高中物理一轮复习 第2章 光课件 新人教选修34.ppt

2021/8/11 星期三1考纲点击考纲点击备考考导读1.光的折射定律2.折射率3.全反射、光导纤维4.光的干涉、衍射和偏振现象实验二：测定玻璃的折射率实验三：用双缝干涉测光的波长1.本章由几何光学的光的折射、全反射与物理光学的光的波动性组成，其中光的折射属级要求对于几何光学，要养成规范作图的习惯，并且注意几何知识的应用了解典型现象的光路分析对于光的波动性要注意各种现象发生的条件，各种图样的特点以及遵循的规律2.“考课本”、“不回避陈题”是光学高考命题的特点，“联系实际、联系生活、联系高科技”已成为高考命题的新趋向，也是近年光学命题的热点目前高考中几何光学已淡化了“像”的概念，侧重于“光路”的考查(折射、全反射等)，一般是考查光线的去向的定性分析和定量计算问题光的波动内容近两年命题频率较高题型以选择、简答题为主.2021/8/11 星期三2第1节 光的折射 全反射一、光的折射1.折射现象光从一种介质进入另一种介质，传播方向发生改变的现象.2021/8/11 星期三32021/8/11 星期三4二、全反射1.全反射现象：光照射到两种介质界面上时，光线全部被反射回原介质的现象.2.全反射条件：光线从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角.3.临界角公式：折射角等于90时的入射角，用C表示，sin C1/nv/c.4.有关应用：(1)全反射棱镜(如图甲、乙所示)(2)光导纤维(如图丙所示)甲乙丙2021/8/11 星期三5三、光的色散1.色散现象：一束白光通过三棱镜形成彩色光带的现象2.色散的原因：是由于各种色光在同一介质中传播的速率不同，或者说是同一种介质对不同色光的折射率不同而引起的3.各种色光的比较颜色红橙黄绿蓝靛紫频率f低高同一介质折射率小大同一介质中速度大小真空中波长大小临界角大小透过棱镜的偏折角小大2021/8/11 星期三6折射定律和折射率的应用 (2010海南物理卷)一光线以很小的入射角射入一厚度为d、折射率为n的平板玻璃，求出射光线与入射光线之间的距离(很小时sin，cos 1)【点拨】关键是根据光的折射规律画出光路图，明确哪是已知量，哪是未知量2021/8/11 星期三72021/8/11 星期三8全反射和临界角的应用 (1)光纤通信中，光导纤维递光信号的物理原理是利用光的_现象，要发生这种现象，必须满足的条件是：光从光密介质射向_，且入射角等于或大于_(2)(2010新课标全国卷)如图所示，一个三棱镜的截面为等腰直角ABC，A为直角此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边，进入棱镜后直接射到AC边上，并刚好能发生全反射该棱镜材料的折射率为_(填入正确选项前的字母)2021/8/11 星期三9【点拨】根据折射规律画出折射光路图，由图确定入射角及对应的折射角，代入折射率公式即可求出折射率答案：(1)全反射光疏介质临界角(2)A2021/8/11 星期三10色散问题及其应用 2021/8/11 星期三11【点拨】比较入射角、临界角的关系，判断是否发生全反射。答案：B2021/8/11 星期三12分析全反射问题时，要学会分析光路，灵活的运用全反射的两个条件，不能生搬硬套 如图所示，放在空气中折射率为n的平行玻璃砖，表面M和N平行，P，Q两个面相互平行且与M、N垂直一束光射到表面M上(光束不与M平行)，则()A.如果入射角大于临界角，光在表面M发生全反射B.无论入射角多大，光在表面M都不会发生全反射C.光可能在表面N发生全反射D.由于M与N平行，光只要通过M就不可能在表面N发生全反射2021/8/11 星期三13甲 乙【答案】BD2021/8/11 星期三14第2节 光的波动性一、光的干涉1.杨氏双缝干涉(1)实验装置：如图所示 单缝：获取一束频率一定的波 双缝：将一束频率一定的波分为完全相同的两列波(2)干涉现象2021/8/11 星期三152021/8/11 星期三162.薄膜干涉(1)相干光的取得：膜的前后表面分别反射的两列反射光(2)干涉现象：单色平行光照薄膜时呈现明暗相间条纹 用复色光照射时，则出现彩色条纹(3)应用：检查平面的平整度、增透膜等二、光的衍射1.衍射现象：光在遇到障碍物时，偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象2.光发生明显衍射现象的条件：孔或障碍物的尺寸比光波波长小，或者跟波长差不多2021/8/11 星期三173.衍射图样(1)单缝衍射：中央为亮条纹，两侧有明暗相间的条纹，但间距和亮度不同白光通过单缝发生衍射时，中央为白光，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光(2)圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环(3)泊松亮斑：光照射到一个半径很小的圆盘后，在圆盘的阴影中心出现的亮斑，这是光能发生衍射的有力证据之一2021/8/11 星期三184.双缝干涉和单缝衍射的联系与区别两种现象比较项目单缝衍射双缝干涉条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻亮(暗)条纹间距不等各相邻亮(暗)条纹等间距亮度情况中央条纹最亮，两边变暗清晰条纹，亮度基本相等相同点干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有亮暗相间的条纹2021/8/11 星期三19三、光的偏振1.