新教材-人教版高中物理选择性必修第一册-第四章-光-知识点考点重点难点提炼汇总

第四章光1光的折射 -1-2全反射 -11-3光的干涉 -20-4实验：用双缝干涉测量光的波长 -27-5光的衍射 -33-6光的偏振激光 -33-1光的折射一、光的反射及反射定律1．光的反射：光从第1种介质射到与第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．光在反射时遵循反射定律．二、光的折射及折射定律1．光的折射及折射定律光的折射光从第1种介质斜射到与第2种介质的分界面时，一部分光进入第2种介质的现象入射角、折射角入射角：入射光线与法线的夹角θ1折射角：折射光线与法线的夹角θ2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)＝n122.光路可逆性在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的．三、折射率1．物理意义：反映介质的光学性质的物理量．2．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：n＝eq\f(sinθ1,sinθ2).3．研究表明，光在不同介质中的速度不同，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).考点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)光在反射时遵从反射定律．2.光的折射(1)折射现象如图所示，当光线入射到两种介质的分界面上时，一部分光被反射回原来介质，即反射光线OB.另一部分光进入第2种介质，并改变了原来的传播方向，即光线OC，这种现象叫作光的折射现象，光线OC称为折射光线．【说明】光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一般要发生变化，但并非一定要变化，当光垂直界面入射时光的传播方向就不变化．(2)折射定律：折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和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．光路可逆性在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的．如果让光线逆着出射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线出射．【例1】如图所示，光线以入射角θ1从空气射向折射率n＝eq\r(2)的玻璃表面．(1)当入射角θ1＝45°时，反射光线与折射光线的夹角θ为多大？(2)当入射角θ1为多大时，反射光线和折射光线垂直？【审题指导】1．如何确定θ1与θ1′的关系？2．如何确定θ1与θ2的关系？【解析】(1)设折射角为θ2，由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，得sinθ2＝eq\f(sinθ1,n)＝eq\f(sin45°,\r(2))＝eq\f(1,2)，所以θ2＝30°.又反射角θ1′＝45°，则反射光线与折射光线的夹角θ＝180°－θ1′－θ2＝105°.(2)当反射光线和折射光线垂直时，即θ1′＋θ2＝90°，n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(sinθ1,cosθ1′)＝eq\f(sinθ1,cosθ1)＝tanθ1＝eq\r(2)，则入射角θ1＝arctaneq\r(2).【答案】(1)105°(2)arctaneq\r(2)解决此类光路问题，关键是辨清“三线、两角、一界面”间的关系.注意以下几点：1根据题意正确画出光路图.2利用几何关系确定光路中的边、角关系，注意入射角、反射角、折射角的确定.3利用反射定律、折射定律求解.4注意光路的可逆性的利用.【例2】有一水池实际深度为3m，当垂直水面向下看时，水的视深为多少？(已知水的折射率为eq\f(4,3))【审题指导】1．观察水中的物体会变浅，是物体真的变浅了吗？2．观察水中的物体会变浅，实际看到的是物体的像，要作出物体的像，至少要用几条光线？3．当角度很小时，这个角的正弦跟正切可以近似认为相等吗？【解析】设水池的实际深度为H，水的视深为h，从正上方沿竖直向下的方向观察池底S时，由于光的折射现象，其视深位置为S′处，观察光路如图所示．由几何关系和折射定律可知：n＝eq\f(sini,sinγ)，O1O2＝htani＝Htanγ，考虑到从正上方观察时，角i和γ均很小，所以有：sini≈tani，sinγ≈tanγ.因此，h＝eq\f(H,n)＝eq\f(3,\f(4,3))m＝eq\f(9,4)m＝2.25m.【答案】2.25m考点二折射率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，用符号n表示．2．物理意义折射率是反映介质折射光的本领大小的一个物理量．3．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).4．折射率的大小特点任何介质的折射率都大于1.(1)由公式n＝eq\f(c,v)看，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，所以任何介质的折射率都大于1.(2)由公式n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)看，光从真空斜射向任何其他介质时，入射角都大于折射角．所以任何介质的折射率都大于1.【说明】折射率的大小由介质本身及入射光的频率决定，与入射角、折射角的大小无关．【例3】一个圆柱形筒，直径为12cm，高为16cm.人眼在筒侧壁上方某处观察，所见筒侧壁的深度为9cm，当筒中装满液体时，则恰能看到筒侧壁的最低点，求：(1)此液体的折射率；(2)光在此液体中的传播速度．【审题指导】题中“恰能看到”，表明人眼看到的是筒侧壁最低点发出的光线经界面折射后进入人眼的边界光线，由此可作出符合题意的光路图．在作图或分析计算时还可以由光路可逆原理，认为“由人眼发出的光线”折射后恰好到达筒侧壁最低点．【解析】根据题中的条件作光路图如图所示．(1)由图可知：sinθ2＝eq\f(d,\r(d2＋H2))，sinθ1＝sini＝eq\f(d,\r(d2＋h2)).则此液体的折射率为：n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(\r(d2＋H2),\r(d2＋h2))＝eq\f(\r(122＋162),\r(122＋92))＝eq\f(4,3).(2)光在此液体中的传播速度：v＝eq\f(c,n)＝eq\f(3.0×108,\f(4,3))m/s＝2.25×108m/s.【答案】(1)eq\f(4,3)(2)2.25×108m/s本题中知道人眼看到的是边界光线，知道人眼顺着折射光线的反向延长线看去是人眼所见的筒深9cm，这是正确作出光路图的依据.