光学复习学案

高二物理教学案备课时间：2011-6-21审核人：学案编号：GEWL3-4复习2共4页第1页光学复习学案课型复习课课时2课时主备人宁纪生姓名班级小组【一、基础知识梳理】1.光的反射现象---:光线入射到两种介质的界面上时，其中一部分光线在原介质中改变传播方向的现象.（1）光的反射定律:①反射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居于法线两侧.②反射角等于入射角.（2）反射定律表明，对于每一条入射光线，反射光线是唯一的，在反射现象中光路是可逆的.2.光的折射--光由一种介质射入另一种介质时，在两种介质的界面上将发生光的传播方向改变的现象叫光的折射.（2）光的折射定律---①折射光线，入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分居于法线两侧.②入射角的正弦跟折射角的正弦成正比，即sini/sinr=常数.（3）在折射现象中，光路是可逆的.★3.折射率---光从真空射入某种介质时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的折射率，折射率用n表示，即n=sini/sinr.某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中的传播速度v之比，即n=c/v，因cv，所以任何介质的折射率n都大于1.两种介质相比较，n较大的介质称为光密介质，n较小的介质称为光疏介质.★4.全反射和临界角（1）全反射:光从_____介质射入_____介质，或光从介质射入真空（或空气）时，当入射角增大到某一角度，使折射角达到_____时，折射光线完全消失，只剩下反射光线，这种现象叫做全反射.（2）全反射的条件①_______________________________.②______________________________（3）临界角:折射角等于90°时的入射角叫临界角，用C表示sinC=1/n5.光的色散:白光通过三棱镜后，出射光束变为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光的光束，这种现象叫做光的色散.（1）同一种介质对_____折射率小，对_____折射率大.（2）在同一种介质中，____的速度最大，_______的速度最小.（3）由同一种介质射向空气时，_____发生全反射的临界角大，______发生全反射的临界角小.6.全反射棱镜-------横截面是___________的棱镜叫全反射棱镜。平行玻璃砖对光路的控制作用：_______________⑷可利用玻璃砖测定玻璃的折射率。7.光的干涉（1）相干条件：___________________________________________________（2）干涉条纹特点：________________________________________________________（3）决定条纹间距的条件：________________________________________________（4）光的干涉的实例分析（条纹特点、形成原因、应用等）杨氏双缝干涉实验：薄膜干涉：牛顿环：8、光的衍射（1）发生明显衍射的条件：_______________________________________（2）衍射条纹特点：____________________高二物理教学案共4页第2页____________________________________（3）光的衍射的实例列举：____________________________________9、光的偏振（1）自然光和偏振光的区别（2）光的偏振证明光是_________波（3）光的偏振的应用实例：_________________________________10、色散（1）折射中的色散（2）干涉中的色散（3）衍射中的色散（4）介质对光的折射率、光在介质中传播的速度、光的频率、光子的能量之间的关系11、激光（1）激光的三个特点及应用相干性强：平行度好：亮度高：（2）全息照相的原理普通照相技术所记录的只是光波的_________信息，而全息照相技术还可以记录光波的________信息。全息照片的拍摄利用_________原理。【二、典型题分析】专题一光的折射问题的求解方法依据光的折射定律和折射率公式解答问题时，首先依据题意画出光路图，找出入射角和折射角，并确定其大小，再应用21sinsinn和vcn列式求解.注意运用有关几何知识列出辅助方程.【1】如图1所示，真空中有一个半径为R=0.1m、质量分布均匀的玻璃球，频率为f=5.0×1014Hz的细激光束在真空中沿直线BC传播，在玻璃球表面的C点经折射进入小球，并在玻璃球表面的D点又经折射进入真空中.已知∠COD=120°,玻璃球对该激光束的折射率为.求：（1）此激光束在真空中的波长；（2）此激光束进入玻璃时的入射角θ1；（3）此激光束穿越玻璃球的时间.专题二全反射和临界角的求解方法在解答有关全反射问题时，应根据公式nC1sin先求出临界角，然后画出光路图，结合有关知识列式求解，或者是先画光路图，再利用有关公式求解未知量.