取和写入数据的光盘，而传统DVD光盘是利用红色激光来读取或写入数据。对于光存储产品来说，蓝光光盘比传统DVD光盘的存储容量大很多。如图所示，一束由红、蓝两单色激光组成的复色光从水中射向空气中，并分成a、b两束，则（）A.用a光可在光盘上记录更多的数据信息B.a光在水中的传播速度比b小C.逐渐增大红、蓝两单色激光的入射角，蓝光先从水面上方消失D.在水中同一深度的两点光源分别发出红光和蓝光，蓝光光源看起来浅一些18.如图所示，真空中折射率为的某种透明介质的截面是直角三角形，垂直于，。一束单色光从边上之间的点垂直射入透明介质，则该束单色光第一次射出透明介质时的出射角为（）A. B. C. D.19.如图所示，空气中有一折射率为的玻璃柱体，其横截面是圆心角为90°，半径为R的扇形OAB，一束平行光平行于横截面，以45°入射角射到OA上，OB不透光，若考虑首次入射到圆弧AB上的光，则AB上没有光透出的部分的弧长为（）A. B. C. D.20.如图所示，真空环境下某光纤弯曲部分两侧面圆弧的半径分别为R和2R，圆心为O，光纤的笔直部分的长度为L，现两束光线a、b垂直于端面AB入射，光线a的入射点距O点为R，光线b的入射点距O点为R，光纤对两光线的折射率均为，光速为c，则（）A.光线a、b均能在该光纤内全反射传播B.光线a、b在光纤内的传播速度为C.光线a第一次在圆弧面射出的折射角为D.光线b在光纤内传播时间后从CD面射出21.如图所示，是一直角三棱镜的横截面，，，一细光束从BC边的D点折射后，射到AC边的E点，发生全反射后经AB边的F点射出。EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中点。不计多次反射。（1）求出射光相对于D点的入射光的偏角；（2）为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？1.全反射棱镜入射方式项目方式一方式二方式三光路图入射面ABACAB全反射面ACAB、BCAC光线方向改变角度90°180°0°（发生侧移）2.光导纤维设光导纤维的折射率为n，当入射角为θ1时，进入光导纤维的光线传到侧面恰好发生全反射，则有：sinC＝，n＝，C＋θ2＝90°，由以上各式可得：sinθ1＝.由图可知：当θ1增大时，θ2增大，由光导纤维射向空气的光线的入射角θ减小，当θ1＝90°时，若θ＝C，则所有进入光导纤维中的光线都能发生全反射，即解得n＝.以上是光从光导纤维射向真空时得到的折射率，由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此折射率要比大些.【例题】22.空气中两条光线a和b从图所示的方框左侧平行入射，又从方框的上方平行射出，如图所示，方框内放置了一个折射率为n＝的等腰直角玻璃三棱镜，下列四幅图中给出了等腰直角玻璃三棱镜的放置方式，其中正确的是()A. B. C. D.23.如图所示，一束激光在长度为l=3m的光导纤维中传播。激光在光导纤维中的折射率，若激光由其左端的中心点以α=60°的入射角射入光导纤维，已知光在真空中的传播速度为3×108m/s，下列说法错误的是（）A.该束激光在左端面的折射角为30°B.激光从左端面的入射角过大，则不能在侧壁发生全反射C.激光在光导纤维中的速度为D.激光在光导纤维中传播的时间为2×108s24.自行车上的红色尾灯不仅是装饰品，也是夜间骑车的安全指示灯，它能把来自后面的光线反射回去。某种自行车尾灯可简化为由许多整齐排列的等腰直角棱镜（折射率）组成，棱镜的横截面如图所示。一平行于横截面的光线从O点垂直AB边射入棱镜，先后经过AC边和CB边反射后，从AB边的O′点射出，则出射光线是（）A.平行于AC边的光线①B.平行于入射光线的光线②C.平行于CB边的光线③D.平行于AB边的光线④25.如图所示为单反照相机取景器的示意图，五边形ABCDE为五棱镜的一个截面，。光线垂直AB边射入，分别在CD和EA上发生反射，且两次入射角相等，最后光线垂直BC射出。若两次反射均为全反射，则该五棱镜折射率的最小值是（）A. B. C. D.【练习题】26.光导纤维是光纤通讯中信号传播的载体，其内芯和涂层的材料不同。如图所示，一束单色光沿一定角度从一端射入内芯，会在内芯沿着锯齿形路线传播。下列说法正确的是（）A.涂层的折射率比内芯的折射率大B.光在内芯与涂层的界面上发生全反射C.