物理粤教版选修3-4单元检测：第四章光 Word版含解析

课后集训基础过关1.光线由空气透过半圆形玻璃砖，再射入空气的光路图中，如图4-3-2所示，正确的是（玻璃的折射率为1.5）( )图4-3-2A.图乙、丙、丁B.图甲、丁C.图乙、丙D.图甲、丙解析：光线由空气进入玻璃砖中时，入射角大于折射角，由玻璃砖射入空气时，入射角小于折射角，由临界角计算公式得C=arcsinn 1=arcsin 5.11=41°49′,入射角50°大于临界角，将发生全反射，故正确答案是A.答案：A2.一束光从空气射向折射率为n=2的某种玻璃的表面，如图4-3-3所示，i 代表入射角，则( )图4-3-3A.当i ＞45°时，会发生全反射现象B.无论入射角i 是多大，折射角r 都不会超过45°C.欲使折射角r=30°，应以i=45°的角度入射D.当入射角i=tan -12时，反射光线跟入射光线恰好互相垂直答案：BC3.在完全透明的水下某处，放一点光源，在水面上可见到一个圆形透光平面，如果圆形透光平面的半径匀速增大，则光源在( )A.加速上升B.加速下沉C.匀速上升D.匀速下沉答案：D4.如图4-3-4所示，光线从空气垂直射入棱镜界面的BC 上，棱镜的折射率n=2,这条光线离开棱镜时与界面的夹角为( )图4-3-4A.30°B.45°C.60°D.90°解析：光路图如图4-3-5所示，此棱镜的临界角为C ，则sinC=221 n ,∴C=45°光线在AB面上发生全反射，又∵n=230sin sin =︒α,∴sinα=22,∴α=45°.图4-3-5答案：B5.如图4-3-6所示，一束平行光从真空射向一块半圆形的玻璃砖，下列说法正确的是( )图4-3-6A.只有圆心两侧一定范围内的光线不能通过玻璃砖B.只有圆心两侧一定范围内的光线能通过玻璃砖C.通过圆心的光线将沿直线穿过不发生偏折D.圆心两侧一定范围外的光线将在曲面产生全反射答案：BCD6.关于全反射，下列说法中正确的是( )A.发生全反射时，仍有折射光线，只是折射光线非常弱，因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线B.光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象C.光从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射现象D.水或玻璃中的气泡看起来特别亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生全反射 解析：全反射发生的条件是当光从光密介质射向光疏介质时，且入射角大于或等于临界角时发生的现象，发生全反射时全部光线均不进入光疏介质.答案：CD7.已知介质对某单色光的临界角为C ，则( )A.该介质对单色光的折射率等于Csin 1 B.此单色光在该介质中的传播速度等于c·sinC （c 是光在真空中的传播速度）C.此单色光在该介质中的传播波长是在真空中波长的sinC 倍D.此单色光在该介质中的频率是在真空中的C sin 1倍 解析：由临界角的计算式sinC=n 1得n=C sin 1,选项A 正确；将n=v c 代入sinC=n 1得sinC=cv ,故v=c sinC,选项B 正确；设该单色光的频率为f ，在真空中的波长为λ0,在介质中的波长为λ,由波长、频率、光速的关系得c=λ0f,v=λf,故sinC=0λλ=c v ,λ=λ0sinC,选项C 正确；该单色光由真空传入介质时，频率不发生变化，选项D 错误.答案：ABC综合运用8.如图4-3-7所示，ABCD 是两面平行的透明玻璃砖，AB 面和CD 面平行，它们分别是玻璃和空气的界面，设为界面Ⅰ和界面Ⅱ，光线从界面Ⅰ射入玻璃砖，再从界面Ⅱ射出，回到空气中，如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角，则( )图4-3-7A.只要入射角足够大，光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象B.只要入射角足够大，光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象C.不管入射角多大，光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象D.不管入射角多大，光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象解析：在界面Ⅰ光由空气进入玻璃砖，是由光疏介质进入光密介质，不管入射角多大，都不发生全反射现象，则选项C 正确；在界面Ⅱ光由玻璃进入空气，是由光密介质进入光疏介质，但是，由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行，光由界面Ⅰ进入玻璃后再达到界面Ⅱ，在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角，因此入射角总是小于临界角，因此也不会发生全反射现象，选项D 也正确，选项C 、D 正确.