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1、高二物理第十三章 光 第13节 光人教实验版【本讲教育信息】一. 教学内容：第十三章 光第一节 光的折射第二节 光的干涉第三节 实验：用双缝干涉测量光的波长二. 重点、难点解析（一）折射定律：1. 折射现象：光从一种介质，斜射入另一种介质的界面时，其中一部分光进另一种介质中传播，并且改变了传播方向：这种现象叫光的折射（光由一种介质，垂直界面方向入射另一种介质时传播方向不发生改变）。2. 折射定律：3. 折射率（n）： 定义：光从真空射入某介质时，入射角正弦和折射角正弦的比，称为该介质的折射率。用n表示。即 折射率反映了介质对光的折射能力。如图光从真空以相同的入射角i，入射不同介质时，n越大，根
2、据折射定律，折射角r越小，则偏折角越大。 折射率和光在该介质中传播速度有关。a. 折射率等于光在真空中速度c，与光在介质中速度之比。即b. 由于。所以 光疏介质和光密介质：光疏介质：折射率小的介质叫光疏介质。在光疏介质中，光速较大。光密介质：折射率大的介质叫光密介质。在光密介质中，光速较小。4. 反射和抑射现象中，光路可逆。（二）光的干涉 1. 双缝干涉实验 装置：如图包括光源、单缝、双缝和屏；双缝的作用是将一束光分为两束 现象： 产生明暗条纹的条件：如图两列完全相同的光波，射到屏上一点时，到两缝的路程差等于波长的整数倍（即半波长的偶数倍），则该点产生明条纹；到两缝的路程差等于半波长的奇数倍,
3、 则该点产生暗条纹。即= 光的干涉现象说明了光具有波动性。由于红光入射双缝时，条纹间距较宽，所以红光波长较长，频率较小紫光入射双缝时，条纹间距较窄，所以紫光波长较短，频率较大 光的传播速度，折射率与光的波长，频率的关系。a. v与n的关系：v=b. v，和f的关系：v=（三）用双缝干涉测量光的波长原理：两个相邻的亮纹或暗条纹的中心间距是xl/d测波长为：dx /l1. 观察双缝干涉图样：只改变缝宽，用不同的色光来做，改变屏与缝的间距，看条纹间距的变化单色光：形成明暗相间的条纹。白光：中央亮条纹的边缘处出现了彩色条纹。这是因为白光是由不同颜色的单色光复合而成的，而不同色光的波长不同，在狭缝间的距
4、离和狭缝与屏的距离不变的条件下，光波的波长越长，各条纹之间的距离越大，条纹间距与光波的波长成正比。各色光在双缝的中垂线上均为亮条纹，故各色光重合为白色。2. 测定单色光的波长：双缝间距是已知的，测屏到双缝的距离，测相邻两条亮纹间的距离，测出个亮纹间的距离，则两个相邻亮条纹间距，代入：dx /l，即可求出光波波长。【典型例题】例1 假设地球表面不存在大气层，那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比（ ）A. 将提前 B. 将延后C. 在某些地区将提前，在另一些地区将延后 D. 不变解析：如图，a是太阳射出的一束光线，由真空射向大气层发生折射，沿b方向传播到P点，在P处的人便看到太阳。如
5、果没有大气层，光束使沿a直线传播，同样的时刻在P点便看不到太阳，须等太阳再上升，使a光束沿b线方向时才能看到太阳，故没有大气层时看到日出的时刻要比有大气层时延迟。点评：本题要求考生能够联系实际建立物理模型，并根据光的折射定律分析推理。例2 如图所示，一圆柱形容器的底部有一凹面镜，其主轴与圆柱形容器的轴线重合，一点光源S射向凹面镜的光线，经凹面镜反射平行于主轴，当往容器中注入水后，水面在点光源与凹面镜之间，要使点光源S射向凹面镜的光线，以凹镜反射后互相平行，则点光源就沿主轴（ ）A. 适当提高 B. 适当降低 C. 不动 D. 无法确定移动方向解析：点光源射向水面的光线要发生一次折射，再射到凹面
6、镜上发生反射，反射的光线互相平行。由光路可逆，设光线平行于主轴射向凹面镜，在凹面镜反射后射向水面，在水面上发生折射，由图可知，S/在S的下方，说明了点光源S应适当降低。例3 如图所示，一圆柱形容器，底面直径和高度相等，当在S处沿容器边缘的A点方向观察空筒时，刚好看到筒底圆周上的B点，保持观察点位置不变，将筒中注满某种液体，可看到筒底的中心点，试求这种未知液体的折射率是多大？解析：筒内未装液体时，S点的眼睛能看到B点以上部分，注满液体后，由O点发出的光线经液面折射后刚好进入眼睛，根据折射定律知：n=sini/sinr=/2=1.58，即这种未知液体的折射率n=1.58。例4 如图所示，两细束平行
7、的单色光a、b射向同一块玻璃砖的上表面，最终都从玻璃砖的下表面射出。已知玻璃对单色光a的折射率较小，那么下列说法中正确的有（ ）A. 进入玻璃砖后两束光仍然是平行的B. 从玻璃砖下表面射出后，两束光不再平行C. 从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离一定减小了D. 从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离可能和射入前相同解析：进入时入射角相同，折射率不同，因此折射角不同，两束光在玻璃内不再平行，但从下表面射出时仍是平行的。射出时两束光之间的距离根据玻璃砖的厚度不同而不同，在厚度从小到大变化时，该距离先减小后增大，有可能和入射前相同（但左右关系一定改变了）。例5 图为用透明物质做成的空心球，其折射
