高中物理知識講解光復(fù)習(xí)與鞏固基礎(chǔ)

光復(fù)習(xí)與鞏固編稿：張金虎審稿：李勇康【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．學(xué)會用光的折射、反射定律來處理有關(guān)問題．2．知道測定玻璃磚的折射率的操作步驟．3．了解相干光源，掌握產(chǎn)生干涉的條件．4．明確《用雙縫干涉測量光的波長》實驗原理．5．理解光產(chǎn)生衍射的條件．6．知道光的偏振現(xiàn)象及偏振光的應(yīng)用．7．知道光的色散、光的顏色及光譜的概念．8．知道激光和自然光的區(qū)別及應(yīng)用【知識網(wǎng)絡(luò)】現(xiàn)象現(xiàn)象折射定律入射角、折射角、折射率折射定律：實驗：測定玻璃磚的折射率光的折射條件：兩列波頻率相等、相差恒定、振動情況相同實驗裝置干涉圖樣：單色光是明暗相間、均勻分布的條紋明暗條紋的產(chǎn)生條件：若，出現(xiàn)明條紋；出現(xiàn)暗條紋（）條紋間距：實驗：用雙縫干涉測光的波長雙縫干涉復(fù)色光的雙縫干涉產(chǎn)生色散復(fù)色光的薄膜干涉產(chǎn)生色散及其應(yīng)用復(fù)色光通過三棱鏡折射產(chǎn)生色散光的色散發(fā)生明顯衍射的條件：孔或障礙物尺寸可以與光的波長相比，甚至比光的波長還小衍射圖樣：要會與干涉圖樣區(qū)別實例應(yīng)了解單縫衍射、圓孔衍射、圓板衍射的特點光的衍射偏振光與自然光的區(qū)別獲取偏振光的兩種方法：（1）用偏振片（2）使反射光與折射光垂直，則它們都成為偏振光偏振現(xiàn)象說明光是橫波光的偏振條件：（1）光密介質(zhì)→光疏介質(zhì)（2）入射角≥臨界角臨界角C的計算光的全反射特點應(yīng)用激光【要點梳理】要點一、測定水的折射率的五種方法1．插針法．原理：光的折射定律．方法：如圖所示，取一方木板。在板上畫出互相垂直的兩條線，從它們的交點處畫直線（使），在直線上兩點垂直插兩枚大頭針．把木板放入水中，使與水面相平，與水面垂直．在水面上觀察，調(diào)整視線的像被的像擋住，再在木板處各插一枚大頭針，使擋住的像，擋住及的像．從水中取出木板，畫出直線，量出圖中的角，則水的折射率。2．成像法．原理：利用水面的反射成像和水的折射成像．方法：如圖所示，在一盛滿水的燒杯中，緊挨杯口豎直插一直尺，在直尺的對面觀察水面，能同時看到直尺在水中的部分和露出水面部分的像，若從點看到直尺水下最低點的刻度的像（折射成像）恰好跟直尺在水面上刻度的像（反射成像）重合，讀出的長，量出燒杯內(nèi)徑，即可求出水的折射率。3．視深法．原理：利用視深公式．方法：在一盛水的燒杯底部放一粒綠豆，在水面上方吊一根針，如圖所示．調(diào)節(jié)針的位置，直到針尖在水中的像與看到的綠豆重合，測出針尖距水面距離即為杯中水的視深，再測出水的實際深度，則水的折射率．4．全反射法．原理：全反射現(xiàn)象．方法：在一盛滿水的大玻璃缸下面放一發(fā)光電珠，如圖所示．在水面上觀察，看到一圓的發(fā)光面，量出發(fā)光面直徑及水深，則水的折射率。5．觀察法．原理：光的折射定律．方法：取一圓筒，放在水平桌面上，如圖所示．從點觀察，調(diào)整視線恰好看到筒底邊緣點，慢慢向筒中注入清水至滿，仍從點觀察，能看到筒底的點，記錄點位置，量出筒高，筒的內(nèi)徑及到筒另一邊緣的距離，則水的折射率．要點二、光的折射和全反射1．正確、靈活地理解應(yīng)用折射率公式．教材中給出的折射率公式為（為真空中的入射角，為某介質(zhì)中的折射角）．