2022年高中物理光学知识总结及习题4.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师总结优秀学问点光光的折射、全反射和色散3临界角：折射角等于90时的入射角,用C 表示, sinC1. n1光的折射4应用：全反射棱镜；光导纤维,如下列图1折射现象：光从一种介质斜射进入另一种介质时,传播方向发生的3光的色散现象1光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为光的现象2折射定律：2色散规律：由于n红n紫,所以以相同的入射角射到棱镜界面时,红光和紫 内容：折射光线与入射光线、法线处在,折射光线与入射光光的折射角不同, 即紫光偏折得更明显 当它们射到另一个界面时,线分别位于的两侧,入射角的正弦与折射角的正弦成的偏折最大,光的偏最小表达式：

2、sin1n12,式中 n12 是比例常数3光的色散现象说明：sin2白光为复色光；在光的折射现象中,光路是3折射率： 定 义 ： 光 从 真 空 射 入 某 介 质 时 ,的正弦与 的正弦的比值同一介质对不同色光的折射率不同,频率越大的色光折射率；不同色光在同一介质中的传播速度不同,波长越短,波速1光密介质不是指密度大的介质,折射率的大小与介质的密度无关2由 nc 知,当光从真空射向其他透亮介质时,v频率不变, 波速和波长都发生转变名师归纳总结 定义式： nsin1折射率由介质本身和光的频率打算光的波动性. 第 1 页,共 6 页sin21光的干涉运算式： ncc 为光在真空中的传播速度,v1

3、产生干涉的条件： 两列光的相同,恒定v 是光在介质中的传播速度,由此可知,n12杨氏双缝干涉原理如下列图产生明、暗条纹的条件2全反射a单色光：如路程差 r2r1 kk0,1,2 ,光屏上显现；1 发 生 条 件 ： 光 从介 质 射 入如路程差 r 2r 1 2k 1 2k0,1,2 ,光屏上显现介质；入射角临界角2现象：折射光完全消逝,只剩下光b白光：光屏上显现彩色条纹相邻明暗条纹间距： xld- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 3薄膜干涉名师总结优秀学问点而且在2自然光： 太阳、 电灯等一般光源发出的光包含沿一切方向振动的光,概念： 由薄膜的前后表面

4、反射的两列光相互叠加而成劈形薄膜干涉可各个方向上的光波强度都相等或使反射光与折射光垂直产生平行条纹3光的偏振现象说明光是波应用：检查工件表面的平整度,仍可以做增透膜4获得偏振光的方法有两种：让自然光经过2光的衍射5偏振光的应用：水下照像、立体电影等1 光 的 衍 射 现 象 ： 光 在 遇 到 障 碍 物 时 , 偏 离 直 线 传 播 方 向 而 照 射 到6平常我们所看到的光,除了直接从光源发出的光以外都是偏振光区域的现象当孔或障碍物的尺寸比光波波长小,或者跟波长对折射率的懂得2发生明显衍射现象的条件：差不多时,光才能发生明显的衍射现象1.折射率是用光线从真空斜射入介质,入射角的正弦与折射

5、角的正弦之比3各种衍射图样,两侧有明暗相间的条纹,但间距和定义的由于光路可逆,入射角、折射角随光路可逆而“ 换位”,因此,在应用时折射率可记忆为nsin 真空角真空角为真空中的光线与法线的夹角,单缝衍射：中心为sin 介质角不同用白光做衍射实介质角为介质中的光线与法线的夹角 验 时 , 中 央 条 纹 仍 为,最靠近 中心的是紫光,最远离2折射率的大小不仅反映了介质对光的折射本事,也反映了光在介质中传播速度的大小,vcn中心的是红光等3折射率的大小不仅与介质本身有关,仍与光的频率有关同一种介质,）圆孔衍射：明暗对频率大的光折射率大,对频率小的光折射率小相间的不4同一种色光,在不同介质中虽然波速

6、、波长不同,但频率不变距1对于某单色光, 玻璃的折射率比水大,就此单色光在玻璃中传播时（泊松亮斑 圆盘衍射 ：光照耀到一个半径很小的圆盘后,在圆盘的阴影 中心显现的亮斑,这是光能发生衍射的有力证据之一A其速度比在水中大,其波长比在水中长 B其速度比在水中大,其波长比在水中短名师归纳总结 4衍射与干涉的比较如表 C其速度比在水中小,其波长比在水中短第 2 页,共 6 页D其速度比在水中小,其波长比在水中长3光的偏振现象于传播方向的平面上, 只沿着某个特定的方向振动的光答案 C 1偏振光：在- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师总结优秀学问点v 减小, C

