第十三章 光

1 第十三章 光

【全章概述】

本章研究光的现象，包括光的反射、折射、色散、全反射，还有光的干涉、衍射、偏振等．既有光的直线传播的内容、也本性的内容，另有两个学生实验。

【知识结构】

光

光的干涉 条件：两列波频率相等、相差恒定、振动情况相同

干涉图样：单色光是明暗相间、均匀分布的条纹

出现明条纹：kx 出现暗条纹2)12(kx(k=0，±1，±2„) 条纹间距dLx

光的色散 复色光的干涉产生色散

复色光的衍射产生色散

复色光通过三棱镜折射产生色光的衍射 发生明显衍射的条件：孔或障碍物的尺寸可以与光的波长相比拟、甚至比光的波长还小

衍射图样：要与干涉图样区别，实例应了解

单缝衍射、圆孔衍射、圆板衍射的特点 光的全反射 条件：①光密介质→光疏介质 ②入射角≥临介角

临介角C的计算：sinC=n1

激光 特点

应用 光的折射 折射定律：入射角、折射角、折射率n=c/v

折射定律：n=sinθ1/ sinθ2

光的偏振 偏振现象说明光是横波 2 13.1 光的反射和折射

【课前预习】

一、光的折射现象

1．光从一种介质斜射到另一种介质表面时，部分光线发生 ，部分光线进入另一种介质发生 ，这种现象叫做光的折射现象。

2．折射定律：折射光线与入射光线、法线在 ；折射光线与入射光线分别位于法线 ；入射角的正弦与折射角的正弦成 。

二、折射率

3．光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的 ，表示为n= 。实验证明，介质的折射率等于光在真空中与在该介质中传播速度之比，即：n= 。

【课堂练习】

1． 在碗底放一枚硬币，把碗移到眼睛刚好看不到硬币的地方，保持眼睛和碗的位置不变，请一位同学向碗里加水，将观察到 ，产生这种现象的原因是 。

2． 如图ABC为一玻璃三棱镜，一束细光线射向AB面，经棱镜折射从AC面射出。画出光线从进入到射出整个过程的大致位置和方向。

3． S为一点光源，M为上、下表面相互平行的厚平板玻璃，S发出的光线SA射在玻璃上表面的A点，试画出SA通过玻璃前进的光路示意图。

4． 下列现象中，不属于光的折射现象的是（ ）

A. 斜射入水中的筷子，从水面上看，水下部分向上弯折了

B. 奇妙的“海市蜃楼”景观

C. 在太阳光照射下树木出现了影子

D. 盛了水的碗，看上去好象变浅了

5． 当光从空气斜射入玻璃时，如果改变入射角，使入射角减小，则（ ）

A. 反射角减小，折射角不变

B. 反射角减小，折射角减小

C. 反射角不变，折射角减小

D. 反射光线与折射光线间的夹角减小

【课后提高】

6． 在某地的观察者看见太阳刚从地平线升起时，关于太阳实际位置的下列叙述中正确的是( )

A．太阳位于地平线上方 B．太阳位于地平线下方

C．太阳位于地平线上 D．大气密度未知，无法判断

7． 一束光由空气射入某介质，当入射光线和界面的夹角为30°时，折射光线恰好与反射光线垂直，则光在该介质中的传播速度是(光在真空中的传播速度为c)( ) 3 A．2c B．3c C．c23 D．c33

8． 人看到沉在水底的硬币，其实看到的是( )

A．硬币的实像，其位置比实际位置浅

B．硬币的实像，其位置即硬币的位置

C．硬币的虚像，其位置比实际位置浅

D．硬币的虚像，其位置比实际位置深

9． 光从某种介质中射入空气中，入射角θ1从零开始增大时，折射角θ2也随之增大，下列说法正确的是( )

A．比值21不变 B．比值21sinsin不变

C．比值21sinsin是一个大于1的常数 D．比值21sinsin是一个小于1的常数

10． 如图所示，某平行玻璃砖的厚度为L，现测得玻璃砖的折射率为n＝3，若光线从上表面射入，入射角θ＝60°，求光线从下表面射出时相对于入射光线的侧移d。

13.2 全反射

【课前预习】

一、光疏介质和光密介质

1．光在各种介质中的传播速度和介质相对真空的折射率都是不相同的。两种介质相比较光在其中传播速度大、而折射率小的介质叫 介质；光在其中传播速度小、而折射率大的介质叫 介质。

