光學(xué)相對論簡介１光的折射和全反射第十二章光學(xué)１光的折射和全反射第十二章主要內(nèi)容要求說明光的折射定律Ⅱ折射率Ⅰ全反射、光導(dǎo)纖維Ⅰ光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象Ⅰ狹義相對論的基本假設(shè)Ⅰ經(jīng)典時空觀和相對論時空觀Ⅰ主要內(nèi)容要求說明光的折射定律Ⅱ折射率Ⅰ全反射、光導(dǎo)纖維Ⅰ光的主要內(nèi)容要求說明質(zhì)速關(guān)系、質(zhì)能關(guān)系Ⅰ相對論質(zhì)能關(guān)系式Ⅰ實驗：測定玻璃的折射率實驗：用雙縫干涉測光的波長主要內(nèi)容要求說明質(zhì)速關(guān)系、質(zhì)能關(guān)系Ⅰ相對論質(zhì)能關(guān)系式Ⅰ實驗：

本章幾何光學(xué)部分的主要內(nèi)容是光的折射定律、色散現(xiàn)象、全反射現(xiàn)象等，是高考的命題熱點，幾乎年年必考；物理光學(xué)部分的主要內(nèi)容是光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象等，高考命題的難度一般都不大，只要知道相關(guān)的一些光現(xiàn)象的原理即可．從近幾年的高考來看，折射定律和不同色光的折射率問題時常考到，題型多以選擇題、計算題形式出現(xiàn)，偶爾出作圖題．本章幾何光學(xué)部分的主要內(nèi)容是光的折射定律、色

本章的兩個實驗，在高考中時有出現(xiàn)，其中測定玻璃的折射率實驗，常被改造創(chuàng)新考查，如果不能分析出實驗原理，則這個實驗有可能成為考試的難點；用雙縫干涉測光的波長實驗，在出題時一般與原實驗相同，但其中的讀數(shù)問題有可能成為難點．相對論部分內(nèi)容非常抽象，而且考綱對相對論的要求不高，僅要求知道質(zhì)速關(guān)系、質(zhì)能關(guān)系及時鐘變慢、長度縮短效應(yīng)等．本章的兩個實驗，在高考中時有出現(xiàn)，其中測定玻

未來高考對本章知識的考查還會將主要方向放在光的折射、全反射、干涉和衍射上．在復(fù)習(xí)中應(yīng)從以下幾個方面進(jìn)行突破：

1．作圖是研究幾何光學(xué)的重要方法，在復(fù)習(xí)過程中要加強作圖規(guī)范訓(xùn)練，要求能正確熟練地畫出光路圖．

2．在解決全反射問題時，抓住臨界條件是關(guān)鍵．畫出臨界光路圖，再結(jié)合幾何知識求解．因此在加強學(xué)生的作圖能力訓(xùn)練的同時，也要注重用數(shù)學(xué)知識解決物理問題能力的培養(yǎng)．未來高考對本章知識的考查還會將主要方向放在光

3．對光的干涉、衍射可結(jié)合機(jī)械波的相關(guān)知識去理解，包括明暗條紋的特點及產(chǎn)生原理等，注意區(qū)分干涉圖樣和衍射圖樣．

4．相對論部分，注意應(yīng)用相對論的條件，只有涉及的速度可與光速相比時才考慮相對論效應(yīng)．建議不必在這部分花太多時間，只要記住結(jié)論，并能在簡單問題中套用即可．3．對光的干涉、衍射可結(jié)合機(jī)械波的相關(guān)知識光光的折射折射定律折射率全反射現(xiàn)象全反射條件光導(dǎo)纖維光的干涉光的衍射光的偏振光的波動性光的全反射折射現(xiàn)象光光的折射折射定律折射率全反射現(xiàn)象全反射條件光導(dǎo)纖維光的干涉近代物理學(xué)量子論初步普朗克的量子說相對論狹義相對論基本原理狹義相對性原理光速不變原理時空相對性同時的相對性長度的相對性時間間隔的相對性重要結(jié)論*速度變換質(zhì)速關(guān)系質(zhì)能關(guān)系*廣義相對論近代物理學(xué)量子論初步普朗克的量子說相對論狹義相對論基本原理狹1.光的折射現(xiàn)象(1)光從

