新教材2021秋粵教版物理選擇性必修第一冊學(xué)案：第4章　光及其應(yīng)用 含答案

第二節(jié)測定介質(zhì)的折射率

［實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)］1.測量玻璃的折射率.2.學(xué)習(xí)用插針法確定光路.

［自主預(yù)習(xí)?探新知］課前自主學(xué)習(xí)?預(yù)習(xí)素養(yǎng)感知

一、實(shí)驗(yàn)原理

用插針法確定光路，找出跟入射光線相對應(yīng)的折射光線，用量角器測出入

射角i和折射角7,根據(jù)折射定律計(jì)算出玻璃的折射率〃=黑.

二、實(shí)驗(yàn)器材

玻璃磚、白紙、木板、大頭針?biāo)拿丁D釘四枚、量角器、刻度尺、鉛筆.

三、實(shí)驗(yàn)步驟

(1)如圖所示，將白紙用圖釘釘在平木板上；

(2)在白紙上畫出一條直線或?作為界面(線)，過上的一點(diǎn)0畫出界面的

法線NN0并畫一條線段A0作為入射光線；

(3)把長方形玻璃磚放在白紙上，使它的長邊跟。優(yōu)對齊，畫出玻璃磚的另一

邊勵(lì)；

(4)在直線40上豎直插上兩枚大頭針尸「Pi,透過玻璃磚觀察大頭針尸「

尸2的像，調(diào)整視線方向直到尸2的像擋住Pi的像.再在觀察者一側(cè)豎直插上兩枚

大頭針尸3、尸4,使尸3擋住P1、尸2的像，尸4擋住尸3及尸I、尸2的像，記下尸3、尸4

的位置；

(5)移去大頭針和玻璃磚，過尸3、尸4所在處作直線(TB與附，交于。。直線

O'B就代表了沿A0方向入射的光線通過玻璃磚后的傳播方向；

(6)連接。0，，入射角i=NA0N,折射角7=ZO'ON',用量角器量出入射

角和折射角，從三角函數(shù)表中查出它們的正弦值，把這些數(shù)據(jù)記錄在自己設(shè)計(jì)

的表格中；

(7)用上述方法分別求出入射角分別為30。、45。、60。時(shí)的折射角，查出它們

的正弦值，填入表格中.

四、數(shù)據(jù)處理

方法一：平均值法

求出在幾次實(shí)驗(yàn)中所測需的平均值，即為玻璃磚的折射率.

方法二：圖像法

在幾次改變?nèi)肷浣?、對?yīng)的入射角和折射角正弦值的基礎(chǔ)上，以sini值為

橫坐標(biāo)、以sin/值為縱坐標(biāo)，建立直角坐標(biāo)系，如圖所示.描數(shù)據(jù)點(diǎn)，過數(shù)據(jù)

點(diǎn)連線得一條過原點(diǎn)的直線.

求解圖線斜率K則仁普=：，故玻璃磚折射率〃=%

sinIftK,

方法三：作圖法

在找到入射光線和折射光線以后，以入射點(diǎn)。為圓心，以任意長為半徑畫

圓，分別與40交于C點(diǎn)，與OE(或OE的延長線)交于。點(diǎn)，過C、。兩點(diǎn)分

別向VN作垂線，交NN'于C'、D',用直尺量出CC和。沙的長，如圖所示.

由于sini=-^j,sinJ而

所以折射率〃產(chǎn)需=需?

五'注意事項(xiàng)

(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，盡可能將大頭針豎直插在紙上，且大頭針之間及大頭針與光線

轉(zhuǎn)折點(diǎn)之間的距離要稍大一些.

⑵入射角i應(yīng)適當(dāng)大一些，以減小測量角度的誤差，但入射角不宜太大.

(3)在操作時(shí)，手不能觸摸玻璃磚的光潔面，更不能把玻璃磚界面當(dāng)尺子畫

界線.

(4)在實(shí)驗(yàn)過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變.

(5)玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的，宜在5cm以上.若寬度太小，則測量誤差較

大.

六'實(shí)驗(yàn)誤差

(1)入射光線和出射光線畫得不夠精確.因此，要求插大頭針時(shí)兩大頭針間

距應(yīng)稍大.

(2)入射角、折射角測量不精確.為減小測角時(shí)的相對誤差，入射角要稍大

些，但不宜太大，入射角太大時(shí)，反射光較強(qiáng)，折射光會(huì)相對較弱.

［介作探究?提索養(yǎng)］疑難問襄解惑?學(xué)科素養(yǎng)提能

【典例1】如圖所示，關(guān)于“測定玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)，回答以下問題.

(1)請證明圖中的入射光線和射出玻璃磚的光線是平行的;

(2)為減小實(shí)驗(yàn)誤差，入射角大一些好還是小一些好？

［解析］(1)如圖所示，證明：〃=需小=需，而n=i2,

所以il=r2,所以入射光線平行于出射光線.

⑵大一些好.這樣測量的誤差會(huì)小些，可以減小實(shí)驗(yàn)誤差.

［答案］(1)見解析(2)大一些

【典例2］小顯和小濤同學(xué)“用插針法測玻璃棱鏡的折射率”.

CB

\H

(1)小顯同學(xué)按實(shí)驗(yàn)步驟，先在紙上插下二枚大頭針Pl、P2,然后在玻璃棱

鏡的另一側(cè)插下另外二枚大頭針,如圖甲所示.則插針一定錯(cuò)誤的是(選

填“尸3尸4”或“尸5尸6”)，按實(shí)驗(yàn)要求完成光路圖，并標(biāo)出相應(yīng)的符號，所測出

的玻璃棱鏡的折射率〃=.

(2)小濤同學(xué)突發(fā)奇想，用兩塊同樣的玻璃直角三棱鏡A5c來做實(shí)驗(yàn)，兩者

的4。面是平行放置的，如圖乙所示.插針P］、P2的連線垂直于A5面，若操作

正確的話，則在圖乙中右邊的插針應(yīng)該是(選填

“P3P4”“P3P6”“P5P4”或“尸5尸6”).

［解析］(1)光線經(jīng)三棱鏡折射后應(yīng)該偏向底邊，故插針一定錯(cuò)誤的是

“尸5尸6”；光路如圖；

sin仇

根據(jù)光的折射定律：〃=M東.

(2)根據(jù)光路圖可知，經(jīng)過P1P2的光線經(jīng)兩塊玻璃磚的分界處后向下偏，然

后射入右側(cè)玻璃磚后平行射出，則圖乙中右邊的插針應(yīng)該是P5P6.