二、全反射

2．全反射现象：光由 介质射向 介质时，当入射角增大到某一角度时，折射光全部消失，这种现象叫全反射．

3．临界角：光从光密介质射向光疏介质时，折射角等于 时的入射角叫临界角。

即C＝ ．

三、全反射棱镜

4．横截面是 三角形的棱镜叫全反射棱镜。选择适当的入射点，可以使入射光线经过全反射棱镜的作用在射出后偏转90o或180o。

四、光导纤维

5．光导纤维利用了 的原理。 A θ

d L

B 4 【课堂练习】

1． 下面四种情况中，能在空气和玻璃的界面上发生全反射的是( )

A．光从空气射向玻璃，入射角大于临界角

B．光从空气射向玻璃，入射角小于临界角

C．光从玻璃射向空气，入射角大于临界角

D．光从玻璃射向空气，入射角小于临界角

2． 水中的气泡看上去比较明亮，对这一现象有以下不同的解释，其中正确的是( )

A． 空气泡对光线有会聚作用，因而较亮

B．空气泡对光线有发散作用，因而较亮

C．从空气泡到达水中的界面处的光一部分发生全反射，因而较亮

D．从水中到达空气泡的界面处的光一部分发生全反射，因而较亮

3． 光导纤维的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播。以下关于光导纤维的说法正确的是( )

A．内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射

B．内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射

C．内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界面发生折射

D．内芯的折射率比外套相同，外套的材料有韧性，可以起保护作

4． 空气中两条光线a和b从方框左侧入射,分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图所示.方框内有两个折射率n=1.5的玻璃全反射棱镜.下图给出了两棱镜四种放置方式的示意图,其中能产生如此效果的是 (

)

5． 一束光从空气射向折率为n=2的某种玻璃的表面，如图所示，θ代表入射角，则( )

A．当θ>45°时会发生全反射现象

B．无论入射角θ是多大，折射角r都不会超过45°

C．欲使折射角r=30°，应以θ=45°的角度入射

D．当入射角θ=arctg2时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直

【课后提高】

6． 光纤通信是一种现代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务。目前，我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络。下列说法正确的是 ( )

Ａ．光纤通信利用光作为载体来传播信息

Ｂ．光导纤维传递光信号是利用光的衍射原理

Ｃ．光导纤维传递光信号是利用光的色散原理

Ｄ．目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝

7． 已知一束单色光在水中的传播速度是真空中的3/4，则( )

A．这束光在水中传播时的波长为真空中的3/4

B．这束光在水中传播时的频率为真空中的3/4 θ 空气

玻璃 5 C．对于这束光，水的折射率为3/4

D．从水中射向水面的光线，一定可以进入空气中

8． 已知介质对某单色光的临界角为θ，则( )

A．该介质对此单色光的折射率等于sin1

B．此单色光在该介质中的传播速度等于csinθ倍(c是真空中的光速)

C．此单色光在该介质中的波长是在真空中的波长的sinθ倍

D．此单色光在该介质中的频率是在真空中频率的sin1倍

9． 放在空气中的上、下表面平行的玻璃板，若光束从空气投射到它的上表面时，则( )

A．如果入射角大于临界角，光在上表面发生全反射

B．因为光是从空气射入玻璃的，故在上表面不会发生全反射

C．在光由玻璃板上表面再射向下表面时有可能发生全反射

D．由于上、下表面是平行的，所以光在上下表面均不可能发生全反射

10． 已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大，则两种光( )

A．在该玻璃中传播时，蓝光的速度较大

B．以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光折射角较大

C．从该玻璃中射入空气发生反射时，红光临界角较大

D．用同一装置进行双缝干涉实验，蓝光的相邻条纹间距较大

13.3 光的干涉

【课前预习】

一、杨氏干涉实验

1．托马斯·扬在历史上第一次解决了相干光源问题，成功观察到了光的干涉实验．光的干涉现象使人们认识到光具有 性。

二、决定条纹间距的条件

2．两个相干光源发出的光在屏上某处叠加时如果同相，光就 ，此处会出现 条纹；如果反相，光就 ，于是产生 条纹．即出现亮条纹时光程差满足 ；出现暗条纹时光程差满足

．

【课堂练习】

1． 用白光光源进行双缝实验，若用一个纯红色的滤光片遮盖一条缝，用一个纯蓝色的滤光片遮盖另一条缝，则 ( )

A．干涉条纹的宽度将发生改变

B．产生红光和蓝光的两套彩色干涉条纹

C．干涉条纹的亮度将发生改变

D．不产生干涉条纹

2． 在杨氏双缝实验中，入射光波长为，屏上形成明暗相间的干涉条纹，如果屏上P点是第一级暗条纹的中心位置，则S1、S2至P点的光程差=r2 -r1为( )

A． B．3/2 C．5/2 D．/2