第四章光知识清单-高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

第四章光及其应用1光的反射和折射一、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种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质的现象.(2)反射定律：反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角.(3)在光的反射现象中，光路是可逆的.2．光的折射(1)折射现象：光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时，一部分光会进入第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、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n12(式中n12是比例常数).(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)在光的折射现象中，光路是可逆的.(5)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.(6)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.(7)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.二、折射率1．(1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率.即n＝eq\f(sinθ1,sinθ2).θ1为真空中的光线与法线的夹角，不一定为入射角；而θ2为介质中的光线与法线的夹角，也不一定为折射角.(2)折射率n是反映介质光学性质的物理量，它的大小由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角的大小无关，与介质的密度没有必然联系.同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小．(3)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率不变．2．折射率与光速的关系某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝eq\f(c,v).3．(1)光在介质中的传播速度v跟介质的折射率n有关，由于光在真空中的传播速度c大于光在任何其他介质中的传播速度v（c＞v），所以任何介质的折射率n都大于1.(2)某种介质的折射率越大，光在该介质中的传播速度越小.2全反射一、全反射1．光疏介质和光密介质(1)光疏介质：折射率较小的介质.(2)光密介质：折射率较大的介质.(3)光疏介质与光密介质是相对的.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，折射光线完全消失，只剩下反射光线的现象.(2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90°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＝eq\f(1,n).(3)全反射发生的条件①光从光密介质射入光疏介质.②入射角等于或大于临界角.(4)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＝eq\f(1,n).(5)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.(6)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.二、全反射棱镜1．形状：截面为等腰直角三角形的棱镜.2．全反射棱镜的特点(1)当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生全反射，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，反射时失真小.3．全反射棱镜改变光路的几种情况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)三、光导纤维1．构造及传播原理(1)原理：利用了光的全反射.(2)构造：光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有几微米到一百微米，如图所示，它是由内芯和外套两层组成的，内芯的折射率大于外套的折射率，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射.(3)传播原理：光由一端进入，在两层的界面上经过多次全反射，从另一端射出，光导纤维可以远距离传播光信号，光信号又可以转换成电信号，进而变为声音、图像.(4)光纤通信的优点是容量大、衰减小、抗干扰性强等.(5)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.2．光导纤维的折射率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＝eq\f(1,n)，n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，C＋θ2＝90°，由以上各式可得：sinθ1＝eq\r(n2－1).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＝eq\r(2).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eq\r(2)大些.四、光的折射定律和全反射规律的综合应用1．求解光的折射、全反射问题的四点提醒(1)光密介质和光疏介质是相对而言的，介质A相对于介质B可能是光密介质，而相对于介质C可能是光疏介质．(2)如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象．(3)光的反射和全反射现象，均遵循光的反射定律，光路均是可逆的．