［答案］(1)尸5招見解析圖而立(2)尸5尸6

［當(dāng)堂達(dá)標(biāo)?夯基礎(chǔ)］課堂知識夯實(shí)?雙基盲點(diǎn)掃除

1.小張用“插針法”測定玻璃的折射率.玻璃磚有4個(gè)光學(xué)面A、5、C、

D,如圖所示，其中4、。兩面相互平行，實(shí)驗(yàn)中該同學(xué)對入射面和出射面的認(rèn)

識正確的是()

c

A

A.只能選用A、。兩面B.可以選用4、5兩面

C.不能選用3、。兩面D.不能選用A、。兩面

B［應(yīng)用插針法測玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)時(shí)，在玻璃磚的一側(cè)豎直插上兩枚大

頭針Pl、Pl,透過玻璃磚觀察大頭針Pl、尸2的像，調(diào)整視線方向，直到尸2擋住

P1的像；再在觀察的這一側(cè)插兩枚大頭針尸3、尸4,使尸3擋住尸1、尸2的像，尸4

擋住P3及P1、尸2的像，記下尸3、尸4的位置，由圖所示玻璃磚可知，實(shí)驗(yàn)時(shí)可以

用4、C兩面、或用A、B兩面、或用A、D兩面、或用8、。兩面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，

故B項(xiàng)正確，A、C、D錯(cuò)誤.］

2.某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)測定半圓形玻璃磚的折射率〃.如圖甲所示，。是圓心,

MN是法線,40、B0分別表示某次測量時(shí)光線在空氣和玻璃磚中的傳播路徑.該

同學(xué)測得多組入射角i和折射角r,作出sini-sinr圖像如圖乙所示.貝！|()

甲乙

A.光由A經(jīng)。到5,n=1.5

B.光由5經(jīng)。到A,〃=1.5

C.光由A經(jīng)。到5,n=0.67

D.光由8經(jīng)。到A,〃=0.67

B［由圖線可知需=瞿=：=］可得〃=1.5;因，是入射角，r是折射角,

折射角大于入射角，故光由5經(jīng)。到4,故選B.］

3.某同學(xué)由于沒有量角器，他在完成了光路圖后，以0點(diǎn)為圓心，10cm

為半徑畫圓，分別交線段。4于4點(diǎn)，交線段00,的延長線于。點(diǎn)，過A點(diǎn)作

法線的垂線AB交NN'于5點(diǎn)，過C點(diǎn)作法線NV的垂線CD交NN'于D

點(diǎn)，如圖所示.用刻度尺量得。5=8cm,CD=4cm,由此可得出玻璃的折射

率n=.

N'

［解析］由圖可知，sinZDOC=^,OA=OC=R,根據(jù)〃

sinN40B=C///7xCzl.x

sin0\sinNAOB4841()2—82

=sin〃2知'n=sinZDOC=CD=4=15>

［答案］1.5

4.在“測定玻璃折射率”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)經(jīng)正確操作插好了4枚大頭針,

如圖甲所示.

(1)在圖乙中畫出完整的光路圖；

(2)對你畫出的光路圖進(jìn)行測量和計(jì)算，求得該玻璃磚的折射率〃=

(保留3位有效數(shù)字).

［解析］⑴分別連接玻璃磚兩側(cè)的大頭針?biāo)诘狞c(diǎn)，并延長與玻璃痔邊分別

相交，標(biāo)出傳播方向，然后連接玻璃磚邊界的兩交點(diǎn)，即為光線在玻璃磚中傳

播的方向.光路如圖所示.

⑵設(shè)方格紙上正方形的邊長為1,光線的入射角為I,折射角為r,則sini

=-

F===^=0.798,sinr=i——i=0,521,

^532+42

所以玻璃的折射率〃=；si=l?53.

SillrU.3/JL

［答案］(1)見解析(2)L53(說明：±0.03范圍內(nèi)都可)

5.某小組做測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)，所用器材有：玻璃磚，大頭針，刻度

尺，圓規(guī)，筆，白紙.

(1)下列哪些措施能夠提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確程度_______

A.選用兩光學(xué)表面間距大的玻璃磚

B.選用兩光學(xué)表面平行的玻璃磚

C.選用粗的大頭針完成實(shí)驗(yàn)

D.插在玻璃磚同側(cè)的兩枚大頭針間的距離盡量大些

(2)該小組用同一套器材完成了四次實(shí)驗(yàn)，記錄的玻璃磚界線和四個(gè)大頭針

扎下的孔洞如下圖所示，其中實(shí)驗(yàn)操作正確的是.

ABCD

(3)該小組選取了操作正確的實(shí)驗(yàn)記錄，在白紙上畫出光線的徑跡，以入射

點(diǎn)O為圓心作圓，與入射光線、折射光線分別交于4、5點(diǎn)，再過4、5點(diǎn)作法

線NN，的垂線，垂足分別為C、D點(diǎn)，如圖所示，則玻璃的折射率〃=.(用

圖中線段的字母表示)

［解析］(1)采用插針法測定玻璃的折射率的時(shí)候，應(yīng)選定光學(xué)表面間距大一

些的玻璃磚，這樣光路圖會(huì)更加清晰，減小誤差，同時(shí)玻璃磚同側(cè)的兩枚大頭

針的距離盡量大一些，保證光線的直線度，因此A、D正確；光學(xué)表面是否平行

不影響該實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度，因此B錯(cuò)誤；應(yīng)選用細(xì)一點(diǎn)的大頭針，因此C錯(cuò)誤.

(2)根據(jù)光的折射定律可知，當(dāng)選用平行的玻璃磚時(shí)出射光和入射光應(yīng)是平

行光，又因發(fā)生了折射因此出射光的出射點(diǎn)應(yīng)相比入射光的延長線向左平移，

因此D正確，A、B、C錯(cuò)誤.

(3)由折射定律可知折射率sinNAOC=華，sinN50D=等,

smz.DUDAK

聯(lián)立解得〃=藥AC.

［答案］(1)AD(2)D(3喘

6.如圖所示，某同學(xué)用插針法測定一半圓形玻璃磚的折射率.在平鋪的白

紙上垂直紙面插大頭針P］、P2確定入射光線，并讓入射光線過圓心0,在玻璃

磚(圖中實(shí)線部分)另一側(cè)垂直紙面插大頭針尸3,使P3擋住尸1、尸2的像，連接

0尸3，圖中為分界面，虛線半圓與玻璃磚對稱，5、。分別是入射光線、折

射光線與圓的交點(diǎn)，AB,Q9均垂直于法線并分別交法線于A、。點(diǎn).

(1)設(shè)45的長度為九40的長度為dCD的長度為凡的長度為口

為較方便地表示出玻璃磚的折射率，需用刻度尺測量_________,則玻璃磚的

折射率可表示為.

(2)該同學(xué)在插大頭針P3前不小心將玻璃磚以。為圓心順時(shí)針轉(zhuǎn)過一小角

度，由此測得玻璃磚的折射率將(選填“偏大”“偏小”或“不變”).

［解析］(l)sini=-^―,sinr=-^―,因此玻璃的折射率〃=雯^=

BOCOsinr

h

'BOI

―］——=7，因此只需測量和人即可.

13

~co

⑵當(dāng)玻璃磚順時(shí)針轉(zhuǎn)過一個(gè)小角度時(shí)，在處理數(shù)據(jù)時(shí)，認(rèn)為/1是不變的,

即入射角不變，而/3減小，所以測量值〃=7將偏大.

