第15章 光学 电磁波 相对论

5．注意事项
(1)实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，同侧两针之间的距离要稍___大___些． (2)入射角应适当__大____些，以减小测量角度的误差，但也不宜太大，若入射角太 大，在玻璃砖的另一侧会看不清大头针的像．
(3)操作时不要用手触摸玻璃砖的光滑光学面，更不能把玻璃砖当尺子使用． (4)在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置___不__能___改变.
(1)在图上补画出所需的光路． (2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角i和折射角r，请在图中的AB分界面上 画出这两个角． (3)用所测物理量计算折射率的公式为n＝________． (4)为了保证在弧面CD得到出射光线，实验过程中，光线在弧面AB的入射角应适当 ________(填“小一些”或“大一些”)． (5)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正 弦值，作出了如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n＝________．
例3
[四川成都外国语学校2019诊断](多选)2018年央视春节晚会大量使用激光，为观众提供 了一场视觉盛宴．下列关于光的应用的说法正确的是( ) A．光学镜头的增透膜是利用光的衍射原理 B．全息照相主要是利用激光的相干性好的特点 C．光的偏振现象说明了光是一种横波 D．用透明的标准平面样板检查平面的平整度是利用光的偏振
【解析】
由图可得，b光的干涉条纹间距较大，由Δx＝Lλ/d可得，b光的波长较长，波 长越长，频率越小，在同种均匀介质中传播速度越大，在同种均匀介质中，a 光的传播速度比b光小，选项A错误；波长越长，同种介质中折射率越小，由 sin C＝1/n可得，全反射的临界角越大，b光发生全反射的临界角大，选项B错 误；发生光电效应时，饱和光电流的大小与光的强度有关，由于光强未知， 选项C错误；a光的频率大，能量大，产生a光的能级能量差大，选项D正确．
4．实验步骤
(1)用图钉把白纸固定在木板上．
(2)在白纸上画一条直线aa′，并取aa′上的一点O为入射点，过O点作法线MN. (3)画出线段AO作为入射光线，并在AO上插上P1、P2两根大头针． (4)在白纸上放上玻璃砖，使其中一个长边与直线aa′对齐，并画出与另一条长边对齐的 线bb′. (P53，)通使过P3玻挡璃住砖P2和观P察1的并像调，整再视插线上方P向4，，使使PP41挡的住像P被3以P2及挡P住2和，P然1的后像在．观察的一侧插上大头针 (O6′)，移连去接玻O璃O′砖得，到拔折去射大光头线针．，由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线O′B及出射点 (7)用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并计算其正弦值sin θ1和sin θ2. (8)改变入射角，重复实验，算出不同入射角所对应的sinθ1/sinθ2，并取平均值．
【解析】
例2
[天津理综2016·2，5分]如图是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在 屏上形成的干涉图样，则( ) A．在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大 B．从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角大 C．照射在同一金属板上发生光电效应时，a光的饱和电流大 D．若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大
射率，即n＝
.
折射率是反映介质光学性质的物理量．折射率越大，光线进入该介质时偏离原来传播方向的
角度就越大，它的大小由_介__质__本__身_及光__的__频__率__共同决定，与入射角、折射角的大小无关．
②某种介质的折射率等于光在真空中的速度c跟光在这种介质中的传播速度v之比，即 n＝___c_/v____．任何介质的折射率都___大__于___1.
