高三物理一轮复习——光学.pptx

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1、第1页/共56页光是一种物质微粒光是一种物质微粒反射反射折射折射光是一种波光是一种波干涉干涉衍射衍射偏振偏振光是一种横波光是一种横波光是一种电磁波光是一种电磁波麦克斯韦的预言麦克斯韦的预言赫兹的电火花实验赫兹的电火花实验光子说光子说光电效应光电效应光是一种概率波光是一种概率波光具有波粒二象性光具有波粒二象性实物粒子也具有波粒二象性实物粒子也具有波粒二象性物质波物质波光的认识发展史第2页/共56页反射定律与折射定律第3页/共56页全反射发生全反射的条件光由光密介质射向光疏介质；入射角大于等于临界角。临界角：当入射角等于临界角时，折射角等于90。光从介质射向真空(空气)时，临界角的计算：sin 9

2、0/sinC n sinC1/nCarcsin1/n第4页/共56页应用：光导纤维光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到几百微米之间，由内芯与外套两层组成。二者的折射率不同，内芯的折射率大，外套的折射率小。第5页/共56页(07北京理综17)光导纤维的结构如图，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播。以下关于光导纤维的说法正确的是 A内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射B内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射C内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界面上发生折射D内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用A第6页/共56

3、页红紫偏向角折射率频率同种介质中传播的速度波长临界角小大小大小大大小大小大小第7页/共56页1紫光由折射率为n的棱镜进入空气，则下列结论正确的是A频率为原来的n倍，波长为原来的1/nB波长为原来的n倍，波速为原来的n倍C波速为原来的1/n，波长为原来的n倍D频率为原来的1/n，波长为原来的n倍2红光在水中的波长与绿光在空气中的波长相等，水对红光的折射率为4/3，则红光与绿光的频率之比为 3:4第8页/共56页3、如图所示，只含黄光和紫光的复色光束PO，沿半径方向射入空气中的玻璃半圆柱后，被分成两光束OA和OB沿如图所示方向射出则AOA为黄光，OB为紫光 BOA为紫光，OB为黄光 COA为黄光，

4、OB为复色光 DOA为紫光，OB为复色光第9页/共56页4如图所示，一束红光和一束紫光从空气中以适当的角度沿半径方向射向半圆形玻璃砖，恰好出射光线均沿OC方向，那么AAO是红光，穿过玻璃砖的时间较短BBO是红光，穿过玻璃砖的时间较长CAO是紫光，穿过玻璃砖的时间较短DBO是紫光，穿过玻璃砖的时间较长第10页/共56页5、a和b都是厚度均匀的平玻璃板，它们之间的夹角为。一细光束以入射角从P点射入，。已知此光束由红光和蓝光组成。则当光束透过b板后A传播方向相对于入射光方向向左偏转角B传播方向相对于入射光方向向右偏转角C红光在蓝光的左边D红光在蓝光的右边第11页/共56页光的干涉双缝干涉1、频率相同

5、，振动方向一致，相差恒定的两束光，在相遇的区域出现了稳定相间的加强区域和减弱区域的现象。现象：等间距明暗相间的条纹第12页/共56页第13页/共56页AB第14页/共56页条纹间距 相邻明纹间距 相邻暗纹间距 干涉条纹等间距分布 第15页/共56页白光的干涉图样明暗相间的彩色条纹；中央为白色亮条纹；干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的；在每条彩色亮纹中红光总是在外侧，紫光在内侧。第16页/共56页前表面前表面后表面后表面1、由于重力的作用，肥皂薄膜将形成上薄下厚的楔形。2、光从薄膜的前后两个表面反射出来两列光波，这两列光波的频率相同，发生干涉。光的干涉薄膜干涉第17页/共56页3、光程差为波长的

6、整数倍，形成黄色的亮条纹。4、光程差为半波长的奇数倍，形成暗条纹。第18页/共56页5、在重力作用下，薄膜越来越薄。条纹间距变稀疏。6、白光照射时，不同色光在不同位置相互加强，因此是彩色条纹。7、膜越厚，不同色光亮纹越密集，因此膜要足够薄，才能看到白光干涉条纹。第19页/共56页薄膜干涉在技术上的应用11、检查物体表面的平整程度、检查物体表面的平整程度第20页/共56页楔形空气薄层标准样板被检测平面光在空气层的上下表面发生反射，这两束反射光发生干涉.如果被检测表面是平整的，将看到与底线平行的干涉条纹.原因：厚度相等的地方，光程差一样、干涉情况一样，即某一厚度光叠加加强，该厚度全部加强，为亮纹；