自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光2.偏振光：自然光通过偏振片时，只有振动方向跟偏振片的透振方向一致的光波才能通过，也就是说，通过偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动，这种光叫做偏振光.3.偏振光的意义与应用：(1)意义：光的偏振现象说明光是一种横波(2)应用：立体电影、照相机镜头、消除车灯眩光等2021/8/11 星期三20双缝干涉的分析与应用 (2010江苏物理卷)(1)激光具有相干性好，平行度好、亮度高等特点，在科学技术和日常生活中应用广泛下面关于激光的叙述正确的是_.A.激光是纵波 B.频率相同的激光在不同介质中的波长相同C.两束频率不同的激光能产生干涉现象 D.利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离 2021/8/11 星期三21(2)如图甲所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.30107 m，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95107 m则在这里出现的应是_(选填“明条纹”或“暗条纹”)现改用波长为6.30107 m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将_(选填“变宽”、“变窄”、或“不变”)(3)如图乙所示，一束激光从O点由空气射入厚度均匀的介质，经下表面反射后，从上面的A点射出已知入射角为i，A与O 相距l，介质的折射率为n，试求介质的厚度d.2021/8/11 星期三222021/8/11 星期三23薄膜干涉的分析与应用 (1)如下图左图是干涉法检查平面的示意图，右图是得到的干涉图样，则干涉图中条纹弯曲处的凹凸情况是_(填“上凸”或“下凹”)(2)透镜表面涂有一层氟化镁薄膜，其折射率n1.38，介于空气和透镜折射率之间入射光垂直入射，为使真空中波长为550纳米的光增透，所涂薄膜的最小厚度为_【点拨】(1)薄膜干涉中同一厚度处产生同一级条纹(2)增透膜的厚度是入射光在膜中波长的1/4.2021/8/11 星期三24答案：(1)下凹(2)1.0107 m2021/8/11 星期三25光的偏振现象 2010年1月4日科幻3D巨作阿凡达在中国震撼上映，掀起观影狂潮已知3D电影的实现与光的偏振密切相关如图，P是一偏振片，P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向下列四种入射光束中，哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光()A.太阳光 B.沿竖直方向振动的光C.沿水平方向振动的光 D.沿与竖直方向成45角振动的光2021/8/11 星期三26【点拨】当光的偏振方向与偏振片的透振方向垂直时，光不能透过偏振片 解析：光是横波，其振动方向与传播方向垂直，振动方向与偏振片的透振方向垂直的光不能通过偏振片，而其他方向的光可以部分或全部透过偏振片，故ABD正确答案：ABD2021/8/11 星期三27在双缝干涉中，光经过单缝和双缝时偏离了直线路径产生了衍射 在做双缝干涉实验时，用白光做光源，将在屏上得到彩色条纹，若在双缝的一条缝前放置红色滤光片(只能透过红光)，而另一缝前加绿色滤光片(只能透过绿光)，则这时()A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹依然存在C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏仍然有光亮D.屏上无任何光亮2021/8/11 星期三28【错解】D 【正解】从双缝中透射出的红光和绿光，它们的频率不相同，不满足产生干涉的条件，所以屏上没有干涉条纹，但由于发生衍射，屏上有红光和绿光到达，因而屏上有光亮，故只有C正确 【答案】C 2021/8/11 星期三29实验二 测定玻璃的折射率实验目的测定玻璃的折射率，掌握光发生折射时入射角和折射角的确定方法实验原理2021/8/11 星期三302.在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O为圆心，以适当长为半径画圆，分别与OA交于C点，与OO(或OO的延长线)交于D点，过C、D两点分别向NN作垂线，交NN于C、D，用直尺量出CC和DD的长如图所示2021/8/11 星期三31实验器材白纸、图钉、大头针、直尺、铅笔、量角器、平木板、长方形玻璃砖实验步骤1.将白纸用图钉按在绘图板上2.在白纸上画出一条直线aa作为界面(线)，过aa上的一点O画出界面的法线NN，并画一条射线OA作为入射光线3.把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa对齐，画出玻璃砖的另一边bb.在多次改变入射角、测量相对应的入射角和折射角正弦值基础上，以sin 值为横坐标、以sin 值为纵坐标，建立直角坐标系，如图所示据数描点，得一条过原点的直线求解图线斜率，设斜率为k，则k1/n.