光的频率越大，其在内芯中传播的速度越大D.仅增大光的频率，光束可能会从内芯进入涂层27.自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车。尾灯由透明介质制成，其外形如图甲所示，下列说法正确的是（）A.汽车灯光从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射B.汽车灯光从左面射过来，在尾灯的右表面发生全反射C.汽车灯光从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射D.汽车灯光从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射28.光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成，其侧截面如图所示，一复色光以一定的入射角（i≠0）从轴心射入光导纤维后分为a、b两束单色光，下列说法不正确的是（）A.内芯材料中a的折射率比对b的折射率小B.入射角i由逐渐增大时，a单色光全反射现象先消失C.从空气射入光导纤维，a、b单色光的波长都变长D.在内芯介质中a单色光的传播速度比b单色光大29.一玻璃砖横截面如图所示，其中ABC为直角三角形（AC边末画出），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．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A.从BC边折射出束宽度与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.当屏向远离玻璃砖方向平行移动时，屏上亮区先逐渐变小然后逐渐变大解决折射和全反射的综合题目时需要注意以下几点：1.做光路图时需要在折射或全反射面画出法线，入射角、反射角、折射角、全反射临界角均是光线和法线夹角；2.光线从光密介质进入光疏介质时，需要在接触面考虑是否能发生全反射；3.临界问题，如恰好不能穿过某个界面、恰好能照射到某个位置、照射的最大面积等，多和界面发生全反射有关。【例题】30.如图所示，一半径为R的透明半圆介质，O为圆心，AB为直径，光以入射角60°从D点射入该透明介质，恰好在AO的中点E发生全反射后，从F点射出透明介质。求：（1）透明半圆介质对光的折射率n；（2）光在介质中传播的时间t。31.如图所示为一透明介质，横截面为直角三角形ABC，一细束单色光PD从AC边上中点D射入介质，经AC折射后的光线照到BC边的中点时恰好发生全反射。若，，光在真空中传播的速度大小为c，求：（1）画出光线从AC边进入到AB边射出的光路图；（2）介质对该单色光的折射率多大；（3）单色光从D点开始到第一次离开介质时所用的时间多长。32.公园的湖面上有一伸向水面的混凝土观景平台，如图所示为其竖直截面图，观景台下表面恰好与水面相平，P点为观景台右侧面在湖底的投影，湖底水平，水深，在距观景平台右侧面处有垂直湖面足够大的幕布，幕布下边缘刚好和水面接触。在P点左侧处的Q点装有一单色点光源，该光源发出的光最高能照射到幕布上距水面的高处，求：①水对该单色光的折射率n；②若将该光源从Q点沿湖底向左移动，则移动多大距离时刚好没有光照到幕布上？33.某透明材料制成的一棱镜的截面图如图所示，一细光束从距OB高度为的E点沿半径射入棱镜后，在圆心0点恰好发生全反射，经CD面反射，再从圆弧上的F点射出。已知OA=a，。求：（1）F点的出射光线与法线的夹角；（2）光在棱镜中传播的时间（光在空中传播速度为c）。【练习题】34.如图，一横截面为等腰直角三角形ABC的玻璃砖，在真空中一条平行于AC边的光线从AB边上的O点射入玻璃砖，经AB边折射后打到AC边上的E点，已知，，。光在真空传播的速度为c。求：（1）玻璃砖的折射率；（2）调整入射光的方向，当光从O点垂直于AB边入射时，光从入射到光从玻璃砖射出所经历的时间。35.音乐喷泉不仅通过喷射的水柱来展示一种形态之美，更通过绚烂的灯光折射出色彩之美。音乐喷泉的色彩是通过水池底部的灯光来制造的，当靠近音乐喷泉观察时，人会发现水中的灯光照亮水面。某喷泉水池中水的深度为h，水池底部一射灯发出一束光，光线照射在水面上，入射的角度α=37°，从水面上出射的角度β=53°，如图所示。