答案：CD9.一个半圆柱形玻璃体的截面如图4-3-8所示，其中O 为圆心，aOb 为平面acb 为半圆柱面，玻璃的折射率n=2.一束平行光与aOb 面成45°角照到平原上，将有部分光线经过两次折射后从半圆柱面acb 射出，试画出能有光线射出的那部分区域，并证明这个区域是整个acb 弧的一半.图4-3-8解析：能射出的那部分光线区域如图4-3-9所示.根据折射定律n=sini/sinr 知图4-3-9 sinr=sini/n=sin45°/2=21,可见r=30°, 由全反射临界角sinC=211 n 知C=45°, 由图知对①号典型光线有∠aOd=180°-［C+（90°-r)］=180°-［45°+（90°-30°)］=75°, 对②号典型光线有∠bOe=180°-［C+（90°+r)］=180°-［45°+（90°+30°)］=15°,可见射出区域为∠dOe 所对应的圆弧.因∠dOe=180°-∠aOd-∠bOe=180°-75°-15°=90°.10.在厚度为d 、折射率为n 的大玻璃板下表面，有一个半径为r 的圆形发光面.为了从玻璃板的上方看不见这个圆形发光面，可在玻璃板的上表面贴一块圆形纸片，问所贴纸片的最小半径应为多大？解析：根据题述，光路如图4-3-10所示，图中，S 点为圆形发光面边缘上一点.由该点发出的光线能射出玻璃板的范围由临界光线SA 确定，当入射角大于临界角C 时，光线就不能射出玻璃板了.图4-3-10图中Δr=dtanC=CC d cos sin , 而sinC=n 1,则cosC=n n 12-,所以Δr=12-n d . 故应贴圆纸片的最小半径R=r+Δr=r+12-n d.答案：r+12-n d11.如图4-3-11所示，一根长为L 的直光导纤维，它的折射率为n.光从它的一个端面射入，又从另一端面射出所需的最长时间为多少？（设光在直空中的光速为c)图4-3-11解析：由题中的已知条件可知，要使光线从光导纤维的一端射入，然后从它的另一端全部射出，必须使光线在光导纤维中发生全反射现象.要使光线在光导纤维中经历的时间最长，就必须使光线的路径最长，即光对光导纤维的入射角最小.光导纤维的临界角为C=arcsin n1. 光在光导纤维中传播的路径为d=CL sin =nL. 光在光导纤维中传播的速度为v=n c . 所需最长时间为t max =cL n nc nL vd 2==. 答案：CL n 2 12.为了测定某种材料制成的长方体的折射率，用一束光线从AB 面以60°入射角射入长方体时光线刚好不能从BC 面射出，如图4-3-12所示.该材料的折射率是多少.图4-3-12解析：如图4-3-13所示，根据折射定律：n=rsin 60sin ︒ ①图4-3-13由题意可知：sinC=n1 ② 而C=90°-r ③由②③得cosr=n1 ④ 而cosr=r 2sin 1-代入④得r 2sin 1-=n 1 ⑤ 联立①和⑤得，n=27. 答案：27 13.已知水的折射率为34，在水面下放一个强点光源S ，则可在水面上看到一个圆形透光面.如果这个透光面的直径D 为4 m ，求光源离水面的距离H.解析：在水面上看到的圆形透光面，是水面下点光源发出的光穿过水面进入空气而形成的.如果水中点光源发出的光射向水面时，入射角大于等于临界角，这些光线将发生全反射，则光不能穿过水面.如图4-14所示，点光源S 发出的光线SA 、SB 到达水面时，恰好发生全反射，C 是临界角，在AB 区域内有光射入空气.由几何关系可知：tanC=HR 而sinC=n 1 所以H=432)43(141211sin 2cos tan 2tan 22⨯-⨯=⨯-===n n D C C D C D C R m=1.76 m 答案：1.76 m。

物理粤教版选修3—4第四章光单元检测（时间：45分钟满分：100分）一、单项选择题（每小题6分，共30分）1．光线在玻璃和空气的分界面上发生全反反射的条件是（）．A．光从玻璃射到分界面上，入射角足够小B．光从玻璃射到分界面上，入射角足够大C．光从空气射到分界面上，入射角足够小D．光从空气射到分界面上，入射角足够大2．许多光学现象在科学技术上得到了应用，以下对一些应用的解释，错误的是（）．A．光导纤维利用的是光的全反射现象B．X光透视利用的是光的衍射现象C．分光镜利用的是光的色散现象D．红外遥感技术利用的是一切物体都不停地辐射红外线的现象3．日出和日落时太阳看起来特别红，这是由于（）．A．光的色散 B．大气的全反射C．大气的折射 D．