故玻璃砖折射率n1/k.2021/8/11 星期三322021/8/11 星期三332021/8/11 星期三34 (2010福建理综卷)某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行正确操作后，做出的光路图及测出的相关角度如图所示(1)此玻璃的折射率计算式为n_(用图中的1、2表示)；(2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减少误差，应选用宽度_(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量2021/8/11 星期三35 (创新实验设计)某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率，他的操作步骤如下：A.用刻度尺量出半圆形玻璃砖的直径D，算出半径rD/2，然后确定圆心的位置，记在玻璃砖上B.在白纸上画一条直线作为入射光线，并在入射光线上插两枚大头针P1和P2.C.让入射光线跟玻璃砖直径垂直，入射点与圆心O重合，如图所示D.以圆心O为轴，缓慢逆时针转动玻璃砖，同时调整视线方向，恰好看不到P2和P1的像时，停止转动玻璃砖，然后沿半圆形玻璃砖直径画一条直线AB，如上图所示2021/8/11 星期三36(1)该同学利用白纸上描下的P1O和AB两条直线，可算出该玻璃的折射率n，他的根据是什么？(2)如何在图上用刻度尺和圆规作图，求出该玻璃的折射率n.2021/8/11 星期三37实验三 用双缝干涉测光的波长实验目的观察双缝干涉图样，测定单色光的波长实验原理利用测量头测条纹间的距离xa/n-1，根据条纹间距公式xl/d计算波长实验器材双缝干涉仪(光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头)、刻度尺、学生电源、导线2021/8/11 星期三38实验步骤1.观察双缝干涉图样(1)将光屏、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上如图所示(2)接好光源，打开开关，使白炽灯正常发光(3)调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线射到光屏(4)安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝平行，二者间距约510 cm，这时可观察白光的干涉条纹(5)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹2021/8/11 星期三392021/8/11 星期三40注意事项1.双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆卸遮光筒，测量头等元件2.安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行3.光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近4.调节的基本依据：照在屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴线；干涉条纹不清晰主要原因是单缝与双缝不平行，故应正确调节误差分析1.双缝到屏的距离l的测量存在误差2.测条纹间距x带来的误差：(1)干涉条纹没有调到最清晰(2)分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心(3)测量多条亮条纹间的距离时读数带来误差 2021/8/11 星期三41 用双缝干涉测光的波长，实验中采用双缝干涉仪，它包括以下元件：A.白炽灯B.单缝C.光屏D.双缝E.遮光筒F.滤光片(其中双缝和光屏连在遮光筒上)(1)把以上元件安装在光具座上时，正确的排列顺序是：A_(A已写好)(2)正确调节后，在屏上观察到红光的干涉条纹，用测量头测出10条红亮纹间的距离为a，改用绿色滤光片，其他条件不变，用测量头测出10条绿亮纹间的距离为b，则一定有a_b(填“大于”、“小于”或“等于”)(3)在双缝干涉实验中，滤光片的作用是_，单缝的作用是_，双缝的作用是_ 2021/8/11 星期三42【解析】(1)根据双缝干涉实验正确的顺序为FBDEC(2)红光波长比绿光大，由公式x得a大于b.(3)滤光片的作用是得到单色光，单缝的作用是得到线光源，双缝的作用是得到相干光 【答案】(1)FBDEC(2)大于(3)获得单色光形成线光源形成相干光源 (2009北京卷)在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图甲)，并选用缝间距d0.2 mm的双缝屏从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离L700 mm.然后，接通电源使光源正常工作 2021/8/11 星期三43(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第1次映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示，图乙(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图乙(b)中游标尺上的读数x11.16 mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示，此时图丙(b)中游标尺上的读数x2_.(2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离x_mm；这种色光的波长_nm.【答案】(1)15.02 mm(2)2.316.61022021/8/11 星期三442021/8/11 星期三452021/8/11 星期三46