1_1.讲解部分PPT.pptx

高考物理,新高考专用,专题十六 光学,考点一光的折射、全反射,一、光的折射,1.折射定律1)内容:折射光线、入射光线和法线在同一平面内;折射光线、入射光线分居法线两侧;入射角的正弦与折射角的正弦成正比。在折射现象中,光路是可逆的。2)表达式:=n(n为常数)。,2.折射率1)折射率是一个反映介质的光学性质的物理量。2)定义式:n=。与光速的关系式:n=(其中v是光在介质中的传播速度)。任何介质的折射率都大于1。3)对折射率的理解折射率由介质本身性质决定,与入射角的大小无关。同一种介质中,频率越大的色光折射率越大,传播速度越小。,二、全反射,1.光密介质和光疏介质1)两种介质相比较,折射率较大的介质叫作光密介质,折射率较小的介质叫作光疏介质。2)光倾斜照在折射率不同的两种物质的分界面处,会发生偏折。3)光在光疏介质中的速度大于在光密介质中的速度。4)光疏介质与光密介质是相对而言的,单独一种介质无法确定它是光疏,介质还是光密介质。,2.全反射1)临界角定义:折射角为90时的入射角叫作临界角C。公式:光由折射率为n的介质射入空气(或真空)时,sin C=。2)条件光由光密介质射向光疏介质;入射角大于或等于临界角。3)现象:入射角增大时,反射光强度增大,折射光强度减弱。入射角增大到临界角C,折射角达90,折射光强度为零,折射光完全消失。,3.各种光的比较颜色:红、橙、黄、绿、青、蓝、紫能量(h):小大。频率():小大。速度(v):大小。同一介质折射率:小大。临界角:大小。,考点二光的波动性,1.光的干涉频率相同的两列光波相遇叠加,加强区域和减弱区域互相间隔的现象。1)相干光源的获取办法(思想是一分为二)2)双缝干涉条纹判断相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距公式:x=。对同一双缝干涉,装置,光的波长越长,干涉条纹间距越大。亮暗条纹的判断方法:如图所示,光源S1、S2发出的光到屏上P点的路程差r=r2-r1。当r=k(k=0,1,2,)时,光屏上P处出现亮条纹。当r=(2k+1)(k=0,1,2,)时,光屏上P处出现暗条纹。,3)各种色光的比较颜色:红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。频率():小大。波长:大小。干涉条纹宽度:大小。,2.光的衍射1)发生明显衍射的条件:障碍物或孔的尺寸与光的波长相差不多,甚至比光的波长还小。2)单缝衍射和双缝干涉的图样在宽度、间距和亮度上是有区别的。单缝衍射的条纹,中央亮条纹最宽且最亮。,3.单缝衍射与双缝干涉条纹的比较,4.光的偏振,1)偏振光的定义:在垂直于光的传播方向上,只沿某个特定的方向振动的光。2)偏振光的形成:自然光通过偏振片;自然光在两种介质的界面发生反射和折射。3)偏振光的应用:照相机镜头前加偏振片、液晶显示器、立体电影等。4)光的偏振现象说明光是一种横波。,拓展一折射成像,1.光在透明介质中传播时,因折射而改变传播方向,观察到的发光体位置发生变化。根据折射或全反射作成像图,结合几何关系确定光学量或几何量。2.作图的三点提示1)“两判断”,光从哪里来,要到哪里去;2)“一借助”,可逆原理;3)“一规范”,规范作图。,例1如图所示,救生员坐在泳池旁边的凳子上,其眼睛到地面的高度h0为1.2 m,到池边的水平距离L为1.6 m,池深H为1.6 m,池底有一盲区。设池水的折射率为。当池中注水深度h为1.2 m和1.6 m时,池底盲区的宽度分别是多少?(sin 53=,sin 37=),解析当池中注水深度h为1.2 m时,光路图如图所示由几何关系得sin i=即i=53,由折射定律得sin r=,即r=37由几何关系知盲区宽度s=(1.6-1.2)tan 53 m+1.2 tan 37 m=m当池中注水深度h为1.6 m时,同理可得s=1.6 tan 37 m=1.2 m,答案 m1.2 m,拓展二光路控制光的色散,1.光路的控制1)平行玻璃砖结构:玻璃砖上下表面是平行的。对光线的作用:通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向,但要发生侧移。应用:测定玻璃的折射率。,2)三棱镜结构:横截面为三角形。对光线的作用:通过三棱镜的光线经两次折射后,出射光线向棱镜底边偏折。应用:全反射棱镜,改变光的传播方向。,3)圆柱体(球)结构:横截面是圆。对光线的作用:圆界面的法线是过圆心的直线,经过两次折射后向圆心偏折。应用:改变光的传播方向。,2.各种色光的比较颜色:红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。频率:小大。波长:大小。干涉条纹宽度:大小。临界角:大小。同一介质折射率:小大。同一介质速度:大小。