选修光的折射全反射与光的波动性复习.pptx
会计学1选修光的折射全反射与光的波动性复习选修光的折射全反射与光的波动性复习2.2.折射定律折射定律(如图如图2 21 11)1)(1)(1)内内容容：折折射射光光线线与与入入射射光光线线、法法线线处处在在同同一一平平面面内内，折折射射光光线线与与入入射射光光线线分分别别位位于于法法线线的的两两侧侧；入入射射角角的的正正弦弦与与折射角的正弦成正比折射角的正弦成正比 (2)(2)表达式表达式：n n，式中式中n n是比例常数是比例常数 (3)(3)光的折射现象中，光路是可逆的光的折射现象中，光路是可逆的第1页/共34页二、折射率二、折射率1 1物物理理意意义义：折折射射率率仅仅反反映映介介质质的的光光学学特特性性，折折射射率率大大，说明光从真空射入到该介质时，偏折大，反之偏折小说明光从真空射入到该介质时，偏折大，反之偏折小2 2定定义义式式：n n 不不能能说说n n与与sin sin 1 1成成正正比比、与与sin sin 2 2成成反反比折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定比折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定3 3计算公式：计算公式：n n ，因，因v v c c，任何介质的折射率总大于，任何介质的折射率总大于1.1.第2页/共34页(1)(1)公公式式n n 中中，不不论论是是光光从从真真空空射射入入介介质质，还还是是由由介介质质射射入入真真空空，1 1总总是是真真空空中中的的光光线线与与法法线线间夹角，间夹角，2 2总是介质中的光线与法线间的夹角总是介质中的光线与法线间的夹角(2)(2)折折射射率率由由介介质质本本身身性性质质决决定定，与与入入射射角角的的大大小小无无关关第3页/共34页1 1一一个个圆圆柱柱形形筒筒，直直径径12 12 cmcm，高高16 16 cm.cm.人人眼眼在在筒筒侧侧上上方方某某处处观观察察，所所见见筒筒侧侧的的深深度度为为9 9 cmcm，当当筒筒中装满液体时，则恰能看到筒侧的最低点求：中装满液体时，则恰能看到筒侧的最低点求：(1)(1)此液体的折射率；此液体的折射率；(2)(2)光在此液体中的传播速度光在此液体中的传播速度第4页/共34页解析：解析：根据题中的条件作出光路图如图所示根据题中的条件作出光路图如图所示答案：答案：(1)(1)(2)2.25(2)2.2510108 8 m/s m/s第5页/共34页 一、全反射一、全反射 1 1条件条件：(1)(1)光从光密介质射入光疏介质光从光密介质射入光疏介质 (2)(2)入射角大于等于临界角入射角大于等于临界角 2 2现象：折射光完全消失，只剩下反射光现象：折射光完全消失，只剩下反射光 3 3临临界界角角：sin sin C C ，C C为为折折射射角角等等于于9090时时的的入入射射角角 4 4应用应用：(1)(1)全反射棱镜全反射棱镜 第6页/共34页 二、光的色散二、光的色散 1 1色色散现象：散现象：白白光光通通过过三三棱棱镜镜会会形形成成由由红红到到紫紫各各色色光光组组成成的的彩彩色色光光谱谱 2 2规律：规律：由由于于n n红红 n n紫紫，所所以以以以相相同同的的入入射射角角射射到到棱棱镜镜界界面面时时，红红光光和和紫紫光光的的折折射射角角不不同同，就就是是说说紫紫光光偏偏折折的的更更明明显显些些，当当它它们们射射到到另另一一个个界界面面时时，紫紫光光的的偏偏向向角角最最大大，红红光光偏偏向向角角最最小小第7页/共34页1 1玻璃砖和三棱镜对光路的控制作用玻璃砖和三棱镜对光路的控制作用 (1)(1)玻璃砖对光路的控制玻璃砖对光路的控制 对对于于两两面面平平行行的的玻玻璃璃砖砖，其其出出射射光光线线和和入入射射光光线线平平行行，且光线发生了侧移如图且光线发生了侧移如图2 21 13 3所示，侧移距离为所示，侧移距离为d d.