［答案］⑴介和/3⑵偏大

第三節(jié)光的全反射與光纖技術(shù)

［核心素養(yǎng)?明目標(biāo)］

核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)目標(biāo)

理解全反射現(xiàn)象和臨界角的概念，知道光疏介質(zhì)、光

物理觀念、科學(xué)思維

密介質(zhì)和發(fā)生全反射的條件

物理觀念能夠解釋全反射現(xiàn)象，了解全反射棱鏡

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任掌握光導(dǎo)纖維的工作原理及其重要應(yīng)用

［自主預(yù)習(xí)?探新知］課前自主學(xué)習(xí)?預(yù)習(xí)素養(yǎng)感知

r~ir知識梳理D

知識點(diǎn)一光的全反射現(xiàn)象

1.光的全反射

當(dāng)光從折射率較大的介質(zhì)（光密介質(zhì)）射入折射率較小的介質(zhì)（光疏介質(zhì)）時(shí)，

折射角大王入射角且隨入射角增大而增大.當(dāng)入射角達(dá)到一定角度，折射角變

成90。，繼續(xù)增大入射角，折射角將大于90。.此時(shí)，入射光線全都被反射回折

射率較大的介質(zhì)中，這種現(xiàn)象稱為光的全反射.

2.臨界角

在光的全反射現(xiàn)象中，折射角等于90。時(shí)的入射角，記作k且sin\=今

3.發(fā)生光的全反射的兩個(gè)必要條件

⑴光線從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì);

⑵入射角等于或大于臨界角.

知識點(diǎn)二光導(dǎo)纖維的工作原理

1.光纖及原理

光導(dǎo)纖維簡稱光纖，它能把光（信號）從一端遠(yuǎn)距離傳輸?shù)焦饫w的另一端，其

原理就是利用了光的全反射.

2.光纖的構(gòu)造

光纖用的是石英玻璃或塑料拉制成的細(xì)絲，光纖由纖芯和包層組成,纖芯

的折射率大于包層的折射率.

知識點(diǎn)三光纖技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

1.光纜可以用來傳送圖像，醫(yī)學(xué)上用來檢查人體消化道的內(nèi)窺鏡就是利用

了這種性質(zhì).

2.光纖寬帶、光纖電話、光纖有線電視等光纖通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入千家萬戶.

「7基礎(chǔ)自測「

1.思考判斷（正確的打“,錯(cuò)誤的打“X”）.

（1）光從空氣射入水中時(shí)可能發(fā)生全反射現(xiàn)象.（義）

（2）光密介質(zhì)，是指介質(zhì)的折射率大，密度不一定大.（J）

（3）魚缸中上升的氣泡亮晶晶的，是由于光射到氣泡上發(fā)生了全反射.（J）

（4）光纖一般由折射率小的玻璃內(nèi)芯和折射率大的外層透明介質(zhì)組成.（義）

2.已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分別為1.33、1.55、1.60和1.63,

如果光按以下幾種方式傳播，可能發(fā)生全反射的是（）

A.從水晶射入玻璃

B.從水射入二硫化碳

C.從玻璃射入水中

D.從水射入水晶

C[發(fā)生全反射的條件之一是光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，光密介質(zhì)折射

率較大，故只有C正確.]

3.華裔科學(xué)家高銀獲得2009年諾貝爾物理獎(jiǎng)，他被譽(yù)為“光纖通訊之

父”.光纖通訊中信號傳播的主要載體是光導(dǎo)纖維，它的結(jié)構(gòu)如圖所示，其內(nèi)

芯和外套材料不同，光在內(nèi)芯中傳播.下列關(guān)于光導(dǎo)纖維的說法中正確的是

（）

A.內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射

B.內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射

C.波長越短的光在光纖中傳播的速度越大

D.頻率越大的光在光纖中傳播的速度越大

A［光纖內(nèi)芯比外套折射率大，在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射，A對、

B錯(cuò)；頻率大的光波長短，折射率大，在光纖中傳播速度小，C、D錯(cuò).］

［合作探究?提索養(yǎng)］舞難問題解黑堡舊儲(chǔ)

考點(diǎn)1全反射

令情境探究

光照到兩種介質(zhì)界面處，發(fā)生了如圖所示的現(xiàn)象.

折射角

(1)上面的介質(zhì)與下面的介質(zhì)哪個(gè)折射率大？

⑵全反射發(fā)生的條件是什么？

提示：(1)下面的介質(zhì)折射率大.

(2)一是光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)；二是入射角大于等于臨界角.

1.對光硫介質(zhì)和光密介質(zhì)的理解

(1)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的比較：

種類光的傳播速度折射率

光疏介質(zhì)大小

光密介質(zhì)小大

(2)相對性：光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)是相對的.任何兩種透明介質(zhì)都可以通過

比較光在其中傳播速度的大小或折射率的大小來判斷誰是光疏介質(zhì)或光密介

質(zhì).

2.全反射規(guī)律

(1)全反射的條件：

①光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì).

②入射角大于或等于臨界角.

⑵全反射遵循的規(guī)律：發(fā)生全反射時(shí)，光全部返回原介質(zhì)，入射光與反射

光遵循光的反射定律，由于不存在折射光線，光的折射定律不再適用.

3.不同色光的臨界角：不同顏色的光由同一介質(zhì)射向空氣或真空時(shí)，頻率

越高的光的臨界角越小，越易發(fā)生全反射.

【典例1］一厚度為h的大平板玻璃水平放置，其下表面貼有一半徑為r

的圓形發(fā)光面.在玻璃板上表面放置一半徑為R的圓紙片，圓紙片與圓形發(fā)光

面的中心在同一豎直線上.已知圓紙片恰好能完全遮擋住從圓形發(fā)光面發(fā)出的

光線(不考慮反射)，求平板玻璃的折射率.

［思路點(diǎn)撥］(1)由圓紙片恰好完全擋住圓形發(fā)光面的光線可確定臨界角.

(2)根據(jù)《11^=:可計(jì)算折射率.

［解析］根據(jù)全反射定律，圓形發(fā)光面邊緣發(fā)出的光線射到玻璃板上表面時(shí)

入射角為臨界角(如圖所示)，設(shè)為仇且sin8=1.

根據(jù)幾何關(guān)系得：sin0—

而L=R-r,

廠......規(guī)法......................

全反射定律的應(yīng)用技巧

(1)首先判斷是否為光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)，如果是，下一步就要再利

用入射角和臨界角的關(guān)系進(jìn)一步判斷，如果不是則直接應(yīng)用折射定律解題即可.

⑵分析光的全反射時(shí)，根據(jù)臨界條件找出臨界狀態(tài)是解決這類題目的關(guān)鍵.

⑶當(dāng)發(fā)生全反射時(shí)，仍遵循光的反射定律和光路可逆性.

(4)認(rèn)真規(guī)范作出光路圖，是正確求解這類題目的重要保證.