,例2在北方寒冷的冬天,有时会出现“多个太阳”的“幻日”奇观,这是空气中的水蒸气在极冷的大气里凝结成小冰晶,太阳通过冰晶折射的缘故。太阳光照射到六角形冰晶上折射的光路图如图所示,a、b是太阳光中的两种单色光,由此可以判断,冰晶对单色光a的折射率(选填“大于”或“小于”)冰晶对单色光b的折射率,单色光a在冰晶中的传播速度比单色光b在冰晶中的传播速度(选填“大”或“小”)。如果让太阳光从水中射向空气,逐渐增大入射角,则a、b两种单色光中,单色光(选填“a”或“b”)更容易发生全反射。,解析光从空气斜射到冰晶上,由于折射率不同,由图可知,单色光b偏折较大,单色光a偏折较小,所以此冰晶对单色光a的折射率小于对单色光b的折射率;根据v=可知单色光a在冰晶中的传播速度比单色光b在冰晶中的传播速度大;根据sin C=知单色光b的临界角较小,所以单色光b比单色光a更容易发生全反射。,答案小于大b,模型一全反射的应用模型光导纤维,例1光导纤维是传光的细圆玻璃丝,每根纤维分内外两层。一束光由光纤端面从空气射向内层材料,经内、外层材料的分界面发生多次全反射后呈锯齿形的路线可以无损地传到另一端。如图为一根光纤的截面图,左端面与两种材料的界面垂直,当光从端面的圆心O入射后,在从光纤的一端传到另一端的过程中光线不从内壁漏掉时,入射角的最大值为1。已知内层和外层材料的折射率分别为n1和n2(n1n2),光在真空(空气)中的传播速度为c。求:,()sin 1的值;()若光纤的长度为l,光以1射入后在光纤中传播的时间。,解析()光在光纤中传播的光路图如图1:图1当光从内层材料射向外层材料时,折射角为90时恰好发生全反射,此时对应的入射角3最小,2、1最大。,由折射定律有:=又3=90-2由折射定律有:n1=且sin2 2+cos2 2=1联立得:sin 1=()画出光在光纤中传播的光路图如图2:,图2光在光纤中经历的路程为:x=光在光纤中传播速度为:v=,结合(1)中列式,得光在光纤中传播的时间为:t=,答案()(),模型二薄膜干涉模型,1.成因:薄膜前表面和后表面分别反射出来的两列光波的叠加。这两列波是同一光源发出,经薄膜前后表面反射的,所以是相干波。由于同一水平线上的薄膜厚度近似相同,所以干涉后能产生水平的亮暗条纹。2.如果膜的厚度为d,则前后表面的反射光的光程差为2d。1)当2d是光波半波长的偶数倍时,出现亮条纹;2)当2d是光波半波长的奇数倍时,出现暗条纹。3.如果膜的厚度均匀变化,若用单色光照射,相邻的条纹间的距离是相等的,若用白光照射,则在薄膜某一厚度的地方某一波长的光反射后增强,而另一些波长的光反射后减弱,这样薄膜上就出现彩色条纹。,4.薄膜干涉在技术上的应用1)干涉法检查平面检查精密零件的表面质量好坏:如图所示将被检查平面和放在上面的透明标准样板的一端垫一薄片,使样板的标准平面和被检查平面间形成一个楔形空气薄层,单色光从上面照射,入射光在空气层的上、下表面反射出的两列光波发生干涉,根据干涉条纹的形状来确定零件的表面情况。,2)镜片增透膜在光学元件(透镜、棱镜)的表面涂一层等厚薄膜,当薄膜的厚度是光在薄膜中波长的时,在薄膜的两个面上的反射光的光程差恰好等于半波长,因而相互抵消,起到减小反射光、增大透射光强度的作用。,例2劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如图1所示,将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃上,在一端夹入两张纸片,从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当光垂直入射后,从上往下看到的干涉条纹如图2所示。若在图1的装置中抽去一张纸片,则在光垂直入射到新的劈形空气薄膜后,从上往下观察到的干涉条纹(选填“变疏”“变密”“不变”或“消失”)。,解析如图所示,若抽去一张纸片,则空气薄膜三角形截面的倾角变小,原来各级亮条纹的位置向右移,干涉条纹变疏。,答案变疏,例3氩弧焊产生的紫外线和红外线对眼及皮肤的损伤是电焊作业职业损害的一个重要方面。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能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为8.11014 Hz,那么他设计的这种“增反膜”的厚度至少是多少?(保留三位有效数字),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表面反射的光线叠加时加强,因此光程差应该是紫外线在薄膜中波长的整数倍,即x=m(m=1,2,3,),而x=2d由v=得紫外线在薄膜中的波长=联立得d=m(m=1,2,3,)当m=1时,“增反膜”的厚度最小dmin1.2310-7 m,答案1.2310-7 m,