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最新高考物理二轮复习课件：选修3-4 第3讲 光 电磁波
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这是一份最新高考物理二轮复习课件：选修3-4 第3讲 光 电磁波，共60页。PPT课件主要包含了同一平面，光学性质，大于1，大于或等于，全反射，白色亮，前后表面，相差不多，等间距，不均匀等内容，欢迎下载使用。
【知识梳理自查】一、光的折射定律 折射率1.折射现象:光从一种介质斜射入另一种介质时传播方向发生_____的现象。2.折射定律 (1)内容:如图所示,折射光线与入射光线、法线处在_________内,折射光线与入射光线分别位于法线的两侧;入射角的正弦与折射角的正弦成___比。(2)表达式: =n。(3)在光的折射现象中,光路是_____的。
3.折射率(1)折射率是一个反映介质的_________的物理量。(2)定义式:n= 。(3)计算公式:n= ,因为v
二、全反射 光导纤维1.光密介质与光疏介质
2.全反射(1)定义:光从光密介质射入光疏介质,当入射角增大到某一角度时,折射光线将全部_____,只剩下反射光线的现象。(2)条件:①光从光密介质射入光疏介质;②入射角___________临界角。(3)临界角:折射角等于90°时的入射角。若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时,发生全反射的临界角为C,则sinC= 。介质的折射率越大,发生全反射的临界角越___。
3.光导纤维:光导纤维的原理是利用光的_______,如图所示。
情境转换在自行车的后挡泥板上,常常安装着一个“尾灯”。其实它不是灯,它是由一种透明的塑料制成的,其截面如图所示。夜间,从自行车后方射来的汽车灯光照在“尾灯”上时,“尾灯”就变得十分明亮,以便引起汽车司机的注意。
问题:(1)“尾灯”为什么做成如图所示截面而不是平面? (2)夜间“尾灯”变得十分明亮利用了什么原理?提示:(1)用全反射棱镜代替平面镜,改变光的传播方向。 (2)全反射原理。
三、光的干涉1.定义:在两列光波叠加的区域,某些区域相互加强,出现___条纹,某些区域相互减弱,出现___条纹,且加强区域和减弱区域相互间隔的现象。2.条件:两束光的频率_____、相位差恒定。3.双缝干涉图样特点(1)单色光照射时形成明暗相间的等间距的干涉条纹;白光照射时,中央为_______条纹,其余为_____条纹。
(2)通过亮条纹中心的位置x=±k (k=0,1,2…),得相邻的亮条纹(或暗条纹)之间距离Δx与波长λ、双缝间距d及屏到双缝间距离l的关系为__________。
4.薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂液薄膜)_________反射的光相遇而形成的。图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应薄膜厚度_____。
情境转换煤矿中的瓦斯危害极大,某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率,于是他根据双缝干涉现象设计了一个监测仪,其原理如图所示:在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B,容器A与干净的空气相通,在容器B中通入矿井中的气体,观察屏上的干涉条纹,就能够监测瓦斯浓度。
问题:如果屏的正中央O点变为暗条纹,试分析说明B中气体成分。提示:如果屏的正中央O变为暗纹,说明从两个子光源到屏的光程差发生变化,所以B中气体一定含瓦斯。
四、光的衍射1.发生明显衍射的条件:只有当障碍物的尺寸与光的波长_________,甚至比光的波长_____的时候,衍射现象才会明显。2.衍射条纹的特点
3.双缝干涉与单缝衍射图样对比单色光的双缝干涉条纹是_______的,而单缝衍射条纹宽度_______,中央条纹最___,两边依次变___。五、光的偏振1.自然光:包含着在垂直于传播方向上沿_________振动的光,而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。2.偏振光:在垂直于光的传播方向的平面上,只沿着某个_____的方向振动的光。
3.偏振光的形成(1)让自然光通过_______形成偏振光。(2)让自然光在两种介质的界面发生反射和_____,反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光。4.光的偏振现象说明光是一种___波。
六、电磁波1.麦克斯韦电磁场理论变化的磁场能够在周围空间产生_____,变化的电场能够在周围空间产生_____。2.电磁波(1)电磁场在空间由近及远的传播,形成_______。电磁波是横波。(2)电磁波的传播不需要_____,可在真空中传播,在真空中不同频率的电磁波传播速度_____(都等于光速)。(3)不同频率的电磁波,在同一介质中传播,其速度是不同的,频率越高,波速越___。(4)v=λf,f是电磁波的频率。
3.电磁波的发射(1)发射条件:_____电路和_________信号,所以要对传输信号进行调制(调幅或调频)。(2)调制方式①调幅:使高频电磁波的_____随信号的强弱而变。②调频:使高频电磁波的_____随信号的强弱而变。
4.电磁波的接收(1)当接收电路的固有频率跟接收到电磁波的频率_____时,激起的振荡电流_____,这就是电谐振现象。(2)使接收电路产生电谐振的过程叫作_____,能够调谐的接收电路叫作_____电路。(3)从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程,叫作_____。检波是_____的逆过程,也叫作_____。
5.电磁波谱:按照电磁波的_____或_____的大小顺序把它们排列成的谱叫作电磁波谱。按波长由长到短排列的电磁波谱为:无线电波、红外线、_______、紫外线、X射线、γ射线。
【小题速诊速纠】1.判一判(1)只要入射角足够大,就能发生全反射。( )(2)若光从空气中射入水中,它的传播速度一定减小。( )(3)已知介质对某单色光的临界角为C,则该介质的折射率等于 。 ( )(4)密度大的介质一定是光密介质。( )(5)只有横波才能产生干涉和衍射现象。( )(6)光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象。( )
(7)光的双缝干涉实验中,若仅将入射光从红光改为紫光,则相邻亮条纹间距一定变小。( )(8)均匀变化的磁场产生均匀变化的电场向外传播便形成了电磁波。 ( )提示:(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)× (6)√(7)√ (8)×
2.练一练(1)两束同色细平行光相距为d,从空气中互相平行地斜射到梯形玻璃砖的上表面,如图所示,当它们从玻璃砖的下表面垂直射出后,有( )A.两束光平行,距离为dB.两束光平行,距离大于dC.两束光平行,距离小于dD.两束光不平行,两射出点的距离为d
【解析】选B。光路图如图所示,根据光路图可知,两束光从玻璃砖的下表面垂直射出后,依然平行,设两束光线的入射角为α,两入射点距离为L,根据几何关系有d=Lcsα,设两束光的折射角为β,则β<α,根据几何关系有d′=L·csβ,则d′>d,故A、C、D错误,B正确。
(2)在白炽灯的照射下,能从紧压在一起的两块玻璃板的表面看到彩色条纹。这是光的( )A.双缝干涉现象 B.薄膜干涉现象C.单缝衍射现象D.色散现象【解析】选B。光照射到两块玻璃板之间的空气膜上,在上下表面发生反射后叠加,形成干涉条纹,属于薄膜干涉。故B正确,A、C、D错误。
(3)某次光的衍射实验中,观察到如图所示的明暗相间的图样,则障碍物为 ( )A.很小的不透明圆板B.中间有较小圆孔的不透明挡板C.很大的不透明圆板D.中间有较大圆孔的不透明挡板
【解析】选B。用光照射很小的不透明圆板时后面出现一亮点,即泊松亮斑,故A错误;用光照射中间有较小圆孔的不透明挡板时是明暗相间的衍射图样,故B正确;用光照射很大的不透明圆板时后面是一片阴影,故C错误;在做衍射实验时,如果不透明挡板中间的圆孔比较大,不会发生衍射现象,或者衍射现象不明显,观察不到明暗相间的图样,故D错误。
考点1 光的折射、全反射(c)【要点融会贯通】1.求解光的折射、全反射问题的四点提醒:(1)光密介质和光疏介质是相对而言的。同一种介质,相对于其他不同的介质,可能是光密介质,也可能是光疏介质。(2)如果光线从光疏介质进入光密介质,则无论入射角多大,都不会发生全反射现象。(3)在光的反射和全反射现象中,均遵循光的反射定律,光路均是可逆的。(4)当光射到两种介质的界面上时,往往同时发生光的折射和反射现象,但在全反射现象中,只发生反射,不发生折射。
2.解决全反射问题的一般方法:(1)确定光是从光密介质进入光疏介质。(2)应用sin C= 确定临界角。(3)根据题设条件,判定光在传播时是否发生全反射。(4)如发生全反射,画出入射角等于临界角时的临界光路图。(5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算,解决问题。
3.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制:
【典例考题研析】【典例1】 (2018·全国卷Ⅰ)如图,△ABC为一玻璃三棱镜的横截面,∠A=30°。一束红光垂直AB边射入,从AC边上的D点射出,其折射角为60°,则玻璃对红光的折射率为________。若改用蓝光沿同一路径入射,则光线在D点射出时的折射角________(选填“小于”“等于”或“大于”)60°。
【解析】根据折射率公式可知红光的折射率n= ;因为蓝光的折射率比红光的折射率大,则光线在D点射出时的折射角大于60°。答案: 大于
【典例2】 (2020·浙江7月选考)如图所示,圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上,光线从P点垂直界面入射后,恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射;当入射角θ=60°时,光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为c,则( )A.玻璃砖的折射率为之间的距离为 RC.光在玻璃砖内的传播速度为 cD.光从玻璃到空气的临界角为30°
【解析】选C。作出两种情况下的光路图,如图所示 设OP=x,在A处发生全反射故有sinC= 由出射光与入射光平行可知,在B处射出,故n= 由于sin∠OBP= 联立可得n= ,x= R,故A、B错误;由v= ,可得v= c,故C正确;由于sinC= ,所以临界角不为30°,故D错误。
【精练题组通关】1.(2020·浙江1月选考真题)如图所示,一束光与某材料表面成45°角入射,每次反射的光能量为入射光能量的k倍(0
2.(易错专练:光的全反射临界条件)(2017·全国卷Ⅲ)如图,一半径为R的玻璃半球,O点是半球的球心,虚线OO′表示光轴(过球心O与半球底面垂直的直线)。已知玻璃的折射率为1.5。现有一束平行光垂直入射到半球的底面上,有些光线能从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线)。求: (1)从球面射出的光线对应的入射光线与光轴距离的最大值。(2)距光轴 的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离。
【解析】(1)如图所示,从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值,这个入射光刚好发生全反射,其临界角C的正弦sinC= ,由几何关系可知从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值dm=RsinC= R
(2)设距光轴 的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离为L。由几何关系可知:入射角sinα= ,由折射定律n= 解得sinβ= ,β=30°,由正弦定理得: 解得L= 答案:(1) R (2)
【加固训练】 (2017·全国卷Ⅰ)如图,一玻璃工件的上半部是半径为R的半球体,O点为球心;下半部是半径为R、高为2R的圆柱体,圆柱体底面镀有反射膜。有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入,该光线与OC之间的距离为0.6R。已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射)。求该玻璃的折射率。
【解析】如图所示,根据光路的对称性与光路的可逆性知,与入射光线相对于OC轴对称的出射光线一定与入射光线平行,故从半球面射入的折射光线,将从圆柱体中心C点反射。设光线在半球面的入射角为i,折射角为r,由折射定律有:sini=nsinr; 由正弦定理有:
由几何关系,入射点的法线与OC的夹角为i。设入射光线与OC的距离为L,由题设条件和几何关系有:sini= ;由以上几式解得:sinr= ,n= ≈1.43答案:1.43
考点2 测定玻璃的折射率【要点融会贯通】 1.实验原理:用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O′B,确定出O′点,画出折射光线OO′,然后测量出角θ1和θ2,代入公式计算玻璃的折射率。2.实验器材:白纸、图钉、大头针、直尺、铅笔、量角器、平木板、长方形玻璃砖。
3.实验过程: (1)铺白纸、画线。①如图所示,将白纸用图钉按在平木板上,先在白纸上画出一条直线aa′作为界面,过aa′上的一点O画出界面的法线MN,并画一条线段AO作为入射光线。②把玻璃砖平放在白纸上,使它的长边跟aa′对齐,画出玻璃砖的另一条长边bb′。
(2)插针与测量。①在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线的方向,直到P1的像被P2挡住,再在观察的这一侧依次插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P1、P2的像及P3,记下P3、P4的位置。②移去玻璃砖,连接P3、P4并延长交bb′于O′,连接OO′即为折射光线,入射角θ1=∠AOM,折射角θ2=∠O′ON。③用量角器测出入射角和折射角,查出它们的正弦值,将数据填入表格中。④改变入射角θ1,重复实验步骤,列表记录相关测量数据。
4.数据处理:计算每次的折射率n,求出平均值 。5.注意事项:(1)玻璃砖应选用厚度、宽度较大的。(2)大头针要插得竖直,且间隔要大些。(3)入射角不宜过大或过小,一般在15°～75°之间。(4)玻璃砖的折射面要画准,不能用玻璃砖界面代替直尺画界线。(5)实验过程中,玻璃砖和白纸的相对位置不能改变。
【典例考题研析】 【典例3】如图所示,在测量玻璃折射率的实验中,两位同学先在白纸上放好截面是正三角形ABC的三棱镜,并确定AB和AC界面的位置。然后在棱镜的左侧画出一条直线,并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2,再从棱镜的右侧观察P1和P2的像。
(1)此后正确的操作步骤是__________。(选填选项前的字母) A.插上大头针P3,使P3挡住P2的像B.插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像C.插上大头针P4,使P4挡住P3的像D.插上大头针P4,使P4挡住P3和P1、P2的像
(2)正确完成上述操作后,在纸上标出大头针P3、P4的位置(图中已标出)。为测量该种玻璃的折射率,两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路和若干辅助线,如图甲、乙所示。在图中仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图________(选填“甲”或“乙”),所测玻璃折射率的表达式n=__________(用代表线段长度的字母DE、GF表示)。
【解析】(1)在棱镜的左侧画出一条直线,并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2,确定入射光线,然后插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,再插上大头针P4,使P4挡住P3和P1、P2的像,从而确定出射光线。因此选项B、D正确。(2)设入射角为α,折射角为β,根据折射定律和几何关系有:对于甲图,sinα= ,sinβ= ,对于乙图,sinα= ,sinβ= ,可知仅通过测量DE、GF的长度便可正确计算出折射率的是图乙,折射率n= 答案:(1)B、D (2)乙
【精练题组通关】1.在用插针法测玻璃砖折射率的实验中,玻璃砖的ab边与a′b′边相互平行,aa′边与bb′边不平行。某同学在白纸上仔细画出了玻璃砖的两条边线aa′和bb′,如图所示。
(1)实验时,先在玻璃砖的一侧插两枚大头针P1和P2以确定入射光线AO。接着,眼睛在玻璃砖的__________(选填“同一侧”或“另一侧”)观察所插的两枚大头针P1和P2,同时通过插第三、第四枚大头针来确定从玻璃砖射出的光线。
(2)实验中是否要求四枚大头针的针帽在同一视线上?________(选填“是”或“否”)。 (3)下列操作可以减小实验误差的是________(填字母代号)。 A.适当增大大头针P1、P2的间距B.选择玻璃砖相互平行的ab、a′b′边来测量C.选用尽可能细的笔画线D.使AO的入射角接近90°
【解析】(1)实验时,先在玻璃砖的一侧插两枚大头针P1和P2以确定入射光线AO;接着,眼睛在玻璃砖的另一侧观察所插的两枚大头针P1和P2,同时通过插第三、第四枚大头针来确定从玻璃砖射出的光线;(2)实验中要求四枚大头针的针尖在同一视线上,而不是针帽;(3)大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些时,相同的距离误差,引起的角度误差会减小,角度的测量误差会小些,故A正确。作插针法测定折射率时,玻璃砖上下表面不一定要平行,故B错误。为了准确确定入射光线和折射光线,选用尽可能细的笔画线,故C正确。为了减小测量的相对误差,选择的入射角应尽量大些,效果会更好,但不是接近90°,故D错误。故选A、C。答案:(1)另一侧 (2)否 (3)A、C