［跟進(jìn)訓(xùn)練］

訓(xùn)練角度1全反射現(xiàn)象的理解

1.（多選）一束光從某介質(zhì)進(jìn)入真空，方向如圖所示，則下列判斷中正確的

是（）

A.該介質(zhì)的折射率是￥

B.該介質(zhì)的折射率是由

C.該介質(zhì)相對真空發(fā)生全反射的臨界角小于45。

D.光線按如圖所示的方向入射，無論怎樣改變?nèi)肷浞较蚨疾豢赡馨l(fā)生全反

射現(xiàn)象

BC［上面是介質(zhì)，下面是真空，入射角i=30。，折射角r=60。，則折射率

"=器?=器噂故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；sin心=鼻=坐V坐,則C<45°,

故選項(xiàng)C正確；光線按如圖所示的方向入射，當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)，就會(huì)發(fā)

生全反射現(xiàn)象，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤.］

訓(xùn)練角度2全反射與折射定律的綜合

2.如圖所示，半圓形透明介質(zhì)的橫截面，其半徑為凡一束光從半圓形透

明介質(zhì)的左邊緣以入射角60。射入透明介質(zhì)，光束在半圓形透明介質(zhì)的弧形面發(fā)

生兩次反射后剛好從半圓形透明介質(zhì)的另一邊緣射出.已知光在真空中傳播的

速度為c.求：

⑴半圓形透明介質(zhì)的折射率；

⑵光線在半圓形透明介質(zhì)中傳播的時(shí)間；

⑶半圓形透明介質(zhì)的全反射臨界角.

［解析］（1）由圖中幾何關(guān)系可知，光束折射角r=30。，由折射定律，玻璃磚

=

的折射率n^jnr=\[i.

(2)光線在半圓形透明介質(zhì)中傳播的速度0=〃-P

光線在半圓形透明介質(zhì)中傳播的距離L=3>R,

光線在半圓形透明介質(zhì)中傳播的時(shí)間絆.

⑶由sinic=：,

得ic=arcsin坐.

［答案］(1)73(2)呼區(qū)(3)arcsin坐

“考點(diǎn)2光導(dǎo)纖維的應(yīng)用

畬情境探究

如圖所示是光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)示意圖，其內(nèi)芯和外套由兩種光學(xué)性能不同的

介質(zhì)構(gòu)成，內(nèi)芯對光的折射率要比外套對光的折射率高.請問：在制作光導(dǎo)纖

維時(shí)，選用的材料為什么要求內(nèi)芯對光的折射率要比外套對光的折射率高？

涂.層沙套野

提示：光只有滿足從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，才會(huì)發(fā)生全反射.而光導(dǎo)纖

維要傳播加載了信息的光，需要所有光在內(nèi)芯中經(jīng)過若干次反射后，全部到達(dá)

目的地，所以需要發(fā)生全反射，故內(nèi)芯對光的折射率必須要比外套對光的折射

率高.

-~L構(gòu)造及傳播原理

(1)構(gòu)造：光導(dǎo)纖維是一種透明的玻璃纖維絲，直徑只有1~100pm,如圖

所示，它是由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率.

〃/"〃"/外套

—云內(nèi)芯

⑵傳播原理：光由一端進(jìn)入，在兩層的界面上經(jīng)過多次全反射，從另一端

射出，光導(dǎo)纖維可以遠(yuǎn)距離傳播光，光信號又可以轉(zhuǎn)換成電信號，進(jìn)而變?yōu)槁?/p>

音、圖像.

2.光導(dǎo)纖維的折射率

設(shè)光導(dǎo)纖維的折射率為“，當(dāng)入射角為Oy時(shí)，進(jìn)入端面的折射光線傳到側(cè)

面時(shí)恰好發(fā)生全反射，如圖所示，則有：

sinic=J,2'ic+〃2=90。，由以上各式可得：sin0i=y/n2—l.

由圖可知：當(dāng)仇增大時(shí)，仇增大，而從纖維射向空氣中光線的入射角，減

小，當(dāng)a=90。時(shí)，若0=。,則所有進(jìn)入纖維中的光線都能發(fā)生全反射，即解得

n=y［2,以上是光從纖維射向真空時(shí)得到的折射率，由于光導(dǎo)纖維包有外套，外

套的折射率比真空的折射率大，因此折射率要比&大些.

【典例2】如圖所示，一根長為1=5.0m的光導(dǎo)纖維用折射率〃=也的材

料制成.一束激光由其左端的中心點(diǎn)以45。的入射角射入光導(dǎo)纖維內(nèi)，經(jīng)過一系

列全反射后從右端射出來，求：

(1)該激光在光導(dǎo)纖維中的速度。是多大.

(2)該激光在光導(dǎo)纖維中傳輸所經(jīng)歷的時(shí)間是多少.

［思路點(diǎn)撥］(1)由光導(dǎo)纖維的折射率可計(jì)算臨界角.

(2)光在光導(dǎo)纖維側(cè)面上發(fā)生全反射現(xiàn)象，計(jì)算出光的總路程，根據(jù)光速可

求出傳播時(shí)間.

［解析］(1)由〃=￡可得og2.1X108m/s.

(2)由〃=而關(guān)可得光線從左端面射入后的折射角為30。，射到側(cè)面時(shí)的入射

角為60。，大于臨界角45°,因此發(fā)生全反射.同理光線每次在側(cè)面都將發(fā)生全

反射，直到光線到達(dá)右端面.由幾何關(guān)系可以求出光線在光導(dǎo)纖維中通過的總

路程Y因此該激光在光導(dǎo)纖維中傳輸所經(jīng)歷的時(shí)間t=*2.7X10-8s.

［答案］(1)2.1X108m/s(2)2.7X10-8s

r.......?規(guī)律c方法......

光導(dǎo)纖維問題的解題關(guān)鍵

第一步：抓關(guān)鍵點(diǎn).

關(guān)鍵點(diǎn)獲取信息

光導(dǎo)纖維工作原理：全反射

光束不會(huì)側(cè)漏光束在側(cè)壁發(fā)生全反射

第二步：找突破口.

“從一個(gè)端面射入，從另一個(gè)端面射出”，根據(jù)這句話畫出入射、折射及

全反射的光路圖，根據(jù)全反射的知識求解問題.

［跟進(jìn)訓(xùn)練］

3.光纖通信是一種現(xiàn)代化的通信手段，它可以為客戶提供大容量、高速度、

高質(zhì)量的通信服務(wù)，為了研究問題方便，我們將光導(dǎo)纖維簡化為一根長直玻璃

管，如圖所示.設(shè)此玻璃管長為L,折射率為〃.已知從玻璃管左端面射入玻璃

內(nèi)的光線在玻璃管的側(cè)面上恰好能發(fā)生全反射，最后從玻璃管的右端面射出.設(shè)

光在真空中的傳播速度為c,則光通過此段玻璃管所需的時(shí)間為（）

面面

n2Lgn2LnL4nL

A

-VB.了C.TD.手

A［用。表示臨界角，則有sinC=1,則光在玻璃管中的傳播速度為v=

今光在沿玻璃管軸線的方向上做勻速傳播.所用時(shí)間為f=L_L

(itA-usinC

ucoslCI

=—.故A正確.］

畬課堂小結(jié)?翔的收獲

1.物理觀念：全反射現(xiàn)象、臨界角.

