3-4基础知识

光一、光的折射1． 光的折射定律：折射光线与入射光线、法线处于同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。

12sin sin v v r in ＝＝ 折射现象的光路可逆性 2．折射率：v cn =，式中n 为介质的折射率，n >1，故v <c 介质的折射率r in sin sin ＝是反映介质光学性质的物理量，它的大小由介质本身决定。

某一频率的光在不同介质中传播时,频率不变但折射率不同,所以光速不同,波长也不同(与机械波相同);不同频率的光在同一介质中传播时,折射率不同,所以光速不同,波长也不同(与机械波的区别).频率越高，折射率越大。

3．折射时的色散：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫光的色散。

（1）光通过棱镜时将向棱镜的横截面的底边方向偏折（2）通过棱镜成像偏向顶点（3）实验表面，一束白光进入棱镜而被折射后，在屏上的光斑是彩色的，说明光在折射时发生了色散。

（4）光的色散规律：红光通过棱镜后偏折的程度比其他颜色的光的要小，而紫光的偏折程度比其他颜色的光要大。

说明透明物质对于波长不同的光的折射率是不同的。

波长越长，折射率越小。

5．应用：分析光的折射时，一般需作出光路图，常见方法是：①三角形边角关系法；②近似法，即利用小角度时，θ≈tanθ≈sinθ的近似关系求解。

记住光路是可逆的原理。

（1）折射率的测定 （2）利用折射定律结合几何知识解答的折射问题（3）多向思维方式理解、应用关键物理量n①像似深度h /=H/n ②全反射n C /1sin = ③折射率与波速度的关系v C n =6．光的全反射现象、反射条件、临界角全反射产生的条件是：（1）光从光密介质射向光疏介质；（2）入射角大于或等于临界角．临界角是一种特殊的入射角．当光线从某介质射入真空(或空气)时，其临界角的正弦值为c vn C ==1sin 。

注意：①临界角的含义：折射角为90︒时的入射角. ②规律：一旦发生全反射,即符合光的反射定律 ③光密介质与光疏介质——两个不同的介质，【例１】由某种透光物质制成的等腰直角棱镜ABO ，两腰长都是16 cm ．为了测定这种物质的折射率，将棱镜放在直角坐标系中，并使两腰与ox 、oy 轴重合，如图所示．从OB 边的C 点注视A 棱，发现A 棱的视位置在OA 边D 点．在C 、D 两点插大头针，看出C 点坐标位置（0，12）D 点坐标位置（9，0），由此可计算出该物质的折射率为 ．【例2】如图所示，为用透明介质做成的空心球，其折射率为n ，内、外半径分别为b a 和,用a b >>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少？【例3】某三棱镜的横截面是一直角三角形，如图所示，∠A=90°，ⅠⅡ∠B=30°，∠C=60°，棱镜材料的折射率为n ，底面BC 涂黑，入射光沿平行于底面BC 面，经AB 面和AC 面折射后出射．求（1）出射光线与入射光线延长线间的夹角δ；（2）为使上述入射光线能从AC 面出射，折射率n 的最大值为多少？【例4】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柱体的O 点（半圆的圆心）产生反射光束1和2，已知玻璃折射率为3，入射角为450（相应的折射角为240）,现保持入射光线不变，将半圆柱绕通过O 点垂直于图面的轴线顺时针转过150，如图中虚线所示，则： A ． 光束１转过150 B ． 光束1转过300C ． 光束2转过的角度小于150Ｄ．光束2转过的角度大于150 【例5】如图所示,一束白光以较大的入射角到三棱镜的一个侧面,从另一个侧面射出,在屏上形成从红到紫的彩色光带.当入射角逐渐减小时A.红光最先消失.B.红光紫光同时消失C.紫光最先消失.D.红光紫光都不消失二、 光的干涉、用双缝干涉测波长、衍射现象1、光的干涉现象：频率相同，振动方向一致，相差恒定（步调差恒定）的两束光，在相遇的区域出现了稳定相间的加强区域和减弱区域的现象。

产生干涉的条件：若S 1、S 2光振动情况完全相同，则符合λδn x dLr r ==-=12，（n =0、1、2、3…）时，出现亮条纹；若符合2)12(12λδ+==-=n x d Lr r ，（(n=0，1，2，3…)时，出现暗条纹。

