1、第14讲 光及光的本性1.光的折射与全反射:(1)光的折射率公式:光从真空进入介质:n=_。决定式:n=_。(2)光的全反射:光从_进入_,入射角_临界角;临界角公式:sinC=_。光密介质光疏介质大于或等于2.光及光的本性:(1)光的色散:白光通过三棱镜后发生_现象,说明白光是_,由_单色光组成。七种单色光红、橙、黄、绿、青、蓝、紫频 率增大折射率_在同种介质中的传播速度_临界角(介质空气)_波长(同种介质中)_色散复色光七种增大减小减小减小(2)光的干涉、衍射和偏振现象:发生干涉的条件:两光源_相等,_恒定;出现明暗条纹的条件:r=_,明条纹;r=_,暗条纹。相邻明(暗)条纹间距:x=_。
2、光的衍射条件:_。光的偏振现象证明光是_,偏振光平行透过偏振片时光_,垂直时_。频率相位差kd横波最强最弱1.(2013大纲版全国卷)下列现象中,属于光的衍射的是()A.雨后天空出现彩虹B.通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹C.海市蜃楼现象D.日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹【解析】选B。光在传播过程中若遇到尺寸比光的波长大得不多的障碍物时,光会传到障碍物的阴影区并形成明暗变化的光强分布的现象是光的衍射现象,通过一个狭缝观察日光灯看到彩色条纹,就是光的衍射现象,B对;雨后天空出现的彩虹是光的色散现象,是由于光的折射形成的,A错;海市蜃楼现象是光的折射现象,C错;日光照射在肥皂膜上出现的彩色条纹
3、,是光的干涉现象,D错。2.(2013福建高考)一束由红、紫两色光组成的复色光,从空气斜射向玻璃三棱镜。下面四幅图中能正确表示该复色光经三棱镜折射分离成两束单色光的是()【解析】选B。光射向三棱镜经两次折射向底边偏折,紫光折射率最大,向底边偏折多,B对A、C、D错。3.(2011北京高考)如图所示的双缝干涉实验,用绿光照射单缝S时,在光屏P上观察到干涉条纹,要得到相邻条纹间距更大的干涉图样,可以()A.增大S1与S2的间距B.减小双缝屏到光屏的距离C.将绿光换为红光D.将绿光换为紫光【解析】选C。双缝干涉的条纹间距公式:增大S1与S2的间距就是增大d,所以条纹间距变小,A错误;减小双缝屏到光屏
4、的距离就是减小l,条纹间距减小,B错误;红光波长比绿光波长长,紫光波长比绿光波长短,所以将绿光换为红光可使条纹间距增大,C正确,D错误。4.(2011安徽高考)实验表明,可见光通过三棱镜时各色光的折射率n随着波长的变化符合科西经验公式:其中A、B、C是正的常量。太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如图所示。则()A.屏上c处是紫光 B.屏上d处是红光C.屏上b处是紫光D.屏上a处是红光【解析】选D。根据公式可知,波长越长三棱镜对光的折射率越小,在各色光中,红光的波长最长,折射率最小,折射程度最小;紫光的波长最短,折射率最大,折射程度最大,因此D项正确。热点考向1光的折射与全反射【典例1】(2011
5、福建高考)如图,半圆形玻璃砖置于光屏PQ的左下方,一束白光沿半径方向从A点射入玻璃砖,在O点发生反射和折射,折射光在光屏上呈现七色光带.若入射点由A向B缓慢移动,并保持白光沿半径方向入射到O点,观察到各色光在光屏上陆续消失。在光带未完全消失之前,反射光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是()A.减弱、紫光 B.减弱、红光C.增强、紫光D.增强、红光【解题探究】(1)发生全反射的条件是_;(2)光从介质射入空气发生反射和折射时,随入射角增大,反射光_,折射光_;(3)白光分解成的七种单色光中,_的折射率最大。光从光密介质射入光疏介质且入射角大于等于临界角增强减弱紫光【解析】选C。由于入射点由A
6、向B缓慢移动,入射角增大,因此反射光增强,折射光减弱,A、B错,紫光折射率大,临界角小,因此在光屏上最先消失的是紫光,C对,D错,故选C。【总结提升】解决光的折射和全反射题型的思路(1)确定研究的光线,该光线往往已知是入射光线,还有可能是反射光线或折射光线。(2)有时不明确,需据题意分析、寻找,如临界光线、边界光线等。(3)找入射点,确认界面,并画出法线。(4)明确两介质折射率的大小关系。若光疏光密:定有反射、折射光线。若光密光疏:如果入射角大于或等于临界角,一定发生全反射。(5)根据反射定律、折射定律作出光路图,结合几何关系,具体求解。【变式训练】(2013黄山一模)很多公园的水池底部都装有
7、彩灯,当一细束由红、蓝两色组成的灯光从水中斜射向空气时,关于光在水面可能发生的反射和折射现象,下列光路图中正确的是()【解析】选C。红光、蓝光都要发生反射,红光的折射率较小,所以红光发生全反射的临界角较蓝光大,蓝光发生全反射时,红光不一定发生全反射,故C正确。【变式备选】(2013天津高考改编)固定的半圆形玻璃砖的横截面如图所示,O点为圆心,OO为直径MN的垂线。足够大的光屏PQ紧靠玻璃砖右侧且垂直于MN。由A、B两种单色光组成的一束光沿半径方向射向O点,入射光线与OO夹角较小时,光屏NQ区域出现两个光斑,逐渐增大角,当=时,光屏NQ区域A光的光斑消失,继续增大角,当=时,光屏NQ区域B光的光
8、斑消失,则()A.玻璃砖对A光的折射率比对B光的小B.A光在玻璃砖中的传播速度比B光的大C.时,光屏上只有1个光斑D.时,光屏上只有1个光斑【解析】选D。由题可知A光在玻璃砖中的临界角为,玻璃砖对A光的折射率为B光在玻璃砖中的临界角为,玻璃砖对B光的折射率为由于nB,A错误;由波速公式可判断vAvB,B错误;当时,A光发生全反射,B光没有发生全反射,光屏上有两个光斑,当 时,A光和B光都发生全反射,光屏PN区域只有一个光斑,C错,D对。热点考向2光的波动性【典例2】如图所示,两束单色光a、b从水下射向A点后,光线经折射合成一束光c,则下列说法中正确的是()A.用同一双缝干涉实验装置分别以a、b
