物理光学中的实际问题举例，本文主要内容关键词为：实际问题论文,学中论文,物理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
联系实际是物理学科的最大特点。物理光学部分虽不是主干知识，但对应用这部分知识来分析实际问题的能力要求较高。从近几年的高考试题看，那种“反映科技进步，阐释实际生活”“学以致用，活化能力”的试题不断涌现。本文就此问题分类说明，供同学们复习参考。
一、光的干涉在生活中的应用
1.增透膜
例1 光热转换是将太阳能转换成其他物质内能的过程，太阳能热水器就是一种光热转换装置，它的主要转换器件是真空玻璃管，这些玻璃管将太阳能转换成水的内能，如图1所示。真空玻璃管上采用镀膜技术增加透射光，使尽可能多的太阳能转换成热能，这种镀膜技术的物理依据是（）
附图
图1
A.光的直线传播
B.光的粒子性
C.光的干涉
D.光的衍射
解析 本题是薄膜干涉在实际中的应用，当薄膜的厚度适当时，在薄膜的两个面上两条反射光的路程差恰好等于半个波长，因而互相抵消，这就大大减少了光的反射损失，增强了透射光的强度，所以C项正确。
例2 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产生的热效应大大降低，从而广泛应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀了一层薄膜（例如氟化镁），这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线，以λ表示此红外线的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为（）
附图
解析 此题也是增透膜的应用。为减小反射的热效应显著的红外线，则要求红外线在薄膜的前后表面反射后叠加作用减弱，即光程差为半波长的奇数倍，故膜的最小厚度为红外线在该膜中波长的
，所以选项B正确。
2.增反膜
例3 登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力，有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率n=1.5，所要消除的紫外线的频率
，那么他设计的这种“增反膜”的厚度至少是（）
附图
解析 为了减少进入眼睛的紫外线，应使入射光分别从该膜的前后两个表面反射出来形成的光叠加后加强，则光程差（大小等于薄膜厚度的2倍）应等于光在薄膜中的波长λ′的整数倍，即
故选项C正确。
3.干涉法检查平面
例4 用如图2甲所示的装置，根据光的薄膜干涉原理检查被检平面是否平直。结果得到如图2乙所示的干涉图样（图乙是图甲的俯视图）。据此可知被检平面有缺陷处的缺陷类别是（
）
附图
图2
A.凸起B.凹下
C.可能凸起也可能凹下
D.无法判断
解析 如图3甲所示入射的单色光经楔形的空气薄层的上、下两表面反射形成两列反射光，这两反射光会发生干涉现象。如果被测表面是平的，那么空气层的厚度相同的各点就位于一直线上，因此产生的干涉条纹是直的、平行的，如图3乙中的1、2、5、6条纹；如果被测表面某些地方不平，那里空气层的厚度相同的各点不再位于一直线上，因此产生的干涉条纹就要发生弯曲。如图3甲所示，如果被测表面的E处有一小坑（下凹），那么，在E附近处空气层厚度与Aa、Bb相同的位置就向左移了一点，条纹在该处就向左弯曲；如果被测表面的E处向上凸起，那么，在E附近处空气层厚度与Aa、Bb相同的位置就向右移了一点，条纹在该处就向右弯曲。故选项B正确。
附图
图3
二、衍射在实际生活中的应用
例5 抽制细丝可用激光监控其粗细，如图4所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板上的一条同样宽度的窄缝规律相同，则（）
附图
图4
A.是利用光的干涉现象
B.是利用光的衍射现象
C.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗了
D.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细了
解析 根据题意，此现象符合光的衍射产生的条件，所以选项B正确；由衍射产生的条件可知：丝越细衍射现象越明显，故选项D也正确。
三、激光、红外线、紫外线的应用
例6 间谍卫星上装有某种遥感照相机，可用来探测军用或民用目标，这种照相机能拍到晚上关灯行驶的汽车，既使车队离开，也瞒不过它，这种遥感照相机的电磁波属于（）
A.可见光波段B.红外波段
C.紫外波段 D.X光波段
解析 由于红外线波长较大，所以衍射能力强，容易进行遥感，故正确选项为B。
例7 验钞机发出的光能使钞票上的荧光物质发光，电视机、空调等家电上的遥控器用它的光束来控制电视机、空调等家电，对于它们发出的光，下列判断正确的是（）
A.它们发出的都是紫外线
B.它们发出的都是红外线
C.验钞机发出的是红外线，遥控器发出的是紫外线
D.验钞机发出的是紫外线，遥控器发出的是红外线
解析 根据电磁波的特性可知，紫外线有很强的荧光效应，能使荧光物质发光，故验钞机发出的是紫外线，而红外线由于波长较可见光长，容易绕过障碍物，衍射现象明显，可以很方便遥控家用电器，所以选项D正确。
例8 科学家们之所以关注南极臭氧空洞，是因为（）
A.紫外线有较强的化学作用，可以杀菌消毒，治疗皮肤病及软骨病
B.大气层中的臭氧层能反射太阳光中强烈的紫外线
C.强烈的紫外线的照射对人及其他动植物可能是有害的
D.臭氧层空洞将使气候恶化
解析 因强烈的紫外线能使人的皮肤致癌，所以选项B、C正确。
例9 纳米技术是跨世纪的新技术，将激光束的宽度集中到纳米范围内，可修复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把诸如癌症、遗传疾病等彻底根除。在上述技术中，人们主要利用了激光的（）
A.单色性B.单向性
C.高能性D.粒子性
解析 激光与普遍光源相比，亮度高，能量大。所以选项C正确。
附图
图5
例10 （2005年上海物理卷考题）一水平放置的圆盘绕竖直固定轴转动，在圆盘上沿半径开有一条宽度为2mm的均匀狭缝。将激光器与传感器上下对准，使二者间连线与转轴平行，分别置于圆盘的上下两侧，且可以同步地沿圆盘半径方向匀速移动，激光器连续向下发射激光束。在圆盘转动的过程中，当狭缝经过激光器与传感器之间时，传感器接收到一个激光信号，并将其输入计算机，经处理后画出相应的图线。图5为该装置示意图。图6为所接收的光信号随时间变化的图线，横坐标表示时间，纵坐标表示接收到的激光信号强度，图中
。
附图
图6
(1)利用图6中的数据求1s时圆盘转动的角速度；
(2)说明激光器和传感器沿半径移动的方向；
(3)求图6中第三个激光信号的宽度
。
解析 此题由光电转换利用激光测角速度
(1)由图线读得，转盘的转动周期T=0.8s，角速度
(2)激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动。理由为：由于脉冲宽度在逐渐变窄，表明光信号能通过狭缝的时间逐渐减少，即圆盘上对应探测器所在位置的线速度逐渐增加，因此激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动。
(3)设狭缝宽度为d，探测器接收到第i个脉冲时距转轴的距离为
，第i个脉冲的宽度为
，激光器和探测器沿半径的运动速度为v，则
附图