高二理化生选修光学全部.pptx
2023/3/232023/3/231光光从从空空气气到到玻玻璃璃第1页/共52页2023/3/232023/3/232第2页/共52页2023/3/232023/3/233一、反射、平面镜成像一、反射、平面镜成像 1、反射定律：、反射定律：反射光线、法线、入射光线共面；反射光线、法线、入射光线共面；反射光线与入射光线分居法线两侧反射光线与入射光线分居法线两侧 反射角等于入射角，即反射角等于入射角，即1=2 2平面镜成像的特点：平面镜成像的特点：正立等大的虚像，像与物关于镜面对称。正立等大的虚像，像与物关于镜面对称。第3页/共52页二、光的二、光的折射折射1、折射定律：折射定律：折射光线、法线、入射光线共面；折射光线、法线、入射光线共面；折射光线与入射光线分居法线两侧；折射光线与入射光线分居法线两侧；入射角的正弦与折射角的正弦之比等于常数，入射角的正弦与折射角的正弦之比等于常数，注意：注意：折射现象光路可逆折射现象光路可逆第4页/共52页二二.折射率（折射率（n）：）：2.定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入 射角射角1的正弦与折射角的正弦与折射角2的正弦之比。的正弦之比。3.公式：1.物理意义：物理意义：描述介质的光学性质第5页/共52页2023/3/232023/3/2364.光密介质与光疏介质：光密介质与光疏介质：两种介质相比较两种介质相比较折射率较大的介质：光密介质折射率较大的介质：光密介质折射率较小的介质：光疏介质折射率较小的介质：光疏介质光从光疏进入光密，入射角大于折射角；光从光疏进入光密，入射角大于折射角；从光密进入光疏，入射角小于折射角从光密进入光疏，入射角小于折射角第6页/共52页2023/3/232023/3/237 金刚石金刚石 2.42 岩盐岩盐 1.55二硫化碳二硫化碳 1.63 酒精酒精 1.36玻璃玻璃 1.51.9 水水 1.33水晶水晶 1.55 空气空气 1.00028第7页/共52页2023/3/232023/3/238三三.光的折射的应用光的折射的应用1.折射成像：看到物体变浅折射成像：看到物体变浅第8页/共52页2023/3/232023/3/2392.关于关于“视深视深”问题问题有人在游泳池边上竖直向下观察池水的深度，有人在游泳池边上竖直向下观察池水的深度，水的实际深度为水的实际深度为h，则看上去池水的视深约为，则看上去池水的视深约为h？（已知水的折射率？（已知水的折射率n）第9页/共52页2023/3/232023/3/23103.光线经过平行透明体：光线经过平行透明体：4.光线经过圆形透明体光线经过圆形透明体第10页/共52页2023/3/232023/3/2311第11页/共52页2023/3/232023/3/2312一一、全反射、全反射2、临界角、临界角C1.全反射现象：全反射现象：光从光密介质射向光疏介质，当光从光密介质射向光疏介质，当入射角增大到一定角度时，折射光线将消失，只入射角增大到一定角度时，折射光线将消失，只剩下反射光线。这种现象称为全反射现象剩下反射光线。这种现象称为全反射现象（2）公式：）公式：(1)定义：光从真空到介质，当折射角等于定义：光从真空到介质，当折射角等于 90时的入射角时的入射角第12页/共52页2023/3/232023/3/2313光从光光从光密密介质到光介质到光疏疏介质介质入射角入射角大于或等于大于或等于临界角临界角3、发生全反射条件：、发生全反射条件：第13页/共52页三、光的折射的应用三、光的折射的应用1.1.全反射解释现象：全反射解释现象：玻璃中气泡，光导纤维玻璃中气泡，光导纤维,海市蜃楼，沙漠蜃景。海市蜃楼，沙漠蜃景。2.全反射棱镜全反射棱镜:截面为等腰直角三角形截面为等腰直角三角形第14页/共52页2023/3/232023/3/2315第15页/共52页2023/3/232023/3/23163.如图，水下点光源发出的光在水面上区域？如图，水下点光源发出的光在水面上区域？S第16页/共52页2023/3/232023/3/23174.关于关于“视深视深”问题问题例例有人在游泳池边上竖直向下观察池水的深度，有人在游泳池边上竖直向下观察池水的深度，看上去池水的视深约为看上去池水的视深约为h，已知水的折射率，已知水的折射率n=4/3，那么，水的实际深度约为多少？，那么，水的实际深度约为多少？第17页/共52页2023/3/232023/3/23185光线经过平行玻璃板光线经过平行玻璃板一定能够射出，不会发生全反射一定能够射出，不会发生全反射方向与原来平行，只发生侧移。方向与原来平行，只发生侧移。6.