2.如图甲所示为光学实验用的长方体玻璃砖,它的______面不能用手直接接触。在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔a、b、c的位置相同,且插在c位置的针正好挡住插在a、b位置的针的像,但最后一个针孔的位置不同,分别为d、e两点,如图乙所示。计算折射率时,用________(选填“d”或“e”)点得到的值较小,用________(选填“d”或“e”)点得到的值误差较小。
【解析】光学面若被手接触污染,会影响观察效果,增大实验误差;分别连接cd和ce并延长到界面,与界面分别交于f、g两点,由n= 不难得出用d点得到的折射率值较小,过c点的出射光线应平行于ab,利用直尺比对并仔细观察,可知ec∥ab,故用e点得到的折射率值误差较小。答案:光学 d e
考点3 光的干涉、衍射及偏振(b)【要点融会贯通】1.单缝衍射与双缝干涉的比较:
2.自然光和偏振光的比较:
【精练题组通关】1.(多选) 下列属于光的干涉现象的是( )
【解析】选A、C。牛顿环是由光的等厚干涉产生的,故A正确;泊松亮斑是光的衍射现象,故B错误;阳光下五彩的肥皂泡是光的干涉产生的,故C正确;海市蜃楼是光的全反射现象,故D错误。所以A、C正确,B、D错误。
2.(多选)(2020·丽水模拟)用激光做单缝衍射实验和双缝干涉实验时,比普通光源效果更好,图样更清晰。如果将感光元件置于光屏上,则不仅能在光屏上看到彩色条纹,还能通过感光元件中的信号转换,在电脑上看到光强的分布情况(如图所示)。下列说法正确的是( )
A.当做单缝实验时,光强分布图如图乙所示B.当做单缝实验时,光强分布图如图丙所示C.当做双缝实验时,光强分布图如图乙所示D.当做双缝实验时,光强分布图如图丙所示【解析】选A、D。当做单缝实验时,中央是亮条纹,往两侧条纹亮度逐渐降低,且亮条纹的宽度不等,所以其光强分布图如题图乙所示,A项正确,B项错误;当做双缝实验时,在屏上呈现的是宽度相等的亮条纹,所以其光强分布图如题图丙所示,C项错误,D项正确。
【加固训练】 (多选)下列说法正确的是( )A.用光导纤维束传输图像和信息,这是利用了光的全反射原理B.紫外线比红外线更容易发生衍射现象C.经过同一双缝所得的干涉条纹,红光比绿光条纹宽度大D.光的偏振现象说明光是一种横波
【解析】选A、C、D。光导纤维束传输图像和信息,这是利用了光的全反射原理,故A正确;紫外线的波长比红外线短,不容易发生衍射现象,故B错误;同一双缝所得的干涉条纹,因红光的波长比绿光长,则干涉条纹宽度大,故C正确;偏振是横波的特有现象,光的偏振现象说明光是一种横波,故D正确。
考点4 用双缝干涉测量光的波长【要点融会贯通】 1.实验原理:相邻两条明条纹间距Δx与入射光波长λ,双缝S1、S2、间距d及双缝与屏的距离l满足的关系式为Δx= λ。2.实验器材:双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。
3.实验步骤:(1)安装仪器。 ①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。②接好光源,打开开关,使白炽灯正常发光。调节各部件的高度,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。③安装单缝和双缝,中心位于遮光筒的轴线上,使双缝和单缝的缝平行。
(2)观察与记录。①调单缝与双缝间距为5～10 cm时,观察白光的干涉条纹。②在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。③调节测量头,使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心,记下手轮上的读数a1;转动手轮,使分划板向一侧移动,当分划板中心刻度线与第n条相邻的明条纹中心对齐时,记下手轮上的刻度数a2,则相邻两条纹间的距离Δx= ④换用不同的滤光片,测量其他色光的波长。(3)数据处理:用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l,由公式λ= Δx计算波长,重复测量、计算,求出波长的平均值。
4.注意事项:(1)调节双缝干涉仪时,要注意调节光源的高度,使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。(2)放置单缝和双缝时,缝要相互平行,中心大致位于遮光筒的轴线上。(3)调节测量头时,应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐,记清此时手轮上的读数,转动测量头,使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐,记下此时手轮上的读数,两次读数之差就表示这两个条纹间的距离。(4)不要直接测Δx,要测几个条纹的间距,计算得Δx,这样可以减小误差。(5)白光的干涉观察到的是彩色条纹,其中白色在中央,红色在最外边。
【典例考题研析】【典例4】用某种单色光做双缝干涉实验,实验时先移动测量头上的手轮,把分划线对准靠近最左边的一条明条纹作为第1条明条纹,并记下游标卡尺的读数a1(如图甲所示),然后转动手轮,把分划线向右边移动,直到对准第7条明条纹并记下游标卡尺的读数a2(如图乙所示),由以上测量求该单色光的波长。实验采用双缝干涉仪(如图丙所示),包括以下元件:白炽灯、单缝片、光屏、双缝、遮光筒、滤光片。
(1)下列说法正确的是________。 A.光具座上元件b为单缝B.光具座上元件d为双缝C.本实验中单缝的作用是获得相干光源D.将红色滤光片换成紫色滤光片时,观察到相邻亮条纹之间的间距变小(2)已知双缝间距d=0.25 mm,双缝到屏的间距L=838.2 mm。图中手轮游标卡尺的初始读数a1=__________mm。分划板中心刻线移动到第7条线时手轮读数a2=________mm,由以上测量数据求该单色光的波长为________m(保留3位有效数字)。
【解析】(1)光具座上元件b为滤光片,c为单缝,d为双缝,故A错误,B正确;单缝的作用是使入射光变成线光源,双缝的作用是形成相干光源,故C错误;条纹间距与波长成正比,将红色滤光片换成紫色滤光片时,紫光波长较短,故观察到相邻亮条纹之间的间距变小,D正确。故选B、D。(2)图中手轮游标卡尺的初始读数a1=0+15×0.02 mm=0.30 mm;第7条线时手轮读数a2=14+35×0.02 mm=14.70 mm;Δx= mm=2.40 mm。根据Δx= λ,代入数据得:λ=7.16×10-7 m。答案:(1)B、D (2) 0.30 14.70 7.16×10-7
【强化训练】 在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,选用红色滤光片和间距为0.20 mm的双缝,双缝与屏的距离为600 mm。某同学正确操作后,在目镜中看到如图甲所示的干涉条纹。换成紫色滤光片正确操作后,使测量头分划板刻线与第k级暗条纹中心对齐,在目镜中观测到的是图乙中的__________(填字母),此时测量头的读数为25.70 mm。沿同一方向继续移动测量头使分划板刻线与第k+5级暗条纹中心对齐,此时测量头标尺如图丙所示,其读数是______mm,紫光的波长等于________nm。
【解析】换上紫色滤光片后,由干涉条纹间距Δx= 可知,其他条件不变情况下,间距变小,干涉条纹变密,分划板应该在正中央,所以为D。根据游标卡尺读数为19.40 mm。平均条纹间隔Δx= mm=1.26 mm,所以1.26 mm= ,即λ=420 nm。 答案:D 19.40 420
三十二 光 电磁波(建议用时40分钟)【基础练】1.(多选) 对下列现象解释正确的是( )
A.图甲和泊松亮斑的原理一样B.图乙和三棱镜色散的原理一样C.图丙和利用光学技术检查镜面的平整程度的原理一样D.图丁和偏振太阳镜的原理一样
【解析】选B、C、D。沙漠蜃景是光的全反射现象,而泊松亮斑的原理是光的衍射,它们的原理不相同,故A错误;彩虹是光的折射,而三棱镜色散也是光的折射,原理相同,故B正确;彩色的肥皂泡是光的干涉,而检查光学平面的平整程度是光的干涉现象,它们原理也相同,故C正确;立体电影是光的偏振现象,偏振太阳镜也是是光的偏振现象,它们的原理相同,故D正确;本题选正确的选项,故选B、C、D。
2.(2020·浙江7月选考)在抗击新冠病毒的过程中,广泛使用了红外体温计测量体温,如图所示。下列说法正确的是( )A.当体温超过37.3 ℃时人体才辐射红外线B.当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线C.红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的D.红外体温计是依据人体温度越高,辐射的红外线强度越大来测体温的
【解析】选D。凡是温度高于绝对零度的物体都能产生红外辐射,故人体一直都会辐射红外线,故A、B错误;人身体各个部位体温是有变化的,所以辐射的红外线强度就会不一样,温度越高红外线强度越高,温度越低辐射的红外线强度就越低,所以通过检测人体辐射出来的红外线的强度就能测出体温,故C错误,D正确。
3.(多选)如图所示是一个用折射率n=2.4的透明介质做成的四棱柱的横截面图,其中∠A=∠C=90°,∠B=60°。现有一条光线垂直入射到棱镜的AB面上。下列说法正确的是( )A.AB边可能无光线射出B.AD边一定无光线射出C.DC边一定无光线射出D.BC边一定无光线射出
