2022年高二下期光学专题复习.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载光学专题复习第一部分光的折射全反射学问点一折射定律1光的折射 : 光射到两种介质的界面处,一部分进入到另一种介质中,并且转变原先的传播方向的现象叫做光的折射；2折射定律 : 折射光线跟入射光线和法线在同一平面上,并且分别位于法线两侧,入射角 i的正弦跟折射角 r 的正弦成正比,即 常数；3折射率 : 光从真空射入某种介质发生折射时,入射角 i 的正弦跟折射角 r 的正弦之比, 叫做这种介质的折射率,即；且；特殊提示：（1）任何介质的折射率均大于 1；（2）相比较而言,折射率大的物质叫光密介质,折射率小的物质叫光疏介质,因此光 疏介质或光密介质是相对的；（3）介质的折射率说明白介质的折光才能,是由介质的属性打算的,不同的介质有不 同的折射率,所以光在不同的介质中的速度不同；（4）光的折射现象中,光路是可逆的；例：空中有一只小鸟,距水面3m,其正下方距水面4m深处的水中有一条鱼；已知水的折射率为4/3 ；（1）鸟从空中看到水中的鱼离它的距离是多少？（2）鱼在水中看空中的鸟离它的距离是多少？学问点二全反射1全反射： 当入射角增大到某一角度时,使折射角等于 射光线,这种现象叫做全反射；,折射光线消逝,只剩下反2临界角： 在全反射中,当折射角等于 时的入射角叫临界角；3发生全反射的条件：光从光密介质射向光疏介质；入射角大于或等于临界角；4全反射现象的应用例：（ 1）草叶上的露珠在阳光照耀下晶莹透亮,空试管放在盛水的烧杯中,会看到试管壁很光明,等等；（2）光导纤维是全反射的实际应用,与现代科学技术的进展关系亲密；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载例 ：光导纤维的结构如下列图,其内芯和外套材料不同,光在内芯中传播；以下关于光导 纤维的说法正确选项（）A内芯的折射率比外套大,光传播时在内芯与外套的界面 发生全反射B内芯的折射率比外套小,光传播时在内芯与外套的界面发生全反射 C内芯的折射率比外套小,光传播时在内芯与外套的界面发生折射 D内芯的折射率与外套相同,外套的材料有韧性,可以起爱护作用 学问点三棱镜、光的色散 1棱镜： 棱柱形的透亮体为棱镜,而横截面为三角形的棱镜即为三棱镜；需留意的是光 在通过三棱镜时,光线要经过两次折射；2一束白光经棱镜折射后会发生色散现象 复色光在介质中由于折射率不同而分解成单色光的现象,叫做光的色散；一束白光通过三棱镜后产生色散,在屏上形成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫彩色光谱,说明白光是复色光；3不同色光在介质中的速度是不同的 红光在玻璃中的光速最大,故红光在玻璃中的折射率最小,偏向角也最小,而紫光在玻璃中的光速最小,故紫光在 玻璃中的折射率最大,偏向角也最大,因此白光由于各色光 通过棱镜后偏向角不同而产生色散现象（如图）；例： 红光和紫光相比（）A红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较大 B红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较大 C红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较小 D红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较小名师归纳总结 【变式】 如下列图, 游泳池宽度L=15m,水面离岸边的高度为0.5m,在左岸边一标杆上装有第 2 页,共 16 页一 A 灯,A 灯距地面高0.5m,在右岸边站立着一个人,E点为人眼的位置, 人眼距地面离1.5m,如此人发觉A 灯经水反射所成的像与左岸水面下某处的B 灯经折射后所成的像重合,已知水的折射率为1.3 ,就 B灯在水面下多深处？（B 灯在图中未画出）- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载2、如图,置于空气中的一不透亮容器中盛满某种透亮液体；容器底部靠近器壁处有一竖直放置的 6.0cm 长的线光源； 靠近线光源一侧的液面上盖有一遮光板,另一侧有一水平放置的与液面等高的望远镜,用来观看线光源；开头时通过望远镜不能看到线光源的任何一部分；将线光源沿容器底向望远镜一侧平移至某处时,通过望远镜刚好可能看到线光源底端；再将线光源沿同一方向移动 8.0cm,刚好可以看到其顶端；求此液体的折射率 n；【变式】 如下列图,一立方体玻璃砖,放在空气中,平行光束从立方体的顶面斜射入玻璃砖,然后投射到它的一个侧面上；如全反射临界角为,问：（1）这光线能否从侧面射出？（2）如光线能从侧面射出,玻璃砖折射率应满意什么条件？