高考復(fù)習(xí)-幾何光學(xué)

1、 光學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)光學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)光學(xué)光學(xué)幾何光學(xué)幾何光學(xué)光的本性光的本性光的直線(xiàn)傳播光的直線(xiàn)傳播光的反射光的反射光的折射光的折射折射定律折射定律折射率折射率三棱鏡的色散三棱鏡的色散光的波動(dòng)性光的波動(dòng)性光的粒子性光的粒子性光的干涉光的干涉光的衍射光的衍射光的偏振光的偏振光電效應(yīng)光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)光的電磁波本性光的電磁波本性光的波粒二象性光的波粒二象性光子說(shuō)光子說(shuō)實(shí)物粒子物質(zhì)波實(shí)物粒子物質(zhì)波概率波不確定性關(guān)系概率波不確定性關(guān)系20122012年高考考試說(shuō)明年高考考試說(shuō)明6868光的折射、折射率光的折射、折射率相對(duì)折射率不要求相對(duì)折射率不要求6969全反射臨界角全反射臨界角 7070光導(dǎo)纖維光導(dǎo)

2、纖維 71 光的色散光的色散觀(guān)察折射現(xiàn)象，建立物理情景：觀(guān)察折射現(xiàn)象，建立物理情景：光的折射定律光的折射定律空氣空氣水水i irONN光的折射定律：光的折射定律：反射光線(xiàn)在入射光線(xiàn)和法線(xiàn)所決定的平面內(nèi)；反射光線(xiàn)在入射光線(xiàn)和法線(xiàn)所決定的平面內(nèi)；折射光線(xiàn)與入射光線(xiàn)分別位于法線(xiàn)的兩側(cè)；折射光線(xiàn)與入射光線(xiàn)分別位于法線(xiàn)的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比。入射角的正弦與折射角的正弦成正比。近似為定值近似為定值21sinsin 空氣空氣水水i irONN光路可逆光路可逆通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究分析現(xiàn)象背后的規(guī)律：通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究分析現(xiàn)象背后的規(guī)律：空氣空氣水水i irONN引入折射率的概念：引入折射率的概念：光從光從

3、真空真空中射入中射入某種介質(zhì)某種介質(zhì)中并發(fā)生折射時(shí)入中并發(fā)生折射時(shí)入射角射角i的正弦與折射角的正弦與折射角r的正弦的比值叫做這的正弦的比值叫做這種介質(zhì)的絕對(duì)折射率種介質(zhì)的絕對(duì)折射率rinsinsin 介介 質(zhì)質(zhì) 折射率折射率 介介 質(zhì)質(zhì) 折射率折射率金金 剛剛 石石2.422.42巖鹽巖鹽1.551.55二硫化碳二硫化碳1.631.63酒精酒精1.361.36玻玻 璃璃1.51.51.91.9水水1.331.33水水 晶晶1.551.55空氣空氣1.000281.00028各種物質(zhì)的折射率各種物質(zhì)的折射率真空中的角真空中的角介質(zhì)中的角介質(zhì)中的角任何介質(zhì)的折射率都一定大于任何介質(zhì)的折射率都一定大

4、于1. 1.研究表明：研究表明：光在不同介質(zhì)中的速度不同，某光在不同介質(zhì)中的速度不同，某種介質(zhì)的折射率等于光在真空中傳播的速度種介質(zhì)的折射率等于光在真空中傳播的速度c與光在這種介質(zhì)中傳播速度與光在這種介質(zhì)中傳播速度V之比之比vcn 空氣的折射率近似取空氣的折射率近似取1 1ririnvc sinsin1光從真空射入任何介質(zhì)時(shí)，入射角大于折射角，根據(jù)光路可光從真空射入任何介質(zhì)時(shí)，入射角大于折射角，根據(jù)光路可逆性，當(dāng)光從某種介質(zhì)射入真空中時(shí)，折射角大于入射角。逆性，當(dāng)光從某種介質(zhì)射入真空中時(shí)，折射角大于入射角。對(duì)折射率的理解對(duì)折射率的理解 1 1、在光的折射現(xiàn)象中，折射角隨著入射角的變、在光的折射

