第四章光（单元知识清单）

第三章机械波知识梳理光的折射光的折射1．光的反射(1)反射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光返回到第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。2．光的折射(1)折射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光进入第2种介质的现象。(2)折射定律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)。光的折射定律的三个关键词：“同平面”“线两旁”“成正比”。(3)在光的折射现象中，光路是可逆的。二、折射率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，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，即n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)。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)。第2节全反射全反射1．光疏介质和光密介质：对于折射率不同的两种介质，我们把折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介质称为光密介质，光疏介质和光密介质是相对的。2．全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光。这种现象叫作全反射，这时的入射角叫作临界角。3．全反射的发生条件(1)光线从光密介质射入光疏介质。(2)入射角大于或等于临界角。4．临界角C与折射率n的关系：sinC＝eq\a\vs4\al(\f(1,n))。二、全反射棱镜与光导纤维1．全反射棱镜(1)形状：截面为等腰直角三角形的棱镜。(2)光学特征①当光垂直于截面的直角边射入棱镜时，光在截面的斜边上发生全反射，光射出棱镜时，传播方向改变了90°。②当光垂直于截面的斜边射入棱镜时，在两个直角边上各发生一次全反射，使光的传播方向改变了180°。(3)应用：用于双筒望远镜中。2．光导纤维及其应用(1)原理：利用了光的全反射。(2)构造：光导纤维是非常细的特制玻璃丝，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。(3)应用①医学上用光纤制成内窥镜。②用于光纤通信，其特点是传输容量大、能量衰减小、抗干扰性及保密性强等。第3节光的干涉光的双缝干涉1．杨氏双缝干涉实验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，即杨氏双缝干涉实验，实验证明光是一种波。2．双缝干涉(1)实验装置(说明：屏在挡板右侧，没有画出)(2)实验过程：让一束平行的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。(3)实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹。(4)产生明暗条纹的条件①当两个光源与屏上某点的距离之差等于波长λ的整数倍时，两列光波在这点相互加强，出现亮条纹。②当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长eq\f(λ,2)的奇数倍时，两列光波在这点相互减弱，出现暗条纹。3．相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距Δx＝eq\f(l,d)λ。薄膜干涉1．定义：薄膜前后两个面的反射光相互叠加，发生的干涉。2．形成原因不同位置的液膜，厚度不同，来自前后两个面的反射光的路程差不同。(1)某些地方，两列波叠加后互相加强，出现亮条纹；(2)在另一些位置，两列波叠加后相互削弱，出现暗条纹。3．彩色条纹形成原因由于不同颜色的光的波长不同，薄膜上不同颜色光的条纹的明暗位置也不同，相互交错，看上去会有彩色条纹。4．应用(1)在光学元件的表面镀一层特定厚度的薄膜，增加光的透射或反射。(2)检测镜面或其他精密的光学平面的平滑度。第4节实验：用双缝干涉测光的波长一、实验目的1．观察白光及单色光的双缝干涉图样。2．掌握利用公式Δx＝eq\f(l,d)λ测量单色光波长的方法。二、实验原理1．测量原理在双缝干涉实验中，由条纹间距公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，已知双缝间距d，测出双缝到屏的距离l，再测出相邻两明条纹(或相邻两暗条纹)中心间距Δx，即可由公式λ＝eq\f(d,l)Δx计算出入射光波长的大小。2．条纹间距Δx的测量方法如图甲所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，测量时先转动测量头，让分划板中心刻线与亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，然后转动手轮，使分划板向左(向右)移动至分划板的中心刻线与另一相邻亮条纹的中心对齐，如图乙所示，记下此时读数，再转动手轮，用同样的方法测出n条亮纹间的距离a，可求出相邻两亮纹间的距离Δx＝eq\f(a,n－1)。三、实验器材双缝干涉仪(包括：光具座、光源、透镜、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃及测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等)、滤光片、学生电源、导线、米尺。第5节光的衍射1．光的衍射现象：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，光没有沿直线传播，它绕过了狭缝(或圆孔)的边缘，传播到相当宽的地方的现象。2．明显衍射的条件：障碍物或狭缝的尺寸足够小。3．衍射图样：衍射时产生的明暗相间条纹。4．单缝衍射：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，其余条纹变窄、变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白条纹。5．圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现明暗相间的圆环。6．衍射光栅(1)定义：由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件。(2)分类①透射光栅；②反射光栅。光的偏振激光光的偏振1．偏振(1)不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能不同的现象，称为偏振现象。(2)横波的振动方向称为偏振方向。(3)偏振现象是横波的特有现象，纵波没有偏振现象。2．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，沿这个方向振动的光波能顺利通过偏振片，这个偏振方向叫作透振方向。(2)自然光：由太阳、电灯等普通光源发出的光，它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。(3)偏振光：自然光垂直透过某一偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，沿着某一特定方向振动的光叫作偏振光。自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面的反射光和折射光都是偏振光，入射角变化时偏振的程度也有所变化。3．偏振现象的应用摄影中应用偏振光：为了消除反射光的影响，在镜头前安装一片偏振滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，减弱了反射光进入镜头。激光激光的特点及应用特点性质应用相干性激光具有