【学海导航】高中物理第2轮复习 专题5 第3讲 光的传播及波动性课件

第讲3光的传播及波动性专题五波与粒子

一、光的直线传播

1．光沿直线传播的条件：在同一均匀介质中传播

2．光线：用来代表光束传播方向的直线，是光束的抽象

3．光速：真空中光速为c=3.0×108m/s，光在其他介质中光速可由v=c/n求得，式中n是指介质的折射率，对所有介质来说，n＞1，故v＜c.

4．光沿直线传播的实例：小孔成像，影的形成，日食和月食．

二、光的反射

1．反射定律

2．平面镜

a．平面镜成像的特点：等大、正立、虚像、物像关于镜面对称．

b．常用作图法：对称法——先根据对称性作出物体的像，再作反射光线，反射光线好像是从像直接发出的．

c．注意(1)保持入射光线方向不变，平面镜绕沿镜表面的轴转过

角时，反射光线转过2

角．(2)作图时要分清光线、光线的延长线、法线的虚实、有无箭头．

三、光的折射

4．光的色散①白光通过三棱镜后发生色散现象，说明白光是复色光，是由七种色光组成的．②光的颜色由频率决定，光从一种介质进入另一种介质时颜色不变，是因为频率没有发生改变．③相关结论

5.光的折射中，光路也是可逆的

四、光的波动性

1．光的干涉

a．条件：两光的频率相同是干涉的必要条件．

b．双缝干涉(双缝关于过单缝的轴线对称时)(1)白光发生双缝干涉时，光屏中央为白色条纹，两边为多级彩纹，且每一级红色在外，紫色在内．(2)单色光发生双缝干涉，光屏上出现明暗相间的等距条纹．①产生明暗条纹的条件：屏上某点到双缝的距离之差为光波波长的整数倍时，该点处为明纹；屏上某点到双缝的距离之差为半波长的奇数倍时，该点处为暗纹．②条纹间距：

，各级相等．

c．薄膜干涉(1)相干光波的获得：薄膜两个面的反射光满足相干条件．(2)现象：单色光照射薄膜，出现明暗相间的条纹；白光照射薄膜，出现彩色条纹．(3)应用：①检测表面平整度；②增透膜：其厚度为光在膜中波长的四分之一．

2．光的衍射

a．发生明显衍射的条件：障碍物或小孔的尺寸比波长小或差不多．

b．常见的几种衍射现象(1)单缝衍射：单色光入射单缝时，出现明暗相间的不等距条纹，中间条纹较亮较宽，两侧条纹渐暗渐密．白光入射单缝时，出现彩色条纹，中央为白色条纹．(2)圆孔衍射：光入射微小圆孔时，出现明暗相间的不等距环纹．(3)泊松亮斑：当光照到不透明的小圆板上时，在圆板的阴影中心出现的亮斑(阴影之外是明暗相间的不等距环纹)．

