高三一輪優(yōu)秀物理課件《光的折射全反射光的波動性》

1、考綱展示考綱展示高考瞭望高考瞭望知識點(diǎn)知識點(diǎn)要求要求光的折射定律光的折射定律1.光的折射、全反射是高考命題的重點(diǎn)和熱光的折射、全反射是高考命題的重點(diǎn)和熱 點(diǎn)在近兩年的高考題中，題型多為非選點(diǎn)在近兩年的高考題中，題型多為非選 擇題，有填空題、計(jì)算題、作圖題等擇題，有填空題、計(jì)算題、作圖題等2.物理光學(xué)以對光的本性認(rèn)識為線索，介紹物理光學(xué)以對光的本性認(rèn)識為線索，介紹 近代物理光學(xué)的初步知識，是高考的必考近代物理光學(xué)的初步知識，是高考的必考 內(nèi)容之一考題難度一般不大，以識記、內(nèi)容之一考題難度一般不大，以識記、 理解為主，題型多為選擇題，其中命題最理解為主，題型多為選擇題，其中命題最 高的是高的是“光

2、的干涉光的干涉”“”“偏振偏振”，其次是，其次是“ 波長、波速和頻率的關(guān)系波長、波速和頻率的關(guān)系”同時(shí)，這部同時(shí)，這部 分知識易與生產(chǎn)、生活、現(xiàn)代科技相聯(lián)系分知識易與生產(chǎn)、生活、現(xiàn)代科技相聯(lián)系 ，如增透膜、抽絲機(jī)、霓虹燈、激光測距，如增透膜、抽絲機(jī)、霓虹燈、激光測距 等等.折射率折射率全反射、光導(dǎo)纖維全反射、光導(dǎo)纖維光的干涉、衍射光的干涉、衍射（實(shí)驗(yàn)、探究）測定玻璃（實(shí)驗(yàn)、探究）測定玻璃的折射率的折射率第二章 光第第1 1講講 光的折射光的折射 全反射全反射 光的波動性光的波動性一、光的折射定律1折射現(xiàn)象 光束從一種介質(zhì)斜射進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)傳播方向改變 2. 折射定律(如圖211) (1)內(nèi)容

3、：折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比 (2)表達(dá)式： n，式中n是比例常數(shù) (3)光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的二、折射率1物理意義：折射率僅反映介質(zhì)的光學(xué)特性，折射率大，說明光從真空射入到該介質(zhì)時(shí)，偏折大，反之偏折小2定義式：n 不能說n與sin 1成正比、與sin 2成反比折射率由介質(zhì)本身的光學(xué)性質(zhì)和光的頻率決定3計(jì)算公式：n ，因vc，任何介質(zhì)的折射率總大于1.(1)公式n 中，不論是光從真空射入介質(zhì)，還是由介質(zhì)射入真空，1總是真空中的光線與法線間夾角，2總是介質(zhì)中的光線與法線間的夾角(2)折射率由介質(zhì)本身性質(zhì)決定

4、，與入射角的大小無關(guān)1一個(gè)圓柱形筒，直徑12 cm，高16 cm.人眼在筒側(cè)上方某處觀察，所見筒側(cè)的深度為9 cm，當(dāng)筒中裝滿液體時(shí)，則恰能看到筒側(cè)的最低點(diǎn)求： (1)此液體的折射率； (2)光在此液體中的傳播速度 解析：根據(jù)題中的條件作出光路圖如圖所示 答案：(1) (2)2.25108 m/s 一、全反射 1條件：(1)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì) (2)入射角大于等于臨界角 2現(xiàn)象：折射光完全消失，只剩下反射光 3臨界角：sin C ，C為折射角等于90時(shí)的入射角 4應(yīng)用：(1)全反射棱鏡 二、光的色散 1色散現(xiàn)象： 白光通過三棱鏡會形成由紅到紫各色光組成的彩色光譜 2規(guī)律： 由于n紅n紫，