【解析】选B、C。光线从左侧垂直AB射入棱镜时,有反射也透射,透射方向不变。光线射到DC时,由几何知识得,入射角为i=30°。该棱镜的临界角为C,则sin C= ,故有C<30°,所以光线在DC面上发生了全反射。由几何知识分析得到,光线射到AB面上时入射角为i′=60°,发生全反射,反射光线与BC面垂直,所以既有光线垂直射出BC面,又有光线从BC反射,根据光路的可逆性可知,这个反射光线沿原路返回,故B、C正确,A、D错误。
【加固训练】(多选)如图所示,在空气中,一束单色光由两面平行的玻璃板的a表面射入,从b表面射出,则以下说法中正确的是( )
A.出射光线一定与入射光线平行B.随着θ角的增大,光可能在a表面发生全反射C.随着θ角的增大,光可能在b表面发生全反射(θ<90°)D.无论如何改变θ角,光线从a表面射入,不可能在b表面发生全反射
【解析】选A、D。光线通过两面平行的玻璃板时,光的传播方向不变,只是发生了侧移,A正确;光线在a表面是由光疏介质射入光密介质,故不会发生全反射。当光线射到b表面时,入射角等于光在a表面时的折射角,由光路可逆知,它在b表面的折射角等于在a表面的入射角,故在b表面也不会发生全反射,故B、C错误,D正确。
4.(2020·宁波模拟)如图所示是一束由红光和蓝光组成的复色光射入半圆形玻璃砖界面发生反射和折射的光路图,其中OA、OB为复色光,OC为单色光,下列说法正确的是( )A.OC为蓝光B.保持入射光不变,顺时针转动玻璃砖,OC会逐渐消失C.保持入射光不变,逆时针转动玻璃砖,OC会逐渐消失D.若将复色光沿CO射向玻璃砖,有可能不会出现折射光
【解析】选B。反射的特点是入射光线和反射光线分居法线两侧,折射的特点是入射光线和折射光线分居介质平面两侧,所以OA是入射光,OB是反射光,OC是折射光,因为OC是单色光,所以有一种光在玻璃砖界面发生了全反射,根据全反射的特点:sinC= ,蓝光的折射率大,蓝光对应的临界角小,则蓝光比红光更容易发生全反射,所以OC为红光,故A错误;保持入射光不变,顺时针转动玻璃砖,入射角变大,逐渐接近临界角,所以OC会逐渐消失,故B正确;保持入射光不变,逆时针转动玻璃砖,入射角变小,逐渐远离临界角,所以OC不会消失,故C错误;根据光路的可逆性,若将复色光沿CO射向玻璃砖,仍然会出现折射光,故D错误。
5.公园里灯光喷泉的水池中有处于同一深度若干彩灯,晚上,从正上方观察不同颜色彩灯的深度和水面上被照亮的面积,下列说法正确的是( )A.紫灯看起来较浅,紫灯照亮的水面面积较大B.红灯看起来较深,红灯照亮的水面面积较小C.紫灯看起来较深,紫灯照亮的水面面积较大D.红灯看起来较深,红灯照亮的水面面积较大
【解析】选D。光源在水中的视深为h视= ,因为红光比紫光的折射率小,则红灯看起来较深。根据sin C= 知,红光比紫光的折射率小,则红光发生全反射的临界角大,则红光照在水面上照亮的圆的半径大,则被照亮的水面面积较大,故D正确,A、B、C错误。
6.(2020·杭州模拟)如图所示,让太阳光(自然光)通过M上的小孔S后照射到M右方的偏振片P上,P的右侧再放一光屏Q,现使P绕着平行于光传播方向的轴匀速转动一周,则关于光屏Q上的亮度变化情况,下列判断中正确的是 ( )A.只有当偏振片转到某一适当位置时光屏被照亮,其他位置时光屏上无亮光B.光屏上亮度基本不变C.光屏上亮、暗交替变化出现D.光屏上只有一条亮线随偏振片的转动而转动
【解析】选B。太阳光是自然光,在垂直于光的传播方向的平面内,光的振动沿任意方向,且各个方向上的光振动强度相同,所以旋转偏振片只能改变光振动的方向,不能改变光的强度。
7.(多选)用a、b两单色光分别照射同一双缝干涉装置,在距双缝恒定距离的光屏上得到如图所示的干涉图样,其中图甲是单色光束a照射时形成的图样,图乙是单色光束b照射时形成的图样,则下列关于a、b两束单色光的说法中,正确的是( )
A.若光束a照在某金属上恰能发生光电效应,则光束b照到该金属上不能发生光电效应B.若两束光都能使某金属发生光电效应,则光束a照到该金属表面所逸出的光电子的最大初动能比光束b小C.它们在真空中具有相同大小的传播速度D.在相同条件下,光束a比光束b更容易产生明显的衍射现象
【解析】选B、C、D。a光照射产生的条纹间距大于b光照射产生的条纹间距,根据双缝干涉条纹的间距公式:Δx= 知,a光的波长大于b光的波长,则a光的频率小于b光的频率,所以若光束a照在某金属上恰能发生光电效应,则光束b照到该金属上一定能发生光电效应,故A错误;若两束光都能使某金属发生光电效应,因光束a的频率小,依据光电效应方程:Ekm=hν-W,则光束a照到该金属表面所逸出的光电子的最大初动能比光束b小,故B正确;在真空中各种色光的光速相同,故C正确;因为a光的波长长,则a光比b光更容易产生明显的衍射现象,故D正确。
8.(2020·绍兴模拟)现行的第四代移动通信技术4G,采用1 880～2 635 MHz频段的无线电波;2020年我国将全面推行第五代移动通信技术5G,采用3 300～5 000 MHz频段的无线电波。未来5G网络的传输速率是4G网络的50～100倍。下列说法中正确的是( )A.5G信号和4G信号都是横波B.在空气中5G信号比4G信号传播速度大C.5G信号和4G信号相遇能产生干涉现象D.5G和4G电磁波信号的磁感应强度随时间是均匀变化的
【解析】选A。5G和4G信号都是电磁波,电磁波都是横波,故A正确;任何电磁波在真空中的传播速度均为光速,故传播速度相同,故B错误;波的干涉条件是两列波的频率相同,振动情况相同,5G和4G信号的频率不同,相遇不能产生干涉现象,故C错误;根据麦克斯韦电磁场理论可知,均匀变化的电(磁)场只能产生恒定不变的磁(电)场,不能形成电磁波,故5G和4G电磁波信号的磁感应强度随时间不是均匀变化的,故D错误。
【提升练】9.(多选)(2020·台州模拟)如图所示为一玻璃工件的截面图,上半部ABC为等腰直角三角形,∠A =90°,下半部是半径为R的半圆,O是圆心,P、Q是半圆弧BDC上的两个点,AD和BC垂直相交于O点。现有一束平行于AD方向的平行光射到AB面上,从A点射入玻璃的光射到P点,已知圆弧BQ与QD的长度相等,圆弧CP长度是DP长度的2倍,光在真空中传播的速度为c,若只考虑光从AB界面一次折射到圆弧界面,则( )A.此玻璃工件的折射率为 B.射到Q点的光一定发生全反射C.能从圆弧界面射出的圆弧长度为 D.射到圆弧界面的最长时间为
【解析】选A、B、C。如图所示:过A点作AB面的法线,连接AP,连接OP,设从A点射入玻璃的光的入射角为i,折射角为r,则i=45°,设OP与OD夹角为θ1,由于圆弧CP长度是DP的2倍,则θ1= =30°,设AP与AD夹角为θ2,由于△ABC为等腰直角三角形,则OA=OP=R,所以△AOP是等腰三角形,θ2= θ1=15°,r=∠OAC-θ2=30°,由折射定律有:n= ,解得:n= ,故A正确;设玻璃的临界角为C,sinC= ,解得:C=45°,作出射到圆弧上Q点的光线FQ,连接OQ,设FQ与BC的夹角为θ3,FQ与OQ的夹角为θ4,因为圆弧BQ与QD的长度相等,所以∠BOQ=45°,因为所有入射光平行,所以所有折射光线平行,则θ3=75°,θ4=180°-θ3-∠BOQ=60°,由于θ4>C,所以射到Q点的光一定发生全反射,故B正确;由上可知对应的
圆心角是60°,可得能从圆弧界面射出的圆弧长度为 ,故C正确;当光线沿AP射出时,所用时间最长,根据几何关系可得:s=2Rcs15°,速度为v= ,传播的时间为t= ,故D错误。
10.(2020·宁波模拟)如图所示,把酒精灯放在肥皂液薄膜前,从薄膜上可看到明暗相间的条纹,能解释这一现象产生原因的示意图是(图中实线、虚线为光照射到薄膜上时,从膜的前后表面分别反射形成的两列波)( )
【解析】选C。看到的明暗条纹是从膜前后表面分别反射形成的两列相干波发生干涉形成的,肥皂膜中的液体在重力作用下导致从上至下的薄膜厚度不同,反射回来的两列波的同步性不同,明条纹是相干加强形成的,暗条纹是相干减弱形成的,选项C正确。
11.用双缝干涉测光的波长,实验装置如图甲所示,已知单缝与双缝间的距离L1=100 mm,双缝与屏的距离L2=700 mm,双缝间距d=0.25 mm。用测量头来测量亮纹中心的距离,测量时用某种单色光照射双缝得到干涉图样。
(1)分划板在图中Q位置时如图乙所示,手轮上的读数是________mm。 (2)如果用上述装置测量氦氖激光器发出激光的波长,则图中除了光源以外,其他不必要的器材元件有________。 A.滤光片 B.单缝 C.双缝 D.光屏(3)如图丙所示,某同学由于没有量角器,在完成了光路图以后,他以O点为圆心,5.00 cm长为半径画圆,分别交线段OA于C点,交OO′于E点,过C点作法线NN′的垂线CD交NN′于点D,过E点作法线NN′的垂线EF交NN′于F点,如图所示。用刻度尺量得CD=3.00 cm,EF=2.00 cm。由此可得出玻璃的折射率n=________。
【解析】(1)图中螺旋测微器的固定刻度读数为7.5 mm,可动刻度读数为0.01×37.0 mm=0.370 mm,所以最终读数为7.5 mm+0.370 mm=7.870 mm;(2)激光具有较好的相干性,不再需要滤光片和单缝,故选A、B;(3)折射率n= =1.5。答案:(1)7.870 (2)A、B (3)1.5
12.如图所示,ABC为由玻璃制成的三棱镜,某同学运用“插针法”来测量此三棱镜的折射率,在AB左边插入P1、P2二枚大头针,在AC右侧插入P3、P4二枚大头针,结果P1、P2的像被P3挡住,P1、P2的像及P3被P4挡住。现给你一把量角器,要求回答以下问题:
(1)请作出光路图,并用所测量物理量(须在图中标明)表示三棱镜的折射率n=__________。 (2)若某同学在作出玻璃界面时,把玻璃右侧界面画成AC′(真实界面为AC),则此同学测量出三棱镜折射率比真实值________(选填“大”“小”或“相等”)。
【知识梳理自查】一、光的折射定律 折射率1.折射现象:光从一种介质斜射入另一种介质时传播方向发生_____的现象。2.折射定律 (1)内容:如图所示,折射光线与入射光线、法线处在_________内,折射光线与入射光线分别位于法线的两侧;入射角的正弦与折射角的正弦成___比。(2)表达式: =n。(3)在光的折射现象中,光路是_____的。
3.折射率(1)折射率是一个反映介质的_________的物理量。(2)定义式:n= 。(3)计算公式:n= ,因为v
二、全反射 光导纤维1.光密介质与光疏介质
2.全反射(1)定义:光从光密介质射入光疏介质,当入射角增大到某一角度时,折射光线将全部_____,只剩下反射光线的现象。(2)条件:①光从光密介质射入光疏介质;②入射角___________临界角。(3)临界角:折射角等于90°时的入射角。若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时,发生全反射的临界角为C,则sinC= 。介质的折射率越大,发生全反射的临界角越___。
3.光导纤维:光导纤维的原理是利用光的_______,如图所示。
情境转换在自行车的后挡泥板上,常常安装着一个“尾灯”。其实它不是灯,它是由一种透明的塑料制成的,其截面如图所示。夜间,从自行车后方射来的汽车灯光照在“尾灯”上时,“尾灯”就变得十分明亮,以便引起汽车司机的注意。
问题:(1)“尾灯”为什么做成如图所示截面而不是平面? (2)夜间“尾灯”变得十分明亮利用了什么原理?提示:(1)用全反射棱镜代替平面镜,改变光的传播方向。 (2)全反射原理。
三、光的干涉1.定义:在两列光波叠加的区域,某些区域相互加强,出现___条纹,某些区域相互减弱,出现___条纹,且加强区域和减弱区域相互间隔的现象。2.条件:两束光的频率_____、相位差恒定。3.双缝干涉图样特点(1)单色光照射时形成明暗相间的等间距的干涉条纹;白光照射时,中央为_______条纹,其余为_____条纹。
(2)通过亮条纹中心的位置x=±k (k=0,1,2…),得相邻的亮条纹(或暗条纹)之间距离Δx与波长λ、双缝间距d及屏到双缝间距离l的关系为__________。
4.薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂液薄膜)_________反射的光相遇而形成的。图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应薄膜厚度_____。
情境转换煤矿中的瓦斯危害极大,某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率,于是他根据双缝干涉现象设计了一个监测仪,其原理如图所示:在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B,容器A与干净的空气相通,在容器B中通入矿井中的气体,观察屏上的干涉条纹,就能够监测瓦斯浓度。
问题:如果屏的正中央O点变为暗条纹,试分析说明B中气体成分。提示:如果屏的正中央O变为暗纹,说明从两个子光源到屏的光程差发生变化,所以B中气体一定含瓦斯。
四、光的衍射1.发生明显衍射的条件:只有当障碍物的尺寸与光的波长_________,甚至比光的波长_____的时候,衍射现象才会明显。2.衍射条纹的特点
3.双缝干涉与单缝衍射图样对比单色光的双缝干涉条纹是_______的,而单缝衍射条纹宽度_______,中央条纹最___,两边依次变___。五、光的偏振1.自然光:包含着在垂直于传播方向上沿_________振动的光,而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。2.偏振光:在垂直于光的传播方向的平面上,只沿着某个_____的方向振动的光。
3.偏振光的形成(1)让自然光通过_______形成偏振光。(2)让自然光在两种介质的界面发生反射和_____,反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光。4.光的偏振现象说明光是一种___波。
六、电磁波1.麦克斯韦电磁场理论变化的磁场能够在周围空间产生_____,变化的电场能够在周围空间产生_____。2.电磁波(1)电磁场在空间由近及远的传播,形成_______。电磁波是横波。(2)电磁波的传播不需要_____,可在真空中传播,在真空中不同频率的电磁波传播速度_____(都等于光速)。(3)不同频率的电磁波,在同一介质中传播,其速度是不同的,频率越高,波速越___。(4)v=λf,f是电磁波的频率。
3.电磁波的发射(1)发射条件:_____电路和_________信号,所以要对传输信号进行调制(调幅或调频)。(2)调制方式①调幅:使高频电磁波的_____随信号的强弱而变。②调频:使高频电磁波的_____随信号的强弱而变。
4.电磁波的接收(1)当接收电路的固有频率跟接收到电磁波的频率_____时,激起的振荡电流_____,这就是电谐振现象。(2)使接收电路产生电谐振的过程叫作_____,能够调谐的接收电路叫作_____电路。(3)从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程,叫作_____。检波是_____的逆过程,也叫作_____。
5.电磁波谱:按照电磁波的_____或_____的大小顺序把它们排列成的谱叫作电磁波谱。按波长由长到短排列的电磁波谱为:无线电波、红外线、_______、紫外线、X射线、γ射线。
【小题速诊速纠】1.判一判(1)只要入射角足够大,就能发生全反射。( )(2)若光从空气中射入水中,它的传播速度一定减小。( )(3)已知介质对某单色光的临界角为C,则该介质的折射率等于 。 ( )(4)密度大的介质一定是光密介质。( )(5)只有横波才能产生干涉和衍射现象。( )(6)光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象。( )
(7)光的双缝干涉实验中,若仅将入射光从红光改为紫光,则相邻亮条纹间距一定变小。( )(8)均匀变化的磁场产生均匀变化的电场向外传播便形成了电磁波。 ( )提示:(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)× (6)√(7)√ (8)×
2.练一练(1)两束同色细平行光相距为d,从空气中互相平行地斜射到梯形玻璃砖的上表面,如图所示,当它们从玻璃砖的下表面垂直射出后,有( )A.两束光平行,距离为dB.两束光平行,距离大于dC.两束光平行,距离小于dD.两束光不平行,两射出点的距离为d
【解析】选B。光路图如图所示,根据光路图可知,两束光从玻璃砖的下表面垂直射出后,依然平行,设两束光线的入射角为α,两入射点距离为L,根据几何关系有d=Lcsα,设两束光的折射角为β,则β<α,根据几何关系有d′=L·csβ,则d′>d,故A、C、D错误,B正确。
(2)在白炽灯的照射下,能从紧压在一起的两块玻璃板的表面看到彩色条纹。这是光的( )A.双缝干涉现象 B.薄膜干涉现象C.单缝衍射现象D.色散现象【解析】选B。光照射到两块玻璃板之间的空气膜上,在上下表面发生反射后叠加,形成干涉条纹,属于薄膜干涉。故B正确,A、C、D错误。
(3)某次光的衍射实验中,观察到如图所示的明暗相间的图样,则障碍物为 ( )A.很小的不透明圆板B.中间有较小圆孔的不透明挡板C.很大的不透明圆板D.中间有较大圆孔的不透明挡板
【解析】选B。用光照射很小的不透明圆板时后面出现一亮点,即泊松亮斑,故A错误;用光照射中间有较小圆孔的不透明挡板时是明暗相间的衍射图样,故B正确;用光照射很大的不透明圆板时后面是一片阴影,故C错误;在做衍射实验时,如果不透明挡板中间的圆孔比较大,不会发生衍射现象,或者衍射现象不明显,观察不到明暗相间的图样,故D错误。
考点1 光的折射、全反射(c)【要点融会贯通】1.求解光的折射、全反射问题的四点提醒:(1)光密介质和光疏介质是相对而言的。同一种介质,相对于其他不同的介质,可能是光密介质,也可能是光疏介质。(2)如果光线从光疏介质进入光密介质,则无论入射角多大,都不会发生全反射现象。(3)在光的反射和全反射现象中,均遵循光的反射定律,光路均是可逆的。(4)当光射到两种介质的界面上时,往往同时发生光的折射和反射现象,但在全反射现象中,只发生反射,不发生折射。
2.解决全反射问题的一般方法:(1)确定光是从光密介质进入光疏介质。(2)应用sin C= 确定临界角。(3)根据题设条件,判定光在传播时是否发生全反射。(4)如发生全反射,画出入射角等于临界角时的临界光路图。(5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算,解决问题。
3.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制:
【典例考题研析】【典例1】 (2018·全国卷Ⅰ)如图,△ABC为一玻璃三棱镜的横截面,∠A=30°。一束红光垂直AB边射入,从AC边上的D点射出,其折射角为60°,则玻璃对红光的折射率为________。若改用蓝光沿同一路径入射,则光线在D点射出时的折射角________(选填“小于”“等于”或“大于”)60°。