已知真空中的光速为c=3.0×108m/s，，sin53°=0.8.求：（1）水池中水的折射率n；（2）灯光在水中的传播速度v；（3）灯光可以照亮水面的面积S。36.某广场有一个喷泉，喷泉底部装有五颜六色的彩灯。如图所示，如果彩灯为一个长、宽的矩形水平光带（未标注），放置在水池底部，灯带离水面的高度差为h，水池面积足够大，灯带发出的绿光在水中的折射率为n，真空中的光速为c，求：（1）灯带发出的绿光能射出水面的最短时间；（2）灯带发出绿光时有绿光直接射出的水面的面积。37.2021年12月9日，“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站为青少年带来了一场精彩纷呈的太空科普课。王亚平在水膜里注水，得到了一个晶莹剔透的水球，接着又在水球中央注入一个气泡，形成了两个同心的球，如图所示，是通过球心O的一条直线，并与球右表面交于C点。一单色细光束平行于从B点射入球体，当没有气泡时，光线从C点射出，已知水球半径为R，光线距的距离为，光在真空中传播速度为c，求：（1）水对此单色光的折射率；（2）当球内存在气泡时，光线经过气泡全反射后，仍沿原方向射出水球，若水球半径及入射光线与的距离均不变，求此时气泡的半径大小以及光线在水球中传播时间。38.如图所示，底面半径为R、高也为R的圆柱形容器中装满某种透明液体，在底面圆心位置有一点光源，发现上表面有一部分的区域有光射出，光在该液体中折射率，光在真空中的传播速度为c，求：（1）光能从液体上表面射出的面积有多大；（2）射出的光线在透明液体中传播的最长时间（不考虑光线在容器壁上发生反射的情况）。39.图甲为某小轿车雨量传感器的结构示意图。传感器的光学元件紧贴前挡风玻璃内侧，其折射率与挡风玻璃相同，规格如图乙所示。当挡风玻璃外表面处于干燥状态时，红外发射管发出一束平行的红外线恰好在挡风玻璃的外表面发生全反射，最终被红外接收管接收；当挡风玻璃外表面有雨滴时，入射到挡风玻璃的部分光线不能发生全反射，导致接收管接收的红外线变弱，从而自动控制雨刮的转动。已知图甲中，光学元件的、边与挡风玻璃表面垂直，从中点射向挡风玻璃的光线恰好射向中点，挡风玻璃的厚度为，求：（1）挡风玻璃和光学元件的折射率；（2）已知，请推导、判断在图甲中，红外发射管应该是在A还是在B位置向中点发射红外线？红外接收管可能是在或中的哪个位置？请画出红外线由发射管到接收管的大致光路图。40.2022年2月4日，北京冬奥会开幕式惊艳全球，这场视听盛宴的最大“功臣”非LED显示技术莫属。发光二极管（LED）可高效地将电能转化为光能，在照明、平板显示、医疗器件等领域具有广泛的用途。有一种发光二极管，它由透明柱体和发光管芯组成。如图所示为一透明柱体的纵截面，柱体上半部分是球心为O、半径为R的半球体，M是球体的顶点，柱体下半部分是高度为R的圆柱体，其下表面的圆心为D、半径为R，管芯发光区域是半径为r且紧贴柱体下表面的圆面（PQ是直径，圆心也在D点）。（1）若透明体的折射率，真空中光速为c，求光从P点沿直线传播到M点的时间t；（2）为使管芯发出的光到达球面时都不发生全反射，透明体的折射率n应满足什么条件。1．双缝干涉（1）条纹间距：Δx＝λ，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大．（2）明暗条纹的判断方法：如图所示，相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1.当Δr＝nλ（n＝0,1,2…）时，光屏上P′处出现明条纹．当Δr＝（2n＋1）（n＝0,1,2…）时，光屏上P′处出现暗条纹．2．薄膜干涉（1）形成原因：如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．光照射到薄膜上时，从膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加．（2）明暗条纹的判断方法：两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于薄膜厚度的2倍，光在薄膜中的波长为λ.在P1、P2处，Δr＝nλ（n＝1,2,3…），薄膜上出现明条纹．在Q处，Δr＝（2n＋1）（n＝0,1,2,3…），薄膜上出现暗条纹．（3）应用：增透膜、检查平面的平整度．