5、現(xiàn)象中，折射角隨著入射角的變化而變化，而兩角的正弦值之比是個(gè)常數(shù)化而變化，而兩角的正弦值之比是個(gè)常數(shù) 2 2、對(duì)于不同的介質(zhì)，此常數(shù)的值是不同的、對(duì)于不同的介質(zhì)，此常數(shù)的值是不同的n n是一個(gè)反應(yīng)介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的物理量是一個(gè)反應(yīng)介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的物理量 3 3、介質(zhì)的折射率是由介質(zhì)本身性質(zhì)決定的它、介質(zhì)的折射率是由介質(zhì)本身性質(zhì)決定的它取決于光在介質(zhì)中傳播的速度取決于光在介質(zhì)中傳播的速度 白光通過(guò)三棱鏡后，在光白光通過(guò)三棱鏡后，在光屏上形成屏上形成紅紅橙橙黃黃綠綠藍(lán)藍(lán)靛靛紫紫的彩色光帶的彩色光帶光的色散光的色散紅、紅、橙、橙、黃、黃、綠、綠、藍(lán)、藍(lán)、靛、靛、紫紫于色散的五個(gè)于色散的五個(gè)“排序排序”關(guān)系

6、：關(guān)系：頻率頻率 f f 波長(zhǎng)波長(zhǎng)l l折射率折射率n n介質(zhì)中光速介質(zhì)中光速v v臨界角臨界角C C f紅紅 f橙橙 f黃黃 f綠綠 f紫紫l l紅紅 l l橙橙 l l黃黃 l l綠綠 l l紫紫n紅紅 n橙橙 n黃黃 n綠綠 v橙橙 v黃黃 v綠綠 v紫紫 C紅紅 C橙橙 C黃黃 C綠綠 C紫紫波波長(zhǎng)長(zhǎng)折折射射率率光光速速較大較大較小較小較小較小較大較大較大較大較小較小頻頻率率較小較小較大較大臨臨界界角角C較大較大較小較小5 5實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，玻璃磚和白紙的相對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，玻璃磚和白紙的相對(duì) 位置不能改變位置不能改變平行玻璃磚平行玻璃磚1 1玻璃磚應(yīng)選用厚度、寬度較大的玻璃磚應(yīng)選用厚度、寬度

7、較大的2 2大頭針要插得豎直，且間隔要大些大頭針要插得豎直，且間隔要大些3 3入射角不宜過(guò)大或過(guò)小，一般在入射角不宜過(guò)大或過(guò)小，一般在 15 157575之間之間4 4玻璃磚的折射面要畫(huà)準(zhǔn)，不能用玻玻璃磚的折射面要畫(huà)準(zhǔn)，不能用玻 璃磚界面代替直璃磚界面代替直 尺畫(huà)界線(xiàn)尺畫(huà)界線(xiàn)例：例：光從某種介質(zhì)射入空氣，入射角為光從某種介質(zhì)射入空氣，入射角為 300，反射光線(xiàn)與折射反射光線(xiàn)與折射光線(xiàn)恰好垂直，求這種介質(zhì)的折射率。光線(xiàn)恰好垂直，求這種介質(zhì)的折射率。解析：300i732. 130sin60sin60306030000000nrBODCODiOCNNNirOABCD例：例：如圖一個(gè)儲(chǔ)油桶的底面直徑與

8、高均為如圖一個(gè)儲(chǔ)油桶的底面直徑與高均為d.d.當(dāng)桶內(nèi)沒(méi)當(dāng)桶內(nèi)沒(méi)有油時(shí)，從某點(diǎn)恰能看到桶底邊緣的某點(diǎn)。當(dāng)桶有油時(shí)，從某點(diǎn)恰能看到桶底邊緣的某點(diǎn)。當(dāng)桶內(nèi)油的深度等于桶高的一半時(shí)，仍沿方向看去，內(nèi)油的深度等于桶高的一半時(shí)，仍沿方向看去，恰好看到桶低上的點(diǎn)恰好看到桶低上的點(diǎn)C C，兩點(diǎn)距離，兩點(diǎn)距離d/4d/4求求油的折射率和光在油中傳播的速度。dCOACBGDF因底面直徑和桶高相等因底面直徑和桶高相等,由此可知由此可知 AOF= ABG=450又又OD=2CD油的折射率油的折射率光在油中的傳播速度光在油中的傳播速度解解:22ODCDCD 51 CODsin5122 210 CODAOFn sinsi

