选修3-4《光学重点题型突破例析》复习课件省名师优质课赛课获奖课件市赛课百校联赛优质课一等奖课件

光学重点题型突破例析热点解读

光折射定律是光学中唯一Ⅱ级要求知识点，属高频考点，另外尽管全反射属Ⅰ级要求，但它与折射定律能很好地综合在一起，而且全反射与生产、生活亲密相关，轻易出联络实际题目.如年山东理综第37（2）题，年浙江理综第18题，年天津理综第7题，年宁夏理综第32（2）题，年山东理综第37（2）题.光本性在高考中也时常出现，如年福建理综第13题，上述考题主要包括四种题型，下面做简明分析.章末总结1/34专题讲座专题一光折射问题求解方法依据光折射定律和折射率公式解答问题时，首先依据题意画出光路图，找出入射角和折射角，并确定其大小，再应用和列式求解.注意利用相关几何知识列出辅助方程.【例1】如图1所表示，真空中有一个半径为R=0.1m、质量分布均匀玻璃球，频率为f=5.0×1014

Hz细激光束在真空中沿直线BC

传输，在玻璃球表面C点经折射进入小球，并在玻璃球表面D点又经折射进入真空中.已图12/34知∠COD=120°,玻璃球对该激光束折射率为.求：（1）此激光束在真空中波长；（2）此激光束进入玻璃时入射角θ1；（3）此激光束穿越玻璃球时间.解析

（1）(2)设激光束在玻璃球中折射角为θ2,则由图知θ2=30°，所以3/34答案（1）6.0×10-7

m

(2)60°(3)1.0×10-9

s点评

本题考查折射定律利用，解答这类问题基本方法：（1）结合题意准确作出光路图，注意要作准法线；（2）利用平面几何知识找到入射角和其对应折射角，以及找到边角间三角函数关系；（3）应用折射定律（或折射率公式）更方程求解.4/34专题二全反射和临界角求解方法在解答相关全反射问题时，应依据公式先求出临界角，然后画出光路图，结合相关知识列式求解，或者是先画光路图，再利用相关公式求解未知量.【例2

】

如图2所表示，AB为一直光导纤维，AB之间距离为l，使一光脉冲信号从光导纤维中间入射，射入后在光导纤维与空气界面上恰好发生全反射，由A点传输到B点所用时间为t，求光导纤维所用材料折射率n.图25/34解析

光信号由A点进入光导纤维后，沿AO方向照射到O点，此时入射角α恰好等于临界角.光在此介质中速度为v，而沿水平方向分速度为vsin

α,沿水平方向传输距离为l.设介质折射率为n,则有sin

α=sin

C=

由以上三式解得答案

6/34点评

联络实际全反射问题通常需要建立一定物理模型，这么能将看似极难处理实际问题转化为熟悉情境，所以读懂题意、获取有效信息，是处理这类问题关键.7/34专题三几个测量折射率方法折射率、折射率测量是几何光学中重点，折射率测量试验是一个能够充分发挥学生想像力试验.现介绍几个测量玻璃和透明液体折射率方法，以拓宽学生视野，加深对折射率、折射率测量等知识了解和掌握.1、利用测折射率n8/34

测定透明液体折射率试验器材：圆柱形杯（或桶）一个，细直铁丝一根，直尺一根，短尺一根（小于杯子截面内直径）.

试验方法：①把细直铁丝PA一端斜插入桶内底面边缘，另一端置于桶上边缘，把短尺沿底面直径AC方向放于桶内底面上，使铁丝和底面直径AC在同一竖直平面内，如图3.②铁丝位置固定，把待测液体装满杯子，眼睛沿铁丝PA方向图39/34定，把待测液体装满杯子，眼睛沿铁丝PA方向观察，能够看到底面短尺B点.③用尺子量出AC、OC、OA，从短尺上读出AB，算出BC、OB.④则sinθ1=AC/OA，sinθ2=BC/OB，由得出折射率n.注意：

利用细直铁丝观察，是为了较准确确实定出射光线OP和折射角θ1,提升测量准确度.10/342、利用全反射测折射率（1）测定半圆形玻璃砖折射率.

试验器材：半圆形玻璃砖，激光器，量角器，白纸.

试验方法：①如图4，把半圆形玻璃砖平放于白纸上，激光垂直于玻璃砖弧形侧面水平射入玻璃砖，在圆心O所在直边界面上发生反射和折射.②逐步增大光在该界面上入射角（保持入射点在圆心O处不变）.

直至折射光消失，发生全反射.③用量角器量出此时入射角C（即临界角），由

n=1/sinC得玻璃折射率n.图411/34

（2）测定水折射率.

试验器材：装满水脸盆一个，圆木塞，大头针，尺子.

试验方法：①量出圆木塞半径r，在圆木塞圆心处垂直于圆木塞插一枚大头针，让木塞浮于水面上.②调整大头针插入深度，直至从液面上方各个方向观察，恰好看不到大头针，如图5.③量出大头针高度h，算出OA，临界角C正弦

sinC=r/OA,由n=1/sinC得水折射率.图512/34

3、用视深法估测折射率（1）水垂直视深度与实际深度关系：如图6，水下物S成像于S′，物S实际深度为h，垂直视深度为h′，物S发出光线在水与空气界面上入射角和折射角分别为θ1和θ2.tanθ1=x/h′,tanθ2=x/h①得h/h′=tanθ1/tanθ2，因垂直于水面向下观图613/34察，θ1和θ2很小，所以有tanθ1≈sinθ1,tanθ2≈sinθ2②得h/h′=tanθ1/tanθ2≈sinθ1/sinθ2=n③所以S垂直视深度为h′=h/n④我们能够经过测定水实际深度和垂直视深度代入④式，求得水折射率.14/34

（2）估测水折射率.