(2)(2)三三棱棱镜镜对对光光路路的的控控制制通通过过玻玻璃璃棱棱镜镜光光线线经经两两次次折折射射后后，出射光线向棱镜底面偏折，如图出射光线向棱镜底面偏折，如图2 21 14 4所示所示第8页/共34页2 2各色光特点对比表各色光特点对比表(对同一种介质对同一种介质)颜色颜色红橙黄绿蓝靛紫红橙黄绿蓝靛紫频率频率低低高高折射率折射率小小大大速度速度大大小小波长波长大大小小临界角临界角大大小小第9页/共34页2 2已已知知某某玻玻璃璃对对蓝蓝光光的的折折射射率率比比对对红红光光的的折折射射率率大大，则则两两种光种光()A A在该玻璃中传播时，蓝光的速度较大在该玻璃中传播时，蓝光的速度较大 B B以以相相同同的的入入射射角角从从空空气气斜斜射射入入该该玻玻璃璃中中，蓝蓝光光折折射射角角较大较大 C C从该玻璃中射入空气发生全反射时，红光临界角较大从该玻璃中射入空气发生全反射时，红光临界角较大 D D用用同同一一装装置置进进行行双双缝缝干干涉涉实实验验，蓝蓝光光的的相相邻邻条条纹纹间间距距较大较大第10页/共34页 解解析析：在在同同一一种种玻玻璃璃中中，红红光光的的折折射射率率小小于于蓝蓝光光的的折折射射率率，由由v v 可可知知，蓝蓝光光在在该该玻玻璃璃中中的的传传播播速速度度小小于于红红光光，选选项项A A错错误误；两两种种光光的的入入射射角角相相同同，由由sin sin r r 可可知知，蓝蓝光光的折射角小于红光的折射角，选项的折射角小于红光的折射角，选项B B错误；由错误；由 sin sin C C 可可知知，红红光光的的临临界界角角大大于于蓝蓝光光的的临临界界角角，选选项项C C正正确确；由由于于红红光光的的频频率率小小于于蓝蓝光光的的频频率率，则则红红光光的的波波长长较较长，由干涉条纹间距公式长，由干涉条纹间距公式 x x 可知，红光的条纹间距较大，选项可知，红光的条纹间距较大，选项D D错误错误 答案：答案：C C第11页/共34页 3.3.如如图图2 21 15 5，一一透透明明半半圆圆柱柱体体折折射射率率为为n n2 2，底底面面半半径径为为R R、长长为为L L.一一平平行行光光束束从从半半圆圆柱柱体体的的矩矩形形表表面面垂垂直直射射入入，从从部部分分柱面有光线射出求该部分柱面的面积柱面有光线射出求该部分柱面的面积S S.解解析析：半半圆圆柱柱体体的的横横截截面面如如右右下下图图所所示示，OOOO 为为半半圆圆的的半半径径设设从从A A点点入入射射的的光光线线在在B B点点处处恰恰好好满满足足全全反反射射条条件件，由由折折射定律有射定律有nsin 1 式中，为全反射临界角由几何关系得 OOB S2RLOOB 代入题给条件得 S RL.答案：RL第12页/共34页一、光的干涉一、光的干涉1 1条件条件 (1)(1)两两列列光光的的频频率率相相同同，且且具具有有恒恒定定的的相相位位差差，才才能能产产生生稳定的干涉现象稳定的干涉现象 (2)(2)将将同同一一列列光光波波分分解解为为两两列列光光波波，可可以以获获得得相相干干光光源源双缝干涉和薄膜干涉都是用此种方法获得相干光源双缝干涉和薄膜干涉都是用此种方法获得相干光源第13页/共34页2 2杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 (1)(1)原理如图原理如图2 21 16 6所示所示 (2)(2)明、暗条纹的条件明、暗条纹的条件 单色光：单色光：a a光光的的路路程程差差r r2 2r r1 1k k(k k0,1,20,1,2)光光屏屏上上出出现现明明条条纹纹 b b光光的的路路程程差差r r2 2r r1 1(2(2k k1)1)，(k k0,1,20,1,2)光光屏屏上上出出现暗条纹现暗条纹 白光：光屏上出现彩色条纹白光：光屏上出现彩色条纹 (3)(3)条纹间距公式：条纹间距公式：x x .第14页/共34页3 3薄膜干涉薄膜干涉 (1)(1)原原理理：薄薄膜膜厚厚度度上上薄薄下下厚厚，入入射射光光照照在在薄薄膜膜的的同同一一位位置置，来来自自前前后后两两个个面面的的反反射射光光路路程程差差不不同同，叠加后出现明条纹或暗条纹叠加后出现明条纹或暗条纹 (2)(2)应用应用：增透膜增透膜 利用光的干涉检查平整度利用光的干涉检查平整度第15页/共34页 二、光的衍射二、光的衍射 1 1定定义义：光光离离开开直直线线路路径径绕绕到到障障碍碍物物阴阴影影里里去去的的现现象象叫叫光光的的衍衍射射，衍衍射产生的明暗条纹或光环叫衍射图样射产生的明暗条纹或光环叫衍射图样 2 2衍射图样衍射图样 (1)(1)单单缝衍射缝衍射 单单色色光光：明明暗暗相相间间的的不不等等距距条条纹纹，中中央央亮亮纹纹最最宽宽最最亮亮，两两侧侧条条纹纹具具有对称性有对称性(2)圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环，圆环远远超过孔的直线照明的面积(3)圆盘衍射：明暗相间的不等距圆环，中心有一亮斑称为泊松亮斑(证实波动性)3产生明显衍射条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多第16页/共34页三、光的偏振三、光的偏振1 1自然光与偏振光的区别自然光与偏振光的区别 (1)(1)自自然然光光：在在任任意意一一个个垂垂直直于于光光传传播播方方向向振振动动的的光光，且且光光波的强度都相同波的强度都相同 (2)(2)偏偏振振光光：在在垂垂直直于于光光波波传传播播方方向向的的平平面面内内，只只沿沿某某一一个个特定方向上振动的光特定方向上振动的光2偏振光的产生方式 (1)自然光通过起偏器：通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器；第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器 (2)自然光射到两种介质的交界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90时，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直第17页/共34页1 1薄膜干涉薄膜干涉 (1)(1)当当光光照照在在薄薄膜膜上上时时，从从膜膜的的前前后后表表面面各各反反射射回回一一列列光光波波，这这两两列列波波即即是是频频率率相相同同的的相相干干光光波波，由由于于薄薄膜膜的的厚厚度度不不同同，这这两两列列光光波波的的路路程程差差不不同同当当路路程程差差为为光光波波波波长长的的整整数数倍倍时时，则则为为波波峰峰与与波波峰峰相相遇遇，波波谷谷与与波波谷谷相相遇遇，使使光光波波的的振振动动加加强强，形形成成亮亮条条纹纹；当当光光波波的的路路程程差差为为半半波波长长的的奇奇数数倍倍时时，则波峰与波谷相遇，光波的振动减弱，形成暗条纹则波峰与波谷相遇，光波的振动减弱，形成暗条纹 (2)相干光为薄膜前后两个界面的反射光 (3)图样特点：若单色光入射，出现亮暗相间的条纹(薄膜厚度相等的地方对应同一级条纹)；若白光入射，出现彩色条纹，在同一级条纹中，从紫色到红色对应的薄膜厚度从薄到厚第18页/共34页2 2衍射与干涉的比较衍射与干涉的比较 两种两种现象现象比较项目比较项目 单缝衍射单缝衍射双缝干涉双缝干涉不不同同点点条纹宽度条纹宽度条纹宽度不等，中央条纹宽度不等，中央最宽最宽条纹宽度相等条纹宽度相等条纹间距条纹间距 各相邻条纹间距不等各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距各相邻条纹等间距亮度情况亮度情况中央条纹最亮，两边中央条纹最亮，两边变暗变暗清晰条纹，亮度基清晰条纹，亮度基本相等本相等相同点相同点干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹第19页/共34页4.4.如如图图2 21 17 7是是双双缝缝干干涉涉实实验验装装置置的的示示意意图图，S S为为单单缝缝，S S1 1、S S2 2为为双双缝缝，P P为为光光屏屏用用绿绿光光从从左左边边照照射射单单缝缝S S时时，可可在在光光屏屏P P上观察到干涉条纹下列说法正确的是上观察到干涉条纹下列说法正确的是()A A减小双缝间的距离，干涉条纹间的距离减小减小双缝间的距离，干涉条纹间的距离减小 B B增大双缝到屏的距离，干涉条纹间的距离增大增大双缝到屏的距离，干涉条纹间的距离增大 C C将绿光换为红光，干涉条纹间的距离减小将绿光换为红光，干涉条纹间的距离减小 D D将绿光换为紫光，干涉条纹间的距离增大将绿光换为紫光，干涉条纹间的距离增大第20页/共34页解解析析：由由双双缝缝干干涉涉条条纹纹间间距距公公式式 x x 可可知知，减减小小双双缝缝间间的的距距离离d d，干干涉涉条条纹纹间间的的距距离离 x x增增大大，A A错错误误；增增大大双双缝缝到到屏屏的的距距离离L L，干干涉涉条条纹纹间间的的距距离离增增大大，B B正正确确；将将绿绿光光换换为为红红光光，入入射射光光的的波波长长增增大大，干干涉涉条条纹纹间间的的距距离离应应增增大大，C C错错误误；将将绿绿光光换换为为紫紫光光，入入射射光光的的波波长长变变短短，干干涉涉条条纹纹间间的的距距离应减小，离应减小，D D错误错误答案：答案：B B第21页/共34页5.5.