8、率为n，内、外半径分别为a、b，且ba，内表面涂上能完全吸光的物质。当一束平行光射向此球时被内表面吸收掉的光束在射进空心球前的横截面积是多大？解析：被球内表面吸收的光束的边缘光线与内表面相切，如图中AB所示，并据对称性知，此光束在射入空心球前的横截面积是半径为R的圆，且R=bsini由折射定律得n=sinisin， R=nbsin又 sin=a/b， R=na，S=R2=n2a2点评：本题要求考生理解题意后找到临界光线，在准确作图的基础上利用几何关系求解。例6 在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差0.6m，若分别用频率为f1=5.01014Hz和f2= 7.51014Hz的单色光垂直照
9、射双缝，则 P点出现明、暗条纹的情况是（ ）A. 单色光f1和f2分别照射时，均出现明条纹 B. 单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹 C. 单色光f1照射时出现明条纹，单色光f2照射时出现暗条纹D. 单色光f1照射时出现暗条纹，单色光f2照射时出现明条纹解析：如图所示，双缝S1、S2，到光屏上任一点P的路程之差dS2S2，当d等于单色光波长的整数倍时，由S1和S2发出的光在P点互相加强，P点出现明条纹，当d等于单色光半个波长的奇数倍时. 这样由S1和S2发出的光在P，互相抵消，出现暗条纹。本题中单色光f1的波长为1Cf10.6m，单色光f2的波长为2Cf20.4m可见d=1、d=32/2
10、 答案：C例7 在双缝干涉实验中以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时（ ）A. 只有红色和绿色的双缝于涉条纹，其它颜色的双缝干涉条纹消失B. 红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其它颜色的双缝干涉条纹依然存在C. 任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮D. 屏上无任何光亮解析：由于双缝前各有一块滤光片，分别都透过红光和绿光，这两种色光不能发生干涉，故在屏上无双缝干涉条纹，但是这两种色光通过每个单缝时发生单缝衍射，故屏上仍有光亮. 所以C选项正确。例8 用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出绿、
11、暗相间的条纹，相邻两条绿条纹间的距离为x。下列说法中正确的有（ ） A. 如果增大单缝到双缝间的距离，x 将增大B. 如果增大双缝之间的距离，x 将增大C. 如果增大双缝到光屏之间的距离，x将增大D. 如果减小双缝的每条缝的宽度，而不改变双缝间的距离，x将增大解：公式中l表示双缝到屏的距离，d表示双缝之间的距离。因此x与单缝到双缝间的距离无关，于缝本身的宽度也无关。本题选C。例9 如图（a）所示是利用双缝干涉测定单色光波长的实验装置，滤光片的作用是_，单缝的作用是_，双缝的作用是_，单缝和双缝之间的方向关系是_。某同学在做该实验时，第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心时（图1），游标卡尺的示数如
12、图3所示，第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时（图2），游标卡尺的示数如图4所示，已知双缝间距为0.5mm，从双缝到屏的距离为1m，则图3中游标卡尺的示数为_mm，图4游标卡尺的示数为_mm，实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是_，所测单色光的波长为_m。 解析：滤光片的作用是获得单色光，单缝的作用是产生线光源，双缝的作用是产生相干光源，单缝和双缝之间的方向是平行的，游标卡尺的示数分别为11.5mm和16.7mm，由可知，实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是减小实验误差，将已知数据代入dx /l，可知波长为6.5107。【模拟试题】1. 如图所示，一玻璃柱体的横截面为半圆形，细的单色光束从空气射向
13、柱体的 O点（半圆的圆心），产生反射光束1和透射光束2，已知玻璃折射率为3，入射角为45（相应的折射角为24），现保持入射光不变，将半圆柱绕通过O点垂直于图面的轴线顺时针转过15，如图中虚线所示，则（ ）A. 光束1转过15 B. 光束1转过30C. 光束2转过的角度小于15D. 光束2转过的角度大于152. 一束复色光由空气射向玻璃，发生折射而分为a、b两束单色光，其传播方向如图所示，设玻璃对a、b的折射率分别为na和nb，a、b在玻璃中的传播速度分别为va和vb，则（ ）A. nanb B. navb D. vavb3. 一束单色光从空气射入玻璃中，则其（ ）A. 频率不变，波长变长 B.
14、 频率变大，波长不变C. 频率不变，波长变短 D. 频率变小，波长不变4. 用波长为0.4m的光做双缝干涉实验，A点到狭缝S1、S2的路程差为1.8106 m，则A点是出现明条纹还是暗条纹？5. 关于杨氏实验，下列论述中正确的是（ ）A. 实验证明，光的确是一种波。B. 双缝的作用是获得两个振动情况总是相同的相干光源C. 在光屏上距离两个小孔的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹D. 在光屏上距离两个小孔的路程差等于波长的整数倍处出现亮条纹6. 对于光波和声波，正确的说法是（ ）A. 它们都能在真空中传播B. 它们都能产生反射和折射C. 它们都能产生干涉D. 声波能产生干涉而光波不能7. 两个独立的点光源S1和S2都发出同频率的红色光，照亮一个原是白色的光屏，则光屏上呈现的情况是（ ）A. 明暗相间的干涉条纹B. 一片红光C. 仍是呈白色的 D. 黑色8. 在真空中，黄光波长为6107 m，紫光波长为4107 m。现有一束频率为51014 Hz的单色光，它在n=