2.科學(xué)思維：全反射規(guī)律.

3.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：光纖通信.

［當(dāng)堂達(dá)標(biāo)?夯基礎(chǔ)］課堂知識夯實(shí)?雙基盲點(diǎn)掃除

1.（多選）下列事例哪些應(yīng)用了光的全反射現(xiàn)象（）

A.海市蜃樓

B.用三棱鏡觀察太陽光譜

C.某些光學(xué)儀器中用等腰直角玻璃三棱鏡改變光路90。

D.水中的魚看起來比實(shí)際的要淺

AC[海市蜃樓和光學(xué)儀器中用等腰直角玻璃三棱鏡改變光路90。是利用了

光的全反射現(xiàn)象，故A、C項(xiàng)正確；用三棱鏡觀察太陽光譜和水中的魚看起來比

實(shí)際的要淺，都是光的折射現(xiàn)象，故B、D項(xiàng)錯(cuò)誤.]

2.（多選）下列說法中正確的是（）

A.因?yàn)樗拿芏却笥诰凭拿芏龋运枪饷芙橘|(zhì)

B.因?yàn)樗恼凵渎市∮诰凭恼凵渎?，所以水對酒精來說是光疏介質(zhì)

C.同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較大

D.光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)相對于折射率來確定，與密度無關(guān)

BD[光在各種介質(zhì)中的傳播速度和介質(zhì)相對真空的折射率都是不同的.兩

種介質(zhì)相比較光在其中傳播速度大，而折射率小的介質(zhì)叫光疏介質(zhì)；光在其中

傳播速度小，而折射率大的介質(zhì)叫光密介質(zhì).光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)與密度無關(guān)，

A、C錯(cuò)誤，B、D正確.]

3.（多選）光纖通信是一種現(xiàn)代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高

質(zhì)量的通信服務(wù).目前，我國正在大力建設(shè)高質(zhì)量的寬帶光纖通信網(wǎng)絡(luò).下列

說法正確的是（）

A.光纖通信利用光作為載體來傳遞信息

B.光導(dǎo)纖維傳遞光信號是利用光沿直線傳播的原理

C.光導(dǎo)纖維傳遞光信號是利用光的色散原理

D.目前廣泛應(yīng)用的光導(dǎo)纖維是一種非常細(xì)的特制玻璃絲

AD[光纖是利用光的全反射現(xiàn)象而實(shí)現(xiàn)光作為載體的信息傳遞，光纖是內(nèi)

芯折射率大于外層表皮折射率的很細(xì)的玻璃絲.故A、D正確，B、C錯(cuò)誤.]

4.如圖所示，口徑較大、充滿水的薄壁圓柱形淺玻璃缸底有一發(fā)光小球，

則（）

A.小球必須位于缸底中心才能從側(cè)面看到小球

B.小球所發(fā)的光能從水面任何區(qū)域射出

C.小球所發(fā)的光從水中進(jìn)入空氣后頻率變大

D.小球所發(fā)的光從水中進(jìn)入空氣后傳播速度變大

D［小球發(fā)出的光先從水中傳播，然后再射入空氣中，故我們從側(cè)面就可

以看到小球，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由于光從水中射入空氣中，故當(dāng)入射角大于臨界角

時(shí)，光會(huì)發(fā)生全反射，故球所發(fā)的光不是從水面任何區(qū)域都能夠射出的，選項(xiàng)B

錯(cuò)誤；光從水中進(jìn)入空氣后頻率不變，由于折射率變小，故光的傳播速度變大，

選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確.］

5.如圖所示，A5為光導(dǎo)纖維，A、B之間距離為s,使一光脈沖信號從光

導(dǎo)纖維中間入射，射入后在光導(dǎo)纖維與空氣的界面上恰好發(fā)生全反射，由4點(diǎn)

傳輸?shù)?點(diǎn)所用時(shí)間為f,求光導(dǎo)纖維所用材料的折射率〃.

［解析］設(shè)介質(zhì)的折射率為〃，則有

sina=sinC=~,①

sinas

v-osina'③

第四節(jié)光的干涉

［核心素養(yǎng)-明目標(biāo)］

核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)目標(biāo)

物理觀念認(rèn)識光的干涉現(xiàn)象，知道光的干涉產(chǎn)生的條件

科學(xué)思維認(rèn)識單色光和白光干涉條紋的特征

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任了解薄膜干涉的現(xiàn)象、原理和應(yīng)用

［自主預(yù)習(xí)?探新知］課前自主學(xué)習(xí)?預(yù)習(xí)素養(yǎng)感知

I—Sr知識梳理m

知識點(diǎn)一光的雙縫干涉現(xiàn)象

將一支激光筆發(fā)出的光照射在雙縫上，雙縫平行于屏，在屏上觀察到了明

暗相間的條紋.

知識點(diǎn)二光產(chǎn)生干涉的條件

1.產(chǎn)生穩(wěn)定干涉圖樣的條件

兩列光波的頻率相同,相位差恒定,振動(dòng)方向相同，即光波為相干波,而

且兩列相干光波到達(dá)明（暗）干涉條紋的位置的路程差A(yù)r是波長的整數(shù)倍（或半波

長的奇數(shù)倍）,即滿足：

Ar=k2,k=0,+1,±2,…（明條紋）

Ar=（2A+l）/k=0,±1,±2,…（暗條紋）

2.干涉條紋間距公式

屏上相鄰明條紋（或暗條紋）間的距離Ax=^,式中L為觀察屏到雙縫擋板

的距離，d為雙縫之間的距離,2為光的波長.

知識點(diǎn)三薄膜干涉

1.定義

薄膜干涉是光通過薄膜時(shí)產(chǎn)生的干涉.薄膜可以是透明固體、液體或由兩

塊玻璃所夾的氣體薄層.

2.應(yīng)用舉例

（1）在相機(jī)的鏡頭上通過鍍上增透膜產(chǎn)生干涉，增加透射,減少反射.

（2）肥皂泡上的顏色是由肥皂膜的前、后表面反射回來的兩組光波相遇后形

成的.

二.基礎(chǔ)自測Q

1.思考判斷（正確的打“，錯(cuò)誤的打“X”）.