总之，审清题意画出光路图必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图，是分析折射问题的关键.考点三测定玻璃的折射率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：如图所示的是两面平行的玻璃砖对光路的侧移．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′，量出入射角θ1和折射角θ2，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、直尺、铅笔、量角器、平木板、长方形玻璃砖．4．实验步骤(1)将白纸用图钉固定在绘图板上．(2)在白纸上画出一条直线aa′作为界面(线)，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．(3)把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一长边bb′.(4)在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向直到P2的像挡住P1的像．再在观察者一侧竖直插上两枚大头针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．(5)移去大头针和玻璃砖，过P3、P4作直线O′B与bb′交于O′，直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向．(6)连接OO′，入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′.用量角器量出入射角和折射角，从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记录在自己设计的表格中．(7)用上述方法分别求出入射角为30°、45°、60°时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中．1玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5cm以上.若宽度太小，则测量误差较大.2入射角θ1应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角也不宜太大.3在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线.4在以上操作过程中，玻璃砖与白纸相对位置不能变.5．数据处理(1)方法一：平均值法算出不同入射角时的比值eq\f(sinθ1,sinθ2)，最后求出在几次实验中所测eq\f(sinθ1,sinθ2)的平均值，即为玻璃砖的折射率．(2)方法二：图像法以sinθ1值为横坐标、sinθ2值为纵坐标，建立直角坐标系，如右图所示．描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线．求解图线斜率k，则k＝eq\f(sinθ2,sinθ1)＝eq\f(1,n)，故玻璃砖折射率n＝eq\f(1,k).(3)方法三：作图法在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO交于C点，OO′(或OO′的延长线)交于D点，过C、D两点分别向NN′作垂线，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的长，如图所示．由于sinθ1＝eq\f(CC′,CO)，sinθ2＝eq\f(DD′,DO)，且CO＝DO，所以折射率n1＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(CC′,DD′).【例4】(多选)某同学用插针法测定玻璃砖的折射率，他的实验方法和操作步骤准确无误，但他处理实验记录时发现玻璃砖的两个光学面aa′与bb′不平行，则()A．入射光线与出射光线两条直线平行B．入射光线与出射光线两条直线不平行C．他测出的折射率偏大D．他测出的折射率不受影响【审题指导】1．测定玻璃折射率实验中，对玻璃砖有什么要求？2．实验时为了减小误差，对入射角大小有什么要求？3．本实验中，必须选用两侧面平行的玻璃砖吗？4．可以用圆形的或三角形的玻璃砖做本实验吗？【解析】如图所示，在光线由aa′进入玻璃砖的偏折现象中，由折射定律知：n＝eq\f(sinα,sinβ).在光线由bb′射出玻璃砖的偏折现象中，同理，n＝eq\f(sinr,sini).若aa′与bb′平行，则i＝β，因此，α＝r，此时入射光线AO与出射光线O′B平行．若aa′与bb′不平行，则i≠β，因此，α≠r.此时入射光线AO与出射光线O′B不平行，选项B正确．在具体测定折射率时，要求实验方法、光路均准确无误，折射率的测量值不受aa′与bb′是否平行的影响，选项D正确．故正确答案为B、D.【答案】BD1入射光线与出射光线是否平行，取决于玻璃砖两界面aa′与bb′是否平行.2利用插针法确定光的入射点和出射点，从而确定入射光线和折射光线.此方法适合应用于平行玻璃砖、棱镜、圆柱形玻璃体等.测定折射率的几种常见方法1．成像法原理：利用水面的反射成像和水的折射成像．方法：如图所示，在一盛满水的烧杯中，紧挨杯口竖直插一直尺，在直尺的对面观察水面，能同时看到直尺在水中的部分和露出水面部分的像，若从点P看到直尺水下最低点的刻度B的像B′(折射成像)恰好跟直尺在水面上刻度A的像A′(反射成像)重合，读出AC、BC的长，量出烧杯内径d，即可求出水的折射率n＝eq\r(BC2＋d2/AC2＋d2).2．观察法原理：光的折射定律．方法：取一圆筒，放在水平桌面上，如图所示．从点A观察，调整视线恰好看到筒底边缘点B，慢慢向筒中注入清水至满，仍从点A观察，能看到筒底的点C，记录点C位置，量出筒高h，筒的内径d及C到筒另一边缘D的距离l，则水的折射率n＝deq\r(l2＋h2)/(leq\r(d2＋h2))．3．视深法原理：利用视深公式h′＝h/n.方法：在一盛水的烧杯底部放一粒绿豆，在水面上方吊一根针，如图所示．调节针的位置，直到针尖在水中的像与看到的绿豆重合，测出针尖距水面距离即为杯中水的视深h′，再测出水的实际深度h，则水的折射率n＝h/h′.4．光路可逆法原理：根据光路可逆和折射定律．方法：用如图所示的装置可以测定棱镜的折射率，其中ABC表示待测直角棱镜的横截面，棱镜的两个锐角α和β都是已知的，紧贴直角边AC的是一块平面镜，将一束光SO入射到棱镜的AB面上，适当调整光线SO的入射方向使AB面出射的光线与入射光线SO恰好重合，在这种情况下，仅需要测出一个物理量就可以算出该棱镜的折射率．从AC面反射的光原路返回，由光路可逆，射到AC面上的光一定垂直AC面，则折射角等于α，只要能测出入射角或入射角的余角即可，所以只要测出∠SOB或入射角i，折射率n＝eq\f(cos∠SOB,sinα)或n＝eq\f(sini,sinα).5．全反射法原理：全反射现象(后面将学到)．方法：在一盛满水的大玻璃缸下面放一发光电珠，如图所示．