【解析】根据折射率公式可知红光的折射率n= ;因为蓝光的折射率比红光的折射率大,则光线在D点射出时的折射角大于60°。答案: 大于
【典例2】 (2020·浙江7月选考)如图所示,圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上,光线从P点垂直界面入射后,恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射;当入射角θ=60°时,光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为c,则( )A.玻璃砖的折射率为之间的距离为 RC.光在玻璃砖内的传播速度为 cD.光从玻璃到空气的临界角为30°
【解析】选C。作出两种情况下的光路图,如图所示 设OP=x,在A处发生全反射故有sinC= 由出射光与入射光平行可知,在B处射出,故n= 由于sin∠OBP= 联立可得n= ,x= R,故A、B错误;由v= ,可得v= c,故C正确;由于sinC= ,所以临界角不为30°,故D错误。
【精练题组通关】1.(2020·浙江1月选考真题)如图所示,一束光与某材料表面成45°角入射,每次反射的光能量为入射光能量的k倍(0
2.(易错专练:光的全反射临界条件)(2017·全国卷Ⅲ)如图,一半径为R的玻璃半球,O点是半球的球心,虚线OO′表示光轴(过球心O与半球底面垂直的直线)。已知玻璃的折射率为1.5。现有一束平行光垂直入射到半球的底面上,有些光线能从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线)。求: (1)从球面射出的光线对应的入射光线与光轴距离的最大值。(2)距光轴 的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离。
【解析】(1)如图所示,从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值,这个入射光刚好发生全反射,其临界角C的正弦sinC= ,由几何关系可知从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值dm=RsinC= R
(2)设距光轴 的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离为L。由几何关系可知:入射角sinα= ,由折射定律n= 解得sinβ= ,β=30°,由正弦定理得: 解得L= 答案:(1) R (2)
【加固训练】 (2017·全国卷Ⅰ)如图,一玻璃工件的上半部是半径为R的半球体,O点为球心;下半部是半径为R、高为2R的圆柱体,圆柱体底面镀有反射膜。有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入,该光线与OC之间的距离为0.6R。已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射)。求该玻璃的折射率。
【解析】如图所示,根据光路的对称性与光路的可逆性知,与入射光线相对于OC轴对称的出射光线一定与入射光线平行,故从半球面射入的折射光线,将从圆柱体中心C点反射。设光线在半球面的入射角为i,折射角为r,由折射定律有:sini=nsinr; 由正弦定理有:
由几何关系,入射点的法线与OC的夹角为i。设入射光线与OC的距离为L,由题设条件和几何关系有:sini= ;由以上几式解得:sinr= ,n= ≈1.43答案:1.43
考点2 测定玻璃的折射率【要点融会贯通】 1.实验原理:用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O′B,确定出O′点,画出折射光线OO′,然后测量出角θ1和θ2,代入公式计算玻璃的折射率。2.实验器材:白纸、图钉、大头针、直尺、铅笔、量角器、平木板、长方形玻璃砖。
3.实验过程: (1)铺白纸、画线。①如图所示,将白纸用图钉按在平木板上,先在白纸上画出一条直线aa′作为界面,过aa′上的一点O画出界面的法线MN,并画一条线段AO作为入射光线。②把玻璃砖平放在白纸上,使它的长边跟aa′对齐,画出玻璃砖的另一条长边bb′。
(2)插针与测量。①在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线的方向,直到P1的像被P2挡住,再在观察的这一侧依次插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P1、P2的像及P3,记下P3、P4的位置。②移去玻璃砖,连接P3、P4并延长交bb′于O′,连接OO′即为折射光线,入射角θ1=∠AOM,折射角θ2=∠O′ON。③用量角器测出入射角和折射角,查出它们的正弦值,将数据填入表格中。④改变入射角θ1,重复实验步骤,列表记录相关测量数据。
4.数据处理:计算每次的折射率n,求出平均值 。5.注意事项:(1)玻璃砖应选用厚度、宽度较大的。(2)大头针要插得竖直,且间隔要大些。(3)入射角不宜过大或过小,一般在15°～75°之间。(4)玻璃砖的折射面要画准,不能用玻璃砖界面代替直尺画界线。(5)实验过程中,玻璃砖和白纸的相对位置不能改变。
【典例考题研析】 【典例3】如图所示,在测量玻璃折射率的实验中,两位同学先在白纸上放好截面是正三角形ABC的三棱镜,并确定AB和AC界面的位置。然后在棱镜的左侧画出一条直线,并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2,再从棱镜的右侧观察P1和P2的像。
(1)此后正确的操作步骤是__________。(选填选项前的字母) A.插上大头针P3,使P3挡住P2的像B.插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像C.插上大头针P4,使P4挡住P3的像D.插上大头针P4,使P4挡住P3和P1、P2的像
(2)正确完成上述操作后,在纸上标出大头针P3、P4的位置(图中已标出)。为测量该种玻璃的折射率,两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路和若干辅助线,如图甲、乙所示。在图中仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图________(选填“甲”或“乙”),所测玻璃折射率的表达式n=__________(用代表线段长度的字母DE、GF表示)。
【解析】(1)在棱镜的左侧画出一条直线,并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2,确定入射光线,然后插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,再插上大头针P4,使P4挡住P3和P1、P2的像,从而确定出射光线。因此选项B、D正确。(2)设入射角为α,折射角为β,根据折射定律和几何关系有:对于甲图,sinα= ,sinβ= ,对于乙图,sinα= ,sinβ= ,可知仅通过测量DE、GF的长度便可正确计算出折射率的是图乙,折射率n= 答案:(1)B、D (2)乙
【精练题组通关】1.在用插针法测玻璃砖折射率的实验中,玻璃砖的ab边与a′b′边相互平行,aa′边与bb′边不平行。某同学在白纸上仔细画出了玻璃砖的两条边线aa′和bb′,如图所示。
(1)实验时,先在玻璃砖的一侧插两枚大头针P1和P2以确定入射光线AO。接着,眼睛在玻璃砖的__________(选填“同一侧”或“另一侧”)观察所插的两枚大头针P1和P2,同时通过插第三、第四枚大头针来确定从玻璃砖射出的光线。
(2)实验中是否要求四枚大头针的针帽在同一视线上?________(选填“是”或“否”)。 (3)下列操作可以减小实验误差的是________(填字母代号)。 A.适当增大大头针P1、P2的间距B.选择玻璃砖相互平行的ab、a′b′边来测量C.选用尽可能细的笔画线D.使AO的入射角接近90°
【解析】(1)实验时,先在玻璃砖的一侧插两枚大头针P1和P2以确定入射光线AO;接着,眼睛在玻璃砖的另一侧观察所插的两枚大头针P1和P2,同时通过插第三、第四枚大头针来确定从玻璃砖射出的光线;(2)实验中要求四枚大头针的针尖在同一视线上,而不是针帽;(3)大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些时,相同的距离误差,引起的角度误差会减小,角度的测量误差会小些,故A正确。作插针法测定折射率时,玻璃砖上下表面不一定要平行,故B错误。为了准确确定入射光线和折射光线,选用尽可能细的笔画线,故C正确。为了减小测量的相对误差,选择的入射角应尽量大些,效果会更好,但不是接近90°,故D错误。故选A、C。答案:(1)另一侧 (2)否 (3)A、C
2.如图甲所示为光学实验用的长方体玻璃砖,它的______面不能用手直接接触。在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔a、b、c的位置相同,且插在c位置的针正好挡住插在a、b位置的针的像,但最后一个针孔的位置不同,分别为d、e两点,如图乙所示。计算折射率时,用________(选填“d”或“e”)点得到的值较小,用________(选填“d”或“e”)点得到的值误差较小。
