1、光學(xué) 單元復(fù)習(xí) 第一講 折射 全反射 色散,一、光的折射、全反射和色散 1光的折射 (1)折射現(xiàn)象：光從一種介質(zhì)斜射進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方 向發(fā)生 的現(xiàn)象 (2)折射定律(如圖1131所示) 內(nèi)容：折射光線與入射光線、法線處在 ，折射光線與入射光線分別位 于 的兩側(cè)，入射角的正弦與折射角的 正弦成 ,圖1131,改變,同一平面內(nèi),法線,正比,表達(dá)式： n12，式中n12是比例常數(shù) 在光的折射現(xiàn)象中，光路是 (3)折射率 定義：光從真空射入某介質(zhì)時(shí)， 的正弦與 的正弦的比值 定義式：n (折射率由介質(zhì)本身和光的頻率決定) 計(jì)算式：n (c為光在真空中的傳播速度，v是光 在介 質(zhì)中的傳播速度，由

2、此可知，n1),可逆的,入射角,折射角,2全反射 (1)發(fā)生條件：光從 介質(zhì)射入 介質(zhì)； 入射角 臨界角 (2)現(xiàn)象：折射光完全消失，只剩下 光 (3)臨界角：折射角等于90時(shí)的入 射角，用C表示，sinC . (4)應(yīng)用：全反射棱鏡；光導(dǎo) 纖維，如圖1132所示,光密,光疏,等于或大于,反射,3光的色散 (1)光的色散現(xiàn)象：含有多種顏色的光被分解為 光的現(xiàn)象 (2)色散規(guī)律：由于n紅n紫，所以以相同的入射角射到棱鏡界 面時(shí)，紅光和紫光的折射角不同，即紫光偏折得更明顯 當(dāng)它們射到另一個(gè)界面時(shí)， 光的偏折最大， 光的偏折最小,單色,紫,紅,(3)光的色散現(xiàn)象說(shuō)明： 白光為復(fù)色光； 同一介質(zhì)對(duì)不同

3、色光的折射率不同，頻率越大的色光折 射率 ； 不同色光在同一介質(zhì)中的傳播速度不同，波長(zhǎng)越短，波 速 ,越大,越慢,1光密介質(zhì)不是指密度大的介質(zhì)，折射率的大小與介質(zhì)的 密度無(wú)關(guān) 2由n 知，當(dāng)光從真空射向其他透明介質(zhì)時(shí)，頻率不變， 波速和波長(zhǎng)都發(fā)生改變,3.關(guān)于視深問題的理解,例題1如圖所示，有一束平行于等邊三棱鏡截面ABC的單色光從空氣射向E點(diǎn)，并偏折到F點(diǎn)已知入射方向與邊AB的夾角為 30，E、F分別為邊AB、 BC的中點(diǎn)，則 (),A該棱鏡的折射率為 B光在F點(diǎn)發(fā)生全反射 C光從空氣進(jìn)入棱鏡，波長(zhǎng)變小 D從F點(diǎn)出射的光束與入射到E點(diǎn)的光束平行,答案：AC,例題2、abc為一全反射棱鏡，它的

4、主截面是等腰直角三角形，如圖1137所示一束白光垂直入射到ac面上，在ab面上發(fā)生全反射，若光線入射點(diǎn)O的位置保持不變，改變光線的入射方向(不考慮自bc面反射的光線)，則： (1)使入射光按圖中所示的順時(shí)針方向逐漸偏轉(zhuǎn)，如果有色光射出ab面，則哪種色光首先射出？ (2)使入射光按圖中所示的逆時(shí) 針方向逐漸偏轉(zhuǎn)，哪種色光 首先射出ab面？,答案(1)紅光(2)無(wú)光射出ab面,例題3 .一賽艇停在平靜的水面上，賽艇前端有一標(biāo)記P離水面的高度為h1=0.6m，尾部下端Q略高于水面；賽艇正前方離賽艇前端S1=0.8m處有一浮標(biāo)，示意如圖。一潛水員在浮標(biāo)前方S2=3.0m處下潛到深度為h2=4.0m時(shí)，