【例题】41.用如图所示的装置来观察光的双缝干涉现象时，以下推断正确的是（）A.双缝干涉图样中亮条纹之间的距离相等，暗条纹之间的距离不相等B.若入射光是白光，则像屏上的条纹是黑白相间的干涉条纹C.像屏上某点到双缝的距离差为入射光波长的倍时，该点处一定是亮条纹D.图中双缝屏的作用是使通过双缝的光形成两列相干光波42.如图所示为双缝干涉部分示意图，双缝间距为，双缝至屏的距离为，整个装置处于某种均匀透明介质中。若单色光在真空中波长为，经过测量得到相邻两条亮条纹间距，则可知该均匀透明介质的折射率为（）A. B. C. D.43.把一个曲率半径很大的凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上，让单色光从上方射入（如图甲），这时可以看到亮暗相间的同心圆（如图乙）。这个现象是牛顿首先发现的，这些同心圆叫做牛顿环，为了使同一级圆环的半径变大（例如从中心数起的第二道圆环），则应（）①将凸透镜的曲率半径变大②将凸透镜的曲率半径变小③改用波长更长的单色光照射④改用波长更短的单色光照射。A.①③ B.①④ C.②③ D.②④44.光的干涉现象在技术中有重要应用，例如：在磨制各种镜面或其他精密的光学平面时，可以用干涉法检查平面的平整程度。如图所示，在被测平面上放一个透明的样板，在样板的一端垫一个薄片，使样板的标准平面与被测平面之间形成一个楔形空气薄层。用单色光从上面照射，从样板上方向下观测时可以看到干涉条纹。如果被测表面是平整的，干涉条纹就是一组平行的直线（如图甲），（）A.若要使条纹变疏，可以将薄片向左移动B.如果干涉条纹如图乙所示发生弯曲，就表明被测表面弯曲对应位置向下凹C.将样板平行上移，条纹向着劈尖移动D.用黄光照射形成的干涉条纹间距比用绿光照射时小45.在双缝干涉实验中，若双缝处的两束光的频率均为6×1014Hz，两光源S1、S2的振动情况恰好相反，光屏上的P点到S1与到S2的路程差为3×106m，如图所示，则：(1)P点是亮条纹还是暗条纹？(2)设O为到S1、S2路程相等的点，则P、O间还有几条亮条纹，几条暗条纹？（不包括O、P两处的条纹）【练习题】46.如图甲所示为研究光的干涉现象的实验装置，狭缝S1、S2的间距d可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射在狭缝上，实验中在屏上得到了图乙所示图样（图中阴影部分表示暗条纹）。下列说法正确的是（）A.图乙中双缝干涉图样的亮条纹，经过半个周期后变成暗条纹B.仅减小狭缝S1、S2的间距d，图乙中相邻亮条纹的中心间距增大C.仅增加L，图乙中相邻亮条纹的中心间距减小D.若S1、S2到屏上P点的距离差为半波长的奇数倍，P点处是亮条纹47.如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯。在图示的情况下（）A.从肥皂薄膜的右面观察时，在薄膜上可看到水平条纹B.从肥皂薄膜的右面观察时，在薄膜上可看到竖直条纹C.从肥皂薄膜的左面观察时，在薄膜上可看到水平条纹D.从肥皂薄膜的左面观察时，在薄膜上可看到竖直条纹48.如图所示，一单色光源放在一空箱子左侧，中间放置一单缝，在箱子的左壁开有双缝，此时会在右壁上产生干涉图样。现把整个装置浸入透明油中，则右壁上产生干涉条纹会（）A.间距不变 B.间距变大 C.间距变小 D.条纹消失49.激光散斑测速是一种崭新的技术，它应用了光的干涉原理，用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度与二次曝光的时间间隔的乘积等于双缝间距，实验中可测得二次曝光时间间隔、双缝到屏之距离以及相邻亮纹间距，若所用的激光波长为，则该实验确定物体运动速度的表达式为（）A. B. C. D.50.光的干涉现象在技术中有重要应用。例如，在磨制各种镜面或其他精密的光学平面时，可以用干涉法检查平面的平整程度。如图所示，在被测平面上放一个透明的样板，在样板的一端垫一个薄片，使样板的标准平面与被测平面之间形成一个楔形空气薄层。用单色光从上面照射，在样板上方向下观测时可以看到干涉条纹。如果被测表面是平整的，干涉条纹就是一组平行的直线（如图甲），下列说法正确的是（）。A.干涉条纹是空气薄层的上下两表面的反射光干涉产生的B.将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条纹变疏C.