光的折射　全反射(實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率)

一、光的折射與折射率

1．折射定律

(1)內(nèi)容：如圖所示，折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比．

(4)當(dāng)光從真空(或空氣)射入某種介質(zhì)時(shí)，入射角大于折射角；當(dāng)光由介質(zhì)射入真空(或空氣)時(shí)，入射角小于折射角．

二、全反射

1．條件：(1)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)．

(2)入射角≥臨界角．

2．臨界角：折射角等于90°時(shí)的入射角，用C表示，sin C＝1/n.

三、光的色散、棱鏡

1．光的色散

(1)色散現(xiàn)象

白光通過(guò)三棱鏡會(huì)形成由紅到紫七種色光組成的彩色光譜，如圖．

(2)成因

由于n_紅＜n_紫，所以以相同的入射角射到棱鏡界面時(shí)，紅光和紫光的折射角不同，就是說(shuō)紫光偏折得更明顯些，當(dāng)它們射到另一個(gè)界面時(shí)，紫光的偏折角最大，紅光偏折角最?。?/p>

2．棱鏡

三棱鏡對(duì)光線的作用：改變光的傳播方向，使復(fù)色光發(fā)生色散．

【重要考點(diǎn)歸納】

考點(diǎn)一　折射定律的理解與應(yīng)用

1．折射率：由介質(zhì)本身性質(zhì)決定，與入射角的大小無(wú)關(guān)．

2．折射率與介質(zhì)的密度無(wú)關(guān)，光密介質(zhì)不是指密度大的介質(zhì)．

3．同一種介質(zhì)中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越?。?/p>

5.光的折射問(wèn)題的一般解題步驟

(1)根據(jù)題意準(zhǔn)確作出光路圖，注意作準(zhǔn)法線．

(2)利用數(shù)學(xué)知識(shí)找到入射角和折射角．

(3)利用折射定律列方程．

考點(diǎn)二　全反射現(xiàn)象

1．在光的反射和全反射現(xiàn)象中，均遵循光的反射定律；光路均是可逆的．

2．當(dāng)光射到兩種介質(zhì)的界面上時(shí)，往往同時(shí)發(fā)生光的折射和反射現(xiàn)象，但在全反射現(xiàn)象中，只發(fā)生反射，不發(fā)生折射．當(dāng)折射角等于90°時(shí)，實(shí)際上就已經(jīng)沒(méi)有折射光了．

3．全反射現(xiàn)象可以從能量的角度去理解：當(dāng)光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，在入射角逐漸增大的過(guò)程中，反射光的能量逐漸增強(qiáng)，折射光的能量逐漸減弱，當(dāng)入射角等于臨界角時(shí)，折射光的能量已經(jīng)減弱為零，這時(shí)就發(fā)生了全反射．

4.分析全反射問(wèn)題的基本思路

(1)畫(huà)出恰好發(fā)生全反射的臨界光線，作好光路圖．

(2)應(yīng)用幾何知識(shí)分析邊、角關(guān)系，找出臨界角．

(3)判斷發(fā)生全反射的范圍．

考點(diǎn)三　光路的計(jì)算與判斷

1．光線射到介質(zhì)的界面上時(shí)，要注意對(duì)產(chǎn)生的現(xiàn)象進(jìn)行分析：

(1)若光線從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)，不會(huì)發(fā)生全反射，而同時(shí)發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，不同色光偏折不同．

(2)若光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，是否發(fā)生全反射，要根據(jù)計(jì)算判斷，要注意不同色光臨界角不同．

2．作圖時(shí)要找出具有代表性的光線，如符合邊界條件或全反射臨界條件的光線．

3．解答時(shí)注意利用光路可逆性、對(duì)稱(chēng)性和幾何知識(shí)．

4．各種色光的比較

考點(diǎn)四　實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率

1．實(shí)驗(yàn)原理

用插針?lè)ㄕ页雠c入射光線AO對(duì)應(yīng)的出射光線O′B，確定出O′點(diǎn)，畫(huà)出折射光線OO′，然后

2．實(shí)驗(yàn)過(guò)程

(1)鋪白紙、畫(huà)線．

①如圖所示，將白紙用圖釘按在平木板上，先在白紙上畫(huà)出一條直線aa′作為界面，過(guò)aa′上的一點(diǎn)O畫(huà)出界面的法線MN，并畫(huà)一條線段AO作為入射光線．

②把玻璃磚平放在白紙上，使它的長(zhǎng)邊跟aa′對(duì)齊，畫(huà)出玻璃磚的另一條長(zhǎng)邊bb′.