9、n)s/m(109.18 210100.38 ncv 光的全反射光的全反射光的折射現(xiàn)象光的折射現(xiàn)象強(qiáng)調(diào)無(wú)論入射角多大，反強(qiáng)調(diào)無(wú)論入射角多大，反射光線(xiàn)與折射光線(xiàn)同時(shí)存射光線(xiàn)與折射光線(xiàn)同時(shí)存在，同時(shí)強(qiáng)調(diào)折射光線(xiàn)與在，同時(shí)強(qiáng)調(diào)折射光線(xiàn)與反射光線(xiàn)亮度變化反射光線(xiàn)亮度變化光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)光密介質(zhì)與光疏介質(zhì) 1、對(duì)于兩種介質(zhì)來(lái)說(shuō)，、對(duì)于兩種介質(zhì)來(lái)說(shuō)，我們把折射率較小的介質(zhì)我們把折射率較小的介質(zhì)稱(chēng)為光疏介質(zhì)，折射率較稱(chēng)為光疏介質(zhì)，折射率較大的介質(zhì)稱(chēng)為光密介質(zhì)大的介質(zhì)稱(chēng)為光密介質(zhì)2、光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)、光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)是是相對(duì)的相對(duì)的 介介 質(zhì)質(zhì) 折射率折射率 介介 質(zhì)質(zhì) 折射率折射率金金 剛剛 石石2.

10、422.42巖鹽巖鹽1.551.55二硫化碳二硫化碳1.631.63酒精酒精1.361.36玻玻 璃璃1.51.51.91.9水水1.331.33水水 晶晶1.551.55空氣空氣1.000281.00028緩慢增大入射角：緩慢增大入射角： 觀(guān)察反射光線(xiàn)和折射光線(xiàn)的強(qiáng)度變化；觀(guān)察反射光線(xiàn)和折射光線(xiàn)的強(qiáng)度變化； 觀(guān)察折射角的變化。觀(guān)察折射角的變化。演示實(shí)驗(yàn)：演示實(shí)驗(yàn)：觀(guān)察全反射現(xiàn)象觀(guān)察全反射現(xiàn)象 光由一種介質(zhì)射到另一介質(zhì)時(shí)，光線(xiàn)光由一種介質(zhì)射到另一介質(zhì)時(shí)，光線(xiàn)不發(fā)生折射，而全部返回到原介質(zhì)中不發(fā)生折射，而全部返回到原介質(zhì)中繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫全反射現(xiàn)象繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫全反射現(xiàn)象全反射現(xiàn)象全反射現(xiàn)象通

11、過(guò)實(shí)驗(yàn)分析通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析: :全反射的條件全反射的條件1、光從光密介質(zhì)射入、光從光密介質(zhì)射入 光疏介質(zhì)光疏介質(zhì)2、入射角大于臨界角、入射角大于臨界角臨界角：臨界角：玻璃空氣C光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維原理：原理：應(yīng)應(yīng) 用用全反射棱鏡全反射棱鏡應(yīng)應(yīng) 用用幾何光學(xué)鞏固提升1光的折射定律：（1）折射光線(xiàn)在入射光線(xiàn)和法線(xiàn)所在的平面上， 折射光線(xiàn)和入射光線(xiàn)分居在法線(xiàn)的兩側(cè)，（2）入射角的正弦跟折射角的正弦之比為一常數(shù)nisinsin2. 折射率：（1）光從真空射入某種介質(zhì)時(shí)，入射角的正弦跟折射角的正弦之比nisinsin在光的折射現(xiàn)象中，光路也是可逆的。一. 光的折射（2）折射率等于光在真空中的速度c 跟光在這種介

