新高考物理一轮复习专题十四光教学课件

考点一光的折射与全反射一、光的折射1.折射定律的内容折射光线与入射光线、法线处在同一平面内,折射光线与入射光线分别位于法线的两

侧;入射角的正弦与折射角的正弦成正比。注意在光的折射现象中,光路是可逆的。2.折射率(1)定义式:n=

。(2)与速度的关系:n=

。(3)对折射率的理解①折射率的大小反映了介质对光线的偏折能力。折射率越大,光以相同入射角从真空

射入该介质时偏折的角度越大。②折射率由介质本身的光学性质和入射光的频率共同决定。同一种介质中,频率越大

的光折射率越大,传播速度越小。③光从一种介质进入另一种介质时频率不变,根据n=

来判断光在不同介质中的传播速度,根据v=λf来判断光在不同介质中的波长。④n=

且v<c,故任何介质的折射率都大于1,空气的折射率近似为1。二、全反射1.光密介质和光疏介质

光密介质光疏介质折射率大小介质中的光速小大相对性若n甲>n乙,则甲相对乙是光密介质若n甲<n丙,则甲相对丙是光疏介质2.全反射(1)定义光从光密介质射入光疏介质,当入射角增大到某一角度,使折射角达到90°时,折射光完

全消失,只剩下反射光的现象。(2)条件①光从光密介质射向光疏介质;②入射角大于或等于临界角。(3)临界角①定义:折射角为90°时的入射角叫作临界角C。②公式:光由折射率为n的介质射入空气(或真空)时,sinC=

。(4)应用——光导纤维构造由内芯和外套组成,内芯的折射率比外套的大,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射传播路径

光纤通信原理光的全反射方法光也是一种电磁波,也可以像无线电波那样,作为载体来传递信息。载有声音、图像以及各种数字信号的激光从光纤的一端输入,就可以传到千里以外的另一端,实现通信的目的主要优点容量大、衰减小、抗干扰性强等例1

(多选)为了研究某种透明新材料的光学性质,将其压制成半圆柱形,如图甲所示。一束激光由真空沿半圆柱体的径向与其底面过O的法线成θ角射入。CD为光学传感器,可以探测光的强度,从AB面反射回来的光强随角θ变化的情况如图乙所示。现将这种新材料制成的一根光导纤维束曝露于空气中(假设空气中的折射率与真空中的相同),用同种激光从光导纤维束端面EF射入,且光线与EF夹角为β,如图丙所示。则

(

)

甲A.图甲中若减小入射角θ,则反射光线和折射光线之间的夹角也将变小B.该新材料的折射率为

C.若该激光在真空中波长为λ,则射入该新材料后波长变为

λD.若该束激光不从光导纤维束侧面外泄,则β角需满足0°<β<180°解题指导

解析

若减小入射角θ,反射角和折射角都会减小,所以反射光线和折射光线之间的夹角会变大,A错误。由题图乙知θ≥45°发生全反射,则激光在新材料中的临界角C=45°,由n=

可得新材料的折射率n=

,B正确。由n=

=

=

,可得激光在新材料中的波长λ'=

λ,C正确。若该束激光恰好不从光导纤维束侧面外泄,β角需满足n=

,解得β=0°,所以若该束激光不从光导纤维束侧面外泄,则β角需满足0°<β<180°,D正确。

答案

BCD考点二光的波动性一、光的干涉定义在两列光波叠加的区域,某些区域相互加强,出现亮条纹,某些区域相互减弱,出现暗条纹,且加强区域和减弱区域相互间隔的现象条件两束光的频率相同、振动方向相同且相位差恒定双缝干涉(1)单色光照射产生明、暗条纹的条件①光的路程差r2-r1=±kλ(k=0,1,2,…),光屏上出现亮条纹②光的路程差r2-r1=±(2k+1)

(k=0,1,2,…),光屏上出现暗条纹(2)相邻亮(暗)条纹的中心间距Δx=

λ(3)白光:光屏上出现彩色条纹薄膜干涉(1)原理:薄膜厚度上薄下厚,入射光照在薄膜的不同位置,来自前后两个面的反射光的路程差不同,叠加后出现亮条纹或暗条纹(2)应用:①增透膜;②检测光学平面的平滑度提示