7、若叠加减弱，则为暗纹。第21页/共56页表面平整这样的条纹说明什么？第22页/共56页如果干涉条纹弯曲，说明工件表面不平。设厚度为 h 处为亮纹，由于该处下凹，厚度h 向劈尖方向平移，条纹向劈尖弯曲。故条纹向劈尖方向弯曲，该处为下凹。条纹向劈尖反方向弯曲，该处为上凸。hh第23页/共56页 即薄膜的厚度：两列反射光干涉相消，减小了反射光的能量，增强了透射光的能量，称为增透膜。增透膜2、增透膜：透镜表面涂一层薄膜，当薄膜前后两表面反射回来的光的路程差为：第24页/共56页3、牛顿环第25页/共56页光的衍射 1、光的衍射：光离开直线路径绕过障碍物，到达阴影里的现象叫做光的衍射现象。2、明显衍射的

8、条件 障碍物或狭缝的尺寸比光的波长小或者跟波长相差不多。3、物理意义：光的衍射现象证明光是一种波。第26页/共56页光的衍射 单缝衍射 单色光狭缝宽度可调光屏单缝第27页/共56页单缝衍射衍射图样 1、单缝衍射条纹特征中央亮纹宽而亮 两侧条纹亮纹较窄、较暗，且有对称性中央亮纹第28页/共56页2、观察下列衍射图样，分析衍射规律：波长一定，单缝越窄中央条纹越宽，条纹间距越大。红光 a=0.8mm红光 a=0.4mm第29页/共56页单缝一定，光波波长越大，中央亮纹越宽，条纹间隔越大红光 a=0.4mm蓝光 a=0.4mm第30页/共56页3、白光单缝衍射：中央亮条纹为白色，两侧为彩色，且呈外红内

9、紫白光 a=0.4mm第31页/共56页光的衍射与干涉光的衍射与干涉第32页/共56页4、干涉条纹与衍射条纹的区别 干涉干涉：等间距明暗相间条纹。：等间距明暗相间条纹。衍射衍射：中央亮纹较宽，两边：中央亮纹较宽，两边是对称明暗相间的条纹，条是对称明暗相间的条纹，条纹宽度不等，间距不等。纹宽度不等，间距不等。（双缝）干涉图样（双缝）干涉图样（双缝）干涉图样（双缝）干涉图样（单缝）衍射图样（单缝）衍射图样（单缝）衍射图样（单缝）衍射图样双缝间距越小，条纹间距双缝间距越小，条纹间距双缝间距越小，条纹间距双缝间距越小，条纹间距越大越大越大越大单缝宽度越小，条纹间距单缝宽度越小，条纹间距单缝宽度越小，条

10、纹间距单缝宽度越小，条纹间距越大越大越大越大（单色光）波长越小，条（单色光）波长越小，条（单色光）波长越小，条（单色光）波长越小，条纹间距越小纹间距越小纹间距越小纹间距越小（单色光）波长越小，条（单色光）波长越小，条（单色光）波长越小，条（单色光）波长越小，条纹间距越小纹间距越小纹间距越小纹间距越小单色光形成明暗条纹，白单色光形成明暗条纹，白单色光形成明暗条纹，白单色光形成明暗条纹，白光形成彩色条纹光形成彩色条纹光形成彩色条纹光形成彩色条纹单色光形成明暗条纹，白单色光形成明暗条纹，白单色光形成明暗条纹，白单色光形成明暗条纹，白光形成彩色条纹光形成彩色条纹光形成彩色条纹光形成彩色条纹第33页/共

11、56页S屏上出现清晰的光斑光的衍射圆孔衍射 光沿直线传播AB1、孔较大时：第34页/共56页屏上出现光源倒立的像SAB小孔成像2、孔减小时光沿直线传播第35页/共56页S屏上出现衍射图样AB光的衍射3、孔较小时：第36页/共56页 不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能使光发生衍射，以至使影的轮廓模糊不清，其原因是光通过物体的边缘而发生衍射的结果历史上曾有一个著名的衍射图样泊松亮斑四、圆盘衍射 第37页/共56页光的偏振1 1、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 .第38页/共56页2 2、自然光通

12、过第一个偏振片（叫做起偏器）之后，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，通过第一个偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动这种光叫做偏振光 横波只沿着横波只沿着某一个特定的方某一个特定的方向振动，称为波向振动，称为波的偏振只有横的偏振只有横波才有偏振现象波才有偏振现象第39页/共56页3、通过第一个偏振片的偏振光再通过第二个偏振片（称为检偏器）时，如果两个偏振片的透振方向平行，那么，通过第一个偏振光的振动方向跟第二个偏振片的透振方向平行，透射光的强度最大第40页/共56页4 4、如果两个偏振片的透振方向垂直，那么，偏振光的振动方向跟第二个偏振片的透振