(4)全反射现象中，光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化，即v＝eq\f(c,n).2．解决全反射问题的一般步骤(1)确定光是从光密介质进入光疏介质．(2)应用sinC＝eq\f(1,n)确定临界角．(3)根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射．(4)如发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图．(5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算，解决问题．3光的干涉一、杨氏干涉实验1．1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象，人们开始认识到光具有波动性.2．杨氏双缝干涉实验(1)双缝干涉的装置示意图实验装置如图所示，有光源、单缝、双缝和光屏.(2)单缝的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况.也可用激光直接照射双缝.(3)双缝的作用：将一束光分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光.(4)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干涉现象.(5)实验现象：在屏上得到明暗相间等间距的条纹.(6)实验结论：光是一种波.3．光产生干涉的条件：两束光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同，才能产生稳定的干涉图样.杨氏双缝干涉实验是靠“一分为二”的方法获得两个相干光源的.4．干涉图样(1)单色光的干涉图样：干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹.(2)白光的干涉图样：中央条纹是白色的，两侧干涉条纹是彩色条纹.①明暗相间的彩色条纹；②中央为白色亮条纹；③干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的；④在每条彩色亮纹中红光总是在外侧，紫光在内侧。二、决定条纹间距的条件1．干涉条件：两波源的频率、振动方向都相同，相位差恒定.2．两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大.白光的干涉条纹的中央是白色的，两侧是彩色的，这是因为：各种色光都能形成明暗相间的条纹，都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹.两侧条纹间距与各色光的波长成正比，条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹.3．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数倍时，出现暗条纹.如图所示，设屏上的一点P到双缝的距离分别为r1和r2，光程差Δr＝r2－r1.(ⅰ)单色光：形成明暗相间的条纹，中央为明条纹．(1)若光程差Δr是波长λ的整倍数，即Δr＝nλ(n＝0，1，2，3，…)，P点将出现亮条纹.n＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹.n为亮条纹的级次.(2)若光程差Δr是半波长的奇数倍，即Δr＝(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0，1，2，3，…)，P点将出现暗条纹．n为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开.(3)屏上到双缝S1、S2距离相等的点即为加强点，故双缝干涉中央条纹为亮条纹．(ⅱ)白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色．4．相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距公式：Δx＝eq\f(l,d)λ.4实验：用双缝干涉测量光的波长一、实验基本技能1．实验目的(1)了解光波产生稳定的干涉现象的条件．(2)观察白光和单色光的双缝干涉图样．(3)测定单色光的波长．2．实验原理如图所示，光源发出的光，经过滤光片后变成单色光，再经过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一个单色光源，衍射光波同时到达双缝S1和S2之后，S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源，相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与入射光波长λ，双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l有关，其关系式为Δx＝eq\f(l,d)λ，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ.两条相邻亮(暗)条纹间的距离Δx用测量头测出．测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图所示．3．实验器材双缝干涉仪，即：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头，另外还有学生电源、导线、刻度尺．4．实验步骤(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，如图所示，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条亮条纹，测出n条亮条纹间的距离a，则相邻两亮条纹间距Δx＝eq\f(a,n－1).③用刻度尺测量双缝到光屏间距离l(d是已知的)．④重复测量、计算，求出波长的平均值．二、规律方法总结1．数据处理(1)条纹间距的计算：转动测量头的手轮，分划板中心刻线在第1条亮条纹中央时读数为a1，在第n条亮条纹中央时读数为an，则Δx＝eq\f(an－a1,n－1).(2)根据条纹间距与波长的关系Δx＝eq\f(l,d)λ得λ＝eq\f(d,l)Δx，其中d为双缝间距，l为双缝到光屏的距离．(3)测量时需测量多组数据，求λ的平均值．2．误差分析(1)双缝到光屏的距离l的测量存在误差．