第15章 光学 电磁波 相对论
考点57 光的折射 全反射 考点58 光的干涉、衍射和偏转 考点59 实验：测定玻璃的折射率
考点60 实验：用双缝干涉测光的波长 考点61 电磁波 相对论
考点57 光的折射 全反射
➢必备知识 整合提升 ➢核心方法 重难突破
方法1 折射率的计算 方法2 光的折射与全反射的综源自文库应用
(2)全反射条件 ①光从_光__密__介__质_进入光__疏__介__质__； ②入射角大__于__或__等__于__临界角．
(3)临界角
折射角等于90°时的入射角叫临界角．某种介质的临界角用sin C＝1/n计算．
(4)光导纤维
光导纤维简称“光纤”，它非常细(直径只有几微米到一百微米)，由内芯和外套两层组 成．内芯的折射率比外套大，光在内芯中传播时，在内芯与外套的界面上发生全反 射．“光纤通信”就是利用了全反射的原理．
A．若增大入射角i，则b光先消失
B．在该三棱镜中a光波长小于b光
C．a光能发生偏振现象，b光不能发生
D．若a、b光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则a光的遏止电压低
【解析】
若增大入射角i，则a、b光在三棱镜的另一侧面的入射角减小，不会发生全反 射，选项A错误；由图可知，a光的折射率小于b光的折射率，因此a光的频率 小于b光的频率，在三棱镜中，a光的速度大于b光的速度，则在三棱镜中a光 的波长大于b光的波长，选项B错误；偏振是横波特有的现象，光是横波，a、 bb光 光都 分能 别发 照生 射偏 同振 一现光象电，管选，项频率C错越误小；的由光光遏电止效电应压方越程低得，E故k＝a光eU的c＝遏h止ν－电W压0，低a，、 选项D正确．
命题点2 光的干涉和衍射
例1 在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上， 红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比，Δx1________Δx2(填“＞”“＝” 或“＜”)．若实验中红光的波长为630 nm，双缝与屏幕的距离为1.00 m，测得第1条到 第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm，则双缝之间的距离为________mm.
2．光的衍射
(1)光的衍射：光在传播过程中遇到障碍物时，__绕__过____障碍物继续传播的现象叫光的衍 射． (2)发生明显衍射现象的条件：障碍物或小孔的尺寸与光的波长__差__不__多__，或比光的波长 ____小____．所以波长越长的光，越易发生明显的衍射现象． (3)常见的光的衍射现象 ①光通过狭缝的衍射图样：白光的单缝衍射形成的图样，屏中间是亮且宽的白色亮条纹 ，两侧是暗且窄的彩色条纹；单色光的单缝衍射图样，屏中间是亮且宽的条纹，两侧是 明暗相间的条纹，且亮度与宽度逐渐减小． ②光通过小孔的衍射现象：光通过小孔时(孔很小)在屏上会出现明暗相间的圆环． ③光照到小圆板上的衍射现象：当光照到不透光的极小圆板上时，在圆板的阴影中心出 现一个亮斑，称为泊松亮斑，当形成泊松亮斑时，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．
➢必备知识 整合提升 ➢核心方法 重难突破
方法3 测定玻璃的折射率
必备知识 整合提升
1．实验目的
用插针法测定玻璃的折射率．
2．实验器材
玻璃砖、白纸、_大__头__针___、量角器、三角板、图钉、铅笔等．
3．实验原理
如出出折玻图射璃所光的示线 折，射用OO率插′．针，法然确后定测光量路出，入找射出角与θ入1和射折光射线角AθO对2的应角的度出，射根光据线nO＝′_sB_i，_n_θ确__1定_/_sO_i′_n_θ点_计2，算画
【解析】
方法2 光的折射与全反射的综合应用
例2 [课标全国Ⅱ2018·34(2)，10分]如图，△ABC是一直角三棱镜的横 截面，∠A＝90°，∠B＝60°.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．
核心方法 重难突破
方法3 测定玻璃的折射率
例1 [江苏南菁中学2019期中]用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时， 先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针 P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2挡住， 接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4 挡住P3以及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓， 如图甲所示，其中O为两圆弧圆心，图中已画出经P1、P2点的入射光 线．