【解析】光学面若被手接触污染,会影响观察效果,增大实验误差;分别连接cd和ce并延长到界面,与界面分别交于f、g两点,由n= 不难得出用d点得到的折射率值较小,过c点的出射光线应平行于ab,利用直尺比对并仔细观察,可知ec∥ab,故用e点得到的折射率值误差较小。答案:光学 d e
考点3 光的干涉、衍射及偏振(b)【要点融会贯通】1.单缝衍射与双缝干涉的比较:
2.自然光和偏振光的比较:
【精练题组通关】1.(多选) 下列属于光的干涉现象的是( )
【解析】选A、C。牛顿环是由光的等厚干涉产生的,故A正确;泊松亮斑是光的衍射现象,故B错误;阳光下五彩的肥皂泡是光的干涉产生的,故C正确;海市蜃楼是光的全反射现象,故D错误。所以A、C正确,B、D错误。
2.(多选)(2020·丽水模拟)用激光做单缝衍射实验和双缝干涉实验时,比普通光源效果更好,图样更清晰。如果将感光元件置于光屏上,则不仅能在光屏上看到彩色条纹,还能通过感光元件中的信号转换,在电脑上看到光强的分布情况(如图所示)。下列说法正确的是( )
A.当做单缝实验时,光强分布图如图乙所示B.当做单缝实验时,光强分布图如图丙所示C.当做双缝实验时,光强分布图如图乙所示D.当做双缝实验时,光强分布图如图丙所示【解析】选A、D。当做单缝实验时,中央是亮条纹,往两侧条纹亮度逐渐降低,且亮条纹的宽度不等,所以其光强分布图如题图乙所示,A项正确,B项错误;当做双缝实验时,在屏上呈现的是宽度相等的亮条纹,所以其光强分布图如题图丙所示,C项错误,D项正确。
【加固训练】 (多选)下列说法正确的是( )A.用光导纤维束传输图像和信息,这是利用了光的全反射原理B.紫外线比红外线更容易发生衍射现象C.经过同一双缝所得的干涉条纹,红光比绿光条纹宽度大D.光的偏振现象说明光是一种横波
【解析】选A、C、D。光导纤维束传输图像和信息,这是利用了光的全反射原理,故A正确;紫外线的波长比红外线短,不容易发生衍射现象,故B错误;同一双缝所得的干涉条纹,因红光的波长比绿光长,则干涉条纹宽度大,故C正确;偏振是横波的特有现象,光的偏振现象说明光是一种横波,故D正确。
考点4 用双缝干涉测量光的波长【要点融会贯通】 1.实验原理:相邻两条明条纹间距Δx与入射光波长λ,双缝S1、S2、间距d及双缝与屏的距离l满足的关系式为Δx= λ。2.实验器材:双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。
3.实验步骤:(1)安装仪器。 ①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。②接好光源,打开开关,使白炽灯正常发光。调节各部件的高度,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。③安装单缝和双缝,中心位于遮光筒的轴线上,使双缝和单缝的缝平行。
(2)观察与记录。①调单缝与双缝间距为5～10 cm时,观察白光的干涉条纹。②在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。③调节测量头,使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心,记下手轮上的读数a1;转动手轮,使分划板向一侧移动,当分划板中心刻度线与第n条相邻的明条纹中心对齐时,记下手轮上的刻度数a2,则相邻两条纹间的距离Δx= ④换用不同的滤光片,测量其他色光的波长。(3)数据处理:用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l,由公式λ= Δx计算波长,重复测量、计算,求出波长的平均值。
4.注意事项:(1)调节双缝干涉仪时,要注意调节光源的高度,使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。(2)放置单缝和双缝时,缝要相互平行,中心大致位于遮光筒的轴线上。(3)调节测量头时,应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐,记清此时手轮上的读数,转动测量头,使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐,记下此时手轮上的读数,两次读数之差就表示这两个条纹间的距离。(4)不要直接测Δx,要测几个条纹的间距,计算得Δx,这样可以减小误差。(5)白光的干涉观察到的是彩色条纹,其中白色在中央,红色在最外边。
【典例考题研析】【典例4】用某种单色光做双缝干涉实验,实验时先移动测量头上的手轮,把分划线对准靠近最左边的一条明条纹作为第1条明条纹,并记下游标卡尺的读数a1(如图甲所示),然后转动手轮,把分划线向右边移动,直到对准第7条明条纹并记下游标卡尺的读数a2(如图乙所示),由以上测量求该单色光的波长。实验采用双缝干涉仪(如图丙所示),包括以下元件:白炽灯、单缝片、光屏、双缝、遮光筒、滤光片。
(1)下列说法正确的是________。 A.光具座上元件b为单缝B.光具座上元件d为双缝C.本实验中单缝的作用是获得相干光源D.将红色滤光片换成紫色滤光片时,观察到相邻亮条纹之间的间距变小(2)已知双缝间距d=0.25 mm,双缝到屏的间距L=838.2 mm。图中手轮游标卡尺的初始读数a1=__________mm。分划板中心刻线移动到第7条线时手轮读数a2=________mm,由以上测量数据求该单色光的波长为________m(保留3位有效数字)。
【解析】(1)光具座上元件b为滤光片,c为单缝,d为双缝,故A错误,B正确;单缝的作用是使入射光变成线光源,双缝的作用是形成相干光源,故C错误;条纹间距与波长成正比,将红色滤光片换成紫色滤光片时,紫光波长较短,故观察到相邻亮条纹之间的间距变小,D正确。故选B、D。(2)图中手轮游标卡尺的初始读数a1=0+15×0.02 mm=0.30 mm;第7条线时手轮读数a2=14+35×0.02 mm=14.70 mm;Δx= mm=2.40 mm。根据Δx= λ,代入数据得:λ=7.16×10-7 m。答案:(1)B、D (2) 0.30 14.70 7.16×10-7
【强化训练】 在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,选用红色滤光片和间距为0.20 mm的双缝,双缝与屏的距离为600 mm。某同学正确操作后,在目镜中看到如图甲所示的干涉条纹。换成紫色滤光片正确操作后,使测量头分划板刻线与第k级暗条纹中心对齐,在目镜中观测到的是图乙中的__________(填字母),此时测量头的读数为25.70 mm。沿同一方向继续移动测量头使分划板刻线与第k+5级暗条纹中心对齐,此时测量头标尺如图丙所示,其读数是______mm,紫光的波长等于________nm。
【解析】换上紫色滤光片后,由干涉条纹间距Δx= 可知,其他条件不变情况下,间距变小,干涉条纹变密,分划板应该在正中央,所以为D。根据游标卡尺读数为19.40 mm。平均条纹间隔Δx= mm=1.26 mm,所以1.26 mm= ,即λ=420 nm。 答案:D 19.40 420
三十二 光 电磁波(建议用时40分钟)【基础练】1.(多选) 对下列现象解释正确的是( )
A.图甲和泊松亮斑的原理一样B.图乙和三棱镜色散的原理一样C.图丙和利用光学技术检查镜面的平整程度的原理一样D.图丁和偏振太阳镜的原理一样
【解析】选B、C、D。沙漠蜃景是光的全反射现象,而泊松亮斑的原理是光的衍射,它们的原理不相同,故A错误;彩虹是光的折射,而三棱镜色散也是光的折射,原理相同,故B正确;彩色的肥皂泡是光的干涉,而检查光学平面的平整程度是光的干涉现象,它们原理也相同,故C正确;立体电影是光的偏振现象,偏振太阳镜也是是光的偏振现象,它们的原理相同,故D正确;本题选正确的选项,故选B、C、D。
2.(2020·浙江7月选考)在抗击新冠病毒的过程中,广泛使用了红外体温计测量体温,如图所示。下列说法正确的是( )A.当体温超过37.3 ℃时人体才辐射红外线B.当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线C.红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的D.红外体温计是依据人体温度越高,辐射的红外线强度越大来测体温的
【解析】选D。凡是温度高于绝对零度的物体都能产生红外辐射,故人体一直都会辐射红外线,故A、B错误;人身体各个部位体温是有变化的,所以辐射的红外线强度就会不一样,温度越高红外线强度越高,温度越低辐射的红外线强度就越低,所以通过检测人体辐射出来的红外线的强度就能测出体温,故C错误,D正确。
3.(多选)如图所示是一个用折射率n=2.4的透明介质做成的四棱柱的横截面图,其中∠A=∠C=90°,∠B=60°。现有一条光线垂直入射到棱镜的AB面上。下列说法正确的是( )A.AB边可能无光线射出B.AD边一定无光线射出C.DC边一定无光线射出D.BC边一定无光线射出
【解析】选B、C。光线从左侧垂直AB射入棱镜时,有反射也透射,透射方向不变。光线射到DC时,由几何知识得,入射角为i=30°。该棱镜的临界角为C,则sin C= ,故有C<30°,所以光线在DC面上发生了全反射。由几何知识分析得到,光线射到AB面上时入射角为i′=60°,发生全反射,反射光线与BC面垂直,所以既有光线垂直射出BC面,又有光线从BC反射,根据光路的可逆性可知,这个反射光线沿原路返回,故B、C正确,A、D错误。