光线经过玻璃球光线经过玻璃球一定能够射出，不会发生全反射一定能够射出，不会发生全反射出射光相对于入射光向圆心侧偏折。出射光相对于入射光向圆心侧偏折。第18页/共52页四、三棱镜四、三棱镜2.棱镜对光有偏折作用：棱镜对光有偏折作用：向底边偏折向底边偏折1、棱镜：横截面为三角形、棱镜：横截面为三角形 的三的三棱镜，简称棱镜棱镜，简称棱镜第19页/共52页2023/3/232023/3/2320【例例8】一束光从空气射向折射率为一束光从空气射向折射率为n=n=的某种玻璃的表面，的某种玻璃的表面，如图所示，如图所示，i i代表入射角，则代表入射角，则()()A.A.当当i i4545时会发生全反射现象时会发生全反射现象B.B.无论入射角是多大，折射角都不会无论入射角是多大，折射角都不会超过超过4545C.C.欲使折射角欲使折射角r r=30=30应以应以i=45i=45的角度的角度入射入射D.D.当入射角当入射角i=arctan i=arctan 时，反射光时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直线跟折射光线恰好互相垂直【例例9】直角三棱镜的顶角直角三棱镜的顶角=15，棱镜材料的折射率棱镜材料的折射率n=1.5，一细束单色光如图所示垂直于左侧面射入，试用作图法求出，一细束单色光如图所示垂直于左侧面射入，试用作图法求出该入射光第一次从棱镜中射出的光线。该入射光第一次从棱镜中射出的光线。第20页/共52页2023/3/232023/3/2321【例例10】如图所示，在厚度为如图所示，在厚度为d d、折射率为、折射率为n n的大玻璃板的下表面的大玻璃板的下表面紧贴着一个半径为紧贴着一个半径为r r的圆形发光面，为了在玻璃板的上方看不到的圆形发光面，为了在玻璃板的上方看不到发光面，可以在玻璃板的上表面贴一块纸片，所贴纸片的最小面发光面，可以在玻璃板的上表面贴一块纸片，所贴纸片的最小面积为多大？积为多大？ndr【例例11】如图所示，某折射率为如图所示，某折射率为2的玻的玻璃透明体，其横截面为璃透明体，其横截面为1/4圆，圆弧半圆，圆弧半径为径为R，aobo，bo面被涂黑，使其完面被涂黑，使其完全吸收光，现有一束宽度为全吸收光，现有一束宽度为R的平行光的平行光垂直垂直ao面入射，从外侧面看面入射，从外侧面看ab弧外表面弧外表面只有一部分是光亮的，求光亮部分的弧只有一部分是光亮的，求光亮部分的弧长为多少？长为多少？第21页/共52页2023/3/232023/3/23223、光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为、光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫做光的色散现象单色光的现象叫做光的色散现象色散光路图色散光路图第22页/共52页2023/3/232023/3/23234、光的色散说明、光的色散说明1）白光是由各种单色光组成的复色光）白光是由各种单色光组成的复色光光的颜色光的颜色红红 橙橙 黄黄 绿绿 蓝蓝 靛靛 紫紫通通 过过 三三 棱棱 镜镜 的的 偏偏 向向 角角在在 同种介质同种介质 中中 的的 折射率折射率在同种介质中的传播速度在同种介质中的传播速度由同种介质射向空气的临界角由同种介质射向空气的临界角小小 大大小小 大大大大 小小大大 小小光的频率 小小 大大第23页/共52页【例例14】一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖，经折射分一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光成两束单色光ab。已知。已知a光的频率小于光的频率小于b光的频率。下列哪个光光的频率。下列哪个光路图可能是正确的？路图可能是正确的？【例例15】图示为一直角棱镜的横截面，图示为一直角棱镜的横截面，bac=90bac=90，abc=60abc=60。一平行细光束从。一平行细光束从O点沿垂直于点沿垂直于bc面的方向射入棱镜。已知棱镜材面的方向射入棱镜。