红光的波长长4．如图所示的四种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样（黑色部分表示亮纹），则在下面的四个图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是（）．A．红黄蓝紫 B．红紫蓝黄C．蓝紫红黄 D．蓝黄红紫5．（创新题）水中同一深度排列着四个不同颜色的球，如果从水面上方垂直俯视各球，感觉最浅的是（）．A．红球 B．黄球 C．绿球 D．紫球二、双项选择题（每小题8分，共24分）6．a、b两种单色光以相同的入射角从空气中射入介质中时，如图所示发现b的折射光线更靠近法线，由此可判定（）．A．a比b更容易发生衍射现象B．当光从介质射向空气中，a、b要发生全反射的临界角分别为C a，C b，则C a＜C bC．在介质中b的速度较小D．单色光b的频率较小7．如图所示，S1和S2是两个相干光源，实线代表某一时刻的波峰，虚线代表此时的波谷，则有（）．A．图中A、D两点为振动减弱（暗）位置B．图中B、C两点为振动加强（亮）位置C．图中C点为振动加强（亮）位置，B点为振动减弱（暗）位置D．再经过四分之一周期，B点变为振动减弱（暗）位置8．下列现象中，是由于衍射产生的是（）．A．泊松亮斑B．阳光下，大树下地面上树影中的圆形亮斑C．小孔成像D．光照射到细金属丝后在其后面的屏上的阴影中间出现亮线三、填空题（每小题8分，共16分）9．如图所示，一段横截面为正方形的玻璃棒，中间部分弯成四分之一圆弧形状，一细束单色光由MN端面的中点垂直射入，恰好能在弧面EF上发生全反射，然后垂直PQ端面射出．（1）该玻璃棒的折射率为__________．（2）若将入射光向N端平移，当第一次射到弧面EF上时__________（填“能”“不能”或“无法确定能否”）发生全反射．10．用双缝干涉测光的波长，实验装置如图甲所示，已知单缝与双缝的距离l1＝60 mm，双缝与屏的距离l2＝700 mm，单缝宽d1＝0.10 mm，双缝间距d2＝0.25 mm．用测量头来测量光屏上干涉亮条纹中心的距离．测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻线对准屏上亮纹的中心（如图乙所示），记下此时手轮的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心，记下此时手轮上的刻度．甲乙（1）当分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时，手轮上的读数如图丙所示，则对准第1条时读数x1＝______ mm，对准第4条时读数x2＝______ mm，相邻两条亮纹间的距离Δx＝______ mm．丙（2）计算波长的公式λ＝______；求得的波长值是______ nm．四、计算题（每小题15分，共30分）11．如图所示，置于空气中的一不透明容器内盛满某种透明液体，容器底部靠近器壁处有一竖直放置的6.0 cm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，用来观察线光源．开始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，通过望远镜刚好可以看到线光源底端，再将线光源沿同一方向移动8.0 cm，刚好可以看到其顶端．求此液体的折射率n．12．如图为某一报告厅主席台的平面图，AB是讲台，S1、S2是与讲台上话筒等高的喇叭，它们之间的相互位置和尺寸如图所示．报告者的声音放大后经喇叭传回话筒再次放大时可能会产生啸叫．为了避免啸叫，话筒最好摆放在讲台上适当的位置，在这些位置上两个喇叭传来的声音因干涉而相消．已知空气中声速为340 m/s．若报告人声音的频率为136 Hz，问讲台上这样的位置有多少个？参考答案1．答案：B解析：发生全反射的条件是：光从光密介质射向光疏介质，入射角大于等于临界角．2．答案：B解析：光导纤维是利用了光的全反射；X 光的透视是利用了X 光的强穿透能力，分光镜利用了光的色散；红外遥感技术是利用了一切物体不停地向外辐射红外线的现象，故B 不正确．3．答案：D解析：太阳初升和西沉时，空气分子对不同波长的色光的散射作用是不同的，波长越短的色光受到的散射作用越大，紫光、蓝光的波长较短，被空气分子散射较多；而红光的波长较长，被散射最少，直射而来的光也就最多，因此，这时候太阳呈现红色．4．答案：B解析：从图样特点可以看出：从左数第1、3图样为双缝干涉图样，由L x dλ∆＝可得出，图样1为红光，图样3为蓝光；第2、4图样为单缝衍射图样，且第4图样表示该光衍射明显，波长较大些，所以图样2为紫光，图样4为黄光，因此从左向右排列顺序为：红紫蓝黄，只有B 正确．5．