3、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,其传播方向如下列图；设玻璃对 a、b 的折射率分别为和,a、b 在玻璃中的传播速度分别为 和,就（）A B C D【变式】 两种单色光由水中射向空气时发生全反射的临界角分别为、,已知；用、分别表示水对两单色光的折射率,、分别表示两单色光在水中的传播速度（ ）A、 B、 C 、D、其次部分 光的波动性学问点一光的干涉11801 年,英国物理学家托马斯· 杨胜利地观看到了光的干涉现象,证明白光的确是一种波；名师归纳总结 2光的干涉现象：在两列光波的叠加区域,某些区域相互加强,显现亮纹,某些区域相互第 3 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载减弱,显现暗纹,且加强和减弱的区域相间,即亮纹和暗纹相间的现象；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载3干涉条件： 光的干涉的条件是有两个振动情形总是相同的波源,即相干波源；（相干波名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载源的频率必需相同）；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料欢迎下载设形成相干波源的方法有两种：利用激光（由于激光发出的是单色性极好的光）；法将同一束光分为两束（这样两束光都来源于同一个光源,因此频率必定相等）；4干涉区域内产生的亮、暗纹亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍,即暗 纹 ： 屏 上 某 点 到 双 缝 的 光 程 差 等 于 半 波 长 的 奇 数 倍 , 即相邻亮纹（暗纹）间的距离；用此公式可以测定单色光的波长；用白光作双缝干涉试验时,由于白光内各种色光的波长不同,干涉条纹间距不同,所以屏的中心是白色亮纹,两边显现彩色条纹；5薄膜干涉 当光照耀到薄膜上时,可以看到在薄膜上显现明暗相间的条纹；当入射光是白光时,得到彩色条纹, 当入射光是单色光时,得到单色条纹；参加薄膜干涉的两列光是分别从薄膜的前表面和后表面反射出 来的两列光； 用薄膜干涉可以检查工件表面是否平整,在透镜表面涂 上增透膜以增大透射光；例 ： 用氦氖激光器进行双缝干涉试验,已知使用的双缝间距离d=0.1mm,双缝到屏的距离L=6.0m,测得屏上干涉条纹中亮纹的间距是 3.8cm,氦氖激光器发出的红光的波长是多少？假如把整个装置放入折射率是4/3 的水中,这时屏上的条纹间距是多少？学问点二光的衍射 1光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象叫光的衍射；2产生明显衍射现象的条件：障碍物（或孔）的尺寸可以跟波长相比,甚至比波长仍小；特殊提示： 关于衍射的表述肯定要精确（区分能否发生衍射和能否发生明显衍射）；各种不同外形的障碍物都能使光发生衍射；3泊松亮斑当光照到不透光的小圆板上时,在圆板的阴影中心显现的亮斑（在阴影外仍有不等间距的明暗相间的圆环）；例：一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板,在薄板后的光屏上出现明、暗相间的干涉条纹；现在将其中一条窄缝拦住,让这束红光只通过一条窄缝,就在光屏上可以看到（）A与原先相同的明暗相间的条纹,只是明条纹比原先暗些B与原先不同的明暗的条纹,而中心明条纹变宽些C只有一条与缝宽相对应的明条纹D无条纹,只存在一片红光学问点三光的偏振1光的偏振： 自然光是指在垂直于光的传播方向上,各个方向强度相同；偏振光是指在名师归纳总结 垂直于光的传播方向的平面上,只沿某个特定方向振动；光的偏振现象说明光波是横波；第 7 页,共 16 页例： 光的偏振现象说明光是横波,以下现象中不能反映光的偏振特性的是（）- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载A一束自然光相继通过两个偏振片,以光束为轴旋转其中一个偏振片,透射光的强度发生变化B一束自然光入射到两种介质的分界面上,时,反射光是偏振光当反射光与折射光线之间的夹角恰好是C日落时分,拍照水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振光片可以使景象更清楚D通过手指间的缝隙观看日光灯,可以看到彩色条纹1、如下列图,在双缝干涉试验中,和 为双缝, P 是光屏上的一点,已知 P点与 和距离之差为 m,今分别用 A、B 两种单色光在空气中做双缝干涉试验,问 P 点是亮条纹仍是暗条纹？