高考物理（山东专用）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(1)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)表达式:

=n12(n12为比例常数)。2.折射率(1)物理意义:折射率反映介质的光学性质。折射率越大,光以相同入射角从真空射入

该介质时,光的偏折角度越大。(2)定义式:n=

,折射率由介质本身的光学性质和光的频率共同决定。(3)与速度的关系:n=

>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,折射光全

部消失,只剩下反射光的现象。(2)条件①光从光密介质射入光疏介质;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。构造由内芯和外套组成,内芯的折射率大于外套的折射

率,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射传播路径

原理光的全反射②与折射率的关系:光从折射率为n的介质射入空气(或真空)时,sinC=

。(4)应用——光导纤维三、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:棱镜对不同色光的折射率不同,对红光的折射率最小,红光通过棱镜后的偏折程度最小;对紫光的折射率最大,紫光通过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→高波长大→小同一介质中的折射率小→大同一介质中的速度

大→小全反射的临界角

大→小通过棱镜的偏折角小→大光子的能量(E=hν)小→大光子的动量

小→大用同一双缝干涉装置产生的条纹中心间距

大→小例1如图所示,一束红光和一束黄光,从O点以相同角度沿PO方向射入横截面为半圆

形的玻璃柱体,其折射光线分别从M、N两点射出,已知α=45°,β=60°,则下列说法正确的

是

(

)

A.ON是红光,OM是黄光B.玻璃柱体对OM光束的折射率为

C.沿ON路径传播的光穿过玻璃柱体所需时间较长D.若将OM光束从N点沿着NO方向射入,可能发生全反射

解析

红光的频率低于黄光的频率,则红光的折射率小于黄光的折射率,又已知两种光均沿PO方向入射后,红光偏转的程度较小,结合题图可知,OM为红光,ON为黄光,故A

错误。对OM光束,根据光的折射定律有nM=

=

=

,故B错误。根据公式n=

,可知光在介质中的传播速度v=

,因为nM<nN,所以vM>vN,而光穿过玻璃柱体的路程相同,则沿ON路径传播的光穿过玻璃柱体所需时间较长,故C正确。OM光束发生全

反射的临界角C有sinC=

=

=

,解得C=45°;若将OM光束从N点沿着NO方向射入,此时的入射角小于临界角,不会发生全反射,故D错误。

答案

C知识拓展解决光的传播时间的一般思路(1)光在同种均匀介质中的传播速度不变,即v=

。(2)光的传播路程s应结合光路图与几何关系进行分析。(3)利用t=

求解光的传播时间。考点二光的波动性一、光的干涉1.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列光波的频率相同、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:薄膜上不同位置厚度一般不同,入射光照

在薄膜的不同位置,来自薄膜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醒将同一单色光波分解为两列光波,可以获得相干光源。2.双缝干涉图样的特点单色光照射:中央为亮条纹,向两侧有明暗相间的条纹,间距相等,亮度基本相同。复合光照射:中央仍然为亮条纹,最靠近中央的为紫光,离中央最远的为红光。二、光的衍射1.发生明显衍射的条件:障碍物或狭缝的尺寸与光的波长相差不多,或比光的波长还小。2.衍射条纹的特点(1)当单色光衍射时,中央为亮条纹,向两侧或四周有明暗相间的条纹,但间距不相等,亮度逐渐变暗。(2)当复合光衍射时,中央仍然为亮条纹,最靠近中央的为紫光,最远离中央的为红光。三、光的干涉和衍射的比较

单缝衍射双缝干涉图样(阴影部分表示亮条纹)

不同点条纹宽度条纹宽度不相等,中央的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间距相等亮度中央条纹最亮,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。例2如图所示的四种明暗相间的条纹分别是黄光、紫光各自通过同一个双缝干涉

仪器形成的干涉图样以及红光、蓝光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(阴影部分

表示亮条纹)。在下面的四幅图中从左往右排列,亮条纹的颜色依次是

(

)

