第70讲 光的波动性1.光的偏振现象说明光是横波，以下现象中，不能反映光的偏振特性的是( )A.一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化B.一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时，反射光是偏振光C.日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰D.通过两并在一起的铅笔缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹答案：D2.用a、b两束单色光分别照射同一双缝干预装置，在距双缝恒定距离的屏上得到如以下图的干预图样，其中图甲是用a光照射时形成的，图乙是用b光照射时形成的.那么关于a、b两束单色光，以下说法正确的选项是( )A.a光光子的能量比b光的大B.在水中，a光传播的速度比b光的大C.水对a光的折射率比对b光的小D.b光的波长比a光的短解析：双缝干预条纹的间距Δx＝λ，由题图可得λa<λb.应选项A正确.答案：A3.劈尖干预是一种薄膜干预，其装置如图甲所示.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，从而在两玻璃外表之间形成一个劈形空气薄膜.当光垂直入射后，从上往下看到的干预条纹如图乙所示.干预条纹的特点如下：(1)任意一条明条纹或暗条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.现假设在图甲装置中抽去一张纸片，那么当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干预条纹( )A.变疏 B.变密 C.不变 D.消失解析：撤去一张纸后，劈形空气薄膜的劈势减缓，在相同的水平距离上，劈势厚度变化减小，以至光程差变化减小，条纹变宽，条纹的数量变少(条纹变疏)，故A正确.答案：A4.用如以下图的实验装置观察光的薄膜干预现象.图甲是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐)，图乙是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈，将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是[2022年高考·上海物理卷]( )A.当金属线圈旋转30°时，干预条纹同方向旋转30°B.当金属线圈旋转45°时，干预条纹同方向旋转90°C.当金属线圈旋转60°时，干预条纹同方向旋转30°D.干预条纹保持不变解析：肥皂液膜上出现干预条纹的原因为：由于重力作用液膜上薄下厚，在同一水平高度厚度大致相同，故可看到水平方向的平行干预条纹.当线圈在竖直方向缓慢旋转时，液膜能保持上薄下厚不变，故干预条纹保持不变.答案：D5.一种电磁波入射到半径为1m的孔上，可发生明显的衍射现象.由此可知这种波属于电磁波谱的区域是( )A.γ射线B.可见光C.无线电波D.紫外线7/7\n解析：根据发生明显的衍射现象的条件可知，障碍物或孔的尺寸和波长相差不多或比波长还要小.电磁波谱中无线电波的波长范围大约在104～102m，而红外线的波长范围大约在10－1～10－6m，可见光、紫外线、γ射线的波长更短.故只有无线电波才能发生明显的衍射现象.应选项C正确.答案：C6.市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品处产生的热效应大大降低，从而被广泛应用于各种场所.这种灯降低热效应的原理之一是灯泡后面放置的反光镜的外表上镀有一层薄膜(例如氟化镁)，这种膜能消除不镀膜时外表反射回来的热效应最显著的红外线.以λ1表示红外线在真空中的波长，以λ2表示此红外线在薄膜中的波长，那么所镀薄膜的厚度最小应为( )A.B.C.D.解析：为了减小反射的热效应显著的红外线，那么要求红外线在薄膜的前后外表反射叠加作用减弱，即路程差为半波长的奇数倍，因路程差为膜厚度的2倍.故膜的最小厚度为红外线在该膜中波长的.答案：D7/7\n金典练习三十五 光的波动性体验成功1.对于“测定玻璃的折射率”的实验.(1)实验中的光路如图甲所示，实验步骤如下，请你按正确顺序重新排列： .A.用公式n＝算出不同入射角时的折射率，看是否近于一个常数，求出几次实验中测得的n的平均值.B.