在水面上观察，看到一圆的发光面，量出发光面直径D及水深h，则水的折射率n＝eq\r(D2＋4h2)/D.6．插针法原理：光的折射定律．方法：插针法的作用是找出玻璃砖内的光路，其关键是确定入射点和出射点，而入射点和出射点是利用插针后确定的直线与界面相交而得到的，故实验的关键是插准大头针，画准玻璃砖边界线，而与所选玻璃砖两边平行与否无关．如用半圆形、圆形或三角形玻璃砖，均可测出其折射率，光路如图所示．【典例】一块玻璃砖有两个相互平行的表面，其中一个表面是镀银的(光线不能通过此表面)．现要测定此玻璃的折射率．给定的器材还有：白纸、铅笔、大头针4枚(P1、P2、P3、P4)、带有刻度的直角三角板、量角器．实验时，先将玻璃砖放到白纸上，使上述两个相互平行的表面与纸面垂直．在纸上画出直线aa′和bb′，aa′表示镀银的玻璃表面，bb′表示另一表面，如图所示．然后，在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2(位置如图)．用P1、P2的连线表示入射光线．(1)为了测量折射率，应如何正确使用大头针P3、P4？试在题图中标出P3、P4的位置；(2)然后，移去玻璃砖与大头针．试在题图中通过作图的方法标出光线从空气到玻璃中的入射角θ1与折射角θ2.简要写出作图步骤；(3)写出用θ1、θ2表示的折射率公式．【解析】(1)在bb′一侧观察P1、P2(经过bb′折射aa′反射，再经bb′折射后)的像，在适当的位置插上P3，使得P3与P1、P2的像在一条直线上，即让P3挡住P1、P2的像；再插上P4，让它挡住P2(或P1)的像和P3.P3、P4的位置如图．(2)①过P1、P2作直线与bb′交于O；②过P3、P4作直线与bb′交于O′；③利用刻度尺找到OO′的中点M；④过O点作bb′的垂线CD，过M点作bb′的垂线与aa′相交于N，如图所示，连接ON；⑤∠P1OD＝θ1，∠CON＝θ2.(3)n＝eq\f(sinθ1,sinθ2).【答案】见解析对于玻璃三棱镜折射率的测定，其方法与球形玻璃折射率的测定方法是一样的：(1)在玻璃的一侧竖直插两枚大头针P1和P2.(2)在另一侧再先后插两枚大头针P3和P4，使从另一侧隔着玻璃观察时，大头针P4、P3和P2、P1的像恰好在一条直线上．(3)移去玻璃和大头针后得到如图所示的光路图，可以按光路图确定入射光线AO，出射光线O′B，则OO′为折射光线．(4)用量角器量出i、r，即可求出折射率n＝eq\f(sini,sinr).2全反射一、全反射1．光密介质、光疏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．2．全反射及临界角的概念(1)全反射：光从光密介质射入光疏介质时，若入射角增大到某一角度，折射光线就会完全消失，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，则sinC＝eq\f(1,n).3．全反射的条件要发生全反射，必须同时具备两个条件：(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．二、全反射的应用1．全反射棱镜全反射棱镜的截面是等腰直角三角形，当光垂直于直角边射向棱镜时，光的传播方向改变了90°角，当光垂直于斜边射向棱镜时，光的传播方向改变了180°角．2．光导纤维及其应用(1)光导纤维对光的传导原理：利用了光的全反射．(2)光导纤维的构造：光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径从几微米到一百微米，由内芯和外套两层组成．内芯的折射率比外套的折射率大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射．(3)光导纤维的应用——光纤通信光纤通信的主要优点是传输容量大，此外光纤传输还有衰减小、抗干扰性及保密性强等多方面的优点．考点一全反射只发生反射现象不发生折射现象．1．光疏介质和光密介质(1)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．光疏介质和光密介质是相对而言的．(2)光疏介质和光密介质的比较光疏介质光密介质折射率小大光的传播速度大小相对性若n甲>n乙，则甲是光密介质，乙是光疏介质；若n甲<n丙，则甲是光疏介质，丙是光密介质折射角和入射角的关系光从光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角．光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角1光疏介质和光密介质是相对而言的，并没有绝对意义.2光疏和光密是从介质的光学特性来说的，并不是它的密度大小.2．全反射(1)定义：光由光密介质射向光疏介质时，若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．如下图所示．(2)发生全反射的条件：①光从光密介质射入光疏介质．②入射角大于或等于临界角．3．临界角(1)定义：折射角为90°时的入射角，称为临界角，用C表示．当折射角为90°时，恰好发生了全反射.实际上折射角为90°是不存在的，但它是发生全反射的临界角度，因此在利用折射定律求临界角时，认为折射角为90°.(2)临界角C的表示式：由折射定律知，光由某种介质射向真空(或空气)时，若刚好发生全反射，则n＝eq\f(sin90°,sinC)＝eq\f(1,sinC).所以sinC＝eq\f(1,n).4．对全反射的理解从能量角度看，光在两种介质分界面上发生反射和折射时，若不计介质的吸收，入射光能量会分配成反射光和折射光两部分，其中反射光能量随着入射角的增大而增强，折射光能量则随着入射角的增大而减弱．因此，当入射角越小时折射光越强，而反射光越弱．这正是我们看水底处物体时感到垂直下视时看得最清楚，而斜视时感到有些模糊的原因．当发生全反射时，折射光能量等于零，入射光能量完全转化为反射光的能量．公式sinC＝eq\f(1,n)只适用于光由介质射向真空(或空气)时临界角的计算，即C为介质对真空(或空气)的临界角．【例1】(多选)如图所示，一束光由空气射到透明介质球上的A点，入射角为i，则()A．当i足够大时，在A点发生全反射B．当i足够大时，光从球内向外射出时将发生全反射C．无论i多大，在A点都不会发生全反射D．无论i多大，光从球内向外射出时都不会发生全反射【审题指导】1．光疏介质与光密介质是怎么定义的？2．光从一种介质射向另一种介质时一定会发生全反射吗？3．发生全反射要满足什么条件？【解析】光从光密介质射向光疏介质时才可能发生全反射，因此光在A点由空气进入介质球时，肯定不能发生全反射；如图所示，对于球上任意一点，球面法线一定过圆心O，设r为光从A点射入时的折射角，i′为光从B点射出时的入射角．它们为等腰三角形的两底角，因此有i′＝r.根据折射定律n＝eq\f(sini,sinr)得，sinr＝eq\f(sini,n)，即随着i的增大，r增大，但显然r不能大于或等于临界角C，故i′也不可能大于或等于临界角，即光从B点射出时，也不可能发生全反射；同理，光从B点反射，光线射向D点，从D点射出时也不会发生全反射．