答案：D解析：题中给出的四种颜色中，紫光的频率最大，水对紫光的折射率n 也最大，即紫光在水表面折射后出射光线的偏折角最大，因此紫球看起来最浅，D 正确．6．答案：AC解析：根据题图由12sin sin n θθ=可知b 的折射率大于a 的折射率．所以b 的频率较大，a 的频率较小，D 错误．由频率大小进一步可知，a 频率较小更容易发生衍射现象，A 正确． 由c n v =可知介质中v a ＞v b ，C 项正确，由1sin C n=可知C a ＞C b ，B 错误． 7．答案：AB解析：两列波在相遇的时候，波峰与波峰相遇、波谷与波谷相遇时，它们的振动方向一致，位移相加，振动加强；当波峰与波谷相遇时，它们的振动方向相反，振动减弱．因此选项A 、B 正确，选项C 错误．由于两光源为相干光源，在相遇区间，两列波会产生干涉现象．使某些区域出现稳定加强，某些区域出现稳定减弱．由于B 点此时为加强点，因此不管多长时间，只要其他条件不变，B 点永远是加强点，所以选项D 错误．8．答案：AD解析：衍射图样及特点：（1）单缝衍射：明暗相间的不等距直线条纹，中央亮条纹比较亮，两侧条纹比较暗，白光的中央亮纹为白色，两边亮条纹呈彩色．（2）圆孔衍射：明暗相间的间距不等的同心圆环．（3）圆屏衍射：明暗相间的间距不等的圆环，中心有一亮斑，叫“泊松亮斑”．泊松亮斑是光照射到圆屏上时，在圆屏边缘发生衍射形成的，A 对．树影中的圆形亮斑是太阳通过树叶的缝隙形成的像，是光沿直线传播形成的，B 错．小孔成像的原理也是光沿直线传播形成的，C 错．光照射到细金属丝上时发生衍射，在后面屏上的阴影中会出现亮线，D 对．9．答案：（1（2）能解析：如图所示单色光射到EF 弧面上时刚好发生全反射，由全反射的条件得：C ＝45°，所以，sin90sin n C ︒==． 10．答案：（1）2.190 7.868（或7.867） 1.893（2）22d x l ∆ 676 解析：（1）按照螺旋测微器的读数规则对目镜中观察到的情况读数，将固定刻度和可动刻度上的读数相加即可，得到第1条亮纹对应的读数a 1＝2.190 mm ，第4条亮纹对应的读数a 2＝7.868 mm.第1条和第4条间有3个亮纹间距，故相邻两条亮纹间距217.868 2.190413x x x --∆=-＝mm ＝1.893 mm ． （2）由相邻亮条纹的中心间距公式L x dλ∆＝可得波长计算公式22d x l λ=∆，代入数据可得λ＝676 nm ．11．答案：1.25解析：如图所示，若线光源底端在A 点时，望远镜刚好可看到线光源的底端，则有：∠AOO ′＝α其中α为此液体到空气的全反射临界角，由折射定律得：1sin nα=同理，线光源顶端在B 1点时，望远镜刚好可看到线光源的顶端，则：∠B 1OO ′＝α，设此时线光源底端位于B 点， 由图中几何关系得：1sin AB AB α=．解得： 1.25n ==．12．答案：4个解析：对应于声频f ＝136 Hz 的声波的波长是v fλ＝＝2.5 m 式中v ＝340 m/s 是空气中的声速．在下图中，O 是AB 的中点，P 是OB 上任一点．将S 1P －S 2P 表示为S 1P －S 2P ＝2k λ式中k为实数，当k＝0,2,4，…时，从两个喇叭来的声波因干涉而加强；当k＝1,3,5…时，从两个喇叭来的声波因干涉而相消．由此可知，O是干涉加强点；对于B点，S1B－S2B＝（20－15）m＝42所以B点也是干涉加强点．因而O、B之间有两个干涉相消点，由对称性可知，AB上有4个干涉相消点．。

第四节光的干涉1．(3分)下列说法正确的是()A．因为水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介质B．因为水的折射率小于酒精的折射率，所以水对酒精来说是光疏介质C．同一束光，在光密介质中的传播速度较大D．同一束光，在光密介质中的传播速度较小【解析】本题考查对光疏介质和光密介质的理解．因为水的折射率为1.33，酒精的折射率为1.36，所以水对酒精来说是光疏介质；由v＝cn可知，光在光密介质中的速度较小．【答案】BD2．(3分)如图4－4－1所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点，已知入射方向与边AB的夹角为θ＝30°，E、F分别为AB、BC的中点，则()图4－4－1A．该棱镜的折射率为 3B．光在F点发生全反射C．光从空气进入棱镜，波长变小D．从F点出射的光束与入射到E点的光束平行【解析】在E点作出法线可知入射角为60°，折射角为30°，折射率为3；由光路的可逆性可知，在BC边上的入射角小于临界角，不会发生全反射，B错；由公式λ介＝λ空气n，可知C对；三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折，不会与入射到E点的光束平行，故D错．