（1）如果兩列光波到達(dá)某點(diǎn)時(shí)，路程差為波長的整數(shù)倍，這兩列波互相加強(qiáng),

在那里就出現(xiàn)亮條紋.（J）

（2）在干涉條紋中，相鄰兩條亮紋或暗紋之間的距離是相等的.（J）

（3）薄膜干涉是通過兩個(gè)表面折射的光線產(chǎn)生的.（X）

（4）增透膜的厚度應(yīng)等于光在空氣中的波長的二分之一.（X）

2.從兩只相同的手電筒射出的光，當(dāng)它們在某一區(qū)域疊加后，看不到干涉

圖樣，這是因?yàn)椋ǎ?/p>

A.手電筒射出的光不是單色光

B.干涉圖樣太細(xì)小看不清楚

C.周圍環(huán)境的光太強(qiáng)

D.這兩束光為非相干光源

D［本題雖然強(qiáng)調(diào)兩只相同的手電筒，但它們發(fā)出的光仍然頻率不同.不

滿足干涉產(chǎn)生的條件，看不到干涉圖樣，所以選項(xiàng)D正確，A、B、C都是錯(cuò)誤

的.］

3.（多選）楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是為自然數(shù)，7為光波

波長）（）

A.在距雙縫的路程相等的點(diǎn)形成暗條紋

B.在距雙縫的路程差為成的點(diǎn)形成亮條紋

C.在距雙縫的路程差為，境的點(diǎn)形成亮條紋

D.在距雙縫的路程差為的點(diǎn)形成暗條紋

BD［在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)某處距雙縫距離之差A(yù)x為波長的整數(shù)倍時(shí)，

即Ax=H,A=0,1,2,3,…這些點(diǎn)為加強(qiáng)點(diǎn)，該處出現(xiàn)亮條紋；當(dāng)某處距雙

縫距離之差A(yù)x為半波長的奇數(shù)倍時(shí)，即Ax=（2A+l）4,A=0,1,2,3…這些

點(diǎn)為減弱點(diǎn)，該處由現(xiàn)暗條紋；故選項(xiàng)B、D正確，A、C錯(cuò)誤.］

［合作探究?提素養(yǎng)］疑難問題解惑?學(xué)科素恭提能

□考點(diǎn)1楊氏雙縫干涉

畬情燒探究

如圖所示是楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的示意圖，請問在該實(shí)驗(yàn)中單縫屏和雙縫屏

分別所起的作用是什么？

單縫雙益光屏

P

0

S,

提示：單縫屏是為了獲得具有唯一頻率和振動(dòng)情況的線光源；雙縫屏是為

了獲得兩束頻率相同、振動(dòng)情況完全一致的相干光.

1.雙縫干涉的示意圖

單縫雙縫屏

2.屏上某處出現(xiàn)亮、暗條紋的條件

頻率相同的兩列波在同一點(diǎn)引起的振動(dòng)的疊加，如亮條紋處某點(diǎn)同時(shí)參與

的兩個(gè)振動(dòng)步調(diào)總是一致，即振動(dòng)方向總是相同；暗條紋處振動(dòng)步調(diào)總是相

反.具體產(chǎn)生亮、暗條紋的條件為

(1)亮條紋產(chǎn)生的條件:屏上某點(diǎn)P到兩條縫S］和S2的路程差正好是波長的

整數(shù)倍或半波長的偶數(shù)倍.即：

|PSI-PS2|=M=2A4(A=0,1,2,3,—)

4=0時(shí)，PS1=PS2,此時(shí)尸點(diǎn)位于屏上的。處，為亮條紋，此處的條紋叫

中央亮條紋或零級亮條紋.A為亮條紋的級次.

(2)暗條紋產(chǎn)生的條件:屏上某點(diǎn)P到兩條縫Si和S2的路程差正好是半波長

的奇數(shù)倍.即：

\PSi-PS2\=(2k-l)^(k=0,W，-)

女為暗條紋的級次，從第1級暗條紋開始向兩側(cè)展開.

3.干涉圖樣的特點(diǎn)

(1)單色光的干涉圖樣特點(diǎn)：中央為亮條紋，兩邊是明、暗相間的條紋，且

相鄰亮條紋與亮條紋中心間、相鄰暗條紋與暗條紋中心間的距離相等.

(2)白光的干涉圖樣：若用白光做實(shí)驗(yàn)，則中央亮條紋為白色，兩側(cè)出現(xiàn)彩

色條紋，彩色條紋顯示不同顏色光的干涉條紋間距是不同的.

【典例1］如圖所示為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，當(dāng)使用波長為6X10-7m的橙

色光做實(shí)驗(yàn)時(shí)，光屏P點(diǎn)及上方的Pi點(diǎn)形成相鄰的亮條紋.若使用波長為4X10

rm的紫光重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，在尸和Pi點(diǎn)形成的亮、暗條紋的情況是()

A.尸和Pi都是亮條紋

B.P是亮條紋，Pi是暗條紋

C.P是暗條紋，Pi是亮條紋

D.尸和Pi都是暗條紋

［思路點(diǎn)撥］(1)光的路程差為半波長的偶數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)亮條紋.

(2)光的路程差為半波長的奇數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)暗條紋.

益6義10—73

B/=4X10-7=16=5,

Pi點(diǎn)對橙光：Ar=/i-2桎，

32紫

對紫光：Ar=nla=〃?引縈=3n-y,

因?yàn)镻i與P相鄰，所以〃=1,B點(diǎn)是暗條紋.

對尸點(diǎn)，因?yàn)锳r=0,所以仍是亮條紋，B正確.］

1........規(guī)律(方法...........一

分析雙縫干涉中明暗條紋問題的步驟

(1)由題設(shè)情況依7真=成介，求得光在真空(或空氣)中的波長.

(2)由屏上出現(xiàn)明暗條紋的條件判斷光屏上出現(xiàn)的是明條紋還是暗條紋.

(3)根據(jù)明條紋的判斷式Ar=H(A=0,l,2,…)或暗條紋的判斷式\r=(2k+

1加=0,1,2,…)，判斷出A的取值，從而判斷條紋數(shù).

［跟進(jìn)訓(xùn)練］

1.（多選）在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫到光屏上P點(diǎn)的距離之差d=0.6Nm.若

分別用頻率為力=5.0義KT，Hz和頻率為力=7.5X1014Hz的單色光垂直照射雙

縫，則尸點(diǎn)出現(xiàn)條紋的情況是（）

A.用頻率為力的單色光照射時(shí)，P點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋

B.用頻率為力的單色光照射時(shí)，尸點(diǎn)出現(xiàn)明條紋

C.用頻率為力的單色光照射時(shí)，尸點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋

D.用頻率為力的單色光照射時(shí)，P點(diǎn)出現(xiàn)明條紋

BC［由c=〃可得入=',故單色光的波長分別為九=1=；晨:*m=

6X10-7m,22=7=77^7^m=4X10-7m;故雙縫到光屏上P點(diǎn)的距離之差

J27.5A1U

-7-7

、■廿八M?上”d6X10d6X10”

d分別是兩種單色光波長的倍數(shù)〃〃2=,=4*］（）-7=L5；所

以，用頻率為力的單色光照射時(shí)，尸點(diǎn)出現(xiàn)明條紋；用頻率為力的單色光照射

時(shí)，尸點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋；故選項(xiàng)B、C正確，A、D錯(cuò)誤.］

「考點(diǎn)2薄膜干涉及應(yīng)用

畬情境探究

如圖所示是幾種常見的薄膜干涉圖樣，這些干涉圖樣是怎樣形成的呢?