根據(jù)光路可逆原理，入射角、折射角是可以隨光路的逆向而“換位”的．我們可以這樣來理解記憶：．對臨界角的理解：光線從介質(zhì)進(jìn)入真空或空氣，時，發(fā)生全反射，此時的入射角（介）叫臨界角．由，．2．分析、計算折射問題，要掌握好n的應(yīng)用及有關(guān)數(shù)學(xué)知識．如三角函數(shù)（尤其特殊角的函數(shù)）．例如同一介質(zhì)對紫光折射率大，對紅光折射率?。乩斫鈨牲c：第一，光的頻率（顏色）由光源決定，與介質(zhì)無關(guān)；第二，同一介質(zhì)中，頻率越大的光折射率越大．再應(yīng)用等知識，就能準(zhǔn)確而迅速地判斷有關(guān)色光在介質(zhì)中的傳播速度、波長、入射光線與折射光線偏折程度等問題．3．全反射現(xiàn)象．要記住產(chǎn)生全反射的條件——光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，且入射角大于或等于臨界角．4．有關(guān)色散現(xiàn)象的幾個規(guī)律．（1）同種介質(zhì)對波長不同的光的折射率不同，越大，越??；越小，越大．（2）由知：在同一介質(zhì)中，不同波長的光傳播速度不同，越大，越大；越小，越?。?）光在介質(zhì)中的速度由介質(zhì)和光的頻率共同決定．這與機(jī)械波有很大區(qū)別，因機(jī)械波的傳播速度僅由介質(zhì)決定．要點三、兩面平行的玻璃磚對光路的影響光從玻璃磚上表面處折射后進(jìn)入玻璃中，再從下表面射出玻璃時，滿足發(fā)生全反射的條件之一：即光由光密介質(zhì)（玻璃）進(jìn)入光疏介質(zhì)（空氣），那么是否可能在玻璃磚下表面上發(fā)生全反射呢？回答是不可能．這是由于玻璃磚上、下兩個表面是平行的，在下表面上的入射角等于上表面處的折射角，如圖所示．由光路的可逆性可知在玻璃磚下表面上是不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象的，但光路發(fā)生了側(cè)移．（1）不改變?nèi)肷涔獾男再|(zhì)和方向，只使光線向偏折方向平行側(cè)移，且入射角（）、玻璃磚厚度（）和折射率（）越大，側(cè)移越大．（2）平行光照射到平行玻璃磚上，入射光的寬度等于出射光的寬度，而玻璃磚中折射光的寬度隨入射角的增大而增大．（3）從平行玻璃磚的正上方觀察玻璃磚下面的發(fā)光體，觀察到的位置比發(fā)光體更接近玻璃磚．要點四、對光的干涉、衍射的理解及應(yīng)用1．雙縫干涉．（如圖所示）（1）條件：兩列光波頻率相同．（2）產(chǎn)生明暗條紋的條件（兩列波頻率相同，振動方向相同）．某點到雙縫的路程差為波長的整數(shù)倍時，該點為加強(qiáng)點，該處為亮紋；即．某點到雙縫的路程差為半波長的奇數(shù)倍時，該處為減弱點，為暗紋．即．③圖樣特點：單色光照射時為間距相同的明暗相間的條紋，白光照射時為彩色條紋．④相鄰明紋或暗紋間距．2．單縫衍射．（1）發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：當(dāng)障礙物或小孔的尺寸可以跟光的波長相比，甚至比光的波長還要小時．（2）圖樣特點：中央是一條寬度大的亮紋，其他亮條紋窄而暗，且寬度不等．【典型例題】 類型一、光的折射和全反射綜合分析例1．（2015海南卷）一半徑為R的半圓形玻璃磚，橫截面如圖所示。已知玻璃的全反射臨界角r（r<）。與玻璃磚的底平面成（）角度、且與玻璃磚橫截面平行的平行光射到玻璃磚的半圓柱面上。