【答案】AC3．(4分)如图4－4－2所示，半圆形玻璃砖放在空气中，三条同一颜色、强度相同的光线，均由空气射入玻璃砖，到达玻璃砖的圆心位置．下列说法正确的是()图4－4－2A．假若三条光线中有一条在O点发生了全反射，那一定是aO光线B．假若光线bO能发生全反射，那么光线cO一定能发生全反射C．假若光线bO能发生全反射，那么光线aO一定能发生全反射D．假若光线aO恰能发生全反射，则光线bO的反射光线比光线cO的反射光线的亮度大【解析】三条入射光线沿着指向圆心的方向由空气射向玻璃砖，在圆周界面，它们的入射角为零，均不会偏折．在直径界面，光线aO的入射角最大，光线cO的入射角最小，它们都是从光密介质射向光疏介质，都有发生全反射的可能．如果只有一条光线发生了全反射，那一定是aO光线，因为它的入射角最大，所以选项A对．假若光线bO能发生全反射，说明它的入射角等于或大于临界角，光线aO 的入射角更大，所以，光线aO一定能发生全反射，光线cO的入射角可能大于或等于临界角，也可能小于临界角，因此，cO不一定能发生全反射．所以选项C对，B错．假若光线aO恰能发生全反射，光线bO和cO都不能发生全反射，但bO的入射角更接近于临界角，所以，光线bO的反射光线较光线cO的反射光线强，即bO的反射光线亮度较大，所以D对，本题答案选A、C、D.【答案】ACD学生P491．双缝干涉现象(1)实验①过程：把一激光笔发出的光照射在双缝上，经过双缝后成为两列频率相同的光，它们在相遇的区域产生干涉现象．②现象：屏上出现明、暗相间的条纹．③结论：光是一种波．(2)解释：频率相同的两列光波在相遇的区域叠加，使得某些区域得到加强，显得更亮了；某些区域得到了削弱，显得更暗了；而且明暗区域也是相间的．2．产生干涉的条件(1)干涉条件：频率相同、相差恒定、振动方向相同，即光波为相干光波．(2)明、暗条纹的条件明条纹：Δr＝kλ，k＝0，±1，±2，…暗条纹：Δr＝(2k＋1)λ2，k＝0，±1，±2，…其中Δr为两列相干光波到空间某点P的光程差，即路程差．(3)相邻明(暗)条纹间的距离Δx＝L dλ3．薄膜干涉(1)形成原因：从薄膜的前、后表面反射出两列相干光波发生干涉．(2)应用：检查光学平面的平整度，增透膜．学生P50一、对双缝干涉实验及现象的理解，实验操作时常在双缝前加一条单缝1．双缝干涉的示意图(如图4－4－3)图4－4－32．单缝屏的作用获得一个线光源，有唯一的频率和振动情况．3．双缝屏的作用平行光照射到单缝S 上后，又照到双缝S 1、S 2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光．4．屏上某处出现亮、暗条纹的条件频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加，如明条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致，即振动方向总是相同，总是同时过最高点、最低点、平衡位置；暗条纹处振动步调总相反，具体产生亮、暗条纹的条件为：(1)明条纹的条件：屏上某点P 到两缝S 1和S 2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍．即|PS 1－PS 2|＝kλ＝2k ·λ2(k ＝0,．．1,2,3…)屏上某点到两条缝S 1和S 2的路程差正好是半波长的奇数倍，即：|PS 1－PS 2|＝(2k ＋1)λ2(k ＝0,1,2,3…)(3)时间上的关系①明条纹：Δt ＝nT②暗条纹：Δt ＝(2k ＋1)T 2式中Δt ，表示两光波到同一点的时间差；n ，k 为(0,1,2，…)；T ＝1f ，光波的周期．1．若用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等，中央为亮条纹．2．若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央条纹是白色的．3．两相邻亮纹(或暗纹)间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大．三、用白光做双缝干涉实验时，中央出现白色条纹，两侧出现彩色条纹的形成原因1．从双缝射出的两列光波中，各种色光都能形成明暗相间的条纹，各种色光都在中央条纹处形成明条纹，从而复合成白色条纹．2．两侧条纹间距与各色光的波长成正比，即红光的明纹间宽度最大，紫光明纹间宽度最小，即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹．四、薄膜干涉1．形成原因如图4－4－4所示，照射到液膜上的光线从前、后两个表面反射回来，形成两列光波．由于这两列光波是由同一入射光波产生的，因此频率相同、相差恒定，满足干涉条件．