5、所以以相同的入射角射到棱鏡界面時(shí)，紅光和紫光的折射角 不同，就是說紫光偏折的更明顯些，當(dāng)它們射到另一個(gè)界面時(shí)，紫光的偏 向角最大，紅光偏向角最小 1玻璃磚和三棱鏡對光路的控制作用 (1)玻璃磚對光路的控制 對于兩面平行的玻璃磚，其出射光線和入射光線平行，且光線發(fā)生了側(cè)移如圖213所示，側(cè)移距離為d. (2)三棱鏡對光路的控制通過玻璃棱鏡光線經(jīng)兩次折射后，出射光線向棱鏡底面偏折，如圖214所示 2各色光特點(diǎn)對比表(對同一種介質(zhì))顏色顏色紅橙黃綠藍(lán)靛紫紅橙黃綠藍(lán)靛紫頻率頻率低低高高折射率折射率小小大大速度速度大大小小波長波長大大小小臨界角臨界角大大小小 2已知某玻璃對藍(lán)光的折射率比對紅光的折射率大

6、，則兩種光() A在該玻璃中傳播時(shí)，藍(lán)光的速度較大 B以相同的入射角從空氣斜射入該玻璃中，藍(lán)光折射角較大 C從該玻璃中射入空氣發(fā)生全反射時(shí)，紅光臨界角較大 D用同一裝置進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，藍(lán)光的相鄰條紋間距較大 解析：在同一種玻璃中，紅光的折射率小于藍(lán)光的折射率，由v 可知，藍(lán)光在該玻璃中的傳播速度小于紅光，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；兩種光的入射角相同，由sin r 可知，藍(lán)光的折射角小于紅光的折射角，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由 sin C 可知，紅光的臨界角大于藍(lán)光的臨界角，選項(xiàng)C正確；由于紅光的頻率小于藍(lán)光的頻率，則紅光的波長較長，由干涉條紋間距公式 x 可知，紅光的條紋間距較大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤 答案：C 3.如圖215

7、，一透明半圓柱體折射率為n2，底面半徑為R、長為L.一平行光束從半圓柱體的矩形表面垂直射入，從部分柱面有光線射出求該部分柱面的面積S.解析：半圓柱體的橫截面如右下圖所示，OO為半圓的半徑設(shè)從A點(diǎn)入射的光線在B點(diǎn)處恰好滿足全反射條件，由折射定律有 nsin 1 式中，為全反射臨界角 由幾何關(guān)系得 OOB S2RLOOB 代入題給條件得 S RL. 答案： RL 一、光的干涉 1條件 (1)兩列光的頻率相同，且具有恒定的相位差，才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象 (2)將同一列光波分解為兩列光波，可以獲得相干光源雙縫干涉和薄膜干涉都是用此種方法獲得相干光源 2楊氏雙縫干涉 (1)原理如圖216所示 (2)明、

8、暗條紋的條件 單色光： a光的路程差r2r1k(k0,1,2)光屏上出現(xiàn)明條紋 b光的路程差r2r1(2k1) ，(k0,1,2)光屏上出現(xiàn)暗條紋 白光：光屏上出現(xiàn)彩色條紋 (3)條紋間距公式：x . 3薄膜干涉 (1)原理：薄膜厚度上薄下厚，入射光照在薄膜的同一位置，來自前后兩個(gè)面的反射光路程差不同，疊加后出現(xiàn)明條紋或暗條紋 (2)應(yīng)用： 增透膜 利用光的干涉檢查平整度 二、光的衍射 1定義：光離開直線路徑繞到障礙物陰影里去的現(xiàn)象叫光的衍射，衍射產(chǎn)生的 明暗條紋或光環(huán)叫衍射圖樣 2衍射圖樣 (1)單縫衍射 單色光：明暗相間的不等距條紋，中央亮紋最寬最亮，兩側(cè)條紋具有對稱性(2)圓孔衍射：明暗

9、相間的不等距圓環(huán)，圓環(huán)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過孔的直線照明的面積圓孔衍射：明暗相間的不等距圓環(huán)，圓環(huán)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過孔的直線照明的面積(3)圓盤衍射：明暗相間的不等距圓環(huán)，中心有一亮斑稱為泊松亮斑圓盤衍射：明暗相間的不等距圓環(huán)，中心有一亮斑稱為泊松亮斑(證實(shí)波動證實(shí)波動性性)3產(chǎn)生明顯衍射條件：產(chǎn)生明顯衍射條件：障障礙物或孔的尺寸比波長小或差不多礙物或孔的尺寸比波長小或差不多 1薄膜干涉 (1)當(dāng)光照在薄膜上時(shí)，從膜的前后表面各反射回一列光波，這兩列波即是頻率相同的相干光波，由于薄膜的厚度不同，這兩列光波的路程差不同當(dāng)路程差為光波波長的整數(shù)倍時(shí)，則為波峰與波峰相遇，波谷與波谷相遇，使光波的振動加強(qiáng)，形成亮條紋；當(dāng)光波