已知棱镜材料的折射率料的折射率n=，若不考虑原入射光在，若不考虑原入射光在bc面上的反射光，则有光面上的反射光，则有光线（线（）A A从从abab面射出面射出B B从从acac面射出面射出C C从从bcbc面射出，且与面射出，且与bcbc面斜交面斜交D D从从bcbc面射出，且与面射出，且与bcbc面垂直面垂直 bcao第24页/共52页第25页/共52页牛顿时代关于光的本质的两种观点：牛顿时代关于光的本质的两种观点：牛顿为代表的微粒说牛顿为代表的微粒说观点：观点：光是光源发出的一种物质微粒光是光源发出的一种物质微粒依据：依据：光的直线传播、反射与微粒的直线运动、光的直线传播、反射与微粒的直线运动、弹性碰撞相似弹性碰撞相似惠更斯为代表的波动说惠更斯为代表的波动说观点：观点：光是在空间传播的某种波光是在空间传播的某种波证据：证据：光的干涉与衍射光的干涉与衍射第26页/共52页2023/3/232023/3/2327一、光的干涉一、光的干涉1 1、干涉的条件：两个相干波源（频率相同）、干涉的条件：两个相干波源（频率相同）2 2、英国物理学家托马斯、英国物理学家托马斯杨观察到光的干涉现象杨观察到光的干涉现象杨氏双缝干涉实验：杨氏双缝干涉实验：条纹亮暗的实质：条纹亮暗的实质：两列相干波相遇时形成的干涉图样中的加强两列相干波相遇时形成的干涉图样中的加强区与减弱区区与减弱区第27页/共52页3.3.产生亮、暗条纹的条件：产生亮、暗条纹的条件：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即倍，即=n=n（n=n=0 0，1 1，2 2，）亮纹：亮纹：暗纹：暗纹：屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍，即倍，即=（n=n=0 0，1 1，2 2，）第28页/共52页2023/3/232023/3/23294.双缝干涉条纹特点 中央为亮纹,明纹宽度相同，暗纹宽度相同。白光实验:中央条纹为白色,两侧出现彩色条纹。条纹间距公式:第29页/共52页5 5、薄膜干涉、薄膜干涉 生活中的干涉现象：七彩肥皂泡、水坑中生活中的干涉现象：七彩肥皂泡、水坑中 彩色油膜彩色油膜光的干涉的应用：检查平面的平整度、增透膜光的干涉的应用：检查平面的平整度、增透膜第30页/共52页小孔衍射图样小孔衍射图样小孔衍射图样小孔衍射图样二、光的衍射二、光的衍射1、发生、发生明显明显衍射现象的条件衍射现象的条件障碍物（或孔）的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小障碍物（或孔）的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小 发生衍射是不需要条件的发生衍射是不需要条件的2、光的波长、光的波长可知光的波长，大约在可知光的波长，大约在400600纳米纳米3、观察衍射现象、观察衍射现象 衍射图样的特点：明暗相间的不等间距条纹衍射图样的特点：明暗相间的不等间距条纹白光衍射图样：彩色白光衍射图样：彩色小孔衍射图样小孔衍射图样第31页/共52页缝宽、光的波长对衍射图样的影响缝宽、光的波长对衍射图样的影响同种色光同种色光通过不同宽度的缝，通过不同宽度的缝，缝越窄中央亮纹越宽缝越窄中央亮纹越宽不同色光不同色光通过相同宽度的缝，通过相同宽度的缝，波长越长中央亮纹越宽波长越长中央亮纹越宽第32页/共52页三、光的偏振三、光的偏振1、光的偏振也证明了光是一种波，而且是光的偏振也证明了光是一种波，而且是横波横波 2 2、自然光：包含垂直于传播方向上沿一切方向、自然光：包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，且沿各个方向振动的光波的强度都振动的光，且沿各个方向振动的光波的强度都相同。如太阳、电灯等普通光源直接发出的光，相同。如太阳、电灯等普通光源直接发出的光，3 3、偏振光：自然光通过偏振片后，在垂直于传、偏振光：自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定的方向振动，播方向的平面上，只沿一个特定的方向振动，叫偏振光叫偏振光 第33页/共52页2023/3/232023/3/2334激光的特点及应用：1.激光是一种人工产生的相干光。进行调制后用来传递信息光纤通信第34页/共52页2023/3/232023/3/23352.激光的平行度非常好。激光的特点及应用：激光测距、激光读盘等第35页/共52页2023/3/232023/3/2336激光的特点及应用：3.激光的亮度高。对各种物质切割、焊接、打孔，医院可用来做手术刀第36页/共52页2023/3/232023/3/2337第37页/共52页2023/3/232023/3/2338一、麦克斯韦的电磁场理论一、麦克斯韦的电磁场理论 1 1、变化变化的磁场（的磁场（电场电场）能够在周围产生）能够在周围产生 电场（电场（磁场磁场）2 2、均匀变化均匀变化的磁场（的磁场（电场电场）能够在周围空间）能够在周围空间产生产生稳定稳定的电场（的电场（磁场磁场）3 3、周期性变化周期性变化的磁场（的磁场（电场电场）能够在周围空间）能够在周围空间产生产生同频率的周期性同频率的周期性电场（电场（磁场磁场）第38页/共52页2023/3/232023/3/2339二二.