13、方向垂直，偏振光不能通过第二个偏振片，透射光的强度为零 所以，光是一种横波 第41页/共56页4.偏振现象的应用第42页/共56页光电效应1 定义：在光的照射下，物体表面发出电子的现象叫做光电效应。发射出来的电子叫光电子。原因：当光照射电子时，它吸收光子能量，振动加剧，当这个能量足够大时，就会是电子逸出，从而发生光电效应。第43页/共56页2、光电效应规律1）光电效应的发生几乎是瞬时的，时间不超过109s。2）任何金属都有一个能产生光电效应的最低照射光频率，叫做极限频率。3）光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，而与入射光强度无关。4）光电流强度与入射光的强度成正比。得出结论:光电效应的

14、发生与否，与光的强弱无关，与照射时间的长短无关，与光的频率、金属材料的种类有关。第44页/共56页阳极阴极真空玻璃管电源第45页/共56页光强决定的饱和电流频率决定的遏制电压第46页/共56页47二、爱因斯坦的光电效应方程1、光子假说 光是一束以速度C运动着一粒一粒的粒子流，每一个光子所带能量=h，不同的频率 的光子具有不同的能量。这些粒子就是光量子，现称光子。2、光子理论对光电效应的解释 光不仅在发射和吸收时表现出量子性，而且在空间传播时也表现出量子性提出了辐射的电磁场也具有量子性。第47页/共56页由爱因斯坦光电效应方程初动能与频率有关极限频率：得：第48页/共56页49 1920年，美国

15、物理学家康普顿在观察X射线被物质散射时，发现散射线中含有波长发生变化了的成分。接着他用自制的X射线分光计,测定了X射线经石墨沿不同方向的散射的定量关系,并于1923年发表论文作出了解释.康普顿实验装置及结果1 1 康普顿实验装置第49页/共56页康普顿散射实验的意义l支持了“光量子”概念，进一步证实了l首次实验证实了爱因斯坦提出的“光量子具有动量”的假设 l证实了在微观领域的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。康普顿获得1927年诺贝尔物理学奖。p =h /c=h/E=h 第50页/共56页粒子性波动性（具有能量）（具有频率）（具有动量）hh架起了粒子性与波动性之间的桥梁光光光光的

16、波粒二象性的波粒二象性的波粒二象性的波粒二象性（具有波长）第51页/共56页1672牛顿牛顿微粒说微粒说T/年惠更斯惠更斯波动说波动说1690麦克斯韦麦克斯韦电磁说电磁说18641905爱因斯坦爱因斯坦光子说光子说波波动动性性粒粒子子性性1909爱因斯坦光的波粒二象性光既具有粒子性，又具有波动性。1924德布罗意粒子的波粒二象性实物粒子既具有粒子性，也具有波动性。粒子粒子粒子粒子的波粒二象性的波粒二象性的波粒二象性的波粒二象性第52页/共56页7 7个电子个电子100100个电子个电子300030002000020000一个一个电子依次入射双缝的衍射实验：一个一个电子依次入射双缝的衍射实验：7

17、0000体现了粒子性体现了粒子性体现了波动性体现了波动性粒子出现的粒子出现的概率高概率高粒子出现的概率低粒子出现的概率低第53页/共56页通过上述实验可知：通过上述实验可知：虽然不能肯定某个光子落在哪一点，但在屏上各处明虽然不能肯定某个光子落在哪一点，但在屏上各处明暗不同可以推知，光子落在各点的概率是不一样的，暗不同可以推知，光子落在各点的概率是不一样的，即光子落在明纹处的概率大，落在暗处的概率小。则即光子落在明纹处的概率大，落在暗处的概率小。则光子在空间出现的概率可以通过衍射、干涉的明暗条光子在空间出现的概率可以通过衍射、干涉的明暗条纹这样的波动规律确定。纹这样的波动规律确定。-光是一种概率

18、波。光是一种概率波。物质波也具有波粒二象性，同样物质波也具有波粒二象性，同样物质波也是概率波物质波也是概率波。现象：现象：1.单个粒子单个粒子的位置是不确定的，但在某点附近出的位置是不确定的，但在某点附近出现的概率的大小可以由波动规律确定。现的概率的大小可以由波动规律确定。2.大量粒子大量粒子，概率的分布导致确定的宏观结果。粒子数，概率的分布导致确定的宏观结果。粒子数越多，规则的条纹越来越明显。越多，规则的条纹越来越明显。第54页/共56页不确定关系不确定关系若用若用x x表示位置的不确定量，用表示位置的不确定量，用p p表表示粒子在示粒子在x x方向上的动量的不确定量，方向上的动量的不确定量，则则第55页/共56页感谢您的观看！第56页/共56页