1. (机械波+光路图)麦克斯韦在1865年发表的(电磁场的动力学理论)一文中揭示了电、磁现象与光的内在联系及统一性,即光是电磁波。
(l)一单色光波在折射率为1.5的介质中传播,某时刻电场横波图象如图1所示.求该光波的频率。
(2)图2表示两面平行玻璃砖的截面图,一束平行于CD边的单色光入射到AC界面上,a、b是其中的两条平行光线。光线a在玻璃砖中的光路已给出。画出光线b从玻璃砖中首次出射的光路图.并标出出射光线与界面法线夹角的度数。
解析:(l)设光在介质中的传播速度为v,波长为λ.频率为f,则
f= ①
v= ②
①②③
联立①②式得f= ③
从波形图上读出波长λ=4×10-7m,代人数据解得
f=5×1014Hz ④
(2)光路如图所示
3. 光从玻璃射入空气里时传播方向如图13-l所示,请在图中标出入射角和折射角。
[错解]如图 13-2所示,α为入射角,β为折射角。
[错解原因]错解原因一是受思维定势的影响,不加分析地认定玻璃与空气总是上下接触的;二是对光的折射及其规律未吃透,将题设文字条件与图形条件结合起来的分析能力差。根据光的折射规律,光从水或玻璃等透明物质射入空气里时,折射角大于入射角,题设文字条件是“从玻璃射入空气”,因此折射角大于入射角,再结合题设所给图形,可知CD为界面,AB为法线。
[分析解答]如图 13-3所示, α′为入射角, β′折射角(CD左面为玻璃,右面为空气)。
[评析]解光的折射现象的题目,首先应对光线是从光疏媒质进入光密媒质呢?还是光线是从光密媒质进入光疏媒质作出判断。为了保证你每次做题时,能够不忘判断,建议同学们做光的折射题时,先画出光路图,标出入射光线和出射光线的方向,在界面处标出哪一个是光密媒质,哪一个是光疏媒质。然后再解题。
2. 如图13-4所示,放在空气中折射率为n的平行玻璃砖,表面M和N平行,P,Q两个面相互平行且与M,N垂直。一束光射到表面M上(光束不与M平行),则:
A.如果入射角大于临界角,光在表面M发生全反射。
B.无论入射角多大,光在表面M都不会发生全反射。
C.光可能在表面N发生全反射。
D.由于M与N平行,光只要通过M就不可能在表面N发生全反射。
[错解]光束从空气中射到玻璃砖表面M上,是由光疏媒质到光密媒质,不可能发生全反射,而从表面N射出空气,是由光密媒质到光疏媒质,光可能发生全反射,故选B,C。
[错解原因]机械地记住光从光密媒质到光疏媒质,可能发生全反射,而不具体分析光通过表面M后射到N表面光线的入射角的大小是否大于临界角,而错选C。
[分析解答]如图13-5所示,光射到表面M的入射角为i(i≠90°)折射角为r, 面N,因M∥N,故其入射角i′=r<C。即光只要通过M即不可能在表面N发生折射。
若光通过M先射到MN面再射到P面(如图13-6),同样可以证明经P面发生反射,反射光线射至N面时,由几何关系可以证明入射角i′=r,根据折射定律折射角r′=i,同样不可能发生全反射。故应选B,D。
[评析]同一个初始条件可能有若干个不同结果。这是对考生思维能力的考查。本题中,当光线射到M上,发生折射。以A为分界点,入射点在AC之间,光线先要到达P界面,所以一定先要讨论光线在P界面上的行为。光线在P界面一定会发生反射现象,是否发生折射要看入射角是否大于临界角。由于此问题与本题无关所以可以不讨论它。如果试题提出光线在P界面的行为时,就要认真讨论。结论是:入射到M面光线的入
复习指导:①回归课本夯实基础,仔细看书把书本中的知识点掌握到位
②练习为主提升技能,做各种类型的习题,在做题中强化知识
③整理归纳举一反三,对易错知识点、易错题反复巩固