（1）已知 A 光在折射率为n=1.5 的介质中波长为m；角为（2）已知 B 光在某种介质中波长为 m,当 B 光从这种介质射向空气时,临界；（sin =0. 6 ,cos =0.8 ）（3）如让 A 光照耀,B 光照耀,试分析光屏上能观看到的现象；名师归纳总结 【变式】 光通过各种不同的障碍物后会产生各种不同的衍射条纹,衍射条纹的图样与障碍物第 8 页,共 16 页的外形相对应,这一现象说明（ ） A 光是电磁波 B光具有波动性- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - c光可以携带信息优秀学习资料欢迎下载 D光具有波粒二象性；【变式】 如图甲所示, 在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜,空气膜,让一束单一波长的光垂直入射到该装置 上,结果在上方观看到如图乙所示的同心内疏外 密的圆环状干涉条纹,称为牛顿环；以下说法正 确的是（）A干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻 璃上表面反射光叠加形成的在两者之间形成厚度不匀称的B干涉现象是由于凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的C干涉条纹不等是由于空气膜厚度不是匀称变化的D干涉条纹不等是由于空气膜厚度是匀称变化的3、一段时间一来,“ 假奶粉大事” 闹得沸沸扬扬,奶粉的碳水化合物（糖）含量是一种重要指标,可以用“ 旋光法” 来测量糖溶液的浓度,从而测定含糖量,偏振光通过糖的水溶液后,偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度 , 这一角度 称为“ 旋光度”, 的值只与糖溶液的浓度有关,将 的测量值与标准值相比较,就能测量被测样品的含糖量了；如下列图,S 是自然光源, A、B 是偏振片,转动 B,使到达 O处的光最强,然后将被测样品 P 置于 A、B之间,就以下说法中正确选项（）A到达 O处光的强度会明显减弱B到达 O处光的强度不会明显减弱C将偏振片B 转动一个角度,使得O处光的强度最大,偏振片转过的角度等于D将偏振片A 转动一个角度,使得O处光的强度最大,偏振片转过的角度等于【变式】 如图, P是一偏振片, P 的透振方向（用带箭头的实线表示） 为竖直方向； 以下四种入射光束中哪几种照耀 P时能在 P的另一侧观看到透射光（）A太阳光 B 沿竖直方向振动的光C沿水平方向振动的光 D沿与竖直方向成45 角振动的光第三部分试验：测定玻璃的折射率试验目的： 1懂得用插针法测定玻璃折射率的原理2学会测定玻璃的折射率的试验方法试验器材： 玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器、三角板（或直尺）、铅笔试验原理名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载用插针法确定光路, 找出跟入射线相对应的折射线；用量角器测出入射角 i 和折射角 r ；依据折射定律运算出玻璃的折射率试验步骤： 1把白纸用图钉钉在木板上；面2在白纸上画一条直线作为界面,画一条线段AO作为入射光线,并过O点画出界的法线,如图边3把长方形的玻璃砖放在白纸上,使它的一个边跟 对齐,并画出玻璃砖的另一个；4在 AO线段上竖直地插上两枚大头针和；能同时5在玻璃砖的一侧竖直地插上大头针,用眼睛观看,调整视线,要使拦住 和 的像；6同样地在玻璃砖的 一侧再竖直地插上大头针,使能拦住 本身和、的像；7登记 和 的位置,移去玻璃砖和大头针,过 和 作直线 与 交于,连接,就是玻璃砖内的折射光线,入射角,折射角；8用量角器量出入射角和折射角的度数；9从三角函数表中查出入射角和折射角的正弦值,记入自己设计的表格里；10用上面的方法分别求出入射角是时的折射角, 查出入射角和折射角的正弦值；11算出不同入射角时的值比较一下,看它们是否接近一个常数,求出几次试验中所测 i 的平均值,这就是玻璃砖的折射率；数据处理数据处理的另一种方法：如下列图,以O1 圆心以任意长为半径（半径要尽能长些,约名师归纳总结 10cm）画圆交入射光线AO1 于 M点、交折射光线O1O于 P 点,过 M、P 作的垂线 MK、PQ,第 10 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 就优秀学习资料欢迎下载n；,据此可知,用刻度尺测出MK、QP的长度,即可求出折射率留意事项1玻璃砖要厚,用手拿玻璃砖时,只能接触玻璃毛面或棱,严禁用玻璃砖当尺子画界面；2入射角应在到之间；与间、与间的距3大头针要竖直插在白纸上,且玻璃砖每一侧两枚大头针离应尽量大一些,以减小确定光路方向时造成的误差；1、在用插针法测定玻璃砖折射率的试验中,甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面、与玻璃砖位置的关系分别如图、和所示,其中甲、丙同学用的是矩形玻璃砖,乙同学用的是梯形玻璃砖；他们的其他操作均正确,且均以、为界面画光路图；就甲同学测得的折射率与真实值相比 