【加固训练】(多选)如图所示,在空气中,一束单色光由两面平行的玻璃板的a表面射入,从b表面射出,则以下说法中正确的是( )
A.出射光线一定与入射光线平行B.随着θ角的增大,光可能在a表面发生全反射C.随着θ角的增大,光可能在b表面发生全反射(θ<90°)D.无论如何改变θ角,光线从a表面射入,不可能在b表面发生全反射
【解析】选A、D。光线通过两面平行的玻璃板时,光的传播方向不变,只是发生了侧移,A正确;光线在a表面是由光疏介质射入光密介质,故不会发生全反射。当光线射到b表面时,入射角等于光在a表面时的折射角,由光路可逆知,它在b表面的折射角等于在a表面的入射角,故在b表面也不会发生全反射,故B、C错误,D正确。
4.(2020·宁波模拟)如图所示是一束由红光和蓝光组成的复色光射入半圆形玻璃砖界面发生反射和折射的光路图,其中OA、OB为复色光,OC为单色光,下列说法正确的是( )A.OC为蓝光B.保持入射光不变,顺时针转动玻璃砖,OC会逐渐消失C.保持入射光不变,逆时针转动玻璃砖,OC会逐渐消失D.若将复色光沿CO射向玻璃砖,有可能不会出现折射光
【解析】选B。反射的特点是入射光线和反射光线分居法线两侧,折射的特点是入射光线和折射光线分居介质平面两侧,所以OA是入射光,OB是反射光,OC是折射光,因为OC是单色光,所以有一种光在玻璃砖界面发生了全反射,根据全反射的特点:sinC= ,蓝光的折射率大,蓝光对应的临界角小,则蓝光比红光更容易发生全反射,所以OC为红光,故A错误;保持入射光不变,顺时针转动玻璃砖,入射角变大,逐渐接近临界角,所以OC会逐渐消失,故B正确;保持入射光不变,逆时针转动玻璃砖,入射角变小,逐渐远离临界角,所以OC不会消失,故C错误;根据光路的可逆性,若将复色光沿CO射向玻璃砖,仍然会出现折射光,故D错误。
5.公园里灯光喷泉的水池中有处于同一深度若干彩灯,晚上,从正上方观察不同颜色彩灯的深度和水面上被照亮的面积,下列说法正确的是( )A.紫灯看起来较浅,紫灯照亮的水面面积较大B.红灯看起来较深,红灯照亮的水面面积较小C.紫灯看起来较深,紫灯照亮的水面面积较大D.红灯看起来较深,红灯照亮的水面面积较大
【解析】选D。光源在水中的视深为h视= ,因为红光比紫光的折射率小,则红灯看起来较深。根据sin C= 知,红光比紫光的折射率小,则红光发生全反射的临界角大,则红光照在水面上照亮的圆的半径大,则被照亮的水面面积较大,故D正确,A、B、C错误。
6.(2020·杭州模拟)如图所示,让太阳光(自然光)通过M上的小孔S后照射到M右方的偏振片P上,P的右侧再放一光屏Q,现使P绕着平行于光传播方向的轴匀速转动一周,则关于光屏Q上的亮度变化情况,下列判断中正确的是 ( )A.只有当偏振片转到某一适当位置时光屏被照亮,其他位置时光屏上无亮光B.光屏上亮度基本不变C.光屏上亮、暗交替变化出现D.光屏上只有一条亮线随偏振片的转动而转动
【解析】选B。太阳光是自然光,在垂直于光的传播方向的平面内,光的振动沿任意方向,且各个方向上的光振动强度相同,所以旋转偏振片只能改变光振动的方向,不能改变光的强度。
7.(多选)用a、b两单色光分别照射同一双缝干涉装置,在距双缝恒定距离的光屏上得到如图所示的干涉图样,其中图甲是单色光束a照射时形成的图样,图乙是单色光束b照射时形成的图样,则下列关于a、b两束单色光的说法中,正确的是( )
A.若光束a照在某金属上恰能发生光电效应,则光束b照到该金属上不能发生光电效应B.若两束光都能使某金属发生光电效应,则光束a照到该金属表面所逸出的光电子的最大初动能比光束b小C.它们在真空中具有相同大小的传播速度D.在相同条件下,光束a比光束b更容易产生明显的衍射现象
【解析】选B、C、D。a光照射产生的条纹间距大于b光照射产生的条纹间距,根据双缝干涉条纹的间距公式:Δx= 知,a光的波长大于b光的波长,则a光的频率小于b光的频率,所以若光束a照在某金属上恰能发生光电效应,则光束b照到该金属上一定能发生光电效应,故A错误;若两束光都能使某金属发生光电效应,因光束a的频率小,依据光电效应方程:Ekm=hν-W,则光束a照到该金属表面所逸出的光电子的最大初动能比光束b小,故B正确;在真空中各种色光的光速相同,故C正确;因为a光的波长长,则a光比b光更容易产生明显的衍射现象,故D正确。
8.(2020·绍兴模拟)现行的第四代移动通信技术4G,采用1 880～2 635 MHz频段的无线电波;2020年我国将全面推行第五代移动通信技术5G,采用3 300～5 000 MHz频段的无线电波。未来5G网络的传输速率是4G网络的50～100倍。下列说法中正确的是( )A.5G信号和4G信号都是横波B.在空气中5G信号比4G信号传播速度大C.5G信号和4G信号相遇能产生干涉现象D.5G和4G电磁波信号的磁感应强度随时间是均匀变化的
【解析】选A。5G和4G信号都是电磁波,电磁波都是横波,故A正确;任何电磁波在真空中的传播速度均为光速,故传播速度相同,故B错误;波的干涉条件是两列波的频率相同,振动情况相同,5G和4G信号的频率不同,相遇不能产生干涉现象,故C错误;根据麦克斯韦电磁场理论可知,均匀变化的电(磁)场只能产生恒定不变的磁(电)场,不能形成电磁波,故5G和4G电磁波信号的磁感应强度随时间不是均匀变化的,故D错误。
【提升练】9.(多选)(2020·台州模拟)如图所示为一玻璃工件的截面图,上半部ABC为等腰直角三角形,∠A =90°,下半部是半径为R的半圆,O是圆心,P、Q是半圆弧BDC上的两个点,AD和BC垂直相交于O点。现有一束平行于AD方向的平行光射到AB面上,从A点射入玻璃的光射到P点,已知圆弧BQ与QD的长度相等,圆弧CP长度是DP长度的2倍,光在真空中传播的速度为c,若只考虑光从AB界面一次折射到圆弧界面,则( )A.此玻璃工件的折射率为 B.射到Q点的光一定发生全反射C.能从圆弧界面射出的圆弧长度为 D.射到圆弧界面的最长时间为
【解析】选A、B、C。如图所示:过A点作AB面的法线,连接AP,连接OP,设从A点射入玻璃的光的入射角为i,折射角为r,则i=45°,设OP与OD夹角为θ1,由于圆弧CP长度是DP的2倍,则θ1= =30°,设AP与AD夹角为θ2,由于△ABC为等腰直角三角形,则OA=OP=R,所以△AOP是等腰三角形,θ2= θ1=15°,r=∠OAC-θ2=30°,由折射定律有:n= ,解得:n= ,故A正确;设玻璃的临界角为C,sinC= ,解得:C=45°,作出射到圆弧上Q点的光线FQ,连接OQ,设FQ与BC的夹角为θ3,FQ与OQ的夹角为θ4,因为圆弧BQ与QD的长度相等,所以∠BOQ=45°,因为所有入射光平行,所以所有折射光线平行,则θ3=75°,θ4=180°-θ3-∠BOQ=60°,由于θ4>C,所以射到Q点的光一定发生全反射,故B正确;由上可知对应的
圆心角是60°,可得能从圆弧界面射出的圆弧长度为 ,故C正确;当光线沿AP射出时,所用时间最长,根据几何关系可得:s=2Rcs15°,速度为v= ,传播的时间为t= ,故D错误。
10.(2020·宁波模拟)如图所示,把酒精灯放在肥皂液薄膜前,从薄膜上可看到明暗相间的条纹,能解释这一现象产生原因的示意图是(图中实线、虚线为光照射到薄膜上时,从膜的前后表面分别反射形成的两列波)( )
【解析】选C。看到的明暗条纹是从膜前后表面分别反射形成的两列相干波发生干涉形成的,肥皂膜中的液体在重力作用下导致从上至下的薄膜厚度不同,反射回来的两列波的同步性不同,明条纹是相干加强形成的,暗条纹是相干减弱形成的,选项C正确。
11.用双缝干涉测光的波长,实验装置如图甲所示,已知单缝与双缝间的距离L1=100 mm,双缝与屏的距离L2=700 mm,双缝间距d=0.25 mm。用测量头来测量亮纹中心的距离,测量时用某种单色光照射双缝得到干涉图样。
(1)分划板在图中Q位置时如图乙所示,手轮上的读数是________mm。 (2)如果用上述装置测量氦氖激光器发出激光的波长,则图中除了光源以外,其他不必要的器材元件有________。 A.滤光片 B.单缝 C.双缝 D.光屏(3)如图丙所示,某同学由于没有量角器,在完成了光路图以后,他以O点为圆心,5.00 cm长为半径画圆,分别交线段OA于C点,交OO′于E点,过C点作法线NN′的垂线CD交NN′于点D,过E点作法线NN′的垂线EF交NN′于F点,如图所示。用刻度尺量得CD=3.00 cm,EF=2.00 cm。由此可得出玻璃的折射率n=________。
【解析】(1)图中螺旋测微器的固定刻度读数为7.5 mm,可动刻度读数为0.01×37.0 mm=0.370 mm,所以最终读数为7.5 mm+0.370 mm=7.870 mm;(2)激光具有较好的相干性,不再需要滤光片和单缝,故选A、B;(3)折射率n= =1.5。答案:(1)7.870 (2)A、B (3)1.5
12.如图所示,ABC为由玻璃制成的三棱镜,某同学运用“插针法”来测量此三棱镜的折射率,在AB左边插入P1、P2二枚大头针,在AC右侧插入P3、P4二枚大头针,结果P1、P2的像被P3挡住,P1、P2的像及P3被P4挡住。现给你一把量角器,要求回答以下问题:
(1)请作出光路图,并用所测量物理量(须在图中标明)表示三棱镜的折射率n=__________。 (2)若某同学在作出玻璃界面时,把玻璃右侧界面画成AC′(真实界面为AC),则此同学测量出三棱镜折射率比真实值________(选填“大”“小”或“相等”)。
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