图4－4－4(1)干涉法检查平面平整度a．原理：如图4－4－5所示．在被测平面上放一个透明的样板，在样板的一端垫一个薄片，使样板的标准平面与被测平面之间形成一个楔形空气薄层．用单色光从上面照射，空气层的上、下两个表面反射的两列光波发生干涉．空气层厚度相同的地方，两列波的路程差相同，两列波叠加时相互加强或减弱的情况相同，因此若被测表面是平的，干涉条纹就是一组平行的直线，如果干涉条纹是弯曲的，就表明被测表面不平．图4－4－5b．被测平面凹陷或凸起的判断方法由于同一空气层厚度的地方路程差相同，故出现在同一条纹上，若条纹发生了弯曲，我们只要抓住弯曲处的空气层厚度与左侧还是右侧的相同就能判断是凸起还是凹陷．如图4－4－6，条纹向左弯曲，说明弯曲处的空气层厚度与右侧的相同，即该处有凹陷．图4－4－6(2)增透膜a．原理：利用薄膜干涉，在透镜表面涂一层薄膜(常用氟化镁)，当薄膜厚度等于入射光在薄膜中波长的1/4时，在薄膜的两个表面上反射的光，光程差恰等于半个波长，互相抵消，大大减少了光的反射损失，增强透射光的强度．这层薄膜叫增透膜．b．应用：有些光学仪器，比如照相机的镜头呈现淡紫色，这是因为在照相机的镜头上涂了一层增透膜，它可以增加透射光，减少反射光．因为光学仪器如果反射光太厉害，而透射光太弱，影响仪器的成像质量．利用薄膜干涉的原理，如果一束光在前后两个表面的反射光干涉的结果是相互减弱的，则势必会增加透射光．一般人眼对绿光比较敏感，所以我们要减少绿光的反射，而不同颜色光的波长不同，所以红色、紫色部分不能完全减弱，镜头呈淡紫色．增透膜的厚度为光在介质中波长的1/4.一、干涉条件及干涉图样分析关于光的干涉，下列说法中正确的是()A．在双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的B．在双缝干涉现象里，把入射光由红光换成紫光，相邻两个明条纹间距将变宽C．只有频率相同的两列光波才能产生干涉D．频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定【导析】从光波干涉条件及干涉图样分析判断【解析】在双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的，A错误；入射光的波长越长，相邻两个明条纹间距越大，因此，把入射光由红光换成紫光，相邻两个明条纹间距将变窄，故B错误．两列波产生干涉时，频率必须相同，故C正确，D错误．【答案】 C本题易误选1．从两只相同的手电筒射出的光，当它们在某一区域叠加后，看不到干涉图样，这是因为()A．手电筒射出的光不是单色光B．干涉图样太细小看不清楚C．周围环境的光太强D．这两束光为非相干光源【解析】两束光的频率不同，不满足干涉产生的条件：两束光是非相干光源．【答案】 D二、明、暗条纹的判断在双缝干涉实验中，光屏上P点到双缝S1、S2的距离之差ΔS1＝0.75 μm，光屏上Q点到双缝S1、S2的距离之差ΔS2＝1.5 μm，如果用频率为6.0×1014 Hz的黄光照射双缝，则()A．P点出现明条纹，Q点出现暗条纹B．Q点出现明条纹，P点出现暗条纹C．两点均出现明条纹D．两点均出现暗条纹【导析】依据光发生干涉在屏上形成明条纹和暗条纹的条件进行分析和判断．【解析】由c＝λf知黄光的波长为λ＝cf＝3×1086×1014m＝0.5 μm到P点的光程差与黄光的半波长相比为：ΔS1λ2＝0.750.52＝3即为半波长的奇数倍，所以P点出现暗条纹．到Q点的光程差与黄光的半波长相比为：ΔS2λ2＝1.5 0.52＝6即为半波长的偶数倍，所以Q点出现明条纹．【答案】 B判断屏上某点是明条纹还是暗条纹，要看该点到两光源2．在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P 点的距离之差为0.6 μm ，若分别用频率为f 1＝5.0×1014 Hz 和f 2＝7.5×1014 Hz 的单色光垂直照射双缝，试分析判断P 点应出现明条纹还是暗条纹？分别为第几条明纹或暗纹？【解析】 如图所示，双缝S1、S 2到光屏上任一点P 的路程之差Δr ＝S 2S 2′，当Δr 等于单色光波长的整数倍时，由S 1和S 2发出的光在P 点互相加强，P 点出现明条纹；当Δr 等于单色光半个波长的奇数倍的，这样由S 1和S 2发生的光在P 点互相抵消，出现暗条纹．单色光f 1的波长λ1＝c f 1＝3×1085.0×1014 m ＝0.6×10－6 m ＝0.6 μm ，单色光f 2的波长λ2＝c f 2＝3×1087.5×1014 m ＝0.4×10－6 m ＝0.4 μm.即Δr ＝λ1，Δr ＝32λ2.可见，用单色光f 1照射时，P 处应出现明条纹，且为第一条明纹；用单色光f 2照射时，P 处应出现暗条纹，且为第二条暗纹．