光及其應(yīng)用自我校對光疏介質(zhì)臨界角必須是相干光源縫、孔的大小小于等于波長橫波光的折射、全反射1.解決光的折射問題的常規(guī)思路(1)根據(jù)題意畫出正確的光路圖(2)利用幾何關(guān)系確定光路圖中的邊、角關(guān)系，要注意入射角、折射角均是與法線的夾角(3)利用折射定律、折射率公式列式求解2有關(guān)全反射定律的應(yīng)用技巧(1)首先判斷是否為光從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)，如果是，下一步就要再利用入射角和臨界角的關(guān)系進一步判斷，如果不是則直接應(yīng)用折射定律解題即可(2)分析光的全反射時，根據(jù)臨界條件找出臨界狀態(tài)是解決這類題目的關(guān)鍵(3)當發(fā)生全反射時，仍遵循光的反射定律和光路可逆性【例1】Morpho蝴蝶的翅膀在陽光的照射下呈現(xiàn)出閃亮耀眼的藍色光芒，這是因為光照射到翅膀的鱗片上發(fā)生了干涉電子顯微鏡下鱗片結(jié)構(gòu)的示意圖見圖一束光以入射角i從a點入射，經(jīng)過折射和反射后從b點出射設(shè)鱗片的折射率為n，厚度為d，兩片之間空氣層厚度為h.取光在空氣中的速度為c，求光從a到b所需的時間t.解析：設(shè)光在鱗片中的折射角為r，折射定律sin insin r在鱗片中傳播的路程l1，傳播速度v，傳播時間t1解得t1同理，在空氣中的傳播時間t2則tt1t2答案：(1)根據(jù)題意畫出正確的光路圖(2)利用幾何關(guān)系確定光路圖中的邊、角關(guān)系，要注意入射角、折射角的確定(3)利用反射定律、折射定律求解(4)注意在折射現(xiàn)象中，光路是可逆的光學(xué)元件的特點及對光線的作用1.棱鏡對光有偏折作用：一般所說的棱鏡都是用光密介質(zhì)制作的入射光線經(jīng)三棱鏡兩次折射后，射出方向與入射方向相比，向底邊偏折(若棱鏡的折射率比棱鏡外介質(zhì)的折射率小，則結(jié)論相反)由于各種色光的折射率不同，因此一束白光經(jīng)三棱鏡折射后發(fā)生色散現(xiàn)象(紅光偏折最小，紫光偏折最大)2全反射棱鏡：橫截面是等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡選擇適當?shù)娜肷潼c可以使入射光線經(jīng)過全反射棱鏡的作用后偏轉(zhuǎn)90°或180°，如圖所示要特別注意兩種用法中光線在哪個表面發(fā)生全反射3玻璃磚：所謂玻璃磚一般指橫截面為矩形的棱鏡當光線從上表面入射，從下表面射出時，其特點是：(1)射出光線和入射光線平行(2)各種色光在第一次入射后就發(fā)生色散(3)射出光線的側(cè)移與折射率、入射角及玻璃磚的厚度有關(guān)(4)可利用玻璃磚測定玻璃的折射率【例2】如圖所示，某三棱鏡的截面是一直角三角形，棱鏡材料的折射率為n，底面BC涂黑，入射光沿平行于底面BC的方向射向AB面，經(jīng)AB和AC折射后射出為了使上述入射光線能從AC面射出，求折射率n的取值范圍解析：設(shè)第一次發(fā)生折射時入射角和折射角分別為和，第二次發(fā)生折射時的入射角為則sin n sin 要在AC面上不發(fā)生全反射，要求sin 同時由題可知：90°，60°因此有：n.又n本身大于1，故n的取值范圍：1n答案：1n光的干涉和衍射的比較1.兩者的產(chǎn)生條件不同：產(chǎn)生干涉的條件是兩列光波頻率相同，振動方向相同，相位差恒定；產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是障礙物或小孔的尺寸跟光的波長相差不多，甚至比光的波長還要小2圖樣特點不同：單色光雙縫干涉產(chǎn)生的是等間距、明暗相間且亮度基本相同的條紋；單縫衍射產(chǎn)生的是中央最寬、最亮，其他窄且暗的明暗相間條紋，并且各相鄰條紋間距不等3波長對條紋間距的影響：無論是雙縫干涉還是單縫衍射，所形成的條紋間距和寬度都隨波長增加而增大雙縫干涉中相鄰明紋或暗紋間距為x.