3．光的偏振

a．偏振光与自然光的区别

b．自然光通过偏振片后成为偏振光．光以特定的角度(布儒斯特角)射向介质的界面上，使反射光和折射光垂直时，反射光和折射光都是偏振光．

c．光的偏振现象说明光波是横波4．光的的电磁磁说a．光是是一种种电磁磁波b．不同同电磁磁波的的产生生机理理及应应用类型一一：光光的直直线传传播规规律及及应用用光在同同一均均匀介介质中中沿直直线传传播，，这一一知识识往往往与物物体的的其他他运动动形式式相结结合，，在解解决此此类问问题时时，关关键在在于画画出示示意图图，并并能利利用数数学中中的相相似等等相关关规律律．【例1】如图5­3­1所示，，P为一面面高墙墙，M为高h=0.8m的矮墙墙，S为一点点光源源，三三者水水平距距离如如图所所示，，S以速度度v0=10m/s竖直向向上抛抛出，，求在在落回回地面面前，，矮墙墙在高高墙上上的影影子消消失的的时间间．(g=10m/s2)图5­3­1【规律方方法总总结】本题把把竖直直上抛抛运动动与光光的直直线传传播结结合在在一起起，先先应作作出矮矮墙在在高墙墙上恰恰好没没有影影子的的临界界情况况的图图示，，再利利用三三角形形相似似得到到S应达到到的高高度，，再利利用竖竖直上上抛运运动的的规律律求时时间．．另外外，利利用光光的直直线传传播和和几何何知识识，往往往还还可以以求解解影子子的大大小等等问题题．【变式题题】如图5­3­2，A是直径径为10cm的发光光圆，，B是直径径为5cm的遮光光圆板板，C为光屏屏，三三者中中心共共轴，，AB间相距距200cm，当C离B为多远远时正正好屏屏上本本影消消失，，只有有半影影？这这时光光屏上上的半半影的的半径径是多多少？？本影影可取取的最最大直直径是是多少少？图5­3­2类型二二：光光的反反射及及平面面镜成成像问问题光的反反射及及平面面镜成成像问问题往往往与与可以以把平平面镜镜成像像的特特点、、物体体的运运动、、光束束的旋旋转、、光斑斑的移移动等等问题题结合合起来来，考考查考考生综综合运运用知知识的的能力力．【例2】如图激激光液液面控控制仪仪的原原理是是：固固定的的一束束激光光AO以入射射角i照射到到水平平液面面上，，反射射光OB射到水水平放放置的的光屏屏上，，屏上上用光光电管管将光光讯号号转换换为电电讯号号，电电讯号号输入入控制制系统统来控控制液液面的的高度度，若若发现现光点点在屏屏上向向右移移动了了Δs距离，，射到到B′点，则则液面面的高高度变变化是是()【答案】D【规律方方法总总结】正确画画出光光路图图并运运用平平面镜镜成像像规律律(物、像像关于于镜面面对称称)结合几几何知知识是是分析析和解解决光光的反反射及及平面面镜成成像等等问题题的关关键．．40°°130°图5­3­4类型三三：平平面镜镜成像像作图图法平面镜镜成像像作图图，主主要有有以下下两种种类型型：1.要求画画出某某一特特定光光线；；2.要求画画出边边界光光线，，确定定某一一特定定范围围．【例3】如图5­3­5，在平平面镜镜MN上方有有一个个点光光源S，试作作出S发出的的经平平面镜镜反射射后过过P点的光光线．．图5­3­5【解析】如答图图所示示，先先由对对称性性，画画出S的像S′，再连连接S′P(注意在在镜面面之下下为虚虚线，，镜面面之上上为实实线)，交镜镜面于于O点，再再连接接SO，即为为入射射光线线．【规律方方法总总结】作图时时，利利用对对称性性，先先作出出像点点，再再作出出特定定的光光线，，或者者利用用障碍碍物作作出边边界光光线，，从而而确定定观察察范围围．同同时，，要注注意到到射向向平面面镜的的入射射光线线和远远离平平面镜镜的反反射光光线均均应为为实线线，要要在线线的中中间用用箭头头表示示方向向，而而反射射光线线的反反向延延长线线只能能用虚虚线表表示，，且不不能标标箭头头．作作出反反射光光线后后，反反射光光线与与平面面镜的的交点点即为为对应应光线线的入入射点点，就就可以以补画画出入入射光光线了了．另另外，，有时时也可可以利利用光光路可可逆原原理来来作图图，例例如把把“眼眼睛””视为为“光光源””，作作出““照亮亮”的的区域域，即即为可可观察察到的的范围围，不不过，，最后后一定定要把把光路路逆回回来．．【变式题题】如图5­3­6所示，，A为观察察者的的眼睛睛，BC为不透透明的的物体体，MN为与地地面平平行的的平面面镜，，三者者位置置保持持不变变，试试通过过作图图确定定观察察者通通过平平面镜镜看到到BC右边的的地面面范围围．