乙同学测得的折射率与真实值相比 _ （填“ 偏大” 、“ 偏小” 或“ 不变” ）_（填“ 偏大” 、“ 偏小” 或“ 不变” ）丙同学测得的折射率与真实值相比 _；【变式】 如下列图, 某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率；在平铺的白纸上垂直纸面插大头针、确定入射光线,并让入射光线过圆心 O,在玻璃砖（图中实线部分）另一侧垂直纸面插大头针,使 拦住、的像,连接；图中 MN为分界面,虚线半圆与玻璃砖对称,B、C 分别是入射光线、折射光线与圆的交点,AB、CD均垂直于法线并分别交法线于 A、D点；（ 1）设 AB的长度为,AO的长度为,CD的长度为；DO的长度为,为较便利地表示出玻璃砖的折射率,需用刻度尺测量 _,就玻璃砖的折射率可表示为 _；（ 2）该同学在插大头针 前不当心将玻璃砖以 O为圆心顺 时 针 转 过 一 个 小 角 度 , 由 此 测 得 玻 璃 砖 的 折 射 率 将_（填“ 偏大” 、“ 偏小” 或“ 不变” ）；2、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）；名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 现要测定此玻璃的折射率；优秀学习资料欢迎下载）、给定的器材仍有：白纸、 铅笔、 大头针 4 枚（带有刻度的直角三角板、量角器；试验时, 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 和 , 表示镀银的玻璃表面,表示另一表面,如下列图；然后,在白纸上竖直插上两枚大头针（位置如图）；用 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？试在题图中标出 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 与折射角；简要写出作图步骤；（3）写出用 表示的折射率公式 n_；【变式】 利用插针法测玻璃的折射率,试验中先将玻璃砖固定在水平桌面的白纸上,画出玻璃砖两侧界面 MN、PQ,在玻璃砖的一侧插好 大头针后,某同学发觉在 的同侧通过玻璃砖在如下列图位置也可观看到 的像,于是他在白纸上插大头针,使 挡住 的像,同样的方法, 他又插下大头针,使 拦住 和 的像,取走玻璃砖,画 连线交 MN于 O 点,连线交 MN于 点,测出 连线与 MN间的夹角,玻璃砖的厚度 h=2.00cm；两点间的距离 l=3. 00cm ；就玻璃砖的折射率为_；第四部分 试验：用双缝干涉测量光的波长试验目的1明白光波产生稳固的干涉现象的条件2观看双缝干涉图样3测定单色光的波长试验器材：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、另外仍有同学电源、导线、刻度尺试验原理双缝干涉中两个相邻明（暗）条纹之间的距离与波长、双缝间距离d 及双缝到屏的距离 l 满意；名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载两条相邻明（暗）条纹之间的距离 用测量头测出；测量头由分划板、目镜、手轮等构成,如图（ 1）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（2）所示；登记此时手轮上的读数,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,登记手轮上的刻度数,两次读数之差就是相邻两条明纹间的距离；即；试验步骤 1观看双缝干涉图样（1）将光源、单缝、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如下列图；（2）接好光源,打开开关,使灯丝正常发光；（3）调剂各器件的高度,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏；（4）安装双缝,使单缝与双缝的缝平行,二者间距约 5 10cm；（5）放上单缝,观看白光的干涉条纹；（6）在单缝和光源间放上滤光片,观看单色光的干涉条纹；2测定单色光的波长（1）安装测量头,调剂至可清楚观看到干涉条纹；（2）使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中心,登记手轮上的刻度数,与,转动手轮,n使分划板中心刻线移动；登记移动的条纹数n 