經(jīng)柱面折射后，有部分光（包括與柱面相切的入射光）能直接從玻璃磚底面射出。若忽略經(jīng)半圓柱內(nèi)表面反射后射出的光，求底面透光部分的寬度?！敬鸢浮俊窘馕觥抗饴穲D如圖所示，沿半徑方向射入玻璃磚的光線，即光線①射到MN上時，根據(jù)幾何知識入射角恰好等于臨界角，即恰好在圓心O處發(fā)生全反射，光線①左側(cè)的光線，經(jīng)球面折射后，射到MN上的角一定大于臨界角，即在MN上發(fā)生全反射，不能射出，光線①右側(cè)的光線射到MN上的角小于臨界角，可以射出，如圖光線③與球面相切，入射角，從MN上垂直射出，根據(jù)折射定律可得，根據(jù)全反射定律，兩式聯(lián)立解得根據(jù)幾何知識，底面透光部分的寬度舉一反三:【高清課堂：光復(fù)習(xí)與鞏固例1】【變式1】如圖為光由玻璃射入空氣中的光路圖。入射光線與直線的夾角為，折射光線與直線的夾角為，，該玻璃的折射率等于_______________?！敬鸢浮俊窘馕觥坑晒饴穲D可知為法線，為界面；左邊為玻璃，右邊為空氣。則．【高清課堂：光復(fù)習(xí)與鞏固例3】【變式2】如圖示，一塊用折射率的透明材料制成的柱體，其截面為圓，圓半徑，當(dāng)一束平行光垂直照射面時，請作出圖中代表性光線通過該透明材料的光路圖（忽略二次反射光線），并計算弧面上被照亮的弧長為多少？【答案】見解析【解析】,當(dāng)時全反射。如圖示對光線2：，，全反射；對光線3：，，不會全反射。如圖示。射到弧面上的光線剛能全反射為，則弧面被照亮：∴．【高清課堂：光復(fù)習(xí)與鞏固例6】【變式3】紅、黃、藍(lán)三束單色光,在某介質(zhì)內(nèi)以相同的入射角射入真空中,下列說法中正確的是（）A在該介質(zhì)中傳播時藍(lán)光速度最大B光從該介質(zhì)射入真空時藍(lán)光偏折角最大C若藍(lán)光發(fā)生了全反射,則紅光、黃光也一定發(fā)生了全反射D若三種色光分別用同一個裝置進(jìn)行雙縫干涉，藍(lán)光干涉條紋間距最大?！敬鸢浮緽類型二、反射與折射的綜合應(yīng)用例2．(2014江蘇卷)Morpho蝴蝶的翅膀在陽光的照射下呈現(xiàn)出閃亮耀眼的藍(lán)色光芒,這是因為光照射到翅膀的鱗片上發(fā)生了干涉。電子顯微鏡下鱗片結(jié)構(gòu)的示意圖如圖。一束光以入射角i從a點入射,經(jīng)過折射和反射后從b點出射。設(shè)鱗片的折射率為n,厚度為d,兩片之間空氣層厚度為h。取光在空氣中的速度為c,求光從a到b所需的時間t【答案】【解析】設(shè)光在鱗片中的折射角為γ,折射定律sini=nsinγ在鱗片中傳播的路程,傳播速度,傳播時間解得,同理,在空氣中的傳播時間。從a到b所需的時間類型三、折射率的測量方法例3．在一個圓形輕木塞的中心插上一根大頭針，然后把它倒放在水面上，調(diào)節(jié)針插入的深度，使觀察者不論在什么位置都剛好不能看到水面下的大頭針，如圖（），量出針露出的長度為，木塞的半徑為，求水的折射率．【思路點撥】使觀察者不論在什么位置都剛好不能看到水下的大頭針，這個現(xiàn)象是光的全反射現(xiàn)象．利用去思考?！敬鸢浮恳娊馕觥窘馕觥吭谡{(diào)節(jié)針插入的深度后，使觀察者不論在什么位置都剛好不能看到水下的大頭針，這個現(xiàn)象是光的全反射現(xiàn)象．產(chǎn)生全反射的條件有兩條：（1）光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)；（2）入射角大于或等于臨界角．