【答案】CD【例2】如下图所示，在厚度为d、折射率为n的大玻璃板的下表面，紧贴着一个半径为r的圆形发光面．为了从玻璃板的上方看不见圆形发光面，可在玻璃板的上表面贴一张黑纸片，求所贴黑纸片的最小面积．【审题指导】eq\x(\a\al(求黑纸片,最小面积))→eq\x(\a\al(求黑纸片,最小半径))→eq\x(求临界角)【解析】如图所示，设A点为发光面的右边缘，由A点发出的光线射向O点恰好发生全反射，则此时的入射角θ为玻璃的临界角，在O点外侧玻璃的上表面不再有折射光线．B点为A点在玻璃上表面的对应点．那么r＋eq\x\to(BO)即为玻璃上表面透光面圆的最大半径，即黑纸片的最小半径．由临界角公式有：sinθ＝eq\f(1,n)，由几何关系有：cotθ＝eq\f(d,\x\to(BO))＝eq\f(cosθ,sinθ)＝eq\f(\r(1－sin2θ),sinθ)，解得eq\x\to(BO)＝eq\f(d,\r(n2－1)).所以黑纸片的最小半径R＝r＋eq\f(d,\r(n2－1))，黑纸片的最小面积S＝πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(r＋\f(d,\r(n2－1))))2.【答案】πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(r＋\f(d,\r(n2－1))))2解决此类问题有以下规律：1解决全反射问题的关键是准确熟练地作出光路图，根据临界角的条件，作出特殊光线，其他光线通过分析可求得.2解决此类问题的一般顺序：先根据题意在图中画出光路图，再根据临界角公式sinC＝eq\f(1,n)和折射率公式n＝eq\f(sini,sinr)，结合几何知识求解.)考点二全反射现象的应用1.全反射棱镜横截面是等腰直角三角形的棱镜是全反射棱镜．它在光学仪器里，常用来代替平面镜，改变光的传播方向．下表为光通过全反射棱镜时的几种方式.2.“海市蜃楼”由于空中大气的折射和全反射，会在空中出现“海市蜃楼”．在风平浪静的日子，站在海滨，有时可以看到远处的空中出现了高楼耸立、街道棋布、山峦重叠等景象．(1)气候条件：当大气层比较平静时，海面上空气的温度比空中低，空气的密度随温度的降低而增大，使空气的下层折射率比上层大(如图所示)．(2)光路分析：远处的景物发出的光线射向空中时，不断被折射，射向折射率较低的上一层的入射角越来越大，当入射角增大到临界角时，就会发生全反射现象，光线就会从高空的空气层中通过空气的折射逐渐返回折射率较大的下一层．在地面附近的观察者就可以观察到由空中射来的光线形成的虚像，这就是“海市蜃楼”的景象．如下图甲所示．3．“沙漠蜃景”人们逆着反射光线看去，就会看到远处物体的倒景(如图乙所示)，仿佛是从水面反射出来的一样．在炎热夏天的柏油马路上，有时也能看到上述现象．方法指导结论：因为接近沙面的热空气层比上层空气的密度小，折射率也小．从远处物体射向地面的光线，进入折射率小的热空气层时被折射，经过多次折射，入射角逐渐增大，也可能发生全反射．4．光导纤维(1)光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1～100μm，由内芯和外套两层组成(如图所示)，内芯折射率比外套大，光在内芯中传播时，在内芯与外套的界面发生全反射，有效减小了光的能量损失，极大提高了传播的质量，实现了远距离传送．因此，光信号能携带着数码信息、电视图像、声音信息等沿着光纤传播到很远的地方，实现光纤通信．(2)光导纤维的折射率设光导纤维的折射率为n，当入射光线入射角为θ1时，进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射，如图所示．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，而从纤维射向空气中的光线的入射角θ减小．当θ1＝90°时，若θ＝C，则所有进入纤维中的光线都能发生全反射，即有sin90°＝eq\r(n2－1)，解得n＝eq\r(2).当光导纤维的折射率为eq\r(2)时，就可以使以任意角度入射的光都能发生全反射．由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此光导纤维的折射率实际上要比eq\r(2))大些.【例3】在光导纤维的端面上入射光满足什么条件，才能使光在光导纤维中不断发生全反射，从一端传到另一端？(设光纤外层材料的折射率为1)【审题指导】光导纤维利用了全反射原理，应从发生全反射的条件去分析计算．【解析】设当入射角为i，进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射，如图所示，则有：sinC＝eq\f(1,n)，n＝eq\f(sini,sinr)，C＋r＝90°.由以上各式可得：sini＝eq\r(n2－1)，i＝arcsineq\r(n2－1).可见i只要不大于arcsineq\r(n2－1)，光线就能连续不断地发生全反射，从光导纤维的一端传到另一端．【答案】入射角不大于arcsineq\r(n2－1)实际上光导纤维包有外套，由于外套折射率比真空的折射率大，实际入射角应比前面计算出的i值要小些.,光导纤维问题，应抓住光从端面折射，折射光到侧面发生全反射，画出光路图，找出各角之间的关系，问题就能得到解决.正确理解光密介质和光疏介质1．光密介质与光疏介质是相对的，同一种介质，既可以是光密介质也可以是光疏介质，应具体问题具体分析．例如，玻璃相对水而言是光密介质，而相对金刚石而言则是光疏介质．2．光密介质与光疏介质是由两种介质的折射率的相对大小决定的，而与密度的大小无关，光密介质的折射率较大，但密度不一定较大．例如，酒精(n＝1.36)相对于水(n＝1.33)是光密介质，但酒精的密度却小于水的密度．3．列表比较.光的速度折射率光疏介质大小光密介质小大4.由折射定律可知，当光由光疏介质斜射入光密介质(例如由空气斜射入水)时，折射角小于入射角；当光由光密介质斜射入光疏介质(例如由水斜射入空气)时，折射角大于入射角．【典例】对下列自然现象描述正确的是()A．在海面上，向远方望去，有时能看到远方的景物悬在空中．同样，在沙漠中也能观察到同样的现象B．在沙漠中，向远方望去，有时能看到远方景物的倒影．同样，在海面上也能观察到同样的现象C．在海面上，向远方望去，有时能看到远方的景物悬在空中．在沙漠中，向远方望去，有时能看到远方景物的倒影D．在海面上，向远方望去，有时能看到远方景物的倒影．在沙漠中，向远方望去，有时能看到远方的景物悬在空中【解析】夏天海面上的下层空气温度比上层低，密度比上层大，折射率也大，远处景物发出的光线射向空中时，由于不断被折射，越来越偏离法线方向，进入上层空气的入射角不断增大，以至于发生全反射，人们逆着光线看去，就会看到远处景物悬在空中．夏天沙漠里接近沙面的空气温度高，因而密度比上层的小，折射率也小，远处景物射向地面的光线进入折射率小的下层热空气层时被折射，入射角不断增大，也能发生全反射，人们逆着反射的光线看去，就会看到远处景物的倒影．故正确的答案为C.【答案】C光从光密介质射向光疏介质时，只要入射角大于或等于临界角，一定会发生全反射现象．