用图钉将白纸钉在平木板上，在白纸上画一直线aa′作为界面，通过aa′上的一点O画出法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线，使入射角α＝∠AON＝30°，然后将玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一界面bb′.C.移去大头针和玻璃砖，过P3、P4引一直线O′B，连接O、O′，就是折射光线的方向，用量角器量出折射角β＝∠O′ON′.D.用同样的方法找出入射角是45°、60°、75°时的折射角，查出正弦值并记入表中.E.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的像，调整视线直到P2的像挡住P1的像，再在观察的这一边竖直插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像.记下P3、P4的位置.乙(2)假设实验中得到了如图乙所示的光路.为了测量入射角和折射角，作法线时将法线画得与界面不垂直，由这样量得的角i和r算出的折射率与真实值相比较 .(填“偏大”、“偏小”或“不变”)答案：(1)BECDA (2)偏大2.如图甲所示，在“用双缝干预测光的波长”的实验中，甲(1)光具座上放置的光学元件依次为：①光源、② 、③ 、④ 、⑤遮光筒、⑥光屏.(2)如果将灯泡换成激光光源，该实验照样可以完成，并测出光波波长.这时可以去掉的部件是 (填数字代号).(3)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮纹，手轮的示数如图乙所示；继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮纹，手轮的示数如图丙所示，那么条纹的间距是 mm. 乙 丙(4)如果已经测得双缝的间距是0.30mm、双缝和光屏之间的距离是1m，那么待测光的波长是 m.(结果保存三位有效数字)答案：(1)滤光片 单缝 双缝(2)②③(3)1.55 提示：(4)4.65×10－7 提示：λ＝·Δx7/7\n金典练习三十六 实验：测定玻璃的折射率 用双缝干预测光的波长选择题局部共4小题，每题6分.在每题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确. 1.某同学安装好实验装置仪器后，成功观察到光的干预现象.假设他在此根底上对仪器的安装做如下改动，还能使实验成功的操作是( )A.将遮光筒内的光屏向靠近双缝的方向移动少许，其他不动B.将滤光片移至单缝和双缝之间，其他不动C.将单缝向双缝移动少许多，其他不动D.将单缝与双缝的位置互换，其他不动解析：干预条纹是双缝发出的光叠加的结果，双缝后面的区域处处存在，所以屏前后移动，条纹仍然有；单缝是点光源，距双缝距离稍微变化仍能引起双缝后面叠加区域干预，所以选项A、C正确；将滤光片放在单缝和双缝间，照到两缝上的光仍是振动情况完全一样的光源，应选项B正确；将单缝与双缝互换，失去了产生干预的条件，即没有相干光源，应选项D错.答案：ABC2.某同学在做“测定玻璃的折射率”的实验中，操作时将玻璃砖的界限aa′、bb′画好后误用另一块宽度稍窄的玻璃砖，如图甲所示.实验中除仍用原界限外，其他操作都正确.那么所测玻璃的折射率将( )A.偏大 B.偏小 C.不变 D.不能确定解析：如图乙所示，光线实际上在A点发生折射，折射光线为AO′，O′为出射点.该同学以O为折射点，折射光线OO′，折射角为α，实际上折射角为β，β＜r＝α.故折射率偏小.答案：B3.某同学在做双缝干预实验中，安装好实验装置后，在光屏上却观察不到干预图样，这可能是由于( )A.光束的中央轴线与遮光筒的中心轴线不一致，相差较大B.没有安装滤光片C.单缝与双缝不平行D.光源发出的光束太强解析：安装实验器件时要注意：光束的中央轴线与遮光筒的轴线要重合，光源与光屏正面相对，滤光片、单缝和双缝要在同一高度，中心位置在遮光筒轴线上，单缝与双缝要相互平行，才能使实验成功.当然还要使光源发出的光束不致太暗.据上述分析，可知选项A、C正确.答案：AC4.图示为双缝干预实验中产生的条纹图样，甲图为用绿光进展实验的图样，a为中央亮条纹；乙图为换用另一种单色光进展实验的图样，a′为中央亮条纹，那么以下说法正确的选项是( )A.乙图可能是用红光实验产生的条纹，说明红光波长较长B.乙图可能是用紫光实验产生的条纹，说明紫光波长较长C.乙图可能是用紫光实验产生的条纹，说明紫光波长较短D.乙图可能是用红光实验产生的条纹，说明红光波长较短甲 乙解析：由于条纹宽度Δx＝λ，波长越长条纹宽度越大，又因红光的波长比绿光的波长长，而紫光的波长比绿光的波长短.应选项A正确.答案：A 非选择题局部共6小题，共76分.5.