2022年高中物理光学知识总结及习题.docx

《2022年高中物理光学知识总结及习题.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年高中物理光学知识总结及习题.docx（15页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选学习资料 - - - - - - - - - . 光的折射、全反射和色散1光的折射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 的现象2 折射定律：于内容：折射光线与入射光线、法线处在,折射光线与入射光线分别位的两侧,入射角的正弦与折射角的正弦成表达式：sin1n12,式中 n12 是比例常数sin2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sin 1定义式： n折射率由介质本身和光的频率打算 sin 2c运算式： nc 为光在真空中的传播速度,v 是光在介 质中的传播速度,由此可知,n1v2全反射1 发生条件： 光从介质射入介质

2、；入射角. 临界角2 现象：折射光完全消逝,只剩下光3 临界角：折射角等于90时的入射角,用C 表示, sinC1n4 应用：全反射棱镜；光导纤维,如下列图3光的色散1 光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为 光的现象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,光的偏折最大,光的偏最小3 光的色散现象说明：白光为复色光；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名师归纳总结 2由 nc 知,

3、当光从真空射向其他透亮介质时,频率不变,波速和波长都发生转变v第 1 页,共 8 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - . 光的波动性1光的干涉1 产生干涉的条件：两列光的相同,恒定2 杨氏双缝干涉原理如下列图产生明、暗条纹的条件a单色光：如路程差r 2r 1kk0,1,2 ,光屏上显现l. ；如路程差 r2r1 2k12k 0,1,2 ,光屏上显现b白光：光屏上显现彩色条纹相邻明暗条纹间距： xd3薄膜干涉概念： 由薄膜的前后表面反射的两列光相互叠加而成劈形薄膜干涉可产生平行条纹应用：检查工件表面的平整度,仍可以做增透膜2光的衍射1光的衍射现象：光在遇

4、到障碍物时,偏离直线传播方向而照耀到 区域的现象2发生明显衍射现象的条件：当孔或障碍物的尺寸比光波波长小,或者跟波长差不多时,光才能发 生明显的衍射现象3各种衍射图样单缝衍射：中心为,两侧有明暗相间的条纹,但间距和不同用白光做衍射试验时,中心条纹仍为,最靠近中心的是紫光,最远离中心的是红光圆孔衍射：明暗相间的不等距泊松亮斑 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一4衍射与干涉的比较名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3光的偏振现象1偏振光：在 于传播方向的平

5、面上,只沿着某个特定的方向振动的光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,而且在各个方向上的光波强度都相等3光的偏振现象说明光是 波4获得偏振光的方法有两种：让自然光经过 5偏振光的应用：水下照像、立体电影等或使反射光与折射光垂直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. 对折射率的懂得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角的正弦之比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sin 介质角空中的光线与法线的夹角,介质角为介质中的光线与法线的夹角 c2折射率的大小不仅

6、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,vn3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,对频率大的光折射率大,对频率小的光折射率小A其速度比在水中大,其波长比在水中长 4同一种色光,在不同介质中虽然波速、波长不同,但频率不变1对于某单B其速度比在水中大,其波长比在水中短（）C其速度比在水中小,其波长比在水中短D其速度比在水中小,其波长比在水中长答案 C vc 可知, n 玻n 水,所以 v 玻 v 水,光的频率与介质无 n解析 由光在介质中的波速与折射率的关系式关,只由光源打算,即光在玻璃及水中传播时 . 对全反射的懂得 不变,据 v ,知 玻水C 项正确

7、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,当入射角等于临界角时,折射光的能量已经减弱为零,这时就发生了全反射名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 22022 浙江高考 如图 1134 所示,有一束平行于等边三棱镜截面ABC

8、 的单色光从空气射向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 A该棱镜的折射率为3B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 点的光束平行答案 AC 3 解析 由几何关系可知,入射角 1 60,折射角 2 30.由折射定律 n=sin sin 12 = 21 = 3 ,2A 正确；在 BC 界面上,入射角为 30,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, B 错误；光从空气进入棱镜,频率 f 不变,波速 v 减小,所以 v 减小, C 正确；由上述计f算结果,