试验器材：装满水透明圆柱形玻璃杯一只，尺子，两枚相同硬币.

试验方法：①把一枚硬币投入杯底右侧，如图7，双眼垂直向下观察该枚硬币像，同时手持另一枚硬币紧靠杯右侧外壁，上下慢慢移动，直至二者无水平视差.②用直尺测出硬币垂直视深度h′和实际深度h.③由n=h/h′式求出水折射率.图715/34专题四光干涉问题在应用条纹间距离公式解答问题时，要注意同一色光在不一样介质中波长不一样；不一样色光在同一介质中波长不一样，结合等公式进行求解.【例3】用氦氖激光器进行双缝干涉试验，已知使用双缝间距离d=0.1mm，双缝到屏距离L=6.0m，测得屏上干涉条纹中亮纹间距是3.8cm，氦氖激光器发出红光波长λ是多少？假如把整个装置放入折射率是

4/3水中，这时屏上条纹间距是多少？16/34解析

由条纹间距Δx、双缝间距d、双缝到屏距离L及波长λ关系，可测光波波长，同理知道水折射率，可知该波在水中波长，然后由Δx、d、L、λ关系，可计算条纹间距.由，能够得出红光波长为激光器发出红光波长是6.3×10-7

m.假如整个装置放入水中，激光器发出红光在水中波长为17/34这时屏上条纹间距是答案

6.3×10-7

m

2.8×10-2

m点评

试验装置放在哪种介质中就要用哪种介质中波长进行计算，不可张冠李戴.本题中装置是放在空气中，故要求出在空气中波长.要明确同种色光在不一样介质中传输时，频率不变，但波长随波速改变而改变，要注意18/34素能提升1.（·上海，16）用如图8所示试验装置观察光薄膜干涉现象.图4a是点燃酒精灯（在灯芯上洒些盐），图8b是竖立附着一层肥皂液薄膜金属丝圈.将金属丝圈在其所在竖直平面内迟缓旋转，观察到现象是（）

图819/34A.当金属丝圈旋转30°时干涉条纹同方向旋转30°B.当金属丝圈旋转45°时干涉条纹同方向旋转90°C.当金属丝圈旋转60°时干涉条纹同方向旋转30°D.干涉条纹保持原来状态不变20/34解析因为重力作用，薄膜形成上薄下厚楔形，薄膜干涉是等厚干涉，厚度相同点在一条水平线上.将金属丝圈在其所在竖直平面内迟缓旋转，厚度相同点仍在原水平线上，故干涉条纹保持原来位置不变.答案D21/342.如图9所表示，由红、紫两种单色光组成光束a，以入射角θ1从平行玻璃板上表面O点入射.已知平行玻璃板厚度为d，红光和紫光折射率分别为n1和n2，真空中光速为c.试求：（1）红光在玻璃中传输速度；（2）红光和紫光在下表面出射点之间距离.图922/34解析（1）由题意知，红光在此玻璃中传输速度（2）如图所表示，设红光折射角为θ2，紫光折射角为θ2′，依据折射定律有：红光故23/34答案

（1）(2)24/343.如图10所表示，玻璃球半径为R，折射率n=3，今有一束平行光沿直径AB方向照射在玻璃球上，试求离AB多远入射光线最终射出后沿原方向返回.

解析

作出光路图，如图，由光路图知

θ1=2θ2①②

图1025/34解①②式得：即θ2=30°,θ1=60°.设离AB距离为d入射光线最终射出后沿原方向返回，则d=Rsinθ1，即答案26/344.如图11所表示，ABC是折射率

n=1.5棱镜，用于某种光学仪器中，现有一束光线沿MN

方向射到棱镜AB面上，入射角大小θ1=arcsin0.75，求：（1）光在棱镜中传输速度；（2）画出此束光线射出棱镜后方向，要求写出简明分析过程.（不考虑返回到AB和BC面上光线）图1127/34解析（1）光在棱镜中传输速度（2）由折射率求得AB面上折射角θ2=30°.由几何关系得，BC面上入射角θ=75°-θ2=45°,而n=1.5>2,故全反射临界角所以光在BC面上发生全反射，光路图如图所表示.答案（1）2×108

m/s

(2)看法析28/34

阅卷现场阅卷手记

本章内容主要考查光折射、全反射、色散、衍射、干涉、电磁波谱、电磁场和电磁波以及相对论基本原理等内容.包括方法主要是数学知识在物理中利用.对用数学知识处理物理问题能力要求较高.

本章中错误主要表现在：解题操作过程不规范造成计算错误；将几何光学与物理光学综合时概念不准确；不善于用光路图对动态过程作分析.

29/34易错点实例分析35.不能正确利用折射定律和全反射规律产生错误试题回放

据报道,年北京奥运会为确保奥运通信到达世界一流水平,成功建设了六大通信工程,其中奥运光纤通信网覆盖全部奥运相关场所,为各项比赛提供了安全、可靠、迅捷通信服务.光纤通信是利用光全反射将大量信息高速传输,其工作原理如图所表示,假如有一条圆柱形光导纤维,长为L,它玻璃芯折射率为n1,外层材料折射率为n2,30/34光在空气中传输速度为c,图1中所标φ为全反射临界