1.薄膜干涉現(xiàn)象

⑴現(xiàn)象：

①每一條紋呈水平狀態(tài)排列.

②由于各種色光干涉后相鄰兩亮紋中心的距離不同，所以若用白光做這個(gè)

實(shí)驗(yàn)，會(huì)觀察到彩色干涉條紋.

肥皂薄膜

明分

暗oOoc

明

(2)成因：

①如圖所示，豎直放置的肥皂薄膜由于受到重力的作用，下面厚、上面薄.

②在薄膜上不同的地方，從膜的前、后表面反射的兩列光波疊加，在某些

位置這兩列波疊加后互相加強(qiáng)，則出現(xiàn)亮條紋；在另一些位置，疊加后互相削

弱，則出現(xiàn)暗條紋.故在單色光照射下，就出現(xiàn)了明暗相間的干涉條紋.

③若在白光照射下，則出現(xiàn)彩色干涉條紋.

2.用干涉法檢查平面平整度

如圖甲所示，兩板之間形成一層空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被

檢測平面是光滑的，得到的干涉圖樣必是等間距的.如果被測表面某處凹下，

則對應(yīng)亮條紋(或暗條紋)提前出現(xiàn)，如圖乙中P條紋所示；如果某處凸起來，

則對應(yīng)條紋延后出現(xiàn)，如圖乙中。所示.(注：“提前”與“延后”不是指在時(shí)

間上，而是指由左到右的位置順序上)

3.增透膜

(1)為了減少光學(xué)裝置中的反射光的能量損失，可在元件表面涂一層透明薄

膜，一般是氟化鎂.

(2)如圖所示，在增透膜的前后表面反射的兩列光波形成相干波，相互疊加,

當(dāng)路程差為半波長的奇數(shù)倍時(shí)，在兩個(gè)表面反射的光產(chǎn)生相消干涉，反射光的

能量幾乎等于零.

玻璃?增透膜：

-----d---*空氣

增透膜的最小厚度:增透膜厚度d=(2/l%=0,l,2,3,…),最小厚度為(7

為光在介質(zhì)中傳播時(shí)的波長)

(3)由于白光中含有多種波長的光，所以增透膜只能使其中一定波長的光相

消.

（4）因?yàn)槿藢G光最敏感，一般選擇對綠光起增透作用的膜，所以在反射光

中綠光強(qiáng)度幾乎為零，而其他波長的光并沒有完全抵消，所以增透膜呈現(xiàn)淡紫

色.

【典例2】（多選）光的干涉現(xiàn)象在技術(shù)中有重要應(yīng)用.例如，在磨制各種

鏡面或其他精密的光學(xué)平面時(shí)，可以用干涉法檢查平面的平整程度.如圖所示,

在被測平面上放一個(gè)透明的樣板，在樣板的一端墊一個(gè)薄片，使樣板的標(biāo)準(zhǔn)平

面與被測平面之間形成一個(gè)楔形空氣薄層.用單色光從上面照射，在樣板上方

向下觀測時(shí)可以看到干涉條紋.如果被測表面是平整的，干涉條紋就是一組平

行的直線（如圖甲），下列說法正確的是（）

A.這是空氣層的上下兩個(gè)表面反射的兩列光波發(fā)生干涉

B.空氣層厚度相同的地方，兩列波的路程差相同，兩列波疊加時(shí)相互加強(qiáng)

或相互削弱的情況也相同

C.如果干涉條紋如圖乙所示發(fā)生彎曲，就表明被測表面彎曲對應(yīng)位置向下

凹

D.如果干涉條紋如圖乙所示發(fā)生彎曲，就表明被測表面彎曲對應(yīng)位置向上

凸

ABC[在標(biāo)準(zhǔn)樣板平面和被測平面間形成了很薄的空氣薄膜，用單色光從

標(biāo)準(zhǔn)平面上面照射，從空氣薄膜的上下表面分別反射的兩列光波頻率相等，符

合相干條件，在樣板平面的下表面處發(fā)生干涉現(xiàn)象，出現(xiàn)明暗相間的條紋，A

正確；在空氣層厚度d相等的地方，兩列波的波程差均為2d保持不變，疊加時(shí)

相互加強(qiáng)和削弱的情況是相同的，屬于同一條紋，故薄膜干涉也叫等厚干涉，B

正確；薄膜干涉條紋，又叫等厚條紋，厚度相同的地方，應(yīng)該出現(xiàn)在同一級條

紋上.圖乙中條紋向左彎曲，說明后面較厚的空氣膜厚度d,在左面提前出現(xiàn)，

故左方存在凹陷現(xiàn)象，C正確，D錯(cuò)誤.故本題選ABC.]

規(guī)律0法

被測平面凹下或凸起的形象判斷法

被測平面凹下或凸起的形象判斷法——矮人行走法.即把干涉條紋看成

“矮人”的行走軌跡.讓一個(gè)小矮人在兩板間沿著一條條紋直立行走，始終保

持腳踏被測板，頭頂樣板，在行走過程中：

(1)若遇一凹下，他必向薄膜的尖端去繞，方可按上述要求過去，即條紋某

處彎向薄膜尖端，該處為一凹下.

(2)若遇一凸起，他必向薄膜的底部去繞，方可按上述要求過去，即條紋某

處彎向薄膜底部，該處為一凸起.

因此，條紋向薄膜尖端彎曲時(shí)，說明下凹，反之，上凸.

［跟進(jìn)訓(xùn)練］

訓(xùn)練角度1肥皂膜干涉

2.用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置觀察光的薄膜干涉現(xiàn)象.圖甲是點(diǎn)燃的酒精燈(在

燈芯上撒些鹽)，圖乙是豎立的附著一層肥皂液薄膜的金屬絲圈.將金屬絲圈在

其所在的豎直平面內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)，觀察到的現(xiàn)象是()

A.當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)30。時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30。

B.當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)45。時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)90。

C.當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)60。時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30。

D.干涉條紋保持原來狀態(tài)不變

D［豎直肥皂膜是由于重力作用產(chǎn)生的上薄下厚的薄膜，所以金屬絲圈的

緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，改變不了肥皂液膜的上薄下厚的形狀，由干涉原理可知，同一厚度

處的干涉條紋在同一級次上，所形成的干涉條紋都是水平的，與金屬絲圈在該

豎直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)無關(guān)，仍然是水平的干涉條紋，D正確.］

訓(xùn)練角度2增透膜

3.市場上有種燈具俗稱“冷光燈”，用它照射物品時(shí)能使被照物品處產(chǎn)生

的熱效應(yīng)大大降低，從而廣泛地應(yīng)用于博物館、商店等處.這種燈降低熱效應(yīng)

的原因之一是在燈泡后面放置的反光鏡玻璃表面上鍍一層折射率為〃的薄膜，

這種膜能消除玻璃表面反射回來的熱效應(yīng)最顯著的紅外線.以2表示此紅外線

在真空中的波長，則所鍍薄膜的厚度最小應(yīng)為（）

C［增透膜的原理是利用薄膜干涉，使入射光在薄膜前后表面的反射光發(fā)

生干涉時(shí)恰好能夠形成峰谷疊加.滿足這一效果的條件是薄膜前后表面反射光

的光程差是光在薄膜中傳播時(shí)半波長的奇數(shù)倍.即*（2M+l）=2d膜，其中4=0、

1、2、3、…根據(jù)題中“折射率為〃的薄膜”和以表示此紅外線在真空中的波

長”運(yùn)用折射率定義可知：〃=勺；則可知＜/鹿=￡（24+1）,其中無=0、1、2、3、…，

當(dāng)A=0時(shí)，厚度最小為春.故A、B、D錯(cuò)誤，C正確.］

畬課堂小結(jié)?翔的收獲

1.物理觀念：光的干涉、薄膜干涉.