7、 f解析 由光在介质中的波速与折射率的关系式vc 可知, n 玻n 水,所以 v nB 错误；光从空气进入棱镜,频率f 不变,波速v 减小,所以玻v 水,光的频率与介质无关,只由光源打算,即光在玻璃及水中传播时 不正确；由上述运算结果,作出光路图,可知D 错误变,据 v ,知 玻 水C 项正确对全反射的懂得1.在光的反射和全反射现象中,均遵循光的反射定律；光路均是可逆的1无论是应用折射定律,仍是应用全反射分析问题,都应精确作出光 路图, 个别问题仍要留意找出符合边界条件或恰好发生全反射的对应光线2当光射到两种介质的界面上时,往往同时发生光的折射和反射现象,但在2光学题目常常涉及到日常生活或高科

8、技中的光学元件,如光纤通信、全反射现象中,只发生反射,不发生折射当折射角等于90时,实际上就已照像机镜头等经没有折射光了3全反射现象可以从能量的角度去懂得：当光由光密介质向光疏介质时,在入射角逐步增大的过程中,反射光的能量逐步增强,折射光的能量逐步减弱,【题型 1】折射定律及折射率的应用名师归纳总结 当入射角等于临界角时,折射光的能量已经减弱为零,【例 1】2022宁夏高考 一半径为R 的 1/4 球体放置 为入射角过C这时就发生了全反射在水平桌面上,球体由折射率为3 的透亮材料制22022 浙江高考 如下列图,有一束平行于等边三棱镜成现有一束位于过球心O 的竖直平面内的光线,截面 ABC 的

9、单色光从空气射向E 点,并偏折到 F 点已知入射方向与边AB 的夹角为 30,E、F 分别为边 AB、BC 的中点,就 平行于桌面射到球体表面上,折射入球体后再从竖A该棱镜的折射率为3B光在 F 点发生全反射直表面射出, 如下列图 已知入射光线与桌面的距离为求出射角. C光从空气进入棱镜,波长变小答案 60D从 F 点出射的光束与入射到E 点的光束平行解析 如下列图,设入射光线与1/4 球体的交点答案 AC 为 C,连接 OC,OC 即为入射点的法线因此,图中的角点作球体水平表面的垂线,垂足为B.依题意, COB. 解析 由几何关系可知,入射角1 60,折射角2 30.由折射定律3又由 OBC

10、 知 sin3 2第 3 页,共 6 页n=sin1=2 1=3 ,A 正确；在BC 界面上,入射角为30,sin22依据运算所得折射率,由折射定律易知,出射角度为60,不会发生全反射,- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师总结. 优秀学问点设光线在 C 点的折射角为,由折射定律得sin=3 即出射点在AB 边上离 A 点3 a 的位置8sin假如入射光线在法线的左侧,光路图如下列图设折射光线与AB 的交点为由两式得 30D. 由几何关系可知,在D 点的入射角 60由几何关系知,光线在球体的竖直表面上的入射角 为 30. 设全反射的临界角为C,就sin

11、 c1由折射定律得sin=1 3因此 sin3nsin2由和已知条件得C45解得 60因此,光在D 点发生全反射设此光线的出射点为E,由几何关系得DEB应用折射定律进行相关运算时,关键是做好光路图,确定入射角和折射角90BDa2AF BEDBsin30 【题型 2】全反射现象、临界角及应用【例 2】2022宁夏高考 如下列图, 一棱镜的截面为直联立式得 BE1a8即出射点在 BC 边上离 B 点 1a 的位置8以 45的入射角从 AC 边的中点 M 射入棱镜,对应两个入射方向,解答此题时名师归纳总结 角三角形ABC, A30,斜边 ABa,棱镜材料的易显现漏解现象第 4 页,共 6 页折射率为

12、n2 在此截面所在的平面内,一条光线以【题型 3】光的色散问题分析45的入射角从AC 边的中点 M 射入棱镜画出光路图,【例 3】abc 为一全反射棱镜,它的主截面是等腰直角并求光线从棱镜射出的点的位置不考虑光线沿原路返回的情形三角形,如下列图一束白光垂直入射到ac 面上,在 ab 面上发生全反射,如解析 设入射角为i,折射角为r,由折射定律得sinisinr光线入射点O 的位置保持不变, 转变光线的入射方向不考虑自bc 面反射的光由已知条件及式得r30线,就：假如入射光线在法线的右侧,光路图如下列图设出1使入射光按图中所示的顺时针方向逐步偏转,假如有色光射出ab 面,就哪射点为 F,由几何关