将同一列光波分解为两列光波,可以获得相干光源。双缝干涉和薄膜干涉都是

用此种方法获得相干光源的。例2

(多选)1801年,英国物理学家托马斯·杨完成了著名的双缝干涉实验。如图甲所

示为双缝干涉实验的原理图,单缝S0、屏上的P0点均位于双缝S1和S2连线的中垂线上。

已知入射光在真空中的波长为λ,双缝S1和S2到P点的距离分别为x1、x2,若P点是暗条纹

的中心,改变一个实验条件后,观察到的条纹由乙上图所示变为乙下图所示,下列说法

中正确的是(

)

A.若所改变的实验条件为由a光换为b光,a光能使某种金属发生光电效应,则b光也能使

该金属发生光电效应B.所改变的实验条件可能为增大双缝S1和S2之间的距离C.若将光源改为白炽灯进行实验,在屏上可以得到等宽、等亮的干涉条纹D.x2-x1=nλ(n为正整数)

解析

由相邻亮(暗)条纹的中心间距Δx=

λ可得,Δx减小,可能是双缝S1和S2之间的距离d变大,可能是双缝到屏之间的距离L变小,也可能是入射光的波长λ变小,即入射光的

频率变大。所以若所改变的实验条件为由a光换为b光,a光能使某种金属发生光电效

应,b光也能使该金属发生光电效应,A、B正确。若将光源改为白炽灯进行实验,在屏

上会出现彩色条纹,并不是等宽、等亮的干涉条纹,C错误。P点是暗条纹的中心,则有x

2-x1=(2n+1)

(n=0,1,2,…),D错误。

答案

AB例3

(多选)如图所示,把一矩形均匀薄玻璃板ABCD压在另一个矩形平行玻璃板上,BC一侧用薄片垫起,将红单色光从上方射入,这时可以看到明暗相间的条纹,下列关于这些条纹的说法中正确的是

(

)

A.条纹与AD边平行B.看到的条纹是由薄玻璃板ABCD的上下两个界面的反射光叠加而成的C.如果用手用力捏右侧,会发现条纹保持间距不变,整体向AD侧移动D.看到的条纹越多,说明薄片的厚度越厚

解析

看到的条纹是由空气膜上下表面反射的两列光叠加而成的,B错误。空气膜厚度相同处,产生的条纹亮暗相同,所以条纹与AD边平行,A正确。(关键:如图所示,两

条相邻亮纹的间距L=

,其中D为这两条亮纹所对应的空气膜厚度的差值,D=

)如果用手用力捏右侧,θ角减小,L变大,即条纹间距变大,整体向远离AD侧方向移动,C错

误;看到的条纹越多,说明条纹间距越小,θ角越大,薄片的厚度越厚,D正确。

答案

AD二、光的衍射1.发生明显衍射的条件狭缝或障碍物的尺寸与光的波长相差不多,或比光的波长更小。2.衍射图样

三、单缝衍射与双缝干涉条纹的比较

单缝衍射双缝干涉不同点条纹宽度条纹宽度不相等,中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹中心间距不相等各相邻条纹中心等间距亮度中央条纹最亮,两边较暗清晰条纹,亮度基本相同相同点干涉、衍射都是波特有的现象,属于波的叠加;光的干涉与衍射都有明暗相间的条纹四、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(1)自然光通过偏振片;(2)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。微专题23光路分析一、三棱镜对光路的控制1.对光线的作用:通过三棱镜的光经两次折射后,出射光线向三棱镜底边偏折。2.由于三棱镜的空间对称性及其截面的特殊几何关系,从不同方向以相同的入射角射

入的光线,向同一方向偏折两次后射出时,光线的偏转角δ是相同的(如图所示)。3.全反射棱镜:改变光的传播方向。

4.光的色散(1)现象:一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带,如图所示。(2)成因:三棱镜材料对不同色光的折射率不同,对红光的折射率最小,红光通过三棱镜