和移动后手轮的读数之差即为条亮纹的间距；（3）用刻度尺测量双缝到光屏间距离 l （ d 是已知的）；（4）重复测量、运算,求出波长的平均值；（5）换用不同的滤光片,重复试验测量其他单色光的波长；当分划板中心刻线对齐另一条相邻的明条纹中心时,就是相邻两条明纹间的距离；即；数据处理登记手轮上的刻度数两次读数之差名师归纳总结 为了得到精确的某种单色光双缝干涉的条纹间距,试验中通常用常用的重复测量、运算第 13 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载求波长的平均值的方法；仍可以换用不同的滤光片,重复试验测量其他单色光的波长；误差分析很小,直接测量时相对误差较大,通常测出n 条明条纹间的距离a,再推算相邻两条明（暗）条纹间的距离,；留意事项 1双缝干涉仪是比较精密的仪器,应轻拿轻放,不要任凭拆解遮光筒、测量头等元件；2滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘,应用擦镜纸或洁净软片轻轻擦去；3安装时,留意调剂光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上,并 使单缝、双缝平移且竖直；4光源灯丝最好为线状灯丝,并与单缝平行且靠近；5调剂的基本依据是：照在像屏上的光很弱,主要缘由是灯丝与单缝、双缝、测量头 与遮光筒不共轴所致,干涉条纹不清楚一般主要是单缝与双峰不平行；1、利用图中装置讨论双缝干涉现象时,有下面几种说法：A将屏移近双缝,干涉条纹间距变窄 B将滤光片由蓝色的换成红色的,干涉条纹间距变宽 C将单缝向双缝移动一小段距离后,干涉条纹间距变宽 D换一个两缝之间距离较大的双缝,干涉条纹间距变窄 E去掉滤光片后,干涉现象消逝 _；其中正确选项：【变式】 如下列图, 在" 用双缝干涉测光的波长" 试验中, 光具座上放置的光学元件依次为光源、 _、 _、 _、遮光筒、光屏；对于某种单色光,为增加相邻亮纹（暗纹）间的距离,可实行_或_的方法；答案： 滤光片单缝双缝减小双缝间距离,增大双缝到屏的距离；解析： 依据条纹间距 光屏的距离；可知欲加大条纹间距,需减小双缝间距,加大双缝屏到名师归纳总结 例 2、现有毛玻璃屏A、双缝 B、白光光源C、单缝 D和透红光的滤光片E等光学元件,第 14 页,共 16 页要把它们放在如图1 所示的光具座上组装成双缝干涉装置,用以测量红光的波长；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载（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 学元件的字母排列次序应为 C、_、A；（2）本试验的步骤有：取下遮光筒左侧的元件,调剂光源高度,使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；按合理次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；用米尺测量双缝到屏的距离；用测量头（其读数方法同螺旋测微器）测量数条亮纹间的距离；在操作步骤时仍应留意_和_；（3）将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐,将该亮纹定为第 1 条亮纹,此时手轮上的示数如图 2 所示；然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第 6 条亮纹中心对 齐 , 记 下 此 时 图 3 中 手 轮 上 的 示 数 _mm, 求 得 相 邻 亮 纹 的 间 距 为_mm；（4）已知双缝间距d 为m,测得双缝到屏的距离l为 0.700m,由运算式 =_,求得所测红光波长为 _nm；【变式】 某同学设计了一个测定激光的波长的试验装置,如图甲所示；激光器发出的一束直径很小的红色激光进入一个一端装有双缝,另一端装有感光片的遮光筒,感光片的位置上显现一排等距的亮点,图乙中的黑点代表亮点的中心位置；（1）这个试验现象说明激光具有 _性；（2）通过量出相邻光点的距离可算出激光的波长,据资料介绍：如双缝的缝间距离为a,双缝到感光片的距离为 L,感光片上相邻两光点间的距离为 b,就光的波长；该同学测得 L=1.000m、双缝间距 a=0. 220mm,用带非常度游标的卡尺测感光片上的点间距离时,尺与点的中心位置如图乙所示；乙图中第 1 个光点到第 4 个光点的距离是_mm；试验中激光的波长=_m（保留两位有效数字）；名师归纳总结 （3）假如试验时将红激光换成蓝激光,屏上相邻两光点的距离将_；第 15 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 优秀学习资料欢迎下载第 16 页,共 16 页- - - - - - -