當(dāng)光從某種物質(zhì)射向真空（或空氣）時，其臨界角為：，（為介質(zhì)對光的折射率），作圖（b），當(dāng)發(fā)出的光到達(dá)點時恰以臨界角入射，因此．在中：，由此求得?！究偨Y(jié)升華】測量折射率的基本方法都應(yīng)從或全反射現(xiàn)象中去思考．舉一反三:【高清課堂：光復(fù)習(xí)與鞏固例2】【變式】一潛水員自水下目測站立于船頭的觀察者距水面高為,而觀察者目測潛水員距水面深,則( )A、潛水員實際深度大于,觀察者實際高度大于,B、潛水員實際深度小于,觀察者實際高度小于,C、潛水員實際深度大于,觀察者實際高度小于,D、潛水員實際深度小于,觀察者實際高度大于。【答案】C【解析】設(shè)觀察者實際高底為，則，；設(shè)潛水員實際深度為，則，故正確選項為C.類型四、光學(xué)知識的技術(shù)應(yīng)用例4．利用激光遇到物體發(fā)生反射的特點，可以測定物體的有關(guān)參量，如圖甲所示，為固定的激光發(fā)生器和接收器于一體的裝置，為一輛在水平地面上做勻速直線運動的小車，現(xiàn)使對準(zhǔn)勻速行駛的小車，使每隔固定時間發(fā)射一激光脈沖如圖乙所示中幅度大的波形，接收的由小車返回的激光脈沖為圖乙所示中幅度較小的波形，發(fā)射、接收激光脈沖的時間間隔如圖乙中所示，均為已知，則根據(jù)所給信息判斷小車的運動方向為________（填“向左”或“向右”），速度大小為________（光速為）．【答案】向右【解析】若小車不動，發(fā)射激光脈沖后到接收返回脈沖的時間應(yīng)恒定，而從圖形看，從發(fā)射到接收的時間間隔逐漸增大，故可知小車速度方向與激光發(fā)射的方向一致，即小車向右運動．要求小車的速度，關(guān)鍵是要求出小車通過的某段位移和所用時間，可用運動學(xué)中處理追及問題的方法求解。作出運動示意圖，如圖所示．小車在第一次收到脈沖至第二次收到脈沖時，運動的距離等于第二次與第一次激光單程到達(dá)小車時的路程之差．，如圖所示，可知在這段位移削、車運動的時間，故小車的速度大小為．類型五、利用光學(xué)知識解釋自然現(xiàn)象例5．在新世紀(jì)來臨之際，我國天文工作者通過計算機(jī)確定了我國新世紀(jì)第一道曙光的到達(dá)地——浙江溫嶺的石塘鎮(zhèn)（天文學(xué)上規(guī)定：太陽邊緣上發(fā)出的光線與地球相切于點的時刻，就是點日出時刻，如圖所示）．但由于地球大氣層的存在，光線會發(fā)生折射，因此，地球上真實看到日出的時刻與天文學(xué)上規(guī)定的日出時刻有所不同．已知地球平均半徑為，且日地之間的距離約為，假設(shè)點為石塘鎮(zhèn)，地球大氣層的厚度約為．若認(rèn)為大氣層是均勻的，且折射率為，則由于大氣層的存在，石塘鎮(zhèn)看到真實日出的時刻比天文學(xué)上規(guī)定的第一道曙光的時刻約（）到達(dá)．A．提前B．提前C．推遲D．推遲【思路點撥】根據(jù)題意作出示意圖，運用光的折射定律求解?！敬鸢浮緽【解析】根據(jù)題意作出示意圖如圖所示，小圓表示地球，大圓表示大氣外層，點表示石塘鎮(zhèn)，為太陽的第一道曙光，由圖可知，如果沒有大氣層，那么，點只有等到地球轉(zhuǎn)到點時才能看到第一道曙光，然而，由于大氣層的折射，在點就可以看到曙光．由此可見，石塘鎮(zhèn)的第一道曙光會提前出現(xiàn)．在直角三角形中，，所以．根據(jù)折射定律有，則，得．又由圖示可知，，，，，則，因此，提前時間為．【總結(jié)升華】這是一道光學(xué)知識應(yīng)用能力題，要求