【例3】表面附有油膜的透明玻璃片，當有陽光照射時，可在表面和玻璃片邊緣分別看到彩色圖樣，則前者是_現(xiàn)象，后者是_現(xiàn)象解析：附有油膜的玻璃片表面發(fā)生薄膜干涉而看到彩色圖樣，周圍發(fā)生衍射也能看到彩色圖樣兩者原理不一樣答案：干涉衍射(1)產(chǎn)生干涉是有條件的，產(chǎn)生衍射只有明顯不明顯之說(2)干涉與衍射的本質(zhì)都是光波疊加的結(jié)果1中國古人對許多自然現(xiàn)象有深刻認識，唐人張志和在玄真子·濤之靈中寫道：“雨色映日而為虹”從物理學(xué)的角度看，虹是太陽光經(jīng)過雨滴的兩次折射和一次反射形成的圖是彩虹成因的簡化示意圖，其中a、b是兩種不同頻率的單色光，則兩光()A在同種玻璃中傳播，a光的傳播速度一定小于b光B以相同角度斜射到同一玻璃板透過平行表面后，b光側(cè)移量小C在同一介質(zhì)中傳播時兩種光的頻率相同D以相同的入射角從水中射入空氣，在空氣中只能看到一種光時，一定是a光E以相同的入射角從水中射入空氣，在空氣中只能看到一種光時，一定是b光解析：由題圖可知，a光在同一介質(zhì)中的折射率大，其頻率大選項C錯誤根據(jù)n，知a光在玻璃中的傳播速度小，選項A正確當a、b光以相同的角度斜射到同一玻璃板上后，其光路圖如右圖所示，由圖可知，a光的側(cè)移量大，選項B正確由sin C，可知a光的臨界角小，即a光比b光容易發(fā)生全反射，因此在空氣中只能看到一種光時，一定是b光，選項D錯誤，E正確答案：ABE2在雙縫干涉實驗中，分別用紅色和綠色的激光照射同一雙縫，在雙縫后的屏幕上，紅光的干涉條紋間距x1與綠光的干涉條紋間距x2相比，x1_x2(填“>”、“<”或“”)若實驗中紅光的波長為630 nm，雙縫與屏幕的距離為1.00 m，測得第1條到第6條亮條紋中心間的距離為10.5 mm，則雙縫之間的距離為_mm.解析：由公式x可知，x1x2.相鄰亮條紋之間的距離為x mm2.1 mm，雙縫間的距離d，代入數(shù)據(jù)得d0.300 mm.答案：0.3003如圖所示，玻璃球冠的折射率為，其底面鍍銀，底面的半徑是球半徑的倍；在過球心O且垂直于底面的平面(紙面)內(nèi)，有一與底面垂直的光線射到玻璃球冠上的M點，該光線的延長線恰好過底面邊緣上的A點，求該光線從球面射出的方向相對于其初始入射方向的偏角解析：設(shè)球半徑為R，球冠底面中心為O，連接OO，則OOAB.令OAO，有cos 即30°由題意知MAAB所以O(shè)AM60°設(shè)圖中N點為光線在球冠內(nèi)底面上的反射點，所考慮的光線的光路圖如圖所示設(shè)光線在M點的入射角為i，折射角為r，在N點的入射角為i，反射角為i，玻璃的折射率為n.由于OAM為等邊三角形，有i60°由折射定律有sin insin r代入題給條件n得r30°作底面在N點的法線NE，由NEAM，有i30°根據(jù)反射定律，有i 30°連接ON，由幾何關(guān)系知MANMON，故有MNO60°由式得ENO30°于是ENO為反射角，ON為反射光線這一反射光線經(jīng)球面再次折射后不改變方向所以，射出玻璃球冠的光線相對于入射光線的偏角為180°ENO150°答案：150°4如圖所示，在注滿水的游泳池的池底有一點光源A，它到池邊的水平距離為3.0 m從點光源A射向池邊的光線AB與豎直方向的夾角恰好等于全反射的臨界角，水的折射率為.(1)求池內(nèi)的水深；(2)一救生員坐在離池邊不遠處的高凳上，他的眼睛到池面的高度為2.0 m當他看到正前下方的點光源A時，他的眼睛所接受的光線與豎直方向的夾角恰好為45°.求救生員的眼睛到池邊的水平距離(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)解析：(1)如圖，設(shè)到達池邊的光線的入射角為i，依題意，水的折射率n，光線的折射角90°.由折射定律有nsin isin 由幾何關(guān)系有sin i式中，l3.0 m，h是池內(nèi)水的深度聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)得h m2.6 m(2)設(shè)此時救生員的眼睛到池邊的距離為x.依題意，救生員的視線與豎直方向的夾角為45°.由折射定律有nsin isin 式中，i是光線在水面的入射角設(shè)池底點光源A到水面入射點的水平距離為a.由幾何關(guān)系有sin ixlah式中h2 m聯(lián)立式得xm0.7 m答案：(1)2.6 m(2)0.7 m- 8 -