5、看到標(biāo)記剛好被浮標(biāo)擋住，此處看不到船尾端Q；繼續(xù)下潛h=4.0m，恰好能看見Q。 求:,（1）水的折射率n； （2）賽艇的長(zhǎng)度l。（可用根式表示）,解析：（1）設(shè)過P點(diǎn)光線，恰好被浮子擋住時(shí)，入射角、折射角分別為：、則：,（2）潛水員和Q點(diǎn)連線與豎直 方向夾角剛好為臨界角C，則：,例題4.一玻璃立方體中心有一點(diǎn)狀光源。今在立方體的部分表面鍍上不透明薄膜，以致從光源發(fā)出的光線只經(jīng)過一次折射不能透出立方體。已知該玻璃的折射率為，求鍍膜的面積與立方體表面積之比的最小值。,例題5,，根據(jù)折射定律得,代入數(shù)據(jù)得,光線BN恰好在N點(diǎn)發(fā)生全反射，則,為臨界角C,7 設(shè)球心到BN的距離為d，由幾何關(guān)系可知,例

6、題6.一半徑為R的1/4球體放置在水平桌面上，球體由折射率為 的透明材料制成現(xiàn)有一束位于過球心O的豎直平面內(nèi)的光線，平行于桌面射到球體表面上，折射入球體后再?gòu)呢Q直表面射出，如圖所示已知入射光線與桌面的距離為 求出射角.,答案60,解析如圖所示，設(shè)入射光線與1/4球體的交點(diǎn)為C，連接OC，OC即為入射點(diǎn)的法線因此，圖中的角為入射角過C點(diǎn)作球體水平表面的垂線，垂足為B.依題意，COB. 又由OBC知sin ,由幾何關(guān)系知，光線在球體的豎直表面上的入射角為30. 由折射定律得 因此sin 解得60,練習(xí)1如圖所示，一束細(xì)光線a射到、兩種介質(zhì)的界面后，反射光束只有b，折射光束只有c.下列說(shuō)法正確的是

7、A若a是復(fù)色光，則b、c都一定是復(fù)色光 B若a是單色光，則b、c都一定是單色光 C若b是復(fù)色光，則a、c都一定是復(fù)色光 D若b是單色光，則a、c都一定是單色光,答案：BD,練習(xí)2OMN為玻璃等腰三棱鏡的橫截面，a、b兩束可見單色光從空氣垂直射入棱鏡底面MN，在棱鏡側(cè)面OM、ON上反射和折射的情況如圖所示由此可知() 圖493,BD,A在棱鏡內(nèi)a光的傳播速度比b光的小 B在棱鏡內(nèi)a光的傳播速度比b光的大 C棱鏡對(duì)a光的折射率比對(duì)b光的大 D棱鏡對(duì)a光的折射率比對(duì)b光的小,練習(xí)3.如圖所示的裝置可以測(cè)量棱鏡的折射率，ABC表示待測(cè)直角棱鏡的橫截面，棱鏡的頂角為，緊貼直角邊AC是一塊平面鏡一光線SO

8、射到棱鏡的AB面上，適當(dāng)調(diào)整SO的方向，當(dāng)SO與AB成角時(shí)，從AB面射出的光線與SO重合，求棱鏡的折射率,B,練習(xí)5.如圖所示，一個(gè)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(),A,練習(xí)6.如圖所示為半圓柱形玻璃磚的橫截面，其折射率 n ，現(xiàn)有垂直于平面的平行光束射來(lái)，試求在半圓 面上有光線射出的范圍是多大？,由圖可知，在M點(diǎn)剛好發(fā)生全反射時(shí)， Carcsin 45 即45，由此可知，有光線射出的范 圍在MN間，即對(duì)應(yīng)的 圓心角290.,答案：半圓面對(duì)應(yīng)的圓心角在90范圍,練習(xí)