一般情况下，光由一种介质到达另一种介质时，光既有反射又有折射，即光的能量有一部分反射回原介质中，而另一部分则进入另一种介质中，而发生全反射时，光的能量全部反射回原介质中．3光的干涉一、光的双缝干涉干涉是波特有的现象1.双缝干涉实验(1)实验过程：让一束平行的单色光投射到一个有两条狭缝的挡板上，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，两波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加，发生干涉现象．(2)实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹．(3)实验结论：证明光是一种波．2．物理史实光的干涉实验最早是英国物理学家托马斯·杨在1801年成功完成的．它有力地证明了光是一种波．二、决定条纹间距的条件1．干涉条件：两列光的频率相同、振动方向相同、相位差恒定．2．相干光源：发出的光能够产生干涉的两个光源．3．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(即恰好等于波长的整数倍时)，两列光波在这点相互加强，出现亮条纹；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，两列光波在这点相互削弱，出现暗条纹．三、干涉条纹和光的波长之间的关系波长为λ的单色光照射到双缝上．两缝中心之间的距离为d，双缝到屏的距离为l，则相邻两个亮条纹或暗条纹的中心距离为eq\f(l,d)λ.四、薄膜干涉竖直放置的肥皂薄膜受到重力作用，下面厚，上面薄，因此在膜上不同的位置，来自前后两个面的反射光的路程差不同，在某些位置，这两列波叠加后相互加强，出现亮条纹；在另一些位置，叠加后相互削弱，出现暗条纹．考点一光的双缝干涉1．光的干涉：两列光波在空间传播时相遇，在相遇区域发生波的叠加，使某些区域的光被加强出现亮条纹，而在另一些区域的光被减弱出现暗条纹．且加强区域和减弱区域(亮纹和暗纹)是相互间隔的，这种现象称为光的干涉现象．如图所示．相干光源的获得：点光源发出的一束光分成两束，以保证它们有相同的频率和恒定的相位差.2.发生干涉的条件产生干涉现象的两列光波必须具有相同的频率、相同的振动方向和恒定的相位差．发出这两列光波的光源叫相干光源．eq\a\vs4\al(【拓展延伸】)为什么一般情况下很难观察到光的干涉现象？由于不同光源发出的光的频率一般不同，即使是同一光源，它的不同部位发出的光也不一定有相同的频率和恒定的相位差，故一般情况下不易观察到光的干涉现象．3．杨氏双缝干涉实验(1)双缝干涉的示意图如图所示．(2)单缝屏的作用：获得一个线光源，有唯一的频率和振动情况．(3)双缝屏的作用：平行光照射到单缝S上后，又照到间距很小的双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同、振动情况完全一致的相干光．即杨氏双缝干涉实验采用将一束光“一分为二”的方法获得相干光源．【例1】两个普通白炽灯发出的光相遇时，我们观察不到干涉条纹，这是因为()A．两个灯亮度不同B．灯光的波长太短C．两个灯光的振动情况不同D．电灯发出的光不稳定【审题指导】从两束光发生干涉的条件去分析．【解析】一般情况下，两个不同的光源发出的光或同一个光源的不同部分发出的光振动情况往往是不同的，由点光源发出的光或同一列光分出的两列光其振动情况是相同的．光的干涉必须具备的条件：频率相同，振动方向相同，相位差恒定．【答案】C考点二屏上出现亮、暗条纹的条件频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加，如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致，即振动方向总是相同；暗条纹处振动步调总相反．1．出现亮条纹的条件屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍，即|PS1－PS2|＝kλ＝2k·eq\f(λ,2)(k＝0,1,2,3，…)．k＝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纹.2．出现暗条纹的条件屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍，即|PS1－PS2|＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0,1,2,3，…)．如果从能量的角度来看，到达亮纹处的光能量比较集中，而在暗纹处基本没有光能量传到该处．【例2】在双缝干涉实验中，光屏上P点到双缝S1、S2的距离之差Δx1＝0.75μm，光屏上Q点到双缝S1、S2的距离之差Δx2＝1.5μm，如果用频率为6.0×1014Hz的绿光照射双缝，则()A．P点出现亮条纹，Q点出现暗条纹B．Q点出现亮条纹，P点出现暗条纹C．两点均出现亮条纹D．两点均出现暗条纹【审题指导】本题考查在双缝干涉现象中出现亮、暗条纹的判断条件，分清楚光的路程差与波长如何决定出现亮、暗条纹的情况是解决该题的关键．【解析】由c＝λf知绿光的波长为λ＝eq\f(c,f)＝eq\f(3×108,6×1014)m＝0.5μm.P点到双缝S1、S2的光的路程差与绿光的半波长相比为：eq\f(Δx1,\f(λ,2))＝eq\f(0.75,\f(0.5,2))＝3，即为半波长的奇数倍，所以P点出现暗条纹．Q点到双缝S1、S2的光的路程差与绿光的半波长相比为：eq\f(Δx2,\f(λ,2))＝eq\f(1.5,\f(0.5,2))＝6，即为半波长的偶数倍，所以Q点出现亮条纹．【答案】B考点三干涉条纹和光的波长之间的关系相邻亮条纹距离的表达式如图所示，双缝间距d，双缝到屏的距离l，双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0.对屏上与P0距离为x的一点P，两缝与P的距离PS1＝r1，PS2＝r2.在线段PS2上作PM＝PS1，则S2M＝r2－r1，因d≪l，三角形S2S1M可看作直角三角形．有：r2－r1＝dsinθ(令∠S2S1M＝θ)①另：x≈ltanθ≈lsinθ②由①②得r2－r1＝deq\f(x,l)，若P处为亮纹，则deq\f(x,l)＝±kλ，(k＝0,1,2，…)，解得：x＝±keq\f(l,d)λ(k＝0,1,2，…)第n级亮条纹位置xn＝neq\f(l,d)λ，第(n＋1)级亮条纹位置xn＋1＝(n＋1)eq\f(l,d)λ，所以相邻两亮纹或暗纹的中心间距：Δx＝eq\f(l,d)λ.可知，条纹间的距离与光波的波长成正比，不同颜色的光波长不同．用黄光做这个实验，条纹之间的距离比用红光时小，用蓝光时更小．【例3】(多选)用白光做“双缝干涉”实验时，得到彩色的干涉条纹，下列说法正确的是()A．干涉图样的中央亮纹是白色的B．在靠近中央亮纹两侧最先出现的是红色条纹C．在靠近中央亮纹两侧最先出现的是紫色条纹D．在靠近中央亮纹两侧最先出现的彩色条纹的颜色与双缝间距离有关【审题指导】1．用单色光做双缝干涉实验，干涉条纹有什么特点？条纹间距与哪些因素有关？2．如果用白光做双缝干涉实验，干涉条纹有什么特点？