图5­3­6【解析】如图所所示，，利用用对称称性作作出A的像点点A′，再分分别作作出边边界光光线，，注意意EF和HG恰好不不被物物体BC挡住，，就可可确定定观察察者通通过平平面镜镜看到到BC右边的的地面面范围围．类型四四：光光的折折射及及全反反射问问题光的折折射和和全反反射问问题，，往往往伴随随繁难难的计计算，，在解解决这这类问问题时时，作作出正正确的的光路路图，，注意意挖掘掘隐藏藏在光光路中中的边边角几几何关关系，，根据据折射射定律律，结结合全全反射射条件件进行行求解解是解解题的的关键键所在在，有有时，，还需需要掌掌握一一定的的运算算技巧巧．【例4】(2011·全国大大纲卷卷)雨后太太阳光光入射射到水水滴中中发生生色散散而形形成彩彩虹．．设水水滴是是球形形的，，图5­3­7中的圆圆代表表水滴滴过球球心的的截面面，入入射光光线在在过此此截面面的平平面内内，a、b、c、d代表四四条不不同颜颜色的的出射射光线线，则则它们们可能能依次次是()A．紫光光、黄黄光、、蓝光光和红红光B．紫光光、蓝蓝光、、黄光光和红红光C．红光光、蓝蓝光、、黄光光和紫紫光D．红光光、黄黄光、、蓝光光和紫紫光图5­3­7【解析】由折射射定律律可知知，光光由空空气射射入水水滴时时，入入射角角一定定，折折射角角小的的折射射率大大，故故a光折射射率最最大，，d光折射射率最最小，，故B对，A、C、D错．【答案】B【变式题题】(2011·海南)一赛艇艇停在在平静静的水水面上上，赛赛艇前前端有有一标标记P离水面面的高高度为为h1=0.6m，尾部部下端端Q略高于于水面面；赛赛艇正正前方方离赛赛艇前前端s1=0.8m处有一一浮标标，示示意如如图5­3­8.一潜水水员在在浮标标前方方s2=3.0m处下潜潜到深深度为为h2=4.0m时，看看到标标记刚刚好被被浮标标挡住住，此此处看看不到到船尾尾端Q；继续续下潜潜h=4.0m，恰好好能看看见Q.求(1)水的折折射率率n；(2)赛艇的的长度度l.(可用根根式表表示)图5­3­8类型五五：光光的波波动性性问题题在高考考中，，对光光的波波动性性的考考查，，主要要以干干涉、、衍射射及电电磁波波谱知知识为为要点点，并并往往往以几几何光光学与与波动动光学学综合合的选选择题题或实实验题题出现现．【例5】】用氦氦氖氖激激光光器器进进行行双双缝缝干干涉涉实实验验，，已已知知使使用用的的双双缝缝间间距距d=0.1mm，双双缝缝到到屏屏的的距距离离L=6.0m，测测得得屏屏上上干干涉涉条条纹纹中中相相邻邻亮亮纹纹的的间间距距是是=3.8cm，氦氦氖氖激激光光器器发发出出的的红红光光的的波波长长是是多多少少？？假假如如把把整整个个装装置置放放入入折折射射率率为为n=4/3的水水中中，，这这时时屏屏上上的的条条纹纹间间距距是是多多少少？？【变式式题题】如图图5­­3­­9所示示，，一一束束由由两两种种色色光光混混合合的的复复色色光光沿沿PO方向向射射向向一一上上、、下下表表面面平平行行的的厚厚玻玻璃璃平平面面镜镜的的上上表表面面，，得得到到三三束束反反射射光光束束Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，则则()A．光光束束Ⅰ仍为为复复色色光光，，光光束束Ⅱ、Ⅲ为单单色色光光，，且且三三束束光光一一定定相相互互平平行行B．增增大大角且且≤90°°，光束束Ⅱ、Ⅲ会远远离离光光束束ⅠC．光光Ⅱ照射射某某金金属属表表面面能能发发生生光光电电效效应应现象象，，则则光光Ⅲ也一一定定能能使使该该金金属属发发生生光光电电效效应应现现象象D．减减小小角且且>0°°，光光束束Ⅲ可能能会会从从上上表表面面消消失失图5­­3­­9A【解析析】光沿沿PO射到到界界面面上上时时，，同同时时发发生生了了反反射射和和折折射射，，Ⅰ为直直接接反反射射的的光光，，为为复复色色光光；；折折射射进进入入玻玻璃璃的的光光由由于于折折射射率率不不同同而而发发生生色色散散，，然然后后在在玻玻璃璃板板的的下下表表面面反反射射和和进进入入空空气气的的折折射射而而成成为为Ⅱ、Ⅲ两束束，，如如图图所所示示，，由由图图可可知知，，光光束束Ⅱ在玻玻璃璃中中的的折折射射率率比比光光束束Ⅲ大，，所所以以光光束束Ⅱ、Ⅲ为单单色色光光；；由由光光路路可可逆逆可可知知，，三三束束光光彼彼此此平平行行，，A正确确；当当=90°°时，，反反射射光光与与入入射射