(2)插針與測(cè)量．

①在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P₁、P₂，透過(guò)玻璃磚觀察大頭針P₁、P₂的像，調(diào)整視線的方向，直到P₁的像被P₂擋住，再在觀察的這一側(cè)依次插兩枚大頭針P₃、P₄，使P₃擋住

P₁、P₂的像，P₄擋住P₁、P₂的像及P₃，記下P₃、P₄的位置．

②移去玻璃磚，連接P₃、P₄并延長(zhǎng)交bb′于O′，連接OO′即為折射光線，入射角θ₁＝∠AOM，折射角θ₂＝∠O′ON.

③用量角器測(cè)出入射角和折射角，查出它們的正弦值，將數(shù)據(jù)填入表格中．

④改變?nèi)肷浣?em>θ₁，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟，列表記錄相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)．

3．?dāng)?shù)據(jù)處理

4．注意事項(xiàng)

(1)玻璃磚應(yīng)選用厚度、寬度較大的．

(2)大頭針要插得豎直，且間隔要大些．

(3)入射角不宜過(guò)大或過(guò)小，一般在15°～75°之間．

(4)玻璃磚的折射面要畫(huà)準(zhǔn)，不能用玻璃磚界面代替直尺畫(huà)界線．

(5)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，玻璃磚和白紙的相對(duì)位置不能改變.

光的波動(dòng)性(實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng))

【基本概念規(guī)律】

一、光的干涉

1．定義：在兩列光波的疊加區(qū)域，某些區(qū)域的光被加強(qiáng)，出現(xiàn)亮紋，某些區(qū)域的光被減弱，出現(xiàn)暗紋，且加強(qiáng)和減弱互相間隔的現(xiàn)象叫做光的干涉現(xiàn)象．

2．條件：兩列光的頻率相等，且具有恒定的相位差，才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象．

3．雙縫干涉：由同一光源發(fā)出的光經(jīng)雙縫后形成兩束振動(dòng)情況總是頻率相等的相干光波，

屏上某點(diǎn)到雙縫的路程差是波長(zhǎng)的整數(shù)倍處出現(xiàn)亮條紋；路程差是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋．相鄰的明條紋(或暗條紋)之間距離Δx與波長(zhǎng)λ、雙縫間距d及屏到雙縫距離l的關(guān)系為Δx=l/dλ.

4．薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)前后表面反射的光相遇而形成的．圖樣中同一條亮(或暗)條紋上所對(duì)應(yīng)薄膜厚度相同．

二、光的衍射

1．光的衍射現(xiàn)象

光在遇到障礙物時(shí)，偏離直線傳播方向而照射到陰影區(qū)域的現(xiàn)象叫做光的衍射．

2．光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件

當(dāng)孔或障礙物的尺寸比光波波長(zhǎng)小，或者跟光波波長(zhǎng)相差不多時(shí)，光才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象．

3．衍射圖樣

(1)單縫衍射：中央為亮條紋，向兩側(cè)有明暗相間的條紋，但間距和亮度不同．白光衍射時(shí)，中央仍為白光，最靠近中央的是紫光，最遠(yuǎn)離中央的是紅光．

(2)圓孔衍射：明暗相間的不等距圓環(huán)．

(3)泊松亮斑：光照射到一個(gè)半徑很小的圓板后，在圓板的陰影中心出現(xiàn)的亮斑，這是光能發(fā)生衍射的有力證據(jù)之一．

三、光的偏振

1．偏振光：在跟光傳播方向垂直的平面內(nèi)，光在某一方向振動(dòng)較強(qiáng)而在另一些方向振動(dòng)較弱的光即為偏振光．

光的偏振現(xiàn)象證明光是橫波(填“橫波”或“縱波”)．

2．自然光：太陽(yáng)、電燈等普通光源發(fā)出的光，包括在垂直于傳播方向上沿各個(gè)方向振動(dòng)的光，而且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同，這種光叫做自然光．

3．偏振光的產(chǎn)生

自然光通過(guò)起偏器：通過(guò)兩個(gè)共軸的偏振片觀察自然光，第一個(gè)偏振片的作用是把自然光變成偏振光，叫做起偏器．第二個(gè)偏振片的作用是檢驗(yàn)光是否是偏振光，叫做檢偏器．

【重要考點(diǎn)歸納】

考點(diǎn)一　光的干涉

1．雙縫干涉

(1)光能夠發(fā)生干涉的條件：兩光的頻率相同，振動(dòng)步調(diào)相同．

(2)雙縫干涉形成的條紋是等間距的，兩相鄰亮條紋或相鄰暗條紋間距離與波長(zhǎng)成正比，即Δx＝l/dλ.