2.科學(xué)思維：相干條件、條紋間距公式.

3.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：增透膜.

［當(dāng)堂達(dá)標(biāo)-夯基礎(chǔ)］課堂知識夯實(shí)?雙基盲點(diǎn)掃除

1.（多選）在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是（）

A.相鄰兩明條紋和相鄰兩暗條紋的間距是相等的

B.把入射光由紅光換成紫光，相鄰兩明條紋間距變寬

C.只有頻率相同的兩列光才能發(fā)生明顯的干涉現(xiàn)象

D.頻率不同的兩列光波也能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，只是不穩(wěn)定

AC［在干涉中，相鄰兩明條線和相鄰兩暗條紋的間距是相等的，A正確；

入射光波長越大，條紋間距越大，入射光由紅光換成紫光，波長變短，相鄰兩

明條紋間距變窄，B錯(cuò)誤；只有頻率相同的兩列光才能發(fā)生干涉現(xiàn)象，C正確，

D錯(cuò)誤.］

2.如圖所示是用干涉法檢查某塊厚玻璃板的上表面是否平整的裝置，所用

單色光為普通光加濾光片產(chǎn)生的，檢查中所觀察到的條紋是由下列哪兩個(gè)表面

反射的光線疊加而成的（）

A.a的上表面和b的下表面

B.a的上表面和b的上表面

C.a的下表面和b的上表面

D.a的下表面和b的下表面

C[本題關(guān)鍵是找到使光線發(fā)生干涉的薄膜，本題中a是樣本，8是被檢查

的平面，而形成干涉的兩束反射光是a、5間的空氣薄層反射的，所以選C.]

3.（多選）。光經(jīng)過某干涉儀形成的光的干涉圖樣如圖甲所示，若只將。光換

成?光照射同一干涉儀，形成的光的干涉圖樣如圖乙所示.則下述正確的是（）

甲乙

A.a光的頻率較大B.。光的頻率較大

C.a光的波長較大D.5光的波長較大

BC[由干涉圖樣可知。光的干涉條紋間距大于8光的條紋間距，由Ax=（

7知a光的波長大于b光的波長，又由c=〃1知，b光的頻率大于a光的頻率，A、

D錯(cuò)誤，B、C正確.]

4.下列關(guān)于雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的說法中正確的是（）

A.單縫的作用是獲得頻率保持不變的相干光源

B.雙縫的作用是獲得兩個(gè)振動(dòng)情況相同的相干光源

C.光屏上距兩縫的路程差等于半波長的整數(shù)倍處出現(xiàn)暗條紋

D.在光屏上能看到光的干涉圖樣，但在雙縫與光屏之間的空間卻沒有干涉

發(fā)生

B[在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，單縫的作用是獲得一個(gè)線光源，使光源有唯一的

須率和振動(dòng)情況，雙縫的作用是獲得兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的相干光源，故選

項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；在兩個(gè)相干光源完全相同的情況下，光屏上距兩縫的路程

差為半波長的奇數(shù)倍處出現(xiàn)暗紋，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；兩列光波只栗相遇就會(huì)疊加,

滿足相干條件就能發(fā)生干涉，所以在雙縫與光屏之間的空間也會(huì)發(fā)生光的干涉，

用光屏接收只是為了肉眼觀察的方便，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤.]

5.在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光屏上某點(diǎn)P到雙縫Si和S2的路程差為7.5Xl(r

7m,如果用頻率為6.0X1014Hz的黃光照射雙縫，試問：

(1)該黃光的波長是多少？

(2)試通過計(jì)算分析P點(diǎn)出現(xiàn)亮條紋還是暗條紋？

皿「c3X10*

［解析］(1)'='=60X1014m=5X107m.

3

(2)Ax=7.5X10_7m=2>l,所以是暗條紋.

［答案］(l)5X10-7m(2)暗條紋

第五節(jié)用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測定光的波長

［實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)］L用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置測量光的波長.2.學(xué)習(xí)測量微小距離的

方法.

［自主預(yù)習(xí)?探新知］課前自主學(xué)習(xí)預(yù)習(xí)素養(yǎng)感知

一、實(shí)驗(yàn)原理

如圖所示，與兩縫之間的距離d相比，每個(gè)狹縫都很窄，寬度可以忽略.

兩縫S1、S2的連線的中垂線與屏的交點(diǎn)為尸0,雙縫到屏的距離OPo=L.相

鄰兩個(gè)亮條紋或暗條紋的中心間距是AX=3.

已知雙縫間距d,再測出雙縫到屏的距離L和條紋間距Ax,就可以求得光

波的波長.

二、實(shí)驗(yàn)器材

雙縫干涉儀(包括：光具座、光源、濾光片、單縫屏、雙縫屏、遮光筒、毛

玻璃屏及測量頭，其中測量頭又包括：分劃板、目鏡、手輪等)、學(xué)生電源、導(dǎo)

線、刻度尺.

三'實(shí)驗(yàn)步驟

(1)將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如圖所示.

光源漉光片單縫雙縫遮光筒邪

占U

(2)接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光.

(3)調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)光屏.

(4)安裝雙縫和單縫，中心大致位于遮光筒的軸線上，使雙縫與單縫的縫平

行，兩者間距5?10cm,這時(shí)可觀察白光的干涉條紋.

(5)在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋.

四、數(shù)據(jù)處理

(1)安裝測量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋.

(2)使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央，記下手輪上的讀數(shù)將該

條紋記為第1條亮紋；轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線移動(dòng)至另一亮條紋的中央，

記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)。2,將該條紋記為第〃條亮紋，則相鄰兩亮條紋間距Ax

。2~~

=K-1*

(3)用刻度尺測量雙縫到光屏間的距離是已知的).

(4)重復(fù)測量、計(jì)算，求出波長的平均值.

五、誤差分析

(1)光波的波長很小，Ax、L的測量對波長7的影響很大.

(2)在測量L時(shí),一般用毫米刻度尺;而測Ax時(shí)，用千分尺且采用“累積法”.

(3)多次測量求平均值.

六、注意事項(xiàng)

(1)雙縫干涉儀是比較精密的儀器，應(yīng)輕拿輕放，不要隨便拆解遮光筒、測

量頭等元件.

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