中央亮纹两侧最先出现的是什么颜色条纹？【解析】白光是由各种不同色光组成的复色光，光屏中央到两狭缝距离相等，各色光经双缝到达光屏中央的路程差为零，在光屏中央均出现亮纹，各色光复合成白光，所以中央亮纹为白色．由Δx＝eq\f(l,d)λ可知：不同色光的干涉条纹间距Δx随波长λ的增大而增大，紫光的波长最短，所以靠近中央亮纹两侧最先出现的是紫色条纹．故正确答案为A、C.【答案】AC分析双缝干涉图样必须明确影响条纹间距的因素有哪些.根据Δx＝eq\f(L,d)λ分析条纹间距的变化.考点四薄膜干涉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和振动方向，恒定的相位差．2．竖直肥皂膜干涉条纹特点及成因(1)如图所示，竖直放置的肥皂薄膜由于受到重力的作用使下面厚、上面薄，因此在薄膜上不同的地方，从膜的前、后表面反射的两列光波叠加，若两列波叠加后互相加强，则出现亮纹；在另一些地方，叠加后互相减弱，则出现暗纹．单色光照射下，就出现了明暗相间的干涉条纹．(2)白光干涉图样是彩色的：由于不同颜色的光的波长不同，从前后两个表面反射的光，在不同的位置被加强，换句话说，不同颜色的光对应亮条纹的位置不同，不能完全重合，因此看起来是彩色的．(3)条纹是水平方向的：因为在同一水平高度处，薄膜的厚度相同，从前后两表面反射的光的路程差均相同，如果此时两反射光互相加强，则此高度水平方向各处均加强，因此，明暗相间的干涉条纹应为水平方向．3．薄膜干涉在技术上的应用可以在光学元件的表面镀一层特定厚度的薄膜，增加光的透射或者反射，还可以利用薄膜干涉的原理对镜面或其他精密的光学平面的平滑度进行检测．【例4】劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示．将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜．当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示．干涉条纹有如下特点：(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定，现若在图甲装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹将如何变化？【审题指导】1．劈尖干涉条纹是哪两个面的反射光产生的？2．干涉条纹的疏密与什么因素有关？【解析】光线在空气膜的上下表面上反射，并发生干涉，从而形成干涉条纹．设空气膜顶角为θ，d1、d2处为两相邻明条纹，如图所示，则两处光的路程差分别为δ1＝2d1，δ2＝2d2，因为δ2－δ1＝λ，所以d2－d1＝eq\f(1,2)λ.设条纹间距为Δl，则由几何关系得eq\f(d2－d1,Δl)＝tanθ，即Δl＝eq\f(λ,2tanθ).当抽去一张纸片时θ减小，Δl增大，即条纹变疏．【答案】条纹变疏干涉现象中路程差为波长整数倍时出现亮条纹，对于劈尖干涉两玻璃间的空气层很薄，出现亮条纹对应的路程差应为λ，暗条纹对应的路程差应为eq\f(λ,2).双缝干涉图样的特点1．单色光的干涉图样若用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等．中央为亮条纹，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．2．白光的干涉图样若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央条纹是白色的．这是因为(1)从双缝射出的两列光波中，各种色光都能形成明暗相间的条纹，各种色光都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹．(2)两侧条纹间距与各色光的波长成正比，即红光的亮条纹间距宽度最大，紫光的亮条纹间距宽度最小，即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹．【典例】白光是复色光，包含各种颜色的光，不同颜色的光，其频率不同，因此在空气中传播时的波长不同．用白光做双缝干涉实验，在屏上可看到干涉条纹，若某点O与两狭缝的距离相等，则()A．干涉条纹是黑白的，O处是亮条纹B．干涉条纹是黑白的，O处是暗条纹C．干涉条纹是彩色的，O处是亮条纹D．干涉条纹是彩色的，O处是暗条纹【解析】由于不同色光波长不同，对于屏上的某点，其路程差可能等于某种色光波长的整数倍，但不一定也正好等于其他色光波长的整数倍，则在该点这种色光为亮条纹，而其他色光不一定为亮条纹，因此，不同色光在不同位置得到加强，干涉条纹是彩色的．O点与两狭缝的路程差为零，因此所有色光都加强，为亮条纹．故选项C正确．【答案】C分析双缝干涉中明暗条纹问题的技巧(1)一般解题步骤：①由题设情况依λ真＝nλ介，求得光在真空(或空气)中的波长．②由屏上出现明暗条纹的条件判断光屏上出现的是明条纹还是暗条纹．③根据明条纹的判断式Δr＝kλ(k＝0,1,2，…)或暗条纹的判断式Δr＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0,1,2，…)，判断出k的取值，从而判断条纹数．(2)应注意的问题：①λ真＝nλ介可以根据c＝λ真f、v＝λ介f、n＝eq\f(c,v)三个式子推导得到．②两列光发生干涉的条件是两列光的频率相同，振动方向相同，相位差恒定．③相干光的获得方法．a．将一束光分成两束而获得，此法称为分光法．b．利用激光．4实验：用双缝干涉测量光的波长一、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轴线射到光屏上．4．安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的中心轴线上，使双缝与单缝的缝平行，二者间距约5～10cm，这时，可观察白光的干涉条纹．5．在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹．二、测定单色光的波长1．实验步骤(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亮条纹中心时，记下手轮上的读数a1；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中心时，记下此时手轮上的读数a2；并记下两次测量时移过的条纹数n，则相邻两亮条纹间距Δx＝|eq\f(a2－a1,n)|.(3)用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l(d是已知的)．(4)重复测量、计算，求出波长的平均值．(5)换用不同滤光片，重复实验．2．数据处理：由Δx＝eq\f(l,d)·λ知λ＝eq\f(Δx·d,l).考点一实验思路1．波长的测量原理相邻两亮纹或暗纹的中心间距：Δx＝eq\f(l,d)λ.2．干涉图样的获得光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝后相当于线光源，经双缝后产生稳定的干涉图样，通过屏可以观察到明暗相间的干涉条纹，如果用白光通过双缝可以观察到彩色条纹．