9、7.如圖所示，半圓形玻璃磚置于光屏PQ的左下方一束白光沿半徑方向從A點(diǎn)射入玻璃磚，在O點(diǎn)發(fā)生反射和折射，折射光在光屏上呈現(xiàn)七色光帶若入射點(diǎn)由A向B緩慢移動(dòng)，并保持白光沿半徑方向入射到O點(diǎn)，觀察到各色光在光屏上陸續(xù)消失在光帶未完全消失之前，反射光的強(qiáng)度變化以及光屏上最先消失的光分別是() A減弱，紫光B減弱，紅光 C增強(qiáng)，紫光 D增強(qiáng)，紅光,C,練習(xí)8一半圓柱形透明物體橫截面如圖所示，底面AOB鍍銀(圖中粗線)，O表示半圓截面的圓心一束光線在橫截面內(nèi)從M點(diǎn)入射，經(jīng)過AB面反射后從N點(diǎn)射出已知光線在M點(diǎn)的入射角為30，MOA60，NOB30.求：,(1)光線在M點(diǎn)的折射角； (2)透明物體的折射率

10、,光學(xué) 單元復(fù)習(xí) 第二講 光的波動(dòng)性,二、光的波動(dòng)性 1光的干涉 (1)產(chǎn)生干涉的條件：兩列光的 相同， 恒定 (2)楊氏雙縫干涉 原理如圖1133所示 產(chǎn)生明、暗條紋的條件,頻率,相位差,圖1133,a單色光：若路程差r2r1k(k0,1,2)，光屏上出現(xiàn) ；若路程差r2r1 (2k1) (k0,1,2)，光屏上出現(xiàn) b白光：光屏上出現(xiàn)彩色條紋 相鄰明(暗)條紋間距：x .,明條紋,暗條紋,(3)薄膜干涉 概念：由薄膜的前后表面反射的兩列光相互疊加而成 劈形薄膜干涉可產(chǎn)生平行 條紋 應(yīng)用：檢查工件表面的平整度，還可以做增透膜,等距,2光的衍射 (1)光的衍射現(xiàn)象：光在遇到障礙物時(shí)，偏離直線傳

11、播方向 而照射到 區(qū)域的現(xiàn)象 (2)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：當(dāng)孔或障礙物的尺寸比光波 波長(zhǎng)小，或者跟波長(zhǎng)差不多時(shí)，光才能發(fā)生明顯的衍射 現(xiàn)象,陰影,(3)各種衍射圖樣 單縫衍射：中央為 ，兩側(cè)有明暗相間的條紋，但 間距和 不同用白光做衍射實(shí)驗(yàn)時(shí)，中央條紋仍為 ，最靠近中央的是紫光，最遠(yuǎn)離中央的是紅光 圓孔衍射：明暗相間的不等距 泊松亮斑(圓盤衍射)：光照射到一個(gè)半徑很小的圓盤后， 在圓盤的陰影中心出現(xiàn)的亮斑，這是光能發(fā)生衍射的有力 證據(jù)之一,亮條紋,亮度,白光,圓環(huán),(4)衍射與干涉的比較,3光的偏振現(xiàn)象 (1)偏振光：在 于傳播方向的平面上，只沿著某個(gè)特定的 方向振動(dòng)的光 (2)自然光：太陽(yáng)

12、、電燈等普通光源發(fā)出的光包含沿一切方向 振動(dòng)的光，而且在各個(gè)方向上的光波強(qiáng)度都相等 (3)光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光是 波,垂直,橫,(4)獲得偏振光的方法有兩種：讓自然光經(jīng)過 或使反射 光與折射光垂直 (5)偏振光的應(yīng)用：水下照像、立體電影等 (6)平時(shí)我們所看到的光，除了直接從光源發(fā)出的光以外都是 偏振光,偏振片,第50講 考向互動(dòng)探究,例12011北京卷如圖501所示的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，用綠光照射單縫S時(shí)，在光屏P上觀察到干涉條紋要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，可以() 圖501,C,第50講 考向互動(dòng)探究,A增大S1與S2的間距 B減小雙縫屏到光屏的距離 C將綠光換為紅光 D將綠光換為紫光,第5