進(jìn)入

，傳播方向發(fā)生

的現(xiàn)象稱為光的折射現(xiàn)象.(2)光的折射定律：折射光線在入射光線和法線所確定的平面內(nèi)，折射光線和入射光線分居于

，入射角正弦與折射角

之比為一常數(shù).一種介質(zhì)另一種介質(zhì)改變法線兩側(cè)正弦1.光的折射現(xiàn)象一種介質(zhì)另一種介質(zhì)改變法線兩側(cè)正弦(3)折射率(絕對折射率n)光從真空射入某種介質(zhì)時入射角正弦與折射角正弦的比值，叫做這種介質(zhì)的折射率，即n=

．(4)在折射現(xiàn)象中光路是

.可逆的(3)折射率(絕對折射率n)可逆的(5)光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)兩種介質(zhì)相比較，折射率大的介質(zhì)叫

介質(zhì)，折射率小的介質(zhì)叫

介質(zhì).注意：光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對的，如水相對于空氣來說是光密介質(zhì)，水相對于酒精來說是光疏介質(zhì).光密光疏(5)光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)兩種介質(zhì)相比較，折射率大的介質(zhì)叫2.全反射(1)光從

介質(zhì)射向

介質(zhì)時，當(dāng)

超過某一角度C(臨界角)時，折射光線

，只剩下反射光線的現(xiàn)象叫全反射.(2)臨界角C：折射角等于

時的入射角叫做臨界角.當(dāng)光從介質(zhì)射向真空或空氣時有：光密光疏入射角消失90°2.全反射光密光疏入射角消失90°(3)全反射條件①

.②

.常見的全反射現(xiàn)象有：光導(dǎo)纖維，內(nèi)窺鏡，海市蜃樓，沙漠蜃景等.光線從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)入射角大于或等于臨界角(3)全反射條件光線從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)入射角大于或等于臨3.棱鏡(1)橫截面為

或

的透明體稱為棱鏡.(2)棱鏡對光線的偏折作用：如圖12-1-1所示，當(dāng)光線從空氣射入玻璃棱鏡時，出射光線向底邊偏折，偏折角度θ隨棱鏡材料的折射率增大而

.圖12-1-1三角形梯形增大3.棱鏡圖12-1-1三角形梯形增大(3)全反射棱鏡：橫截面是

.的棱鏡叫全反射棱鏡.由于光從玻璃射向空氣的臨界角大約為42°，故當(dāng)光從全反射棱鏡的任一邊垂直射入時，都發(fā)生全反射，如圖12-1-2(甲)、(乙)所示.等腰直角三角形圖12-1-2(3)全反射棱鏡：橫截面是.的棱鏡叫全反射棱鏡(4)光的色散白光經(jīng)過三棱鏡后，透射光線在屏上形成按

順序排列的彩色光譜，這種現(xiàn)象就叫做光的

，如圖12-1-3所示.圖12-1-3紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫色散(4)光的色散圖12-1-3紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫色散光的色散表明白光是

；同時，棱鏡材料對不同顏色的折射率不同，其中對

的折射率最大，對

的折射率最小.復(fù)色光紫光紅光光的色散表明白光是；同時，棱鏡材料對不同顏色的折射

折射與全反射的綜合應(yīng)用問題一束單色光由左側(cè)射入盛有清水的薄壁圓柱形玻璃杯，圖12-1-4為過軸線的截面圖，調(diào)整入射角α，使光線恰好在水和空氣的界面上發(fā)生全反射，已知水的折射率為，求sinα的值.折射與全反射的綜合應(yīng)用問題圖12-1-4圖12-1-4光線恰好在界面發(fā)生全反射時有,C為臨界角；當(dāng)光線從左側(cè)射入時，由折射定律有，聯(lián)立這兩式代入數(shù)據(jù)可得sinα=

.分析光的全反射、臨界角問題要注意：

(1)畫出恰好發(fā)生全反射的光路圖.