如如图图2 21 18 8所所示示，两两光光屏屏间间放放有有两两个个偏偏振振片片，它它们们四四者者平平行行共共轴轴，现现让让太太阳阳光光沿沿轴轴线线通通过过光光屏屏MM上上的的小小孔孔照照射射到到固固定定不不动动的的偏偏振振片片P P上上，再再使使偏偏振振片片Q Q绕绕轴轴匀匀速速转转动动一一周周，则则关关于于光屏光屏N N上光的亮度变化情况，下列说法中正确的是上光的亮度变化情况，下列说法中正确的是()A A光屏光屏N N上光的亮度保持不变上光的亮度保持不变 B B光屏光屏N N上光的亮度会时亮时暗上光的亮度会时亮时暗 C C光屏光屏N N上有两条与偏振片上有两条与偏振片P P、Q Q 透振方向对应的亮线透振方向对应的亮线 D D光屏光屏N N上只有一条亮线随偏振上只有一条亮线随偏振 片转动而转动片转动而转动解析：Q转动一周的过程中，透振方向与P的透振方向平行时光屏上亮度最亮，垂直时最暗，因此光屏上光的亮度会时亮时暗，光屏上不会出现亮线，A、C、D错误，B正确答案：B第22页/共34页6 6如如图图2 21 19 9所所示示，A A、B B两两幅幅图图是是由由单单色色光光分分别别入入射射到到圆圆孔孔而而形形成成的的图图样样，其其中中图图A A是是光光的的_(_(填填“干干涉涉”或或“衍衍射射”)图图样样由由此此可可以以判判断断出出图图A A所所对对应应的的圆圆孔孔的的孔孔径径_(填填“大大于于”或或“小小于于”)图图B B所所对对应应的的圆孔的孔径圆孔的孔径解析：A中出现明暗相间的条纹，是衍射现象，B中出现圆形亮斑只有障碍物或孔的尺寸比光波波长小或跟波长相差不多时，才能发生明显的衍射现象图A是光的衍射图样，由于光波波长很短约在107 m数量级上，所以图A对应的圆孔的孔径比图B所对应的圆孔的孔径小图B的形成可以用光的直线传播解释答案：衍射小于第23页/共34页【例例1 1】(1)(1)如如图图2 21 11010所所示示，有有一一束束平平行行于于等等边边三三棱棱镜镜截截面面ABCABC的的单单色色光光从从空空气气射射向向E E点点，并并偏偏折折到到F F点点已已知知入入射射方方向向与与边边ABAB的的夹夹角角为为 3030，E E、F F分分别别为为边边ABAB、BCBC的中点，则的中点，则()A该棱镜的折射率为B光在F点发生全反射C光从空气进入棱镜，波长变小D从F点出射的光束与入射到E点的光束平行第24页/共34页(2)(2)一一束束单单色色光光由由左左侧侧射射入入盛盛有有清清水水的的薄薄壁壁圆圆柱柱形形玻玻璃璃杯杯，如如图图2 21 11111为为过过轴轴线线的的截截面面图图，调调整整入入射射角角，使使光光线线恰恰好好在在水水和和空空气气的的界界面面上上发发生生全全反反射射已已知知水水的的折折射射率率为为 ，求求sin sin 的值的值解析：(1)由几何知识可知三角形EBF为等边三角形，故从E点入射的光线，入射角为60，折射角为30，由折射定律可知n ，A项正确；光射在F点时，入射角为30，故不发生全反射，折射角为60，B、D错；光从空气中进入棱镜中，光速减小，而光的频率不变，所以光在棱镜中的波长变小，C正确第25页/共34页答案：答案：(1)AC(1)AC(2)(2)解析：第26页/共34页应用光的折射定律解题的一般思路应用光的折射定律解题的一般思路 一一定定要要画画出出比比较较准准确确的的光光路路图图，分分析析边边界界光光线线或或临临界界光光线线利利用用几几何何关关系系和和光光的的折折射射定定律律求求解解注注意意在在折折射现象中，光路是可逆的射现象中，光路是可逆的第27页/共34页1 11 1 (2009(2009 四川，四川，21)21)如如图图2 21 11212所示，空气中有一横截所示，空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为r r，外圆半径为，外圆半径为R R，R R r r.