如果干涉条纹如图乙所示发生弯曲，就表明被测表面弯曲对应位置向下凹D.如果干涉条纹如图乙所示发生弯曲，就表明被测表面弯曲对应位置向上凸51.G1、G2为放在水平面上的高度略有差别的两个长方体，为了检查这两个长方体的上表面是否相互平行，检测员用一块标准的平行透明平板T压在G1、G2的上方，T与G1、G2支架分别形成尖劈形空气层，如图所示。G1、G2的上表面与平板的夹角分别为α和β，P为平板T上表面上的一点。用单色光从上方照射平板T，G1、G2的上方都能观察到明显的干涉条纹可以推知（）A.若α=β，则G1上方的干涉条纹间距小于G2上方的干涉条纹间距B.若α>β，则G1上方的干涉条纹间距大于G2上方的干涉条纹间距C.若将G1、G2的间距缩短些，则G1上方的干涉条纹分布变得更密D.若在P处用较小的力下压平板T，则G1上方的干涉条纹分布变密52.如下图所示，在某次双缝干涉实验中，Q处是中央亮条纹P往上数的第一条亮纹，已知从S1和S2发来的两束相干光到Q处的路程差是9×107m，则实验所用的单色光的频率是多少？第二条暗纹到两双缝的路程差为多少？1.单缝衍射（1）单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹.中央条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄；通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹.（2）波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大；单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大.2.圆孔衍射：光通过小孔（孔很小）时，在光屏上出现中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环.如图所示.3.圆板衍射（泊松亮斑）（1）若在单色光（如激光）传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑.衍射图样如图所示.（2）中央是亮斑，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环.【例题】53.下列所示的图片、示意图大都来源于课本，关于这些图的判断，下列正确的是（）A.甲图是小孔衍射的图样，乙图为“泊松亮斑”B.甲图为“泊松亮斑”，乙图是小孔衍射的图样C.丙图是单缝衍射图样，丁图是双缝干涉图样D.丙图是双缝干涉图样，丁图是单缝衍射图样54.在抽制很细的金属丝的过程中，可以用激光随时监测抽丝的粗细情况。其装置如图甲所示，在抽丝机的细丝出口附近，用一束激光沿与细丝垂直的方向照射细丝，在细丝的另一侧用光屏接收激光。工作人员通过观察光屏上明暗相间亮斑的情况（如图乙所示为沿激光传播方向看到的光屏情况），便可知道抽制出的细丝是否合格。对于这种监控抽丝机的装置，下列说法中正确的是（）A.这是利用光的直线传播规律 B.这是利用光的衍射现象C.如果屏上条纹变宽，表明细丝粗了 D.如果屏上条纹变宽，表明细丝细了55.下列说法正确的是（）A.图1为检验工件平整度的装置，利用了光的衍射原理B.图2为光照射透光的小圆孔得到的干涉图样C.图3中沙漠蜃景属于光的全反射现象，其产生的原因是沙漠上层空气的折射率比下层空气的折射率大D.图4的原理和照相机镜头表面加上增透膜的原理是不同的【练习题】56.如图所示为一束红光经过狭缝装置得到的图样，下列说法正确的是（）A.图为干涉图样B.图为衍射图样C.只减小狭缝宽度，中央亮纹宽度会变窄D.当狭缝宽度调到很窄时，中央亮条纹亮度升高57.如图所示是用游标卡尺两测量爪间的狭缝观察光源时所得到的三种图像。当游标卡尺两测量爪间的狭缝宽度从逐渐变小时，所得到的图像的顺序是（）A.abc B.cba C.bac D.cab58.如图所示，a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样。分析各图样的特点可以得出的正确结论是（）A.a、b是光的干涉图样B.c、d是光的衍射图样C.形成a图样的光的波长比形成b图样光的波长短D.形成c图样的光的波长比形成d图样光的波长长59.