(2)找出臨界角，利用幾何知識分析線、角關(guān)系，進(jìn)行求解.光線恰好在界面發(fā)生全反射時有,C為臨界角；當(dāng)變式訓(xùn)練1：圖12-1-5表示兩底面平行的玻璃磚的截面圖，一束平行于CD邊的單色光入射到AC界面上，a、b是其中的兩條平行光線.光線a在玻璃磚中的光路已給出.畫出光線b從玻璃磚再次出射的光路圖，并標(biāo)出出射光線與界面法線夾角的度數(shù).圖12-1-5變式訓(xùn)練1：圖12-1-5表示兩底面平行的玻璃磚的截面圖，一光的折射和全反射ppt課件折射率與光速及波長（頻率）關(guān)系問題圖12-1-6彩虹是在雨后因光的色散而形成的，如圖12-1-6所示為太陽光射到空氣中的小水珠發(fā)生色散形成彩虹的光路示意圖，a、b為兩種從小水珠中射出的單色光.折射率與光速及波長（頻率）關(guān)系問題圖12-1-6彩虹是在以下說法正確的是(

)A.水對a光的折射率大于水對b光的折射率B.a光的頻率大于b光的頻率C.在水珠中a光的傳播速度大于b光的傳播速度D.逐漸增大入射角，則b光比a光先發(fā)生全反射以下說法正確的是()如圖，作出入射點的法線，可知在入射角相同的情況下，a光的折射角大于b光的折射角，由公式n=，可得折射率na<nb，A錯誤；由于na<nb知頻率νa<νb，B錯誤；由v=可知，C正確；當(dāng)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時才會發(fā)生全反射，水的折射率比空氣大，所以無論入射角多大都不會發(fā)生全反射，D錯誤.如圖，作出入射點的法線，可知在入射角相同的情況下，a光的

不同頻率的色光在同一介質(zhì)中傳播時，該介質(zhì)對頻率較高的色光折射率大，對頻率較低的色光折射率小.一般來講，在界面兩側(cè)偏折越大的光線，折射率越大，頻率越大，波長越小，臨界角越小，在介質(zhì)中傳播速度越小.根據(jù)這一結(jié)論，只需比較水對這兩種色光的折射率大小即可判定色光的頻率、波速、波長、臨界角大小.折射率是聯(lián)系幾何光學(xué)與物理光學(xué)的橋梁，在研究同一介質(zhì)對不同色光的折射率與光速及波長（頻率）關(guān)系時，此公式是重要的理論依據(jù).不同頻率的色光在同一介質(zhì)中傳播時，該介質(zhì)對頻率較高的色

變式訓(xùn)練2：如圖12-1-7所示，一個三棱鏡的截面為等腰直角△ABC，∠A為直角．此截面所在平面內(nèi)的光線沿平行于BC邊的方向射到AB邊，進(jìn)入棱鏡后直接射到AC邊上，并剛好能發(fā)生全反射．該棱鏡材料的折射率為______.(填入正確選項前的字母)圖12-1-7變式訓(xùn)練2：如圖12-1-7所示，一個三棱答案：A答案：A基礎(chǔ)訓(xùn)練

1.如圖12-1-8所示，一束白光通過玻璃棱鏡發(fā)生色散現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．紅光的偏折最大，紫光的偏折最小

B．紅光的偏折最小，紫光的偏折最大

C．玻璃對紅光的折射率比紫光大

D．玻璃中紫光的傳播速度比紅光大B圖12-1-8基礎(chǔ)訓(xùn)練1.如圖12-1-8所示，一束白光通過玻璃棱鏡基礎(chǔ)訓(xùn)練

2.如圖12-1-9所示，一束由兩種色光混合的復(fù)色光沿PO方向射向一上、下表面平行的厚玻璃平面鏡的上表面，經(jīng)折射后得到Ⅰ、Ⅱ兩單色光束，則()A．出射光束Ⅰ、Ⅱ一定相互平行B．光束Ⅰ在玻璃中的折射率比光束Ⅱ小C．光束Ⅰ在玻璃中的傳播速度比光束Ⅱ大D．光束Ⅰ的雙縫干涉條紋間距比光束Ⅱ大圖12-1-9基礎(chǔ)訓(xùn)練2.如圖12-1-9所示，一束由兩種色光混合的復(fù)基礎(chǔ)訓(xùn)練