9、光做实验,a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距B.用a、b光分别做单缝衍射实验时,它们的衍射条纹宽度都是均匀的C.在水中a光的速度比b光的速度小D.a光在水中的临界角小于b光在水中的临界角【解题探究】(1)介质对a光和b光的折射率大小关系:_。(2)求折射率的表达式为:_。(3)光的干涉和衍射所形成的条纹是否都间距相等?提示:光的干涉所形成的条纹是明暗相间、等间距的条纹;光的衍射所形成的条纹是明暗相间、不等间距的条纹,中央最亮、最宽。【解析】选A。由题图知,a光的折射率小,波长长,波速大,临界角大,故A正确,C、D错误;任何光的衍射条纹宽度都不均匀,故B错误。na1,所以光经空气射入玻璃速
10、度减小。波长、波速和频率三者的关系是v=f,光经空气进入玻璃,频率f不变,波长变短。所以A正确。3.(2013合肥二模)折射率为的某种透明玻璃圆柱体横截面如图所示,O点为圆心,一束单色光线从A点射入,入射角为,经B点射出,射出时的折射角为,真空中的光速为c,下列说法正确的是()A.光线进入玻璃后频率变大B.若增大,光线在圆柱体内可能会发生全反射C.若增大,可能变小D.光线在玻璃中的速度为【解析】选D。光线由空气进入玻璃,频率不变,A错。由光路的可逆性知=,B、C错。介质中光速的公式为D对。4.abc为一全反射棱镜,它的主截面是等腰直角三角形,如图所示,一束白光垂直入射到ac面上,在ab面上发生
11、全反射。若光线入射点O的位置保持不变,改变光线的入射方向(不考虑自bc面反射的光线),则()A.使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转,如果有色光射出ab面,则红光将首先射出B.使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转,如果有色光射出ab面,则紫光将首先射出C.使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转,红光将首先射出ab面D.使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转,紫光将首先射出ab面【解析】选A。使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转,在ab面上的入射角减小,如果有色光射出ab面,则红光将首先射出,选项A正确、B错误;使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转,在ab面上的入射角增大,没有光能射出a
12、b面,选项C、D错误。5.一细束含有红光和紫光的复色光,从空气斜射入水中,分成a、b两束单色光,测得它们在水中的传播速度vavb,则下列说法正确的是()A.a光的频率大于b光的频率B.若用a、b光分别照射温度计甲、乙,则甲的示数增加更快C.若分别让a、b两光通过同一双缝干涉装置,则a光形成的干涉条纹的间距更小D.若让a、b两光以同一入射角,从水中射入空气,b光恰能发生全反射,则a光也一定能发生全反射【解析】选B。由于vavb,因此a光的折射率小于b光的折射率,a光频率小于b光频率,A错误;a光为红光,热效应明显,照射温度计时甲的示数增加更快,B正确;据sinC=可知CaCb,b光恰能发生全反射
13、,则a光不能发生全反射,D错误;a光频率小,波长大,通过同一双缝干涉装置,则a光形成的干涉条纹的间距更大,C错误。故选B。6.(2012江苏高考)如图所示,白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q,A点位于P、Q之间,B点位于Q右侧。旋转偏振片P,A、B两点光的强度变化情况是()A.A、B均不变B.A、B均有变化C.A不变,B有变化D.A有变化,B不变【解析】选C。对白炽灯而言,无论偏振片P转动到哪个方向,获得的都是单一振动方向、强度都相同的偏振光,转动偏振片P时,只有透射方向和偏振片Q的透射方向相同时,才能有光透过,其他光的光照强度均为零,所以答案选C。7.如图所示,a、b两种单色光平行地射到平
14、行板玻璃,经玻璃后射出的光线分别为a、b,两者间距变窄。下列说法正确的是()A.光线a在玻璃中的折射率比光线b大B.光线a在玻璃中的传播速度比光线b小C.做双缝干涉实验时,用光线a产生的干涉条纹间距比b大D.光线b比a容易产生明显的衍射现象【解析】选C。由几何关系可知光线b的折射率大,传播速度小,波长小,A、B错误;由于光线a比光线b的波长大,光线a比b容易发生明显衍射现象,D错误;利用同一装置做双缝干涉实验时,光线a产生的干涉条纹间距比b大,C正确。8.如图为用a、b两种单色光分别通过同一双缝干涉装置获得的干涉图样。现让a、b两种光组成的复色光穿过平行玻璃砖或三棱镜时,光的传播方向中可能正确的是()【解析】选D。光斜射入平行玻璃砖,出射光与入射光平行,B错误;由干涉图样知a光波长大,频率小,折射率小,入射角相等时,折射角大,A错误;b光折射率大,临界角小,当复色光从玻璃射向空气时,b光易发生全反射,C错误,D正确。故选D。
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