(3)用白光照射雙縫時(shí)，形成的干涉條紋的特點(diǎn)：中央為白條紋，兩側(cè)為彩色條紋．

2．薄膜干涉

(1)如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．

(2)光照射到薄膜上時(shí)，在膜的前表面AA′和后表面BB′分別反射出來(lái)，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加，兩列光波同相疊加，出現(xiàn)明紋；反相疊加，出現(xiàn)暗紋．

(3)條紋特點(diǎn)：①單色光：明暗相間的水平條紋；

②白光：彩色水平條紋．

3.明暗條紋的判斷方法

2.光的干涉和衍射的本質(zhì)

光的干涉和衍射都屬于光的疊加，從本質(zhì)上看，干涉條紋和衍射條紋的形成有相似的原理，都可認(rèn)為是從單縫通過(guò)兩列或多列頻率相同的光波，在屏上疊加形成的．

考點(diǎn)三　光的偏振現(xiàn)象的理解

1．偏振光的產(chǎn)生方式

(1)自然光通過(guò)起偏器：通過(guò)兩個(gè)共軸的偏振片觀察自然光，第一個(gè)偏振片的作用是把自然光變成偏振光，叫起偏器．第二個(gè)偏振片的作用是檢驗(yàn)光是否為偏振光，叫檢偏器．

(2)自然光射到兩種介質(zhì)的交界面上，如果光入射的方向合適，使反射光和折射光之間的夾角恰好是90°時(shí)，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直．

2．偏振光的理論意義及應(yīng)用

(1)理論意義：光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明了光波是橫波.

(2)應(yīng)用：照相機(jī)鏡頭、立體電影、消除車(chē)燈眩光等．

考點(diǎn)四　實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)

1．實(shí)驗(yàn)原理

單色光通過(guò)單縫后，經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，圖樣中相鄰兩條亮(暗)紋間距Δx與雙縫間距d、雙縫到屏的距離l、單色光的波長(zhǎng)λ之間滿足λ＝dΔx/l.

2．實(shí)驗(yàn)步驟

(1)觀察干涉條紋

①將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上．如圖所示．

②接好光源，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，使燈絲正常發(fā)光．

③調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)光屏．

④安裝雙縫和單縫，中心大致位于遮光筒的軸線上，使雙縫與單縫的縫平行，二者間距約5 cm～10 cm，這時(shí)，可觀察白光的干涉條紋．

⑤在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋．

(2)測(cè)定單色光的波長(zhǎng)

①安裝測(cè)量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋．

②使分劃板中心刻線對(duì)齊某條亮條紋的中央，記下手輪上的讀數(shù)a₁，將該條紋記為第1條亮紋；轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線移動(dòng)至另一亮條紋的中央，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)a₂，將該條紋記為第n條亮紋．

③用刻度尺測(cè)量雙縫到光屏的距離l(d是已知的)．

④改變雙縫間的距離d，雙縫到屏的距離l，重復(fù)測(cè)量．

3．?dāng)?shù)據(jù)處理

4．注意事項(xiàng)

(1)安裝時(shí)，注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上，并使單縫、雙縫平行且間距適當(dāng)．

(2)光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單縫平行且靠近．

(3)調(diào)節(jié)的基本依據(jù)是：照在光屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫，測(cè)量頭與遮光筒不共軸所致，干涉條紋不清晰一般原因是單縫與雙縫不平行所致，故應(yīng)正確調(diào)節(jié)．

【思想方法與技巧】

條紋間距公式的拓展應(yīng)用

在光的干涉、衍射中，要注意光的波長(zhǎng)，像雙縫干涉中，通常是指光在真空(空氣)中的

波長(zhǎng)，若裝置處于其他介質(zhì)中，就應(yīng)取光在介質(zhì)中的波長(zhǎng)．又如薄膜干涉、增透膜等，也應(yīng)為在這種介質(zhì)中的波長(zhǎng)．