13、0講 考向互動(dòng)探究,第50講 考向互動(dòng)探究,點(diǎn)評(píng) 本題考查雙縫干涉現(xiàn)象的條紋間距與波長(zhǎng)的關(guān)系，下面的變式則考查明暗條紋條件,第50講 考向互動(dòng)探究,變式題如圖502所示為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，當(dāng)使用波長(zhǎng)為6107m的橙色光做實(shí)驗(yàn)時(shí)，光屏P點(diǎn)及其上方的P1點(diǎn)形成兩條相鄰的明紋若使用波長(zhǎng)為4107m的紫光重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)時(shí)，在P點(diǎn)和P1點(diǎn)形成的明、暗紋情況是() 圖502,B,第50講 考向互動(dòng)探究,AP和P1都是明紋BP是明紋，P1是暗紋 CP是暗紋，P1是明紋 DP和P1都是暗紋,解析 根據(jù)形成明、暗條紋條件可知：無(wú)論換用哪種波長(zhǎng)的色光，因sPS1PS20，故P點(diǎn)總是明紋橙色光在P1點(diǎn)形成第一級(jí)明條紋

14、，有sP1S2P1S1橙6107 m，對(duì)紫光來(lái)說(shuō)：sP1S2P1S11.5紫，故P1為暗紋,第50講 考向互動(dòng)探究,探究考向二薄膜干涉的理解及應(yīng)用,1薄膜干涉 薄膜干涉是入射光經(jīng)薄膜的前、后表面反射后形成的反射光線疊加產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象薄膜的前、后表面的反射光的路程差等于薄膜厚度的2倍當(dāng)路程差等于介質(zhì)中波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)形成明紋，當(dāng)路程差等于介質(zhì)中半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)形成暗紋薄膜干涉為等厚干涉，薄膜上厚度相等的地方位于同一條紋上 2薄膜干涉的應(yīng)用 (1)檢測(cè)精密零件的表面是否平整 (2)增透膜：膜的厚度為入射光在介質(zhì)中波長(zhǎng)的1/4，增強(qiáng)透射光的強(qiáng)度,第50講 考向互動(dòng)探究,例22011大連模擬把一平行玻璃

15、板壓在另一個(gè)平行玻璃板上，一端用薄片墊起，構(gòu)成空氣劈尖，讓單色光從上方射入，如圖503所示，這時(shí)可以看到明暗相間的條紋下面關(guān)于條紋的說(shuō)法中正確的是() 圖503,AC,第50講 考向互動(dòng)探究,A干涉條紋的產(chǎn)生是由于光在空氣劈尖膜的前后兩表面反射形成的兩列光波疊加的結(jié)果 B干涉條紋中的暗紋是由于上述兩列反射光的波谷與波谷疊加的結(jié)果 C將上玻璃板平行上移，條紋向著劈尖尖端移動(dòng) D觀察薄膜干涉條紋時(shí)，應(yīng)在入射光的另一側(cè),第50講 考向互動(dòng)探究,解析 根據(jù)薄膜干涉的產(chǎn)生原理，上述現(xiàn)象是由空氣劈尖膜前后表面反射的兩列光疊加而成，當(dāng)波峰與波峰、波谷與波谷相遇疊加時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)，形成明紋，所以選項(xiàng)A正確、B錯(cuò)