13、系可得 AFM 90种色光第一射出？2使入射光按图中所示的逆时针方向逐步偏转,哪种色光第一射出ab 面？AF3a 8思路点拨 解答此题时应留意以下四个方面：- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师总结优秀学问点vc ,nnsin1,1明确各种色光折射率的大小关系答案 C 解析在光的折射和干涉现象中有这样四个公式：2比较白光转动时各色光折射角的大小3明确各色光在ab 面上入射角变化sin24依据临界角大小作出判定sinC=1 ,nxld据此结合题目中的条件可知只有C 正确答案 1红光2无光射出 ab 面2如下列图,一束细光线a 射到、两种介质的解析 1白光

14、垂直入射ac 面后直射到ab 面,入射角为45,发生全反射说明棱镜的临界角C45,这是对从红光到紫光的全部色光说的当入射光顺时临界面后,反射光束只有b,折射光束只有c.以下说针偏转时,在ac 面上发生色散,不同色光折射不同,红光偏折小,紫光偏折法正确选项（）大,如下列图,射到ab 面上时红光入射角小,紫光入射角大,但它们都小于A 如 a 是复色光,就b、 c 都肯定是复色光45.另一方面,棱镜对红光的临界角比紫光的临界角大因此,入射光顺时针B如 a 是单色光,就b、 c 都肯定是单色光逐步偏转时,在ab 面上红光的入射角将第一小于临界角而射出ab 面C如 b 是复色光,就a、 c 都肯定是复色

15、光2假如入射光逆时针偏转,就经ab 面上的红光、紫光的入射角都大于45,D如 b 是单色光,就a、 c 都肯定是单色光都发生全反射而不行能从ab 面射出答案 BD 光垂直界面入射时传播方向不发生转变,但不垂直界面时间线要发生解析光射到两种介质界面上,肯定有反射,但不肯定有折射；不同频率的折射,红光折射率小,紫光折射率大,发生全反射时红光临界角大于紫光 光入射角相同时,折射角肯定不同如 a 是复色光, b 肯定是复色光,而折射的临界角此题中仍要留意转变光路的两种情形要分别考虑,作出光路图 光线只有 c,c 肯定是单色光,而且只有这种频率的光发生了折射,其余频率找出在 ab 界面上的入射角与临界角

16、的关系再判定的光都发生了全反射如 b 是复色光, 说明 a 是复色光, 但 c 只能是单色光 如【课时作业】b 是单色光,说明 a 肯定是单色光,因此 c 也肯定是单色光12022 天津高考 已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大,就两种3如下列图的长直光纤,柱芯为玻璃,外光 层以折射率比玻璃稍低的介质包覆如光线A在该玻璃中传播时,蓝光的速度较大自光纤左端进入,与中心轴的夹角为,B以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中,蓝光的折射角较大就以下有关此光线传递方式的表达,正确C从该玻璃中射入空气发生全反射时,红光的临界角较大的是 D用同一装置进行双缝干涉试验,蓝光的相邻条纹间距较大A 不论 为何值

17、,光线都不会发生全反射名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师总结 优秀学问点B不论 为何值,光线都会发生全反射光线射向圆柱面时,入射角均大于临界角,都将发生全反射,如下列图C 够小时,光线才会发生全反射由图可知,在M 点刚好发生全反射时,MN 间,即对应的圆心角 290. C arcsin1 45nD 够大时,光线才会发生全反射答案 C 即 45,由此可知, 有光线射出的范畴在解析发生全反射的条件之一是入射角i 要等于或大于临界角C,即光线传播到光纤侧面时的入射角i 应满意 i90C,90C,应选项 C 正确4202

18、2 上海高考 在杨氏双缝干涉试验中,假如 A用白光作为光源,屏上将出现黑白相间的条纹 B用红光作为光源,屏上将出现红黑相间的条纹C用红光照耀一条狭缝,用紫光照耀另一条狭缝,屏上将出现彩色条纹D用紫光作为光源,遮住其中一条狭缝,屏上出现间距不等的条纹答案 BD 解析在双缝干涉试验中,用白光作为光源,将得到彩色条纹,用红光作为 光源,将得到红黑相间的条纹用不同颜色的光分别照耀两缝,得不到干涉条 纹用单色光照耀一条缝,得到衍射条纹5如下列图为半圆柱形玻璃砖的横截面,其折射率n2 ,现有垂直于平面的平行光束射来,试求在半圆面上有光线射出的范畴是多 大？答案半圆面对应的圆心角在 90范畴解析这束平行光束垂直于平面部分射入玻 璃砖,其传播方向不变,射至半圆面上时,一部分光线因发生全反射而不会射名师归纳总结 出设其中一条光线刚好以临界角射向圆柱面而发生全反射,这条光线外侧的第 6 页,共 6 页- - - - - - -