(2)测条纹间距Δx带来的误差：①干涉条纹没有调整到最清晰的程度．②误认为Δx为亮条纹的宽度．③分划板中心刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于亮条纹中心．④测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，此间距中的条纹数未数清．3．注意事项(1)调节双缝干涉仪时，要注意调整光源的高度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮．(2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上．(3)调节测量头时，应使分划板中心刻线和亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板中心刻线和另一亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条亮条纹间的距离．(4)不要直接测Δx，要测多条亮条纹的间距再计算得到Δx，这样可以减小误差．(5)白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外层．5光的衍射6光的偏振一、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，传播到了相当宽的地方.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衍射，致使影的轮廓模糊不清，出现明暗相间的条纹.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相比，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显.4．对光的衍射的理解(1)波长越长，衍射现象越明显．在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别．(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看作是沿直线传播的．5．衍射光栅(1)构成：由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件.(2)增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加.(3)种类：透射光栅和反射光栅.6．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；(2)白光（白炽灯）通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹.外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色。(3)波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大(衍射越容易发生)；单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大(衍射越容易发生).(4)白光的单缝衍射条纹为中央亮,两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色．7．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.8．单缝衍射和圆孔衍射图样的比较单缝衍射圆孔衍射单色光中央为亮且宽的条纹，两侧为明暗相间的条纹，且越靠外，亮条纹的亮度越弱，宽度越小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，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小；亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增大而减小白光中央为亮且宽的白色条纹，两侧为亮度逐渐变暗、宽度变窄的彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光，离中央最远的是红光中央是大且亮的白色亮斑，周围是不等间距的彩色的同心圆环9．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（不透明的半径很小的小圆盘），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.二、单缝衍射与双缝干涉的比较单缝衍射双缝干涉不同点产生条件只要狭缝足够小频率相同的两列光波相遇叠加现象光绕过障碍物偏离直线传播的现象光在重叠区域出现加强或减弱的现象典型实验杨氏双缝干涉实验单缝衍射、圆孔衍射和圆盘衍射图样条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽两侧变窄条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度情况中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相同相同点干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或减弱的结果.光的干涉和衍射的本质：光的干涉和衍射都属于波的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理．都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的．三、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”.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，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，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：在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动，这种光叫做偏振光.