高中物理知識講解光復(fù)習與鞏固基礎(chǔ)

光復(fù)習與鞏固編稿：張金虎審稿：李勇康【學習目標】1．學會用光的折射、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．這與機械波有很大區(qū)別，因機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)習與鞏固例6】【變式3】紅、黃、藍三束單色光,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)中傳播時藍光速度最大B光從該介質(zhì)射入真空時藍光偏折角最大C若藍光發(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行雙縫干涉，藍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），當發(fā)出的光到達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?！敬鸢浮緾【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、利用光學知識解釋自然現(xiàn)象例5．在新世紀來臨之際，我國天文工作者通過計算機確定了我國新世紀第一道曙光的到達地——浙江溫嶺的石塘鎮(zhèn)（天文學上規(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上規(guī)定的第一道曙光的時刻約（）到達．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】這是一道光學知識應(yīng)用能力題，要求