【答案】 见解析三、薄膜干涉及其应用劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图4－4－7(a)所示：将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃上，在一端夹入两张纸片，从而在两块玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜．当光垂直入射后，从上向下看的干涉条纹，如图4－4－7(b)所示．有如下特点：①任意一条明纹或暗纹所在位置下面的薄膜厚度相等；②任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．图4－4－7现若将图4－4－7(a)所示的装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气膜后，从上向下观察到的干涉条纹( )A ．变疏B ．变密C ．不变D ．消失【导析】抓住题中相邻明条纹(暗条纹)所对应的薄膜厚度差恒定分析、推理．【解析】在薄膜干涉中，任意一条明条纹或暗条纹所在位置下的薄膜的厚度相等，并且任意两条相邻的明条纹或暗条纹下薄膜的厚度差Δh恒定，如图所示，图中A1、A2、A3、A4、A5是连续分布的5条明条纹，由此可知，相邻两条明条纹(或暗条纹)间的距离d，跟劈尖的张角α及相邻明条纹对应的薄膜厚度差Δh，满足以下关系：d＝Δh sin α当将图(a)中的纸片抽去一张后，空气膜张角α减小其sinα相应减小，而此时Δh仍不变，所以相邻明(或暗)条纹间的距离d增大，即条纹变疏，综合以上分析可知，本题正确选项只有A.【答案】 A1．如图4－4－8所示，在双缝干涉实验中，若把单缝S从双缝S1、S2的中心对称轴位置稍微向上移动一些，则()图4－4－8A．不再产生干涉条纹B．仍可产生干涉条纹，其中央明纹的位置不变C．仍可产生干涉条纹，其中央明纹的位置略上移D．仍可产生干涉条纹，其中央明纹的位置下移【解析】S稍向上移动，则S、S1的间距稍减小，S、S2的间距稍增大，从S发出的光到达S2稍滞后一些，则由S发出的光经S1、S2后到达光屏上光程差为零的点必在P点的下方．答案为D.【答案】 D2．两个普通白炽灯发出的光相遇时，我们观察不到干涉条纹，这是因为()A．两个灯亮度不同B．灯光的波长太短C．两灯光的振动情况不同D．电灯发出的光不稳定【解析】该题考查光发生干涉的条件．一般情况下，两个不同的光源发出的光或同一个光源的不同部分发出的光振动情况往往是不同的，由点光源发出的光或同一列光分出的两列光其振动情况是相同的，故选C.【答案】 C3．在太阳光照射下，水面油膜上出现彩色花纹，这是两列相干光波发生干涉的结果，这两列相干波是太阳光分别经________而形成的．【解析】薄膜干涉是因为薄膜的两个表面反射的光波在区域重叠产生的．【答案】油膜上、下表面反射4．如图所示，在双缝干涉实验中，若用λ1＝5.0×10－7 m的光照射，屏上O 为中央亮条纹，屏上A为第二级亮条纹所在处．若换用λ2＝4.0×10－7 m的光照射时，屏上O处是什么情况？屏上A处又是什么情况？图4－4－9【解析】无论用何种光做实验，屏上O点到双缝的距离之差都是0，所以O处仍为亮条纹．设屏上A点到双缝的距离差为Δx，因用λ1＝5.0×10－7m的光照射时，A处为第二级亮条纹，有Δx＝2λ1，但对λ2的入射光来说：Δx＝2λ1＝1×10－6 m＝kλ2＝k×4.0×10－7 m，解得k＝2.5，即Δx为λ22的奇数倍，所以A处为暗条纹，则：Δx＝(2k＋1)λ22(k＝0，±1，±2，±3…)，解得k＝2，而k＝0时为第一级暗条纹，所以A为第三级暗条纹．【答案】O处为亮条纹，A处为第三级暗条纹。

自我小测1关于激光所具有的特点，下列中说法正确的是()A．激光相干性好B．激光平行度好C．激光亮度高D．激光易色散2以下说法正确的是()A．光纤通信利用了激光相干性好的特点B．激光武器利用了激光亮度高的特点C．激光写、读是利用了激光亮度高的特点D．激光加工、激光手术和激光武器都利用了激光亮度高的特点3利用激光束来切割各种物质，是利用激光的…()A．相干性好的特点B．方向性好、平行度高的特点C．亮度高的特点D．单色性好的特点42001年国家最高科学技术奖授予中科院院士王选，表彰他在激光排版上的重大科技贡献．激光是一种电磁波，某种排版系统中激光频率为4×1014 Hz，则该激光的波长为() A．0.25 μm B．0.50 μm C．0.75 μm D．1.33×10－6 m 5以下说法正确的是()①光的偏振现象说明光是电磁波②紫外线是原子外层电子受激发产生的③泊松亮斑是一种光的衍射现象④原子自发辐射的光是激光A．①B．②③C．①②③④D．①②③6下列说法正确的是()A．