10、的路程差為半波長的奇數(shù)倍時(shí)，則波峰與波谷相遇，光波的振動減弱，形成暗條紋(2)相干光為薄膜前后兩個(gè)界面的反射光相干光為薄膜前后兩個(gè)界面的反射光(3)圖樣特點(diǎn)：若單色光入射，出現(xiàn)亮暗相間的條紋圖樣特點(diǎn)：若單色光入射，出現(xiàn)亮暗相間的條紋(薄膜厚度相等的地方對應(yīng)同薄膜厚度相等的地方對應(yīng)同 一級條紋一級條紋)；若白光入射，出現(xiàn)彩色條紋，在同一級條紋中，從紫色到紅色對應(yīng)；若白光入射，出現(xiàn)彩色條紋，在同一級條紋中，從紫色到紅色對應(yīng)的薄膜厚度從薄到厚的薄膜厚度從薄到厚 2衍射與干涉的比較 兩種兩種現(xiàn)象現(xiàn)象比較項(xiàng)目比較項(xiàng)目 單縫衍射單縫衍射雙縫干涉雙縫干涉不不同同點(diǎn)點(diǎn)條紋寬度條紋寬度條紋寬度不等，中央條紋寬度

11、不等，中央最寬最寬條紋寬度相等條紋寬度相等條紋間距條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距各相鄰條紋等間距亮度情況亮度情況中央條紋最亮，兩邊中央條紋最亮，兩邊變暗變暗清晰條紋，亮度基本清晰條紋，亮度基本相等相等相同點(diǎn)相同點(diǎn)干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋 4. 如圖217是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，S為單縫，S1、S2為雙縫，P為光屏用綠光從左邊照射單縫S時(shí)，可在光屏P上觀察到干涉條紋下列說法正確的是() A減小雙縫間的距離，干涉條紋間的距離減小 B增大雙縫到屏的距離

12、，干涉條紋間的距離增大 C將綠光換為紅光，干涉條紋間的距離減小 D將綠光換為紫光，干涉條紋間的距離增大解析：由雙縫干涉條紋間距公式x 可知，減小雙縫間的距離d，干涉條紋間的距離x增大，A錯(cuò)誤；增大雙縫到屏的距離L，干涉條紋間的距離增大，B正確；將綠光換為紅光，入射光的波長增大，干涉條紋間的距離應(yīng)增大，C錯(cuò)誤；將綠光換為紫光，入射光的波長變短，干涉條紋間的距離應(yīng)減小，D錯(cuò)誤答案：B 6如圖218所示，A、B兩幅圖是由單色光分別入射到圓孔而形成的圖樣，其中圖A是光的_(填“干涉”或“衍射”)圖樣由此可以判斷出圖A所對應(yīng)的圓孔的孔徑_(填“大于”或“小于”)圖B所對應(yīng)的圓孔的孔徑解析：解析：A中出現(xiàn)

13、明暗相間的條紋，是衍射現(xiàn)象，中出現(xiàn)明暗相間的條紋，是衍射現(xiàn)象，B中出現(xiàn)圓形亮斑只有障礙物中出現(xiàn)圓形亮斑只有障礙物或孔的尺寸比光波波長小或跟波長相差不多時(shí)，才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象圖或孔的尺寸比光波波長小或跟波長相差不多時(shí)，才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象圖A是光的衍射圖樣，由于光波波長很短約在是光的衍射圖樣，由于光波波長很短約在107 m數(shù)量級上，所以圖數(shù)量級上，所以圖A對應(yīng)的圓對應(yīng)的圓孔的孔徑比圖孔的孔徑比圖B所對應(yīng)的圓孔的孔徑小圖所對應(yīng)的圓孔的孔徑小圖B的形成可以用光的直線傳播解釋的形成可以用光的直線傳播解釋答案：答案：衍射小于衍射小于圖圖2 21 18 8 【例1】 (1)如圖219所示，有一束平行