12、質(zhì)中的速度v之比，n= c/v98年高考如圖所示，一儲(chǔ)油圓桶，底面直徑與桶高均為d當(dāng)桶內(nèi)無(wú)油時(shí)，從某點(diǎn)A恰能看到桶底邊緣上的某點(diǎn)B當(dāng)桶內(nèi)油的深度等于桶高一半時(shí)，在A(yíng)點(diǎn)沿AB方向看去，看到桶底上的C點(diǎn)，C、B相距d/4。由此可得油的折射率n ；光在油中傳播的速度v= （結(jié)果可用根式表示）irABCO解：由幾何關(guān)系得：BO= CO=d22d45n=sini / sinr = 2102255Sini = Sinr =smncv/109 . 110106102103878 如右圖所示,有一個(gè)長(zhǎng)方形容器,高為30厘米,寬為40厘米,在容器的底部平放著一把長(zhǎng)40厘米的刻度尺.眼睛在OA延長(zhǎng)線(xiàn)上的E點(diǎn)觀(guān)察,

13、視線(xiàn)沿著EA斜向下看恰能看到尺的左端零刻度.現(xiàn)保持眼睛的位置不變,向容器內(nèi)倒入某種液體且滿(mǎn)至容器口,這時(shí)眼睛仍沿EA方向觀(guān)察,恰能看到尺上20厘米的刻度,則此種液體的折射率為 .30cm20AOE40cmi1.4419961996年上海高考年上海高考. . 如圖，一玻璃柱體的橫截面為半圓形，細(xì)的單色光束從空氣射向柱體的O點(diǎn)（半圓的圓心），產(chǎn)生反射光束1和透射光束2，已知玻璃折射率為 ，入射角為45（相應(yīng)的折射角為24），現(xiàn)保持入射光不變，將半圓柱繞通過(guò)O點(diǎn)垂直于圖面的軸線(xiàn)順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)15，如圖中虛線(xiàn)所示，則（ ）A光束1轉(zhuǎn)過(guò)15 B光束1轉(zhuǎn)過(guò)30C光束2轉(zhuǎn)過(guò)的角度小于15D光束2轉(zhuǎn)過(guò)的角度大于1

14、53B C0303年江蘇高考年江蘇高考8 845入射光15O124. 光線(xiàn)通過(guò)平行玻璃磚后的出射光線(xiàn)和入射光線(xiàn)平行且有側(cè)向位移。側(cè)向位移的大小跟平行玻璃磚的厚度及入射角、折射率有關(guān)。ird1 2二全反射問(wèn)題當(dāng)入射角增大到某一角度，使折射角達(dá)到90時(shí)，折射光完全消失，只剩下反射光，這種現(xiàn)象.（1）光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì),當(dāng)折射 角變?yōu)?0時(shí)的入射角叫臨界角；（2）光從折射率為n的介質(zhì)射向真空時(shí) 臨界角的計(jì)算公式:nC1sin產(chǎn)生全反射的條件：（1）光必須從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)；（2）入射角必須等于或大于臨界角全反射臨界角：1997年高考 光線(xiàn)在玻璃和空氣的分界面上發(fā)生全反射的條件是（ ）(A)

15、光從玻璃射到分界面上,入射角足夠小(B)光從玻璃射到分界面上,入射角足夠大(C)光從空氣射到分界面上,入射角足夠小(D)光從空氣射到分界面上,入射角足夠大 B 91年高考.一束光從空氣射向折射率n= 的某種玻璃的表面,如圖所示. i 代表入射角,則（ ）(A)當(dāng)i 45時(shí)會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象(B)無(wú)論入射角i 是多大,折射角r 都不會(huì)超過(guò)45(C)欲使折射角r=30,應(yīng)以i =45的角度入射(D)當(dāng)入射角 時(shí)，反射光線(xiàn)跟折射光線(xiàn)恰好互相垂直2B C Di空氣玻璃n=2NO2arctgi 偏折角度跟棱鏡材料的折射率有關(guān)，折射率越大，偏折角度越大.偏折角度還跟入射角的大小有關(guān)系.三.通過(guò)棱鏡的光線(xiàn) （