3．光的波长的测定若双缝到屏的距离用l表示，双缝间的距离用d表示，相邻两条亮纹间的距离用Δx表示，则入射光的波长为λ＝eq\f(dΔx,l).d是已知的，测出l、Δx即可测出光的波长λ.【例1】某同学用绿色激光光源做光的杨氏双缝干涉实验，通过调整，光屏上p点出现了清晰的第三级亮条纹，此时绿色激光光源坏了，备用器材有：红色激光光源、紫色激光光源和间距不等的双缝光栅，为使p点再次出现第三级亮纹，可行的操作为()A．换用红色激光光源，同时换用间距小的双缝光栅B．换用紫色激光光源，同时换用间距小的双缝光栅C．换用紫色激光光源，同时减小双缝到光屏的距离D．换用红色激光光源，同时增大双缝到光屏的距离【审题指导】用单色光做双缝干涉实验时，条纹的间距与哪些因素有关．【解析】根据公式Δx＝eq\f(L,d)λ可知，由于红光的波长大于绿光的波长，所以若换用红色激光光源，需同时换用间距大的双缝光栅，或同时减小双缝到屏的距离，故A、D错误；同理，由于紫光的波长小于绿光的波长，所以若换用紫色激光光源，应同时换用间距小的双缝光栅，或同时增大双缝到光屏的距离，故B正确，C错误．故选B.【答案】B考点二用双缝干涉测量光的波长1．实验目的(1)了解光波产生稳定的干涉现象的条件；(2)观察白光及单色光的双缝干涉图样；(3)测单色光的波长．2．实验器材光具座、单缝片、双缝片、滤光片(红、绿色滤光片各一片)、遮光筒、光源、测量头(目镜、游标尺、分划板、滑块、手轮)、米尺．3．实验装置如下图所示：注意器材摆放顺序．4．实验步骤(1)按照上图所示的装置安装好仪器，调整光源的位置，使光源发出的光能平行地进入遮光筒并照亮光屏．(2)放置单缝和双缝，使缝相互平行，调整各部件的间距，观察白光的双缝干涉图样．(3)在光源和单缝间放置滤光片，使单一颜色的光通过后观察单色光的双缝干涉图样．(4)用米尺测出双缝到屏的距离l，用测量头测出相邻的n条亮(暗)纹间的距离a；并利用公式Δx＝eq\f(a,n－1)计算出Δx.(5)利用表达式λ＝eq\f(dΔx,l)，求单色光的波长．(6)换用不同颜色的滤光片重复(3)(4)(5)步骤，观察干涉图样的异同，并求出相应的波长．5．物理量的测量及注意事项测量头读数实质为游标卡尺读数(或螺旋测微器读数).(1)单缝、双缝应相互平行，其中心大致位于遮光筒的轴线上，双缝到单缝的距离应相等；(2)测双缝到屏的距离l可以用米尺多次测量取平均值；(3)测条纹间距Δx时，用测量头测出相邻n条亮(暗)纹之间的距离a，再求出相邻的两条亮(暗)纹之间的距离Δx＝eq\f(a,n－1).6．误差分析(1)误差来源本实验误差的主要来源：①米尺和测量头出现的读数误差对实验结果的影响很大；②单缝、双缝没有严格相互平行，其中心没有位于遮光筒的轴线上；③单缝到双缝的距离没有严格相等．(2)减小误差的方法①米尺测量屏到双缝的距离时多次测量取平均值，测量n条亮纹间距时多测几条亮纹之间的间距和，多次测量取平均值；②尽量把单缝、双缝调平行，调节单缝到双缝的距离相等，其中心大致位于遮光筒的中心．【例2】现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和滤光片E等光学元件，要把它们放在下图所示光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长．(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为：__________.(2)本实验的步骤：①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；③用米尺测量双缝到屏的距离；④用测量头测量数条亮条纹间的距离．在操作步骤②时还应注意___________和___________．(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图甲所示．然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，记下此时乙中手轮上的示数为________mm.求得相邻亮条纹的间距Δx为________mm.(4)已知双缝间距d为2.0×10－4m，测得双缝到屏的距离l为0.700m，由计算式λ＝____________求得所测红光波长为________nm.【审题指导】1．实验时光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、屏在光具座上的放置顺序怎样？2．实验时对单缝、双缝放置有什么要求？3．实验时为什么要保证光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、屏中心大致在一条直线上？4．测量条纹间距时，为什么不是直接测量相邻两亮(暗)条纹之间的距离，而是通过测量多条亮(暗)条纹间的距离求条纹间距？【解析】(1)滤光片是从白光中选出单色红光，单缝屏是获取线光源，双缝屏是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏上．所以顺序为：C、E、D、B、A.(2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间距离大约为5～10cm.(3)测量头的读数：先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度．题图甲读数为2.320mm，题图乙读数为13.870mm，所以相邻条纹间距：Δx＝eq\f(13.870－2.320,5)mm＝2.310mm.(4)由条纹间距公式Δx＝eq\f(l,d)λ得，λ＝eq\f(dΔx,l)，代入数据得：λ＝6.6×10－7m＝660nm.【答案】(1)C、E、D、B、A(2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行单缝、双缝间距离大约为5～10cm(3)13.8702.310(4)eq\f(dΔx,l)660用双缝干涉测量光的波长，光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、屏顺序不能放错.为了减小实验误差，测条纹间距Δx时，需测n条亮暗条纹间的距离a，再推算得出相邻亮暗条纹间的距离，然后利用公式可得光的波长λ.测量条纹中心间距的方法两条相邻明(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．转动手轮，分划板会左、右移动．测量时，应使分划板中心刻线对齐条纹的中心(如图所示)，记下此时手轮上的读数a1，转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻线对齐另一条相邻的明条纹中心时，记下手轮上的读数a2，两次读数之差就是相邻两条明条纹间的距离．即Δx＝|a1－a2|.【典例】某同学在做双缝干涉实验时，测得双缝间距d＝3.0×10－3m，双缝到光屏间的距离为1m，两次测量头手轮上的示数分别为0.6×10－3m和6.6×10－3m，两次分划板中心刻线间有5条亮条纹，求该单色光的波长．