对如图所示的图片、示意图或实验装置图，下列判断正确的是（）A.甲图中的“泊松亮斑”是小孔衍射的结果B.乙图是利用薄膜干涉来检测玻璃板平整程度C.丙图是双缝干涉示意图，若到、的路程差是半波长的偶数倍，则处出现亮条纹D.丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在铁丝圈上的肥皂膜上出现的是竖直条纹对偏振方向与透振方向的理解透振方向：偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫做“透振方向”.（1）当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向平行时，透射的光最强；当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向垂直时，光不能穿过偏振片.（2）当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向既不平行也不垂直时，则仍会有部分光透过偏振片，只是透过的光的强度介于平行和垂直两种情况之间.【例题】60.小华通过偏振太阳镜观察平静水面上反射的阳光转动镜片时发现光有强弱变化下列说法能够解释这一现象的是（）A.阳光在水面反射时发生了偏振，镜片起起偏器的作用B.阳光在水面反射时发生了偏振，镜片起检偏器的作用C.阳光在水面反射时没有发生偏振，镜片起起偏器的作用D.阳光在水面反射时没有发生偏振，镜片起检偏器的作用61.如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向看不到光亮，则（）A.图中a光为偏振光B.图中b光为自然光C.以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮D.以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮【练习题】62.如图所示，A、B为两偏振片，一束自然光沿方向射向A，此时在光屏C上透射光的强度最大，则（）A.光的偏振现象说明光是纵波B.自然光垂直于方向振动的光波的强度不相同C.只将A绕轴旋转30°时，屏上透射光的强度不为零D.只将B绕轴旋转180°时，屏上透射光的强度几乎为零63.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α，角度α为锐角，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标度值相比较，就能确定被测样品的含糖量了。如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，最后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法正确的是（）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，转动角度为锐角，使得O处光强度最大，偏振片B转过的角度等于αD.将偏振片A转动一个角度，转动角度为锐角，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α激光作为一种人造光源在科研、通信、工业生产、军事科技等领域都有着广泛应用，如激光干涉仪、激光切割机、激光炮等，激光的应用如此广泛，体现了激光相干性强、平行度好、亮度高。【例题】64.激光火箭的体积小，却可以装载更大、更重的卫星或飞船，激光由地面激光站或空间激光动力卫星提供，通过一套装置，像手电筒一样，让激光束射入火箭发动机的燃烧室，使推进剂受热而急剧膨胀，于是形成一股高温高压的燃气流，以极高的速度喷出，产生巨大的推力，把卫星或飞船送入太空。激光火箭利用了激光的（）①单色性好②平行度好③高能量④相干性好A.①② B.②③ C.①③ D.②④【练习题】65.关于激光，下列说法正确的是（）A.激光是自然光的一种B.自然界中某些天然物体也可以发出激光C.激光可以像刀子一样切除肿瘤D.由于激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象66.最近几年，激光因其多种独特属性被广泛应用到工业、医疗、商业、科研、信息和军事等领域中。