A.黄蓝紫红

B.黄红紫蓝C.蓝紫红黄

D.蓝黄红紫

解析

双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹,所有条纹宽度相同且各相邻条纹等间距,故题图1和3是双缝干涉图样,根据双缝干涉条纹间距Δx=

λ,可知波长λ越大,Δx越大,故题图1是黄光的干涉图样,题图3是紫光的干涉图样;单缝衍射条纹中间明亮且

宽大,越向两侧宽度越小且越暗,故题图2和4为单缝衍射图样,根据波长越长衍射现象

越明显,可知题图4为红光的衍射图样,题图2为蓝光的衍射图样,故从左向右依次是黄

光、蓝光、紫光和红光,故选A。

答案

A

平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)结构玻璃砖上下表面是平行的横截面为三角形横截面是圆对光的作用

通过平行玻璃砖的光不改变传播方向,但要发生侧移

通过三棱镜的光经两次折射后,光向棱镜底面偏折

圆界面的法线是过圆心的直线,光经过两次折射后向圆心偏折应用测量玻璃的折射率全反射棱镜,改变光的传播方向微专题19光路分析一、平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制知识拓展

全反射棱镜:可以改变光的传播方向。

例3某种材料制成的透明砖的截面如图所示,△BOC为直角三角形,∠C=60°,OB=d。

一细束单色光从BC的中点P垂直于BC面入射后,在OC面恰好发生全反射。已知光在

真空中的速度大小为c,则

(

)

A.光从空气射入透明砖中频率变小B.光从空气射入透明砖中波长变长C.透明砖对该光的折射率为

D.光线从P点射到OC面用时为

解析

光从一种介质射入另一种介质,频率不变,故A错误。根据光速与折射率的关系v=

可得,光从空气射入透明砖后,波速v变小,由λ=

可得,光的波长变短,故B错误。画出光在透明砖中的光路图,如图所示,根据题意,结合几何关系,可得临界角为∠1=60

°,其中sin∠1=

,解得透明砖对该光的折射率n=

,故C正确。光在透明砖中的速度大小为v=

,由几何关系可得PD=

d,光线从P点射到OC面时间为t=

=

,故D错误。

答案

C归纳总结

(1)光从一种介质进入另一种介质时频率不变,根据n=

来判断光在介质中的传播速度,再根据v=λf来判断波长变化。(2)折射率越大越容易发生全反射。二、复杂光路分析思路1.复杂光路的特点(1)光路进出不同的界面;(2)涉及光传播的多过程问题;(3)在光路中出现多次折射和反射;(4)可能有全反射(需要判断条件)。2.复杂光路界面的特点:界面可能是平面、曲面等多种形式。3.复杂光路的解决思路(1)判断是否发生全反射:根据题设条件判断光在介质分界面是否发生全反射。(2)准确画出光路图:进入不同界面时,运用几何关系、反射定律、折射定律等找出入射角、反射角以及折射角的关系,画出反射、折射或者全反射的光路图,必要时可以

根据光路可逆原理等画出光路图。(3)求解相关问题。易错警示一束光从一种介质射向另一种介质时,一般情况在分界面上有入射光、反

射光和折射光,当在分界面发生全反射时,在分界面上只有入射光和反射光,折射光消

失。例4如图为一个透明光学元件的截面图,左侧为矩形,BC边水平,AB边长为6cm,AD边

长为5

cm,右侧边界是半径为6cm的四分之一圆弧。一束单色光由空气从左侧边界上距B点1cm的P点与水平线成45°角射入光学元件,在元件中第一次到达边界的位置

为D点。已知光在真空中的传播速度为c=3×108m/s。求:

(1)该光学元件的折射率;(2)光束从入射至第一次离开光学元件所用的时间(结果可用根号表示)。

解析

(1)如图甲所示

由几何关系可知tanr=

=

,可知r=30°,根据n=

,联立解得n=

=

。(2)由n=

解得C=45°,如图乙所示,由几何关系可知∠PDC=60°>C,所以光束在D点发生全反射,由