14、于等邊三棱鏡截面ABC的單色光從空氣射向E點(diǎn)，并偏折到F點(diǎn)已知入射方向與邊AB的夾角為30，E、F分別為邊AB、BC的中點(diǎn)，則 ()圖圖2 21 19 9A該棱鏡的折射率為B光在F點(diǎn)發(fā)生全反射C光從空氣進(jìn)入棱鏡，波長變小D從F點(diǎn)出射的光束與入射到E點(diǎn)的光束平行(2)一束單色光由左側(cè)射入盛有清水的薄壁圓柱形玻璃杯，如圖2110為過軸線的截面圖，調(diào)整入射角，使光線恰好在水和空氣的界面上發(fā)生全反射已知水的折射率為 ，求sin 的值解析：解析：(1)由幾何知識可知三角形由幾何知識可知三角形EBF為等邊三角形，故從為等邊三角形，故從E點(diǎn)入射的光線，點(diǎn)入射的光線，入射角為入射角為60，折射角為，折射角為3

15、0，由折射定律可知，由折射定律可知n ，A項(xiàng)正項(xiàng)正確；光射在確；光射在F點(diǎn)時(shí)，入射角為點(diǎn)時(shí)，入射角為30，故不發(fā)生全反射，折射角為，故不發(fā)生全反射，折射角為60，B、D錯(cuò)；光從空氣中進(jìn)入棱鏡中，光速減小，而光的頻率不變，所以光在棱鏡中錯(cuò)；光從空氣中進(jìn)入棱鏡中，光速減小，而光的頻率不變，所以光在棱鏡中的波長變小，的波長變小，C正確正確圖圖2 21 11010 答案：(1)AC(2) 應(yīng)用光的折射定律解題的一般思路 一定要畫出比較準(zhǔn)確的光路圖，分析邊界光線或臨界光線利用幾何關(guān)系 和光的折射定律求解注意在折射現(xiàn)象中，光路是可逆的 11 (2009四川，21)如圖2111所示，空氣中有一橫截 面為半圓

16、環(huán)的均勻透明柱體，其內(nèi)圓半徑為r，外圓半 徑為R，R r.現(xiàn)有一束單色光垂直于水平端面A射入透 明柱體，只經(jīng)過兩次全反射就垂直于水平端面B出設(shè) 透明柱體的折射率為n，光在透明柱體內(nèi)傳播的時(shí)間為 t，若真空中的光速為c，則()An可能為可能為 Bn可能為可能為2 Ct可能為可能為 Dt可能為可能為圖圖2 21 11111解析：根據(jù)題意可畫出光路圖如圖所示，則兩次全反射時(shí)的入射角均為45，所以全反射的臨界角C45，折射率n ，A、B項(xiàng)均正確；波在介質(zhì)中的傳播速度v ，所以傳播時(shí)間t ，C、D項(xiàng)均錯(cuò)誤答案：AB 【例2】 如圖2112所示，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，S1和S2為雙縫，P是光屏上的一點(diǎn)，已知P

17、點(diǎn)與S1、S2距離之差為2.1106 m，分別用A、B兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，問P點(diǎn)是亮條紋還是暗條紋？(1)已知A光在折射率為n1.5的介質(zhì)中波長為4107 m.(2)已知B光在某種介質(zhì)中波長為3.15107 m，當(dāng)B光從這種介質(zhì)射向空氣時(shí)，臨界角為37.(3)若用A光照射時(shí)，把其中一條縫遮住，試分析光屏上能觀察到的現(xiàn)象圖圖2 21 11212解析：(1)設(shè)A光在空氣中波長為1，在介質(zhì)中波長為2，由n ，vf，得：n ，得1n26107 m，光的路程差2.1106 m，所以N1 3.5.從S1和S2到P點(diǎn)的光的路程差是波長1的3.5倍，所以P點(diǎn)為暗條紋 (2)根據(jù)臨界角與折射率的關(guān)系 由此可知，B光在空氣中波長2為：2n介5.25107 m，N2 4 可見，用B光做光源，P點(diǎn)為亮條紋(3)光屏上仍出現(xiàn)明、暗相間的條紋，但中央條紋最寬最亮，兩邊條紋變窄變暗光屏上仍出現(xiàn)明、暗相間的條紋，但中央條紋最寬最亮，兩邊條紋變窄變暗答案：答案：見解析見解析 21用氦氖激光器發(fā)出的紅光進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，已知使用的雙縫間距離d0.1 mm，雙縫到屏的距離L6.0 m，測得屏上干涉條紋中亮紋的間距是3.8 cm.(1)氦氖激光器發(fā)出的紅光的波長是多少？(2)如果把整個(gè)裝置放入折射率是的水中，這時(shí)屏