关于激光，下列说法正确的是（）A.激光平行度好，可以用来测量月球到地球的距离B.激光相干性好，任何两束激光都能发生干涉C.激光是人工制造的，是原子受激辐射的光，不是偏振光D.激光全息照相是利用光的干涉记录物体三维图像的信息一、实验原理用插针法确定光路，找出与入射光线相应的出射光线，就能在玻璃砖中画出对应的折射光线，从而可以测出一组对应的入射角和折射角，根据折射定律，便可求出玻璃的折射率。二、实验器材玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉（3～4枚）、量角器、直尺、铅笔。三、操作步骤1.把白纸用图钉钉在木板上。2.用直尺画一条平行于玻璃砖一个面的一条线aa′作为界面，过aa′上一点O作垂直于aa′的直线NN′作为法线，过O点画一条入射光线AO，使入射角θ1适当大些，如图所示。3.在AO线上竖直地插两枚大头针P1、P2，在白纸上放上被测玻璃砖，使玻璃砖的一个面与aa′重合。4.沿玻璃砖的另一侧面用直尺画一条直线bb′。5.在玻璃砖的bb′一侧白纸上竖直地立一枚大头针P3，调整视线，同时移动大头针P3的位置，当P3恰好能同时挡住玻璃砖aa′一侧所插的大头针P1、P2的像时，把大头针P3插好。6.在玻璃砖bb′一侧再竖直地插一枚大头针P4，使P4能挡住P3本身，同时也能挡住P1、P2的像。7.记下P3、P4的位置，移去玻璃砖，拔去大头针，过P3、P4连一条直线BO′交bb′于O′点，连接OO′，OO′就是入射光线AO在玻璃砖内的折射光线，折射角为θ2。8.用量角器量出入射角θ1和折射角θ2的大小。9.改变入射角θ1，重复上面的步骤再做三、四次，量出相应的入射角和折射角。四、数据处理1.计算法：通过多次测量入射角和折射角，得出多组入射角和折射角的正弦值，再代入n＝中求出多个n的值，然后取其平均值，即为玻璃砖的折射率。2.单位圆法（1）以入射点O为圆心，以一定长度R为半径画圆，交入射光线OA于E点，交折射光线OO′于E′点，过E作NN′的垂线EH，过E′作NN′的垂线E′H′，分别交NN′于点H、H′，如图所示。（2）由图中关系知sinθ1＝，sinθ2＝，OE＝OE′＝R，则n＝＝，只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出n。3.图象法：求出多组对应的入射角与折射角的正弦值，作出sinθ1－sinθ2图象，由n＝可知图象应为直线，如图所示，其斜率为折射率。五、注意事项1.实验中，玻璃砖在纸上的位置不可移动。2.不能用手触摸玻璃砖光洁的光学面，更不能把玻璃砖当尺子用。3.大头针应竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应适当大些，以减小确定光路方向时造成的误差。4.实验中入射角不宜过小或过大，否则会使测量误差增大。【例题】67.如图所示，某小组同学在“测定玻璃的折射率”实验中，在白纸上放好玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针和，然后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针和，图中和分别是玻璃砖与空气的两个界面，为直线与的交点。（1）在插大头针时，应该______。（填正确选项前的字母）A．插上大头针，使挡住即可B．插上大头针，使挡住和的像C．插上大头针，使挡住和、的像（2）实验过程中，插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量______（填“大”或“小”）一些，这样有利于减小误差。（3）如果玻璃砖的两光学面不平行，用这种插针法______测出玻璃砖的折射率。（填“能”或“不能”）（4）写出计算玻璃砖折射率的表达式______（用图中物理量表示）。68.（1）如图所示，用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，下列说法中正确的是（）A.若、的距离较大时，通过玻璃砖会看不到、的像B.为减少测量误差，、的连线与法线的夹角应尽量小些C.为了减小作图误差，和的距离应适当取大些D.