(8分)在一次“测定玻璃的折射率”的实验中，采用了如下方法：将一块半圆形玻璃砖放在水平面上(如以下图)，用一束光线垂直玻璃砖直径平面射入圆心O，以O为转动轴在水平面内缓慢转动半圆形玻璃砖，当刚转过θ角度时，观察者在玻璃砖平面一侧恰好看不到出射光线，这样就可以知道该玻璃砖的折射率n的大小.那么，上述测定方法主要是利用了 的原理，该玻璃的折射率n＝ .7/7\n解析：此测定方法显然是利用了全反射的原理.由题意可知，此玻璃的临界角C＝θ，即sinC＝sinθ＝，所以n＝.答案：全反射 6.(8分)用某种单色光做双缝干预实验时，已知双缝间的距离d＝0.20mm，双缝到毛玻璃屏间的距离L＝75.0cm，如图甲所示.实验时先转动图乙所示的测量头上的手轮，使与卡尺游标相连的分划线对准如图丙所示的第1条明条纹，此时卡尺的主尺和游标的位置如图戊所示.那么游标尺上的示数x1＝ mm；然后再转动手轮使划分线对准第5条明条纹，如图丁所示，此时卡尺的主尺和游标的位置如图己所示，那么游标卡尺上的示数x2＝ mm.由以上已知数据和测量数据可知该单色光的波长是 nm.解析：由Δx＝和Δx＝λ两式，代入数据即可.答案：0.3 9.6 6207.(15分)某同学在测定一厚度均匀的圆形玻璃砖的折射率时，先在白纸上作一与圆形玻璃砖同半径的圆，圆心为O，将圆形玻璃砖平放在白纸上，使其边界与所画的圆重合.在玻璃砖一侧竖直插两枚大头针P1和P2，在另一侧再先后插两枚大头针P3和P4，使从另一侧隔着玻璃砖观察时，大头针P3、P4和P1、P2的像恰在一条直线上.移去圆形玻璃砖和大头针后，如图甲所示.(1)在图甲中作出光线在圆形玻璃内的传播方向.(2)标出入射角i和折射角r，写出玻璃折射率的公式n＝ .解析：(1)连接P1、P2，得入射光线与圆交于M点；再连接P3、P4，得出射光线与圆交于N点；连接M、N就得到光在玻璃内的传播路径，如图乙所示.(2)入射角i和折射角r如图乙所示，由折射定律可得：n＝. 答案：(1)光路图如图乙所示.(2)入射角i和折射角r如图乙所示 8.(15分)图示是用“双缝干预测光的波长”的实验装置示意图.7/7\n(1)图中①是光源，⑤是光屏，它们之间的②、③、④依次是 、 和 .(2)以下操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离的是 .A.增大③和④之间的距离B.增大④和⑤之间的距离C.将红色滤光片改为绿色滤光片D.增大双缝之间的距离(3)一同学在“用双缝干预测光的波长”实验中，使用的双缝的间距为0.02cm，测得双缝与光屏之间的距离为50cm.第1级亮纹中心到第5级亮纹中心的距离为0.45cm，那么待测单色光的波长是 cm.解析：Δx＝cmλ＝Δx·＝4.5×10－5cm.答案：(1)滤光片 单缝 双缝(2)B(3)4.5×10－5 甲9.(15分)现要估测一矩形玻璃砖的折射率n，给定的器材有：待测玻璃砖、白纸、铅笔、大头针1枚、直尺、直角三角板.实验时，先将直尺的一端O和另一点M标上两个明显的标记，再将玻璃砖平放在白纸上，沿其两个长边在白纸上画出两条直线AB、CD，再将直尺正面紧贴玻璃砖的左边缘放置，使O点与直线CD相交，并在白纸上记下点O、点M的位置，如图甲所示，然后在右上方通过AB所在界面向左下方观察，调整视线方向，让O点挡住M的像，再在观察的一侧插上大头针，使大头针挡住M、O的像，记下大头针P点的位置.(1)请在原图上作出光路图.(2)计算玻璃砖的折射率的表达式为：n＝ (用图中线段字母表示)解析：(1)调整视线方向，当O点挡住M的像时，从O点发出的光线经玻璃折射后与从M点发出的光线经AB面反射后重合.在观察的一侧插上大头针，使大头针挡住M、O的像，那么大头针的位置为折射光线射出玻璃的点和从M点发出的光线在AB面上的反射点，如图乙所示.乙(2)由几何关系作出角度i、r，即可求出折射率.折射率n＝＝＝.7/7\n答案：(1)光路图如图乙所示 (2)10.(15分)麦克斯韦在1865年发表的《电磁场的动力学理论》一文中提醒了电、磁现象与光的内在联系及统一性，即光是电磁波.(1)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甲所示，求该光波的频率.(2)图乙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.[2022年高考·山东理综卷]解析：(1)设光在介质中的传播速度为v，波长为λ，频率为f，那么：f＝，v＝联立解得：f＝从波形图上读出波长λ＝4×10－7m代入数据解得：f＝5×1014Hz.(2)光路图如图丙所示.丙答案：(1)5×1014Hz (2)如图丙所示7/7