9、作出光路图,可知 D 错误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光学题目常常涉及到日常生活或高科技中的光学元件,如光纤通信、照像机镜头等【题型 1】折射定律及折射率的应用【例 1】2022宁夏高考 一半径为 R 的 1/4 球体放置在水平桌面上, 球体由折射率为 3 的透亮材料制成 现有一束位于过球心 O 的竖直平面内的光线, 平行于桌面射到球体表面上,折射入球体后再从竖直表面射出,如下列图已知入射光线与桌面的距离为求出射角 . 答案 60解析 如下列图,设入射光线与 1/4 球体的交点为 C,连接 OC,

10、OC 即为入射点的法线 因此,图中的角 为入射角 过 C 点作球体水平表面的垂线,垂足为 B.依题意, COB . 名师归纳总结 又由 OBC 知 sin3 2第 4 页,共 8 页设光线在 C 点的折射角为,由折射定律得sin=3 sin由两式得 30- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 由几何关系知,光线在球体的竖直表面上的入射角 为 30. 由折射定律得sin=1 3sin因此 sin32解得 60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 . 【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

11、面为直角三角形ABC, A30,斜边 ABa,棱镜材料的折射率为 n2 在此截面所在的平面内,一条光线以 45的入射角从 AC 边的中点 M 射入棱镜 画出光路图,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 sin i解析 设入射角为 i,折射角为 r,由折射定律得 sin r由已知条件及式得r30F,由几何关系可得AFM 90假如入射光线在法线的右侧,光路图如下列图设出射点为AF3 a 8AB 的交点即出射点在AB 边上离 A 点3a 的位置8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为 D. 由几何关系可知,在D 点的入射角 60设全反射的临界角为C,就sin c1

12、n由和已知条件得C45设此光线的出射点为E,由几何关系得DEB90因此,光在D 点发生全反射BDa2AF BEDBsin30 名师归纳总结 联立式得BE1a第 5 页,共 8 页8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,解答此题时易显现漏解现象- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 【题型 3】光的色散问题分析【例 3】abc 为一全反射棱镜,它的主截面是等腰直角三角形,如图1137 所示一束白光垂直入射到ac 面上,在 ab 面上发生全反射,如光线入射点O 的位置保持不变,转变光线的入射

13、方向不考虑自bc 面反射的光线 ,就：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？思路点拨 解答此题时应留意以下四个方面：1明确各种色光折射率的大小关系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4依据临界角大小作出判定答案 1红光 2无光射出 ab 面解析 1白光垂直入射 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

14、,紫光偏折大,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 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45,都发生全反射而不行能从ab2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面射出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折射,红光折射率小, 紫光折【课】射率大,发生全反射时红光临界角大于紫光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,作出光路图找出在ab界面上的入射角与临界角的关系再判定12022 天津高考 已知某玻璃对蓝光的折

15、射率比对红光的折射率大,就两种光 A在该玻璃中传播时,蓝光的速度较大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C从该玻璃中射入空气发生全反射时,红光的临界角较大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名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 答案 C 解析在光的折射和干涉现象中有这样四个公式：vc , n nsin1, sinC=1 ,nxl d据此结合题sin2目中的条件可知只有C 正确b,折射光束只有2如图 1138 所示,一束细光线a 射到、两种介质的临界面后,反射光束只有c.以下说法正确选项（

16、）A如 a 是复色光,就b、c 都肯定是复色光B如 a 是单色光,就b、 c 都肯定是单色光C如 b 是复色光,就a、 c 都肯定是复色光D如 b 是单色光,就a、c 都肯定是单色光答案 BD 解析光射到两种介质界面上,肯定有反射,但不肯定有折射；不同频率的光入射角相同时,折射角一定不同如 a 是复色光, b 肯定是复色光,而折射光线只有 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 b 是单色光,说明 a 肯定是单色光,因此 c 也肯定是单色光3如下列图的长直光纤,柱芯为玻璃,外层以折射率比玻璃稍

17、低的介质包覆如光线自光纤左端进入,与中心轴的夹角为,就以下有关此光线传递方式的表达,正确选项 A不论 为何值,光线都不会发生全反射B不论 为何值,光线都会发生全反射C 够小时,光线才会发生全反射D 够大时,光线才会发生全反射答案 C 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 i90 C,90C,应选项 C 正确42022 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,

18、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？名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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,如下列图名师归纳总结 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. 第 8 页,共 8 页Carcsin1 45n即 45,由此可知,有光线射出的范畴在- - - - - - -