现有一束单色光垂直于水平端面现有一束单色光垂直于水平端面A A射入透射入透 明柱体，明柱体，只经过两次全反射就垂直于水平端面只经过两次全反射就垂直于水平端面B B出设透明柱体的折出设透明柱体的折射率为射率为n n，光在透明柱体内传播的时间为，光在透明柱体内传播的时间为t t，若真空中的光速，若真空中的光速为为c c，则，则()An可能为可能为 Bn可能为可能为2 Ct可能为可能为 Dt可能为可能为第28页/共34页解解析析：根根据据题题意意可可画画出出光光路路图图如如图图所所示示，则则两两次次全全反反射射时时的的入入射射角角均均为为4545，所所以以 全全 反反 射射 的的 临临 界界 角角 C C 4545，折折 射射 率率 n n ，A A、B B项项均均正正确确；波波在在介介质质中中的的传传播播速速度度v v ，所所以以传传播播时时间间t t ，C C、D D项均错误项均错误答案：答案：ABAB第29页/共34页【例例2 2】如如图图2 21 11313所所示示，在在双双缝缝干干涉涉实实验验中中，S S1 1和和S S2 2为为双双缝缝，P P是是光光屏屏上上的的一一点点，已已知知P P点点与与S S1 1、S S2 2距距离离之之差差为为2.12.1 10106 6 mm，分分别别用用A A、B B两两种种单单色色光光在在空空气气中中做做双双缝缝干干涉涉实实验验，问问P P点点是亮条纹还是暗条纹是亮条纹还是暗条纹？(1)(1)已知已知A A光在折射率为光在折射率为n n1.51.5的介质中波长为的介质中波长为4 4 10107 7 m.m.(2)(2)已已知知B B光光在在某某种种介介质质中中波波长长为为3.153.15 10107 7 mm，当当B B光光从从这这种种介介质射向空气时质射向空气时，临界角为临界角为37.37.(3(3)若用若用A A光照射时光照射时，把其中一条缝遮住把其中一条缝遮住，试分析光屏上能观察到的现象试分析光屏上能观察到的现象第30页/共34页解解析析：(1)(1)设设A A光光在在空空气气中中波波长长为为 1 1，在在介介质质中中波波长长为为 2 2，由由n n ，v vf f，得得：n n ，得得 1 1nn2 26 6 10107 7 mm，光光的的路路程程差差 2.12.1 10106 6 mm，所所以以N N1 1 3.5.3.5.从从S S1 1和和S S2 2到到P P点点的的光的路程差光的路程差 是波长是波长 1 1的的3.53.5倍，所以倍，所以P P点为暗条纹点为暗条纹 (2)(2)根据临界角与折射率的关系根据临界角与折射率的关系 由由此此可可知知，B B光光在在空空气气中中波波长长 2 2为为：2 2nn介介5.255.2510107 7 mm，N N2 2 4 4 可见，用可见，用B B光做光源，光做光源，P P点为亮条纹点为亮条纹(3)光屏上仍出现明、暗相间的条纹，但中央条纹最宽最亮，两边条纹变窄变暗答案：见解析第31页/共34页2 21 1用用氦氦氖氖激激光光器器发发出出的的红红光光进进行行双双缝缝干干涉涉实实验验，已已知知使使用用的的双双缝缝间间距距离离d d0.1 0.1 mmmm，双双缝缝到到屏屏的的距距离离L L6.0 6.0 mm，测得屏上干涉条纹中亮纹的间距是测得屏上干涉条纹中亮纹的间距是3.8 cm.3.8 cm.(1)(1)氦氖激光器发出的红光的波长氦氖激光器发出的红光的波长 是多少？是多少？(2)(2)如如果果把把整整个个装装置置放放入入折折射射率率是是的的水水中中，这这时时屏屏上上的条纹间距是多少？的条纹间距是多少？解析：(1)由条纹间距x、双缝间距d，双缝到屏的距离L及波长的关系，可测光波的波长，同理知道水的折射率，可知该波在水中的波长，然后由x、d、L、的关系，可计算条纹间距由x 可以得出，红光的波长，激光器发出的红光的波长是6.3107 m.第32页/共34页(2)(2)如如果果整整个个装装置置放放入入水水中中，激激光光器器发发出出的的红红光光在在水水中中的的波波长长为为.答案：(1)6.3107 m(2)2.8102 m第33页/共34页