16、誤；因相干光是反射光，故觀察薄膜干涉時(shí)，應(yīng)在入射光的同一側(cè)，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤；根據(jù)條紋的位置與空氣膜的厚度是對(duì)應(yīng)的，當(dāng)上玻璃板平行上移時(shí)，同一厚度的空氣膜向劈尖尖端移動(dòng)，故條紋向著劈尖尖端移動(dòng)，選項(xiàng)C正確,第50講 考向互動(dòng)探究,點(diǎn)評(píng) 薄膜干涉為等厚干涉，薄膜上厚度決定明暗條紋的級(jí)數(shù)當(dāng)上面的玻璃板平行上移時(shí)，空氣膜厚度逐漸增加，空氣膜厚度與原來(lái)相等的位置的移動(dòng)方向就是條紋移動(dòng)的方向變式題是處理薄膜干涉的定量計(jì)算問題,第50講 考向互動(dòng)探究,B,第50講 考向互動(dòng)探究,第50講 考向互動(dòng)探究,探究考向三光的衍射及偏振現(xiàn)象的應(yīng)用,【技巧概述】 1光的干涉與衍射的比較 (1)光的干涉是在光重疊區(qū)域出現(xiàn)加

17、強(qiáng)或減弱的現(xiàn)象，光的衍射是光繞過障礙物偏離直線傳播的現(xiàn)象 (2)光的干涉產(chǎn)生條件是兩束光頻率相同、相位差恒定，即必須是相干光源，光的衍射產(chǎn)生條件是障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小或相差不多(明顯衍射的條件) (3)光的雙縫干涉圖樣是中央為明紋，兩邊等間距分布明暗相間的條紋，光的單縫衍射圖樣是中央為最寬、最亮的明紋，兩邊不等間距分布明暗相間的條紋,第50講 考向互動(dòng)探究,2自然光與偏振光的比較 (1)自然光是直接從光源發(fā)出的光，偏振光是通過起偏器后的光 (2)自然光在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)的方向沿各個(gè)方向，且沿各個(gè)方向光振動(dòng)的強(qiáng)度相同，偏振光在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)的方向沿特定方

18、向 3偏振光的應(yīng)用：照相機(jī)鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消除車燈眩光等,第50講 考向互動(dòng)探究,例3如圖504所示，在擋板上開一個(gè)大小可以調(diào)節(jié)的小圓孔P，用點(diǎn)光源S照射小孔，小孔后面放一個(gè)光屏M，點(diǎn)光源和小孔的連線垂直于光屏，并與光屏交于其中心當(dāng)小孔的直徑從1.0 mm逐漸減小到0.1 mm的過程中，在光屏上看到的現(xiàn)象將會(huì)是() 圖504,C,第50講 考向互動(dòng)探究,A光屏上始終有一個(gè)圓形亮斑，并且其直徑逐漸減小 B光屏上始終有明暗相間的同心圓環(huán)，并且其范圍逐漸增大 C光屏上先是形成直徑逐漸減小的圓形亮斑，然后是形成范圍逐漸增大而亮度逐漸減弱的明暗相間的同心圓環(huán) D光屏上先是形成直徑逐漸減小的圓

19、形亮斑，然后是形成范圍逐漸減小而亮度逐漸增大的明暗相間的同心圓環(huán),第50講 考向互動(dòng)探究,解析 本題小孔直徑是從1.0 mm逐漸減小到0.1 mm的，所以在開始階段沒有明顯的衍射現(xiàn)象，光基本上是沿直線傳播的，因此在光屏上應(yīng)該得到和小圓孔相似的圓形亮斑當(dāng)孔的直徑減小到0.5 mm以下時(shí)，將發(fā)生較為明顯的衍射現(xiàn)象，所以光屏上出現(xiàn)明暗相間的圓環(huán)；隨著小孔直徑減小，光的衍射現(xiàn)象越來(lái)越明顯，衍射圖樣的范圍越來(lái)越大，相鄰亮紋和相鄰暗紋間的距離也逐漸增大，同時(shí)由于通過小孔的光能越來(lái)越少，所以衍射圖樣的亮度將變得越來(lái)越暗C選項(xiàng)正確,第50講 考向互動(dòng)探究,【技巧點(diǎn)撥】 圓孔的直徑為1.0 mm時(shí)，光不能發(fā)生明顯的衍射，光屏上出現(xiàn)的是圓形光斑，在沒有明顯衍射的情況下，圓孔減小，光斑隨著減??；當(dāng)圓孔減小到一定程度時(shí)，衍射現(xiàn)象比較明顯，隨著圓孔的減小，中心的圓