2．激光的作用

　　 (1)利用激光的相干性进行信息的传递.例如激光光纤通信. (2)利用激光的平行度好进行精确测量和数据采集.(3)利用激光的亮度高进行激光切割和焊接.

考点突破

1．激光的特点

　　 (1)相干性好.(2)平行度好.(3)亮度高.

光谱

麦克斯韦根据光波的波速与电磁波的波速在数值上相同，预言了光波也是一种电磁波，赫兹用实验证明了电磁波的存在，做了一系列有关电磁波的反射、折射、偏振、干涉、衍射的实验，结果充分说明光波是一种电磁波.

电磁波谱按波长由大到小排列：无线电波、红外线、紫外线、X射线、γ射线，其产生机理和特点如下表：

　　 自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的强度都相同，这种光叫做自然光.

偏振光：自然光通过偏振片时，只有振动方向跟偏振片的透振方向一致的光波才能通过，也就是说，通过偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动，这种光叫做偏振光.

光的偏振现象说明光是一种横波.

　　 应用：立体电影等.

　　 光离开直线传播的路径绕到障碍物背后的现象叫光的衍射，例如单缝衍射，圆孔衍射.光在任何情况下，都会发生衍射现象，但在障碍物或孔与光的波长差不多，或者比光的波长小时，才会发生明显的衍射现象.光的衍射有力地说明了光是一种波.

2．薄膜干涉

　　 光射到薄膜上，被膜的前后表面分别反射的两列反射光波的频率和入射光频率相同，因此这两列光波为相干光.在薄膜上某厚度处，两列光波叠加后加强，该处出现亮纹，在另一厚度处，两列光波叠加后互相削弱，于是出现暗纹.

应用：检查平面，增透膜.

1．杨氏双缝干涉实验：

　　 单缝：获取一束频率一定的波.

　　 双缝：将一束频率一定的波分为完全相同的两列波.

　　 托马斯·杨巧妙地解决了相干光源的问题，成功地观察到干涉现象，并用波动理论解释了干涉现象.现在的实验条件下，可以取消单缝，改用单色性好的激光直接照射双缝就能观察到干涉现象.

　　 条纹特征：(1)单色光照射：明暗相间，平行等距.条纹间距跟光的波长成正比.　　　　　　　 (2)白光照射：中央亮纹为白色，其余为彩色条纹.

3． 以刚好发生全反射的光线为比较对象来判断光是否发生全反射，从而画出其它光线的光路图.

典型例题

例1．如图14-2-5所示，一条长度为L=5.0m的光导纤维用折射率为n=的材料制成.一细束激光由其左端的中心点以= 45°的入射角射入光导纤维内，经过一系列全反射后从右端射出.求：⑴该激光在光导纤维中的速度v是多大？⑵该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少？

解析：⑴由n=c/v可得v=2.1×10⁸m/s

⑵由n=sin/sinr可得光线从左端面射入后的折射角为30°，射到侧面时的入射角为60°，大于临界角45°，因此发生全反射，同理光线每次在侧面都将发生全反射，直到光线达到右端面.由三角关系可以求出光线在光纤中通过的总路程为s=2L/，因此该激光在光导纤维中传输所经历的时间是t=s/v=2.7×10^-8s

变式训练1.如图14-2-6所示，用透明材料做成一长方体形的光学器材，要求从上表面射入的光线可能从右侧面射出，那么所选的材料的折射率应满足 (　　 )　　　

A.折射率必须大于

B.折射率必须小于

C.折射率可取大于1的任意值　

D.无论折射率是多大都不可能

解析：从图中可以看出，为使上表面射入的光线经两次折射后从右侧面射出，θ₁和θ₂都必须小于临界角C，即θ₁<C，θ₂<C，而θ₁+θ₂=90°，故C>45°，n=1/sinC<，选B答案

例2.2005年10月4日，瑞典皇家科学院宣布，将本年度诺贝尔物理学奖授予两名美国科学家和一名德国科学家.美国科学家约翰·霍尔和德国科学家特奥多尔·亨施之所以获奖，是因为对基于激光的精密光谱学发展作出了贡献.另一名美国科学家罗伊·格劳伯因为“对光学相干的量子理论的贡献”而获奖.目前，一种用于摧毁人造卫星或空间站的激光武器正在研制中.如图14-2-7所示，某空间站位于地平线上方，现准备用一束激光射向该空间站，则应把激光器　 (　　 )

A.沿视线对着空间站瞄高一些　　　　　　

B.沿视线对着空间站　　　 　　　　　　瞄低一些

C.沿视线对着空间站直接瞄准　　　　　　

D.条件不足，无法判断

解析：由于大气层对光的折射，光线在传播中会发生弯曲，但由光路可逆可知，视线与激光束会发生相同的弯曲,选项C对

变式训练2：如图14-2-8所示，把一面镜子斜着插入水盆中，放在阳光下，在天花板上就可以看到彩色光带，对这个现象，下列说中正确的是　 (　　 )

A．这是光的全反射现象

B．这是光的色散现象，起到棱镜作用的是水

C．a是红光，d是紫光

D．在真空中a光束的传播速度最大，d光束的传播速度最小

解析：作出光路图可以看出：光束经过水的折射后经平面镜反射再经水的折射射出水面，发生了光的色散现象，起到棱镜作用的是水，a是紫光、b是红光，在真空中a、b光束的传播速度相同.

第3课时　 光的波动性

基础过关

2． 利用几何知识分析线、角关系，找出临界角.