相邻亮条纹（或相邻暗条纹）之间的中央间距为λd Lx =∆。

条纹特点：中央为明条纹，两边等间距对称分布明暗相间条纹。

2． 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Δx ＝l λ/d测波长为：λ＝d ·Δx /l（1）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。

（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l ，测相邻两条亮纹间的距离x ∆，测出n 个亮纹间的距离a ，则两个相邻亮条纹间距3．光的色散：不同的颜色的光，波长不同在双缝干涉实验中，各种颜色的光都会发生干涉现象，用不同色光做实验，条纹间距是不同的，说明：不同颜色的光，波长不同。

含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫光的色散。

各种色光按其波长的有序排列就是光谱。

从红光→紫光，光波的波长逐渐变小。

4．薄膜干涉中的色散现象 150 450入射光线 1 2图A把这层液膜当做一个平面镜，用它观察灯焰的像：是液膜前后两个反射的光形成的，在膜上不同位置，来自前后两个面的反射光用图中实虚线来代表两列光，所走的路程差不同。

在某些位置叠加后加强，出现了亮纹，在另一些位置，叠加后相互削弱，于是出现了暗纹。

5．应用： (1)照相机、望远镜的镜头表面的增透膜。

（2）检查工件表面是否平整。

6．光的衍射现象：光偏离直线传播绕过障碍物进入阴影区域里的现象。

产生明显衍射的条件：障碍物或孔（缝）的尺寸与波长可比（相差不多）或更小。

单色光单缝衍射图象特点：中央条纹最宽最亮，两侧为不等间隔的明暗相间的条纹。

应用：用衍射光栅测定光波波长。

【例6】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干涉条纹，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【例7】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 ．【例8】如图所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置，所用单色光是用普通光源加滤光片产生的。

检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反向的光叠加而成的（ ）A ．a 的上表面、b 的下表面B ．a 的上表面、b 的上表面C ．a 的下表面、b 的上表面D ．a 的下表面、b 的下表面【例9】现代光学装置中的透镜，棱镜的表面常涂上一层薄膜（一图a般用氟化镁），当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的1/4时，可以大大减少入射光的反射损失，从而增强透射光的强度，这种作用是应用了光的（）A．色散现象B．全反射现象C．干涉现象D．衍射现象【例10】在如图中所示,A、B两幅图是由单色光分别入射到圆孔而成成的的图像，其中图A是光的（填干涉或衍射）图像，由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径（填大于或小于）图B所对应的圆孔的孔径。

【例11】在双缝干涉实验中，如果将双缝中的一条挡住，其它都不改变，那么在光屏上观察到的现象将是（)A.仍然是均匀分布的明暗相间的条纹，只是亮纹的亮度变暗了B.仍然是均匀分布的明暗相间的条纹，只是由于挡住一条缝，所以光屏上只有一半区域内有干涉条纹，另一半区域内将没有干涉条纹C.仍然有明暗相间的条纹，只是条纹的宽窄和亮度分布不再是均匀的了D.由于只有单缝，不能形成相干光源，所以不会发生光的干涉现象，光屏上将没有任何条纹出现三、光的偏振、激光1、偏振光：自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定的方向振动。

光的偏振也证明了光是一种波，而且是横波。

自然光射到两种介质的界面上，如果光的入射方向合适，使反射和折射光之间的夹角恰好是90°，这时，反射光和折射光就都是偏振光，且它们的偏振方向互相垂直。

我们通常看到的绝大多数光都是偏振光。

应用：利用偏振滤光片摄影、观看立体电影等。

电子表的液晶显示也用到了偏振光。

2、激光的特点：高度的相干性；平行度非常好；亮度高应用：全息照相（激光的相干性）【例12】有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有（）A.只有电磁波才能发生偏振，机械波不能发生偏振B.只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振C.自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能变为偏振光D.除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光【例13】.下列有关光现象的说法中正确的是（）A．在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光的色散现象B．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变窄C．光异纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大D．光的偏振现象说明光是一种纵波电磁波相对论1．麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。

2．电磁波谱。

波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。

各种电磁波中，除可见光以外，相邻两个波段间都有重叠。

电磁波谱如图。

3．各种电磁波的产生机理分别是：无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；伦琴射线是原子的内层电子受到激发后产生的；γ射线是原子核受到激发后产生的。

电磁波谱从左至右频率越来越大，波长越来越短，因此就越不容易发生干涉和衍射现象，但穿透本领却越来越强．4．红外线、紫外线、X 射线的主要性质及其应用举例。