【2】如图2所示，AB为一直光导纤维，AB之间距离为l，使一光脉冲信号从光导纤维中间入射，射入后在光导纤维与空气的界面上恰好发生全反射，由A点传输到B点所用时间为t，求光导纤维所用材料的折射率n.3高二物理教学案共4页第3页专题三几种测量折射率的方法折射率、折射率的测量是几何光学中的重点，折射率的测量实验是一个可以充分发挥学生想像力的实验.现介绍几种测量玻璃和透明液体折射率的方法，以拓宽学生的视野，加深对折射率、折射率的测量等知识的理解和掌握.1、利用21sinsinn测折射率n测定透明液体的折射率实验器材：圆柱形杯（或桶）一个，细直铁丝一根，直尺一根，短尺一根（小于杯子的截面内直径）.实验方法：①把细直铁丝PA一端斜插入桶内底面边缘，另一端置于桶上边缘，把短尺沿底面直径AC的方向放于桶内底面上，使铁丝和底面直径AC在同一竖直平面内，如图3.②铁丝位置固定，把待测液体装满杯子，眼睛沿铁丝的PA方向定，把待测液体装满杯子，眼睛沿铁丝的PA方向观察，可以看到底面短尺的B点.③用尺子量出AC、OC、OA，从短尺上读出AB，算出BC、OB.④则sinθ1=AC/OA，sinθ2=BC/OB，由得出折射率n.注意：利用细直铁丝观察，是为了较准确的确定出射光线OP和折射角θ1,提高测量的精确度.2、利用全反射测折射率（1）测定半圆形玻璃砖的折射率.实验器材：半圆形玻璃砖，激光器，量角器，白纸.实验方法：①如图4，把半圆形玻璃砖平放于白纸上，激光垂直于玻璃砖弧形侧面水平射入玻璃砖，在圆心O所在的直边界面上发生反射和折射.②逐渐增大光在该界面上的入射角（保持入射点在圆心O处不变）.直至折射光消失，发生全反射.③用量角器量出此时的入射角C（即临界角），由n=1/sinC得玻璃的折射率n.（2）测定水的折射率.实验器材：装满水的脸盆一个，圆木塞，大头针，尺子.实验方法：①量出圆木塞的半径r，在圆木塞的圆心处垂直于圆木塞插一枚大头针，让木塞浮于水面上.②调整大头针插入的深度，直至从液面上方各个方向观察，恰好看不到大头针，如图5.③量出大头针的高度h，算出OA，临界角C的正弦sinC=r/OA,由n=1/sinC得水的折射率.3、用视深法估测折射率（1）水的垂直视深度与实际深度的关系：如图6，水下物S成像于S′，物S的实际深度为h，垂直视深度为h′，物S发出的光线在水与空气的界面上的入射角和折射角分别为θ1和θ2.tanθ1=x/h′,tanθ2=x/h①得h/h′=tanθ1/tanθ2，因垂直于水面向下观察，θ1和θ2很小，所以有tanθ1≈sinθ1,tanθ2≈sinθ2②得h/h′=tanθ1/tanθ2≈sinθ1/sinθ2=n③所以S的垂直视深度为h′=h/n④我们可以通过测定水的实际深度和垂直视深度代入④式，求得水的折射率.（2）估测水的折射率.实验器材：装满水的透明圆柱形玻璃杯一高二物理教学案共4页第4页只，尺子，两枚相同的硬币.实验方法：①把一枚硬币投入杯底右侧，如图7，双眼垂直向下观察该枚硬币的像，同时手持另一枚硬币紧靠杯右侧外壁，上下慢慢移动，直至两者无水平视差.②用直尺测出硬币的垂直视深度h′和实际深度h.③由n=h/h′式求出水的折射率.专题四光的干涉问题在应用条纹间距离公式dlx解答问题时，要注意同一色光在不同介质中的波长不同；不同色光在同一介质中波长不同，结合等公式进行求解.【3】用氦氖激光器进行双缝干涉实验，已知使用的双缝间的距离d=0.1mm，双缝到屏的距离L=6.0m，测得屏上干涉条纹中亮纹的间距是3.8cm，氦氖激光器发出的红光的波长λ是多少？假如把整个装置放入折射率是4/3的水中，这时屏上的条纹间距是多少？【4】.用如图8所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象.图4a是点燃的酒精灯（在灯芯上洒些盐），图8b是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈.将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是（）A.当金属丝圈旋转30°时干涉条纹同方向旋转30°B.当金属丝圈旋转45°时干涉条纹同方向旋转90°C.当金属丝圈旋转60°时干涉条纹同方向旋转30°D.干涉条纹保持原来状态不变【5】.如图9所示，由红、紫两种单色光组成的光束a，以入射角θ1从平行玻璃板上表面O点入射.已知平行玻璃板的厚度为d，红光和紫光的折射率分别为n1和n2，真空中的光速为c.试求：（1）红光在玻璃中传播的速度；（2）红光和紫光在下表面出射点之间的距离【6】.如图10所示，玻璃球的半径为R，折射率n=3，今有一束平行光沿直径AB方向照射在玻璃球上，试求离AB多远的入射光线最终射出后沿原方向返回.【7】.如图11所示，ABC是折射率n=1.5的棱镜，用于某种光学仪器中，现有一束光线沿MN方向射到棱镜的AB面上，入射角的大小θ1=arcsin0.75，求：（1）光在棱镜中传播的速度；（2）画出此束光线射出棱镜后的方向，要求写出简要的分析过程.（不考虑返回到AB和BC面上的光线）n0