1. 波长为0.65μm的红光,从空气射入水中,水相对空气的折射率为1.33。求该光在水中的波长,并判断在水中该光的颜色。
[错解]
得波长0.49μm的光是蓝色。
[错解原因]上述求得光在水中的波长为0.49μm是正确的,但用光谱表查得光的颜色却错了。人眼对光的色觉决定于光的频率而不是波长。
[分析解答]当光从一种媒质进入另一种媒质时,波长变化了,波速也相应变化了,但它的频率却不变。所以在水中该光仍是红色。
[评析]物理规律的因果关系是有条件的,记忆规律时应该首先弄清规律成立的条件。凡是波,无论是机械波还是电磁波,只要振源的频率不变,波的频率就不变。
6.一束单色光由左侧时的清水的薄壁圆柱比,图2为过轴线的截面图,调整入射角α,光线恰好在不和空气的界面上发生全反射,已知水的折射角为,α的值。
点拨:此题考查光的全反射。当光线在水面发生全反射时有,当光线从左侧射入时,由折射定律有,联立这两式代入数据可得。
5.如图为双缝干涉的实验示意图,若要使干涉条纹的间距变大可改用长更___________(填长、短)的单色光,或是使双缝与光屏间的距离___________(填增大、减小)。
点拨:本题考查双缝干涉问题。依据双缝干涉条纹间距规律,可知要使干涉条纹的间距变大,需要改用波长更长的单色光,应将增大双缝与屏之间的距离L。
4. 如图,一束单色光射入一玻璃球体,入射角为60°。己知光线在玻璃球内经一次反射后,再次折射回到空气中时与入射光线平行。此玻璃的折射率为( )
A. B.1.5 C. D.2
点拨:本题考查光的折射。作出光路图.A、C为折射点,B为反射点,作OD平行于入射光线,故,所以,玻璃的折射率.
3. 光纤通信中,光导纤维递光信号的物理原理是利用光的 现象,要发生这种现象,必须满足的条件是:光从光密介质射向 ,且入射角等于或大于 .
点拨:本题考查光导纤维。依次填充为全反射 光疏介质 临界角
2.下列有关光现象的说法正确的是( ) A.在光的双缝干涉实验中,若仅将入射光由紫光改为红光,则条纹间距一定变大
B.以相同入射角从水中射向空气,紫光能发生全反射,红光也一定能发生全反射
C.紫光照射某金属时有电子向外发射,红光照射该金属时也一定有电子向外发射
D.拍摄玻璃橱窗内的物品时,往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度
点拨:本题考查光现象的解释.根据干涉条纹的间距的公式△x=λ可知,由于紫光的波长比红光的波长短,所以改为红光后条纹间距一定增大,A正确;紫光的临界角比红光的临界角小,所以紫光发生全反射后红光不一定发生全反射,B错误;由于紫光的频率大于红光的频率,所以紫光的能量比红光的能量大,紫光发生光电效应红光不一定发生光电效应,C错误,拍摄玻璃橱窗内的物品时,往往在镜头前加装一个偏振镜是为了防止玻璃的反光,所以D错误。
针对典型精析的例题题型,训练以下习题。
1. 一束单色光斜射到厚平板玻璃的一个表面上,经两次折射后从玻璃板另一个表面射出,出射光线相对于入射光线侧移了一段距离。在下列情况下,出射光线侧移距离最大的是( )
A.红光以的入射角入射 B.红光以的入射角入射
C.紫光以的入射角入射 D.紫光以的入射角入射
点拨:本题属于平行板玻璃纸问题.因为同种介质对紫光的折射率较大,故入射角相同时,紫光侧移距离较大,A、B项错;设入射角为i,折射角为r,则侧移距离,可见对于同一种色光,入射角越大,侧移距离越大,D项正确。
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