后的偏折程度最小;对紫光的折射率最大,紫光通过三棱镜后的偏折程度最大,从而产

生色散现象。(3)各种色光的比较分析颜色红橙黄绿青蓝紫频率低→高光子的能量小→大同一介质中的折射率小→大通过同一棱镜的偏折角小→大同一介质中的传播速度大→小同一介质中的波长大→小同一介质中的临界角大→小例1

(多选)如图所示,一细束白光通过三棱镜折射后分为各种单色光,取其中a、b、c

三种色光,并同时做如下实验:①让这三种单色光分别通过同一双缝干涉实验装置在

光屏上产生干涉条纹(双缝间距和缝屏间距均不变);②让这三种单色光分别照射到某

金属板表面,观察与金属板连接的静电计指针是否转动。下列说法中正确的是

(

)A.在棱镜中a光的速度最大B.如果减小白光在左侧面的入射角,最先消失的是c光C.a光形成的干涉条纹间距最大D.若c光能使该金属板发生光电效应,a光一定不能使该金属板发生光电效应

解析

由题图可得c光的偏折程度最大,所以棱镜对三种色光的折射率nc>nb>na;由n=

可得在棱镜中a光的速度最大,A正确。由n=

可得c光发生全反射的临界角最小,且由题图可知,光从棱镜右侧面射出时,c光的折射角最大,所以如果减小白光在左侧面

的入射角,最先消失的是c光,B正确。三种色光的波长λc<λb<λa,则a光形成的干涉条纹

间距最大,C正确。三种色光的频率fc>fb>fa,则若c光能使该金属板发生光电效应,a光不

一定能使该金属板发生光电效应,D错误。

答案

ABC二、平行玻璃砖对光路的控制1.对光线的作用:通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向,但会发生侧移。如图甲、乙

所示,不同频率的单色光通过相同的玻璃砖,频率越高侧移量越大,反之越小。

2.两束不同频率的单色光以相同的入射角射入玻璃砖,分两种情况。

(1)如图丙所示,随玻璃砖厚度的增大,射出光线的间距先减小后增大。(2)如图丁所示,随玻璃砖厚度的增大,射出光线的间距逐渐增大。例2

如图所示,在测量玻璃砖折射率的实验中,平行玻璃砖abcd与屏P平行放置,从一侧用激光笔以一定角度照射玻璃砖上的O点,此时在屏上的S1处有激光点,移走玻璃砖,激光点移到S2处,A、B为玻璃砖ad边上的两点,其中OA与ad边垂直,B点是线段OS2与ad的交点,已经测出AB=l1,OA=l2,S1S2=l3,则玻璃砖的折射率n是

(

)A.

B.

C.

D.

解析

通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向,如图所示,由几何关系知BC=S1S2=l3;由折射率

的定义式可得n=

;在△OAB中,由几何关系可得sinα=

;在△OAC中,由几何关系可得sinθ=

;联立解得n=

,选项C正确。

答案

C方法技巧

折射率n的三个关系式的选用方法①涉及入射角和折射角,选用n=

;②涉及光传播的时间或光传播的速度,选用n=

;③涉及介质表面有没有光射出或是否发生全反射,选用n=

。三、圆柱体(球)对光路的控制1.对光线的作用:圆柱体(球)或半圆柱体(半球)对光线都有会聚作用,使光线向圆(球)心

偏折。如图所示为光线经过圆柱体(球)偏折的光路图,圆柱体(球)具有高度的对称性,故光路

图也是对称的,入射角等于出射角且光线向圆(球)心偏折。2.平行光线从外部射向半圆柱(半球)弧面的光路图,分两种情况。(1)如图甲所示,光线经过左侧弧(球)面的折射与右侧平面的折射后射出半圆柱(半球),

但不是所有光线都能通过两次折射从半圆柱(半球)射出,只有靠中央部分的平行光线

可以通过两次折射后从右侧平面射出。(2)如图乙所示,两侧的平行光线经过一次折射后