两支铅笔靠在一起，自然光从笔缝中通过后就成了偏振光B．偏振光可以是横波，也可以是纵波C．因为激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象D．激光可以像刀子一样切除肿瘤7早上太阳从东方升起，人们看到太阳是红色的，这是因为()A．红光沿直线传播B．红光的波长长，衍射现象明显C．红光的折射率小，传播速度大D．红光更容易引起人们的视觉8一水平放置的圆盘绕竖直固定的轴转动，在圆盘上沿半径开有一条宽度为2 mm的狭缝，将激光器与传感器上下对准，使二者接线与转动轴平行，分别置于圆盘的上下两侧，且可以同步地沿圆盘半径方向匀速移动．激光器连续向下发射激光束，在圆盘转动的过程中，当狭缝经过激光器与传感器之间时，传感器接收到一个激光信号，并将其输入计算机．经处理后画出相应图线，图4－7－1甲为该装置示意图，图4－7－1乙为所接收的光信号随时间变化的图线，横坐标表示时间，纵坐标表示接收到的激光信号强度，图中Δt1＝1.0×10－3 s，Δt2＝0.8×10－3 s.图4－7－1(1)利用图乙中的数据求1 s时圆盘转动的角速度；(2)说明激光器和传感器沿半径移动的方向；(3)求在图乙中第三个激光信号的时间Δt3.9(探究)由于激光是亮度高、平行度好、单色性好的相干光，所以光导纤维中用激光作高速传输信息的载体．要使射到粗细均的圆形光导纤维的一个端面上的激光束都能从另一个端面射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，那么光导纤维所用的材料的折射率至少应是多少？参考答案1解析：由于激光可以看作是频率稳定的光，频率决定颜色，即激光可看作是单色，当然不能发生色散，故D 错．答案：ABC2解析：利用激光的相干性进行信息的传递．例如光纤通信；利用激光的平行度好进行精确测量和数据采集；利用激光的亮度进行激光切割和焊接．答案：ABD3解析：由于其亮度高可以切割物质，医学上作“光刀”来切开皮肤、切除肿瘤等． 答案：C4解析：根据公式v ＝λf 可以有λ＝v f ＝3.0×1084×1014 m ＝0.75×10－6 m ＝0.75 μm. 答案：C5解析：光的偏振现象说明光是一种横波，原子自发辐射是自然光．答案：B6解析：两支普通铅笔靠在一起，中间的缝远远地大于光的波长，因此，光从中通过时不会成为偏振光；光是横波，偏振光也是横波；激光也是光，因此激光就具有光波的特性，能够发生衍射现象；激光有很多用途，其中可用来做手术，切除肿瘤．答案：D7解析：红光通过薄雾时比蓝光的穿透力强，红光的波长较长，容易发生衍射现象． 答案：B8解析：(1)由图线读得，转盘的转动周期为T ＝0.9 s.角速度为ω＝2πT ＝6.280.8rad/s ＝7.85 rad/s. (2)由于脉冲宽度在逐渐变窄，表明光信号能通过狭缝的时间逐渐减小，即圆盘上的对应探测器所在位置的线速度逐渐增加，因此激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动．(3)设狭缝宽度为d ，探测器接收到第i 个脉冲时距转轴的距离为r i ，第i 个脉冲的宽度为Δt i ，激光器和探测器沿半径的运动速度为v.Δt i ＝d 2πr iT ，r 3－r 2＝r 2－r 1＝vT ， r 2－r 1＝dT 2π(1Δt 2－1Δt 1)，r 3－r 2＝dT 2π(1Δt 3－1Δt 2)． 由以上各式解得Δt 3＝Δt 1Δt 22Δt 1－Δt 2＝ 1.0×10－3×0.8×10－32×1.0×10－3－0.8×10－3 s ≈0.67×10－3 s. 答案：(1)7.85 rad/s(2)激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动(3)0.67×10－3 s 9解析：由于激光具有光的特点，所以激光在传播过程中也会有折射、反射现象发生，光导纤维是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，光从一端进入，当入射角小于临界角时，在两层界面处发生多次反射，从而不会从侧壁“泄漏”出来．答案：假设激光束在光导纤维前端的入射角为θ1，折射角为θ2，折射光线射向侧面时的入射角为θ3，如下图所示．由折射定律有n ＝sinθ1sinθ2，由几何关系θ2＋θ3＝90°，则sinθ2＝cosθ3.又由全反射临界角公式得sinθ3＝1n ，故cosθ3＝1－1n2.要保证从端面射入的光线都能发生全反射，应有θ1＝90°时，射到光导纤维侧壁上的光线也会发生全反射．故n ＝sinθ1sinθ2＝sinθ1cosθ3＝11－1n 2＝n n 2－1. 得n ＝ 2.探究结果：只要当θ＝90°时，保证射到光导纤维侧壁上的光线也会发生全反射，则进入光导纤维的光线不会“泄露”．。