高中物理光學(xué)專題——光的波動性

                                                  陳德云

    光學(xué)部分對于高中整體的物理學(xué)知識點(diǎn)似乎占的比重不是很大，因?yàn)榇篌w上像高考物理的壓軸題或者很多的大題目都很少會涉及到光學(xué)的知識，但是對于我們學(xué)習(xí)高中物理的學(xué)習(xí)來講，不應(yīng)該讓這一部分成為最短的木板，影響我們物理學(xué)習(xí)的綜合水平。事實(shí)上光學(xué)的部分，在高考的當(dāng)中出現(xiàn)的形式幾乎都是選擇題，因此對于這個(gè)部分，似乎覺得簡單的部分，但愿能成為我們的送分題。因此在這面對高考的時(shí)刻，或者是高二物理學(xué)習(xí)光學(xué)的過程當(dāng)中，扎實(shí)的掌握這一部分的知識點(diǎn)才是非常的重要。古人有云：千里之堤毀于蟻穴，所以對于這一部分的知識點(diǎn)我們應(yīng)該是需要也有一個(gè)慎重的態(tài)度方可。
光學(xué)的知識并不是向電磁學(xué)或者能量問題那樣的復(fù)雜，計(jì)算量不大，但是容易混淆的地方卻是不小，因此這次我們來淺析光學(xué)部分容易混淆的地方。

（一）光速與頻率的關(guān)系
①首先要記得的是光，任何顏色的光在真空中的速度均為光速，即等于
②因?yàn)楣馐请姶挪?，其在介質(zhì)密度越大的物質(zhì)中傳播速度越小，所以傳播速度是真空>空氣>液體>固體
，不過一般講空氣近似等于真空的速度。這與聲波正好相反，因?yàn)槁暡ㄊ菣C(jī)械波，它的傳播是靠著質(zhì)點(diǎn)的振動將能量傳播出去的
③而在一定溫度下，在一定介質(zhì)中，光的傳播速度是一定的，事實(shí)上由，其中v為光在某介質(zhì)中的傳播速度，可知光速是與折射率n有關(guān)的，而稍后我們將會討論折射率n與光的頻率有關(guān)，但光的頻率一般是不變的，所以認(rèn)為光速在介質(zhì)中是恒定的
④不同頻率，不同的波長的光在同一介質(zhì)中傳播速度不同，同一頻率的光在不同介質(zhì)中的傳播速度也不同
下面我們來看幾道例題，以及在這例題中的解析

例一：關(guān)于聲波與光波都從空氣進(jìn)入水中，下列說法正確的中
A．聲波與光波的波長都變短     B．聲波與光波的波長都變長
C．聲波與光波的波速都變小     D．聲波波速變大，光波速度變小

解：因?yàn)橐欢囟认?，光與聲波在某種介質(zhì)中的速度都是一定的，而光為電磁波，其在介質(zhì)密度越大的物質(zhì)中波速越小，因此由空氣進(jìn)入水，光的波速減小，再由λ=v/f，f為頻率，一種既定f的波的頻率是不會改變的，因此波長λ減小。而聲波為機(jī)械波，其在密度介質(zhì)越大的物質(zhì)中傳播的速度越大，因此進(jìn)入水中，聲波波速變大，而由λ=v/f可知，聲音的波長變大，選項(xiàng)D正確。

例二：一束單色光從空氣射入水中，光的顏色、頻率、波長、波速怎么變化？ 答：光的顏色由頻率決定，因?yàn)楣鈴目諝膺M(jìn)入水中，頻率不變，所以顏色也不變，而光在一定溫度下，在水中的光速是一定的，因此光速是變小，再由v=λf可知，波長λ在變小 所以在此我們可以理解光速與頻率以及介質(zhì)的聯(lián)系，事實(shí)上這個(gè)與R=U/I有點(diǎn)相像，即不能說電阻R與電壓U成正比。雖然v=λf，其中f為頻率，但是在一定溫度以及介質(zhì)介質(zhì)中，波速是恒定的，所以對于有些知識點(diǎn)需要掌握并理解，否則我們解題就不知該從那里入手了。而光也是波，因此對于這個(gè)性質(zhì)，在聲波或者即它波的傳播過程中也是適用的。

（二）折射率與頻率的關(guān)系
錯(cuò)解：如果我們用，就會覺得折射率與頻率是成反比的，但這其實(shí)是錯(cuò)誤的理解，因?yàn)樵诤笠粋€(gè)光公式當(dāng)中波長也是個(gè)變量，而波長一般與頻率是成反比的，即波長越長，頻率越短，這是電磁波譜當(dāng)中所能反映的，因此這個(gè)公式無法具體表明什么，事實(shí)上對于折射率與頻率的函數(shù)關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜，證明的知識我們高中階段還沒有涉及，因此只需知道幾點(diǎn)

①頻率越大，折射率越大
②折射率與介質(zhì)有關(guān)，不同介質(zhì)折射率是不同的
③紫光的頻率大于黃光大于紅光，即需要注意電磁波譜的順序
下面來看幾道例題

例三：如圖1—3所示，一細(xì)光束通過玻璃三棱鏡折射后分成a、b、c三束單色光，則這三束單色光

A．頻率關(guān)系是
B．在真空中的傳播速度關(guān)系是
C．在玻璃中的傳播速度關(guān)系是
D．通過同一雙縫產(chǎn)生的干涉條紋間距
解：光的頻率越大，其折射率也越大，所以由圖可知a光的偏著最大，故此a光的頻率最大，而c光的頻率最小，選項(xiàng)A正確。所以玻璃對這三種光的折射率為，再由n=C/v可得，其中C為光速，n為折射率，因此在玻璃中速度最大的為c光，最小的為a光，選項(xiàng)C正確。而光在真空中傳播的速度均為光速C，選項(xiàng)B錯(cuò)誤。由C=λf可得，，因?yàn)?IMG src="http://image51.360doc.com/DownloadImg/2012/05/0214/23664238_10.gif" width=63 height=41>，所以波長越大，間距越大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，應(yīng)該是。


下面來看幾道習(xí)題：
1、如圖所示，一束白光通過三棱鏡后，將發(fā)生光的色散現(xiàn)象，在光   屏上看到的彩色光帶位于AB之間，在A位置處是________色光，在B位置處是________色光，這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明同種材料對于不同的光有不同的________。


2、如圖所示，兩個(gè)同種玻璃制成的棱鏡，頂角α1 略大于α2 ，兩單色光1和2分別垂直入射三棱鏡，其出射光線與第二界面的夾角β1 =β2 ，則（    ）

A．在棱鏡中1光的折射率比2光小

B．在光譜中，1光比較靠近紅光

C．在棱鏡中1光的傳播速度比2光的小

D．把此兩光由水中射向空氣，產(chǎn)生全反射時(shí)，1光的臨界角比2光的臨界角大。




答案：1、紅，紫，折射率，2、ABD