【解析】
本题考查光的衍射、干涉、偏振等．光学镜头的增透膜利用的是光的干涉原 理，故A错误；激光的相干性比较好，能够形成稳定的干涉，通过光波记录 实物的信息，故B正确；只有横波才能发生偏振，故C正确；利用透明的标 准平面样板检查平面的平整度利用的是光的干涉原理，故D错误；
考点59 实验：测定玻璃的折射率
笔记
3．光的偏振
(1)波的偏振：横波只沿着某__一__特__定__的_方向振动，称为波的偏振，只有__横__波____才有偏振现象． (2)自然光：在垂直于传播方向上沿各个方向振动的光波都存在且强度都相同的光叫自然光． (3)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定方向振动的光． 笔记
概率命题 思维拓展
3．光的色散
(1)含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫光的色散． (2)光的颜色由光的___频__率___决定，由λ＝c/ν可知不同颜色的光的波长不同． (3)含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长大小排列，就是__光__谱____． (4)白光通过棱镜折射后会发生色散现象，形成七色光带，如图所示，自上而下分别为 红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫．白光的色散现象说明白光为复色光．
(i)求出射光相对于D点的入射光的偏角；
(ii)为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？
【解析】
概率命题 思维拓展
命题点1 棱镜与色散
例3 [天津理综2017·2，6分]明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条， 有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象．如图所示，一束复 色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b，下列说法正确的是( )
③折射率较小的介质叫光疏介质，折射率较大的介质叫光密介质．所谓光疏介质和光 密介质是两种介质相比较而言的，是具有相对性的概念．光在光疏介质中传播速度 ___较__大___，在光密介质中传播速度__较__小____．
2．全反射
(1)全反射
光从光密介质射入光疏介质时，在界面处一部分光反射回原介质中，一部分光被折射 到另一种介质中，并随着入射角的增大，折射角逐渐增大，且折射光线越来越弱，反 反射__射光__光线__线越__来，越这强种，现当象入叫射全角反增射大．到某一角度后，_折__射__光__线_就完全消失，只剩下
➢概率命题 思维拓展
命题点1 棱镜与色散
必备知识 整合提升
1．光的折射
(1)光的折射定律 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___； 入射角的正弦值跟折射角的正弦值成___正__比___．
笔记
(2)折射率
①光从真空射入某种介质时，入射角的正弦值与折射角的正弦值之比为一定值，叫介质的折
考点58 光的干涉、衍射和偏振 ➢必备知识 整合提升
➢概率命题 思维拓展
命题点2 光的干涉和衍射
必备知识 整合提升
1．光的干涉
两列相干光波叠加，某些区域的光被加强，某些区域的光被减弱，且加强区与减弱区 互相间隔的现象叫光的干涉． (1)产生光的干涉的条件：两列光的频__率__相__同__，振动情况相同，相位差___恒__定___．能发生 干涉的两列波称为相干波，两个光源称为相干光源，相干光源可由将同一束光分成两列 而获得．
(2)双缝干涉图样：用白光进行干涉实验，屏中央是_白__色__亮__条__纹_，两侧是彩色干涉条纹； 用单色光进行干涉实验，屏上是等间距、明暗相间的条纹，条纹间距与色光的波长有关， 波长越长，间距___越__大___，条纹__越__宽____．计算公式为Δx＝λl/d.
笔记
(3)薄膜干涉：一束光经薄膜的两个表面反射后形成两束反射光，这两束反射光发生 ___干__涉___． 薄膜干涉的应用： ①用薄膜干涉法检查平面是否平整； ②用增透膜增加相机镜头透射光的强度，增透膜的厚度约为透射光在薄膜中波长的1/4. 笔记
笔记
核心方法 重难突破
方法1 折射率的计算
例1
[课标全国Ⅰ2017·34(2)，10分]如图所示，一玻璃工件的上半部是 半径为R的半球体，O点为球心；下半部是半径为R、高为2R的圆 柱体，圆柱体底面镀有反射膜．有一平行于中心轴OC的光线从半 球面射入，该光线与OC之间的距离为0.6R.已知最后从半球面射出 的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射)．求该玻璃的折射 率．