(3)自然光与偏振光的比较类别自然光(非偏振光)偏振光光的来源直接从光源发出的光自然光通过偏振片后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿任意方向，且沿各个方向光振动的强度相同在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿特定方向3．光的偏振现象说明光是一种横波.4．偏振光的应用：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.5．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.7光的颜色色散8激光一、光的颜色色散1．光的颜色与波长：不同颜色的光，波长不同.2．光的色散：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象.3．光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长的有序排列.二、光的色散1．现象：一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带．2．成因：棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光通过棱镜后的偏折程度最小，对紫光的折射率最大，紫光通过棱镜后的偏折程度最大，从而产生色散现象．3．各种色光的比较颜色红橙黄绿青蓝紫频率f低→高同一介质中的折射率小→大同一介质中的速度大→小波长大→小临界角大→小通过棱镜的偏折角小→大双缝干涉时的条纹间距大→小三、薄膜干涉中的色散1．薄膜干涉中相干光的获得光照射到薄膜上，在薄膜的前、后两个面反射的光是由同一个实际的光源分解而成的，它们具有相同的频率，恒定的相位差.2．薄膜干涉的原理(1)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．(2)光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射出来，形成两列频率相同的光波，并且叠加．3．薄膜干涉是经薄膜前、后表面反射的两束光叠加的结果，明暗条纹的判断方法单色光:①在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于波长的整数倍，即Δr＝kλ(k＝1，2，3，…)，薄膜上出现亮条纹．②在Q处，两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍，即Δr＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0，1，2，3，…)，薄膜上出现暗条纹．③用白光进行实验时薄膜上出现水平彩色条纹．4．薄膜干涉的应用(1)检查平面平整度①干涉法检查平面平整度的原理: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时,从空气层的上下两个表面反射的两列光波发生干涉。空气层厚度相同的地方,两列光波的路程差相同,两列光波叠加时相互加强或减弱的情况也相同,所以若被测表面是平的,干涉条纹就是一组平行的直线,如果干涉条纹是弯曲的,就表明被测表面不平。②被测平面凹下或凸起的形象判断法——矮人行走法:即把干涉条纹看成“矮人”的行走轨迹。让一个小矮人在两板间沿着一条条纹直立行走,始终保持脚踏被检板,头顶样板,在行走过程中:a.若遇一凹下,他必向薄膜的尖端方向去绕,方可按上述要求过去,即条纹某处弯向薄膜尖端,该处为一凹下(如图中P点)。b.若某处有一凸起,他要想过去,必向薄膜底部方向去绕,即条纹某处弯向薄膜底部方向时,该处必为一凸起(如图中Q点)。(2)增透膜在增透膜的前、后表面反射的两列光波形成相干波，当路程差为半波长的奇数倍时，两光波相互削弱，反射光的能量几乎等于零.(3)INCLUDEPICTURE"E:\\2019赵瑊\\同步\\物理人教新课改选择性必修1\\word\\总结提升1.tif"INCLUDEPICTURE"E:\\2019赵瑊\\同步\\物理人教新课改选择性必修1\\word\\总结提升1.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\2019赵瑊\\同步\\物理人教新课改选择性必修1\\word\\总结提升1.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\米昕\\2019\\同步\\看ppt\\物理人教选择性必修1新课标\\新建文件夹\\总结提升1.tif"INET注意：①由于薄膜干涉是经薄膜前、后表面反射的两束光叠加而形成的，所以观察时眼睛与光源应在膜的同一侧.②在光的薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度决定，所以薄膜干涉中同一亮条纹或同一暗条纹应出现在厚度相同的地方，因此又叫等厚干涉，每一条纹都是水平的.③用单色光照射得到明暗相间的条纹，用白光照射得到彩色条纹.三、衍射和折射时的色散1．衍射时的色散用白光进行衍射实验时，得到的是彩色条纹，是因为白光中包含了各种颜色的光，且各种颜色的光的波长不同，致使不同色光的亮条纹的位置不同，于是各种色光就区分开了.2．折射时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越大，波速v越慢.如图所示，白光通过棱镜折射后，由上到下的色光顺序为：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，这说明：(1)射出棱镜的光线与入射光线方向的夹角叫通过棱镜的偏向角，如图所示，白光色散时，红光的偏向角最小，紫光的偏向角最大，说明玻璃对不同色光的折射率是不同的.(2)根据n＝eq\f(c,v)可知：在同种介质中折射率大的速度小，各种色光在同种介质中的速度从小到大排序依次为v紫＜v蓝＜…＜v橙＜v红，即红光的速度最大，紫光的速度最小.(3)总结①同一介质对不同的色光有不同的折射率，介质对频率大、波长短的光折射率大，按折射率从小到大依次排列为：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫.②在同一介质中，不同色光的传播速度不同，红光的折射率小，传播速度大；紫光的折射率大，传播速度小.3．