若、的连线与法线夹角较大时，有可能在面发生全反射，所以在一侧就看不到、的像（2）在该实验中，光线是由空气射入玻璃砖，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图所示，从图线可知玻璃砖的折射率是________。（3）在用针插法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙二位同学在纸上画出的界面、与玻璃砖位置的关系分别如图中①、②所示，其中甲同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖。他们的其它操作均正确，且均以、为界面画光路图。则甲同学测得的折射率与真实值相比_____（填“偏大”、“偏小”或“不变”）；乙同学测得的折射率与真实值相比______（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。【练习题】69.在通过“插针法”测量玻璃的折射率实验中：（1）关于该实验（甲图），有以下操作步骤：A摆好玻璃砖，确定玻璃砖上、下边界aa＇，bb＇B.任意画出一条入射光线，在光路上插上大头针P1、P2C.在确定P3、P4位置时，应使P3挡住P1、P2的像，P4挡住______________；D.在确定P3、P4位置时，二者距离应适当______（选填“近”或“远”），以减小误差。（2）如用乙所示，过P3、P4，作直线交bb＇于O＇，过O＇作垂直于bb＇的直线NN＇，连接OO＇。用量角器测量图乙中角α＝30°和β＝60°的大小，则玻璃的折射率n＝_______。（3）小丹同学在实验中虽测出了入射角和折射角。但苦于无法得知非特殊角的正弦值，不能准确计算出折射率，她利用实验室提供的圆规和刻度尺，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线MN＇的垂线，垂足分别为C、D，如图丙所示，则玻璃的折射率为_____（选填比例式前的字母）。A.B.C.70.如图甲所示，某同学在“测量玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面和。O为直线AO与的交点。在直线OA上竖直地插上、两枚大头针，接下来插上大头针，使挡住和的像，插上大头针，使挡住和、的像。（1）过、作直线交于，过作垂直于的直线，连接。测量图中角和的大小，则玻璃砖的折射率______；（2）关于该实验，下列说法正确的是______；（多选，选填选项前的字母）A.入射角适当大些，可以提高精确度B.、及、之间的距离取得大些，可以提高精确度C.、的间距、入射角的大小均与实验的精确度无关D.选择和的距离更大的玻璃砖可以减小实验误差（3）如图乙所示，该同学在实验中将玻璃砖界面和的间距画得过宽。若其他操作正确，则折射率的测量值______（选填“大于”“小于”或“等于”）准确值；（4）该同学准确地画好玻璃砖界面和后，实验过程中不慎将玻璃砖向下平移了一些，如图丙所示。若其他操作正确，则折射率的测量值______（选填“大于”“小于”或“等于”）准确值。1.实验原理单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮（暗）条纹间距Δx与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光波长λ之间满足λ＝Δx；2.实验过程（1）观察双缝干涉图样①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示．②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光。③调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏。④安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝平行，二者间距约为5～10cm.⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。（2）测定单色光的波长①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹。②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第n条