解析：射入玻璃的光線，經(jīng)平面鏡反射后，再次從玻璃射出時，出射光線與入射光線關(guān)于反射點對稱，光束Ⅰ、Ⅱ均如此，所以Ⅰ、Ⅱ平行，A正確；由圖知Ⅰ光線折射程度大，所以Ⅰ光折射率大、在介質(zhì)中速度小，B、C錯；頻率高的光，雙縫干涉的條紋間距小，D錯．答案:A基礎(chǔ)訓(xùn)練解析：射入玻璃的光線，經(jīng)平面鏡反射基礎(chǔ)訓(xùn)練

3.夏天，海面上下層空氣的溫度比上層空氣的溫度低，我們設(shè)想海面上的空氣是由折射率不同的許多水平氣層組成，遠(yuǎn)處的景物發(fā)出的光線由于不斷被折射，越來越偏離原來方向，以致發(fā)生全反射，人們逆著光線看去就出現(xiàn)了蜃景，如圖12-1-10所示，下列說法正確的是()圖12-1-10基礎(chǔ)訓(xùn)練3.夏天，海面上下層空氣的溫度比上層空氣的溫基礎(chǔ)訓(xùn)練A．海面上，上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要小

B．海面上，上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要大

C．蜃景不遵從光的折射定律

D．B是蜃景，A是景物基礎(chǔ)訓(xùn)練A．海面上，上層空氣的折射率比下層空氣的基礎(chǔ)訓(xùn)練

解析：海面上下層空氣的溫度比上層空氣的溫度低，因此下層空氣的折射率較大．入射光線從下層射向上層時，折射角比入射角大，這樣在更上層的入射中入射角逐漸增大，遵從折射定律，最后會發(fā)生全反射現(xiàn)象．

答案：A基礎(chǔ)訓(xùn)練解析：海面上下層空氣的溫度比上層空氣基礎(chǔ)訓(xùn)練

4.一束復(fù)色光由空氣射向玻璃，發(fā)生折射而分為a、b兩束單色光．其傳播方向如圖12-1-11所示．設(shè)玻璃對a、b的折射率分別為na和nb，a、b在玻璃中的傳播速度分別為va和vb，則()A．na=nb

B．na<nbC．va=vb

D．va<vbD圖12-1-11基礎(chǔ)訓(xùn)練4.一束復(fù)色光由空氣射向玻璃，發(fā)生折射而分為提升訓(xùn)練

5.如圖12-1-12所示，有一束平行于等邊三棱鏡截面ABC的單色光從空氣射向點E，并偏折到F點，已知入射方向與AB邊的夾角為q=30°，E、F分別為邊AB、BC的中點，則()A．該棱鏡的折射率為B．光在F點發(fā)生全反射C．光從空氣進(jìn)入棱鏡，波長變小D．從F點出射的光束與入射到E點的光束平行圖12-1-12提升訓(xùn)練5.如圖12-1-12所示，有一束平行于提升訓(xùn)練提升訓(xùn)練提升訓(xùn)練

6.如圖12-1-13所示，水中有一個球形空氣泡，由兩種不同頻率的a、b單色光組成的一細(xì)束復(fù)合光P從水中射向空氣泡左側(cè)，經(jīng)過二次折射后，分別從空氣泡的右側(cè)上的M、N兩點射出球體．則下列說法中正確的是()A．a(chǎn)光的頻率比b光的頻率小

B．在水中a光的波長比b光的波長長

C．在水中a光的速度比b光的速度大

D．若a、b兩束光從水中射向空氣，則a光發(fā)生全反射時的臨界角比b光的小

圖12-1-13提升訓(xùn)練6.如圖12-1-13所示，水中有一個球形空氣泡提升訓(xùn)練