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)结构玻璃砖上下表面是平行的横截面为三角形横截面是圆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一侧偏折应用测定玻璃的折射率全反射棱镜，改变光的传播方向改变光的传播方向四、激光1．激光的特点及应用特点应用相干性强：激光具有频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的特点，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：激光的平行度非常好，传播很远的距离后仍能保持一定的强度激光会聚一点，读取光盘上记录的信息，激光测距等亮度高：它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量用激光束切割、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强弱信息，而全息照相技术还可以记录光波的相位信息.(2)原理：全息照片的拍摄利用了光的干涉原理.(3)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.补充：薄膜干涉薄膜干涉：如阳光照射下的肥皂膜，水面上的油膜，蜻蜓、蝉等昆虫的翅膀上呈现的彩色花纹，车床车削下来的钢铁碎屑上呈现的蓝色光谱等。薄膜干涉的特点：厚度不均匀的薄膜表面上的等厚干涉和厚度均匀薄膜在无穷远出形成的等倾干涉。一、薄膜干涉当一束光射到两种介质的界面时，将被分成两束，一束为反射光，另一束为折射光，从能量守恒的角度来看，反射光和折射光的振幅都要小于入射光的振幅，这相当于振幅被“分割”了。两光线a,b在焦平面上P点相交时的光程差Δ取决于n1,n2,n3的性质。1.劈形膜光程差：上表面反射的反射光1光密到光疏，有半波损失；下表面反射的反射光2光疏到光密，没有半波损失（若是介质膜放在空气中，则上表面没有半波损失，下表面有半波损失）。光程差干涉条件为明纹暗纹干涉条件为明纹暗纹明纹明纹或者明纹明纹暗纹暗纹明纹明纹暗纹暗纹讨论：1在劈形膜棱边处e=0，因而形成暗纹。2相邻两条明纹(或暗纹)在劈形膜表面的距离。LL3、干涉条纹的移动每一条纹对应劈尖内的一个厚度，当此厚度位置改变时，对应的条纹随之移动应用：1）用劈形膜干涉测量薄片厚度Δh待测块规Δh待测块规标准块规平晶待测样品石英环平晶干涉膨胀仪3）检验光学元件表面的平整度S牛顿环S牛顿环平凸透镜平晶erR·平晶平凸透镜暗环o分束镜M测量显微镜o.1装置2光程差Δ＝3明暗纹半径明纹r=4条纹特点1）膜层厚度＝e＝2）条纹内稀外密(可由膜厚变化情况分析)见上图在牛顿环中，θ逐渐增大，故条纹中心疏，边缘密。另由暗环半径公式r1:r2:r3=1:(2)1/2:(3)1/2krk,条纹间距3)中间条纹级次低思考：(1)如果平凸透镜上移，条纹怎样移动?透镜上移，膜层厚度增大，条纹级次增大，条纹向外移动。(2)白光条纹如何？(3)在白光照射下，同一级条纹中哪种色的半径大？(4)如果平板玻璃上有微小的凸起，将导致牛顿环发生畸变，问该处的牛顿环将局部外凸还是内凹？同一级等厚条纹应对应相同的膜层厚度。厚度相同的地方应组成同一条纹，向外凸。三、等倾干涉对于厚度均匀的薄膜，光程差是由入射角i决定的，凡以相同的倾角入射的光，经膜的上、下表面反射后产生的相关光束都有相同的光程差，从而对应于干涉图样样中的一条条纹，故将此类干涉条纹称为等倾条纹。等倾干涉明纹的光程差的条件：等倾干涉暗纹的光程差的条件：两透射光线a,b相干的光程差：透射光也有干涉现象。当反射光的干涉相互加强时，透射光的干涉相互减弱。显然，这是符合能量守恒定律的。反射光相互加强时透射光相互减弱，当反射光相交减弱时，透射光相互加强，两者是互补的。四、增透膜和增反膜光学镀膜：在一块透明平整的基底（玻璃n1=1.52）表面用化学或物理的方法涂一层透明的介质薄膜（n）,形成单层膜。单层膜系有两个界面，空气和膜层的界面及膜层和基底的界面。光波在两个界面上一次反射和透射，产生多光束干涉。称ne为膜层厚度。膜层厚度均为ne=λ/4增透膜：膜层的折射率大于基底的折射率增反膜：膜层的折射率小于基底的折射率实验：测定玻璃的折射率一、实验基本技能1．实验目的会用插针法测定玻璃的折射率，掌握光发生折射时，入射角和折射角的确定方法．2．实验原理如图所示，用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O′B，确定出O′点，画出折射光线OO′，然后测量出角θ1和θ2的度数，根据n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)计算出玻璃的折射率．3．实验器材白纸，图钉，大头针，长方形玻璃砖，直尺，铅笔，量角器，木板．4．实验过程(1)如图所示，将白纸用图钉固定在绘图板上，先在白纸上画出一条直线aa′作为界面．过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线．(2)把长方形玻璃砖平放在白纸上，使它的一条长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一条长边bb′.(3)在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向，直到P1的像被P2挡住．再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，记下P3、P4的位置．(4)移去大头针和玻璃砖，过P3、P4引直线O′B，与bb′交于O′，直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线透过玻璃砖后的传播方向．连接OO′，入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′.(5)用量角器量出入射角和折射角，查出它们的正弦值，将数据填入自己设计的表格中．(6)改变入射角，用上述方法分别测出入射角和折射角，查出它们的正弦值，填入表格中．(7)根据n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)求得每次测得的折射率，然后求出平均值．二、规律方法总结1．数据处理(1)用单位圆处理数据在找到入射光线和折射光线以后，可以以入射点O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO、OO′(或OO′的延长线)交于C点和D点，过C、D两点分别