16、2）白光通過(guò)三棱鏡后產(chǎn)生色散現(xiàn)象，（3）全反射棱鏡是橫截面成等腰直角三角形的三棱鏡。（1）光線(xiàn)通過(guò)三棱鏡兩次向底面偏折，通過(guò)三棱鏡所成的像向頂角偏移，四. 光的色散 一束白光經(jīng)過(guò)棱鏡后會(huì)發(fā)生色散，在光屏上形成一條彩色的光帶，這條彩色的光帶叫做光譜.光譜中紅光在最上端，紫光在最下端，中間是橙、黃、綠、藍(lán)、靛等色光.這表明各種色光通過(guò)棱鏡后的偏折角度不同.紅光的偏折角度最小，紫光的偏折角度最大. 不同色光通過(guò)棱鏡后的偏折角度不同，表明棱鏡材料對(duì)不同色光的折射率不同.紅光的偏折角度小，表明棱鏡材料對(duì)紅光的折射率小；紫光的偏折角度大，表明棱鏡材料對(duì)紫光的折射率大. 白光通過(guò)三棱鏡，要發(fā)生色散，紅光偏折

17、角最小，紫光偏折角最大偏折角從小到大的順序是：紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫結(jié)論 從紅到紫的方向有：（1）同一介質(zhì)對(duì)不同色光的折射率逐漸增大（2）在同一介質(zhì)中不同色光的傳播速度逐漸減?。?）光的頻率逐漸增大（4）在真空中的波長(zhǎng)逐漸減小（5）光子的能量逐漸增大如圖示：紅光和紫光沿同一方向射向玻璃半球的球心，經(jīng)折射后從球面射出，若紅光在玻璃中傳播時(shí)間為t紅，紫光在玻璃中傳播時(shí)間為t紫，則a是 光， t紅 t紫（填、或 =）ba解：白光通過(guò)三棱鏡，發(fā)生色散，紅光偏折角最小，紫光偏折角最大所以a是紅光。 t=r/v=rn/c 紅光的折射率小，t小。紅1999年高考 一束單色光，在真空中波長(zhǎng)為6.0010-7

18、m，射入折射率為1.50的玻璃中它在此玻璃中的波長(zhǎng)是 m，頻率是 Hz（真空中光速是3.00108ms）4.0010-75.001014解: 光從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時(shí),頻率保持不變, 波速和波長(zhǎng)發(fā)生改變.f=c/= 5.001014 Hz =v/f=c/nf= /n=4.0010-7 m 例5. 如圖所示，OO是半圓柱形對(duì)稱(chēng)面與紙面的交線(xiàn)在圖內(nèi)有兩束與OO平行且距OO距離相等的單色光A和B，從玻璃磚射出后相交于OO的下方的P點(diǎn)由此可以得出的結(jié)論是 AA光在玻璃磚中的速度比B光在玻璃磚中的速度小B玻璃磚對(duì)A光的折射率比對(duì)B光的折射率小C在空氣中，A光的波長(zhǎng)比B光的波長(zhǎng)短DB光光子的能量比A光光子的能量小A C DOOPBA 如圖，a和b 都是厚度均勻的平玻璃板，它們之間的夾角為，一細(xì)光束以入射角從P點(diǎn)射入， ，已知此光束由紅光和藍(lán)光組成，則當(dāng)光束透過(guò)b板后，（ ）A傳播方向相對(duì)于入射光方向向左偏轉(zhuǎn)角B傳播方向相對(duì)于入射光方向向右偏轉(zhuǎn)角C紅光在藍(lán)光的左邊D紅光在藍(lán)光的右邊 0303年江蘇高考年江蘇高考1010 ab左右P分析見(jiàn)下頁(yè)下一頁(yè)ab解析： 光線(xiàn)通過(guò)平行玻璃磚后的出射光線(xiàn)和入射光線(xiàn)平行且有側(cè)向位移，所以從a板射出的光線(xiàn)，傳播方向與a板入射的光線(xiàn)平行， 通過(guò)