电磁波电磁波1.1.定义：电磁场由近及远向外传播定义：电磁场由近及远向外传播2.2.描述物理量：描述物理量：（1 1）频率（周期）：）频率（周期）：（2 2）波长：波在一个周期内传播的距离）波长：波在一个周期内传播的距离（3 3）波速：）波速：（4 4）公式：）公式：第39页/共52页2023/3/232023/3/2340（3 3）电磁波的传播不需要介质）电磁波的传播不需要介质（1 1）电磁波是横波）电磁波是横波4.4.实验证明：赫兹实验证明：赫兹（2 2）电磁波的传播实际是电磁能的传播）电磁波的传播实际是电磁能的传播3.3.特点特点（4 4）电磁波能发生反射，折射，干涉，衍射。）电磁波能发生反射，折射，干涉，衍射。第40页/共52页2023/3/232023/3/23414、光的电磁说、光的电磁说1、麦克斯韦根据电磁波与光在真空中的传播速度相同，提出光、麦克斯韦根据电磁波与光在真空中的传播速度相同，提出光在本质上是一种电磁波在本质上是一种电磁波这就是光的电磁说，赫兹用实验证明这就是光的电磁说，赫兹用实验证明了光的电磁说的正确性。了光的电磁说的正确性。2、电磁波谱、电磁波谱 第41页/共52页2023/3/232023/3/2342四、电磁波的发射四、电磁波的发射1 1、有效地发射电磁波的条件、有效地发射电磁波的条件 频率足够高频率足够高形成开放电路形成开放电路2 2、无线电波的发射：、无线电波的发射：调制：使电磁波随各种信号而改变调制：使电磁波随各种信号而改变 调幅和调频调幅和调频 第42页/共52页2023/3/232023/3/2343检波：从接收到的高频振荡中检波：从接收到的高频振荡中“检检”出出 所携带的信号。所携带的信号。六、电磁波的应用六、电磁波的应用 广播、电视、雷达、无线通信等广播、电视、雷达、无线通信等3 3、无线电波的接收、无线电波的接收 电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫做电谐振电流最强，这种现象叫做电谐振 调谐：使接收电路产生电谐振的过程。调谐调谐：使接收电路产生电谐振的过程。调谐第43页/共52页2023/3/232023/3/2344电视信号及其伴音的发送和接收电视信号及其伴音的发送和接收第44页/共52页2023/3/232023/3/2345三三.电磁振荡电磁振荡一一.电磁振荡电磁振荡1.1.振荡电流：大小和方向都随时间做周期性变振荡电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做振荡电流化的电流叫做振荡电流；3.电磁振荡：在振荡电路产生振荡电流的过程中，电磁振荡：在振荡电路产生振荡电流的过程中，电容器电量和相关电场；电路中的电流和相关磁电容器电量和相关电场；电路中的电流和相关磁场都在做周期性的变化场都在做周期性的变化2.振荡电路：能够产生振荡电路：能够产生振荡电流振荡电流的电路（的电路（LC振振荡电路）荡电路）第45页/共52页2023/3/232023/3/23461.变化规律：变化规律：二二.LC振荡电路变化规律振荡电路变化规律放电过程：放电过程：Q,U,E,电场能减少电场能减少 I,B，磁场能增加，磁场能增加 放电结束：放电结束：Q,U,E,电场能为零电场能为零 I,B，磁场能最大，磁场能最大 充电过程：充电过程：Q,U,E,电场能增加电场能增加 I,B，磁场能，磁场能 减少减少充电结束：充电结束：Q,U,E,电场能电场能 最大最大 I,B，磁场能为零，磁场能为零 第46页/共52页2023/3/232023/3/23472.图像：图像：0tqT（1）q-t图像第47页/共52页2023/3/232023/3/23482.图像：图像：0tIT（2）I-t图像第48页/共52页2023/3/232023/3/2349三三.周期，频率：周期，频率：第49页/共52页2023/3/232023/3/2350赫兹赫兹对电磁波的贡献对电磁波的贡献1.第一次用实验证实了电磁波的存在第一次用实验证实了电磁波的存在2.测定了电磁波的波长和频率，得到电磁波测定了电磁波的波长和频率，得到电磁波的传播速度的传播速度3.电磁波跟所有波动一样，能产生反射、折电磁波跟所有波动一样，能产生反射、折射、干涉、衍射等现象，从而充分证实了麦射、干涉、衍射等现象，从而充分证实了麦克斯韦的电磁场理论克斯韦的电磁场理论第50页/共52页2023/3/232023/3/2351第51页/共52页2023/3/232023/3/2352感谢您的观看。感谢您的观看。第52页/共52页