【解析】依题意可知Δx＝eq\f(a,n－1)＝eq\f(6.6×10－3－0.6×10－3,5－1)m＝1.5×10－3m，λ＝eq\f(d·Δx,l)＝eq\f(3.0×10－3×1.5×10－3,1)m＝4.5×10－6m.【答案】4.5×10－6mΔx应等于eq\f(a,n－1)而不是eq\f(a,n)，因为分划板中心刻线位于亮纹中心，两次分划板中心刻线间有n－1个宽度的亮条纹，所以Δx＝eq\f(a,n－1).5光的衍射6光的偏振激光一、光的衍射1．衍射现象和衍射条纹(1)衍射现象：光通过很窄的缝或很小的孔时，光没有沿直线传播，而是绕过缝或孔的边缘传播到相当宽的地方的现象．(2)衍射条纹特点：衍射条纹是一些明暗相间的条纹，中央条纹最宽、最亮，离中央条纹越远，亮条纹的宽度越窄，亮度越低．2．光产生明显衍射现象的条件障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长相差不多．二、衍射光栅1．衍射光栅的结构：由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学仪器．2．衍射图样的特点：与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加．3．衍射光栅的种类：反射光栅、透射光栅．三、光的偏振1．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，沿着各个方向振动的光波的强度都相同．(2)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光．(3)光的偏振现象，表明光是一种横波．2．光的偏振偏振现象只有沿偏振片的“透振方向”振动的光波才能通过偏振片结论偏振现象表明，光是一种横波偏振光的形成(1)自然光通过偏振片后，得到偏振光(2)自然光在介质表面反射时，反射光和折射光都是偏振光偏振现象的应用(1)照相机镜头前装一片偏振滤光片(2)电子表的液晶显示四、激光激光的特点和应用(1)纯净的特性与应用①纯净的特性：1960年，美国物理学家梅曼率先在实验室制造出了传播方向、偏振、相位等性质完全相同的光波，这就是激光．激光的诞生使人类获得了极其理想的、自然界中不存在的光源．②应用：用来传递信息．光纤通信就是激光和光导纤维相结合的产物．每时每刻都有无数激光信号承载着无数信息在海底光缆中传输．(2)平行度及应用①平行度：激光的平行度非常好，所以它在传播很远的距离后仍能保持一定的强度．②应用：进行精确的测距．对准目标发出一个极短的激光脉冲，测量发射脉冲与收到反射回波的时间间隔，就可以求出目标的距离．(3)亮度及应用①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．②可用激光束来切割、焊接以及在很硬的材料上打孔，医学上可以用激光做“光刀”来切开皮肤、切除肿瘤．考点一光的衍射现象泰山佛光是一种光的衍射现象.1.定义：光照到小孔或障碍物上之后，离开直线传播的路径，在背后的阴影区形成明暗相间的条纹的现象．2．产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸跟光波波长相差不大或比光波波长还要小，才能产生明显的衍射现象．3．衍射条纹的特点：①单色光通过单缝衍射时，在光屏上出现明暗相间的条纹，且中间亮条纹又宽又亮，两侧对称出现的亮条纹宽度窄且亮度随距中间亮条纹的距离的增加而迅速降低，而暗条纹的宽度明显小于亮条纹．②光屏上相邻两条亮(或暗)条纹的距离不等．③白光通过单缝衍射时，光屏上出现的是中间较宽的白色条纹，白色条纹的两侧对称分布着彩色条纹．4．衍射条纹产生的实质：衍射条纹的产生实质上是光波发生干涉的结果，即相干波叠加的结果．当光源发出的光照射到小孔或障碍物时，小孔处或障碍物的边缘可看成许多点光源，这些点光源是相干光源，发出的光相互干涉，形成明暗相间的条纹．5．光的衍射和机械波的衍射相同，都不需要条件，但发生明显的衍射是需要条件的，都是障碍物或孔的尺寸与波长相差不大，或小于波长，由于光波的波长很小，不易满足衍射条件．【例1】关于光的衍射现象，下面说法正确的是()A．只有当光的波长等于障碍物或小孔的尺寸时，才会发生明显的衍射现象B．当光的波长大于障碍物的尺寸时，完全不发生光的衍射现象C．发生单缝衍射时，若减小单缝宽度，条纹变亮D．发生单缝衍射时，若略微增大单缝宽度，条纹变亮【审题指导】1．光发生衍射必须有条件吗？2．衍射现象越明显是不是条纹越亮呢？【解析】本题易错选A、B，是因为没有很好地理解衍射的条件．光离开直线传播的路径进入障碍物的阴影里去的现象叫作光的衍射．任何障碍物都可以使光发生衍射，但当障碍物或孔的尺寸跟光的波长相差不多或小于光的波长时，将产生明显的衍射现象．现象“明显”了，才容易被观察到．当发生单缝衍射时，缝宽越小，衍射越明显．但由于单缝窄通过单缝的光的能量少，故而图样将变暗．选C是误认为衍射越明显就是衍射条纹越亮．【答案】D1衍射是光所具有的特点，使光发生明显的衍射现象则需要满足一定的条件.2衍射条纹的亮度是由光照射的能量决定的，并不是衍射现象越明显条纹越亮.考点二衍射与干涉的区别1．几种衍射现象(1)单缝衍射图样①缝变窄，通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮纹的亮度降低．②中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有关，入射光波长越大，单缝越窄，中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大．③用白光做单缝衍射时，中央亮条纹是白色的，两边是彩色条纹，中央亮条纹仍然最宽最亮．(2)圆孔衍射图样①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，当圆孔的直径取某些特定值时，圆形亮斑的中心还会出现一个黑斑，且越靠外，环形亮条纹的亮度越弱，宽度越小．如图所示．②只有圆孔足够小时，才能得到明显的衍射图样．在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中，光屏依次得到几种不同现象——圆形亮斑(光的直线传播)、光源的像(小孔成像)、明暗相间的圆环(衍射图样)、完全黑暗．③用不同色光照射圆孔时，得到的衍射图样的大小和位置不同，波长越大，中央圆形亮斑的直径越大．④白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色同心圆环．⑤圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱．(3)不透明的小圆板衍射图样①泊松亮斑图样中的亮环或暗环间距随半径增大而减小．②与圆孔衍射图样比较a．均是明暗相间的环形条纹，中心均有亮斑．b．圆孔衍射图样中心亮斑较大，而泊松亮斑较小．c．圆孔衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大而增大，圆板衍射图样中亮环或暗环