【大高考】(全国通用)2016届高考物理 专题十五 光学课件

知识点一光的折射1.折射定律：折射光线跟入射光线和法线在同一平面内；折射光线、入射光线分居______两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成_____.2.在折射现象中，光路是可逆的.法线法线知识点二折射率1.定义式：n＝_________(θ1表示真空中光线与法线的夹角，θ2表示介质中光线与法线的夹角，如图所示).2.实验证明：n＝____(c表示光在真空中的速度，v表示光在介质中的速度).注意：任何介质的折射率均大于1.3.折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关.sinθ1sinθ2cv知识点三全反射1.条件：(1)光从______介质射入_____介质.(2)入射角_________临界角.2.现象：折射光完全消失，只剩下反射光.3.临界角：sinC＝____，C为折射角等于90°时的入射角.光密光疏大于等于1n知识点四光的色散1.光的色散现象说明：(1)白光为_____光.(2)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_____.(3)不同色光在同一介质中传播速度______.2.光线照射到棱镜的一个侧面上时，经两个侧面折射后，出射光线向棱镜的_____偏折.物体经棱镜所成虚像的位置向顶角偏移.复色越大不同底边【易错防范】(1)无论是折射光路，还是全反射光路都是可逆的.()(2)如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象.()(3)若光从空气中射入水中，它的传播速度一定增大.()(4)已知介质对某单色光的临界角为C，则该介质的折射率等于1sinC.()×√√√知识点五光的干涉1.条件(1)两列光的_____相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉现象.(2)将同一列光波分解为两列光波，可以获得相干光源.双缝干涉和薄膜干涉都是用此种方法获得相干光源.2.杨氏双缝干涉(1)原理如图所示.频率(2)明、暗条纹的条件.①单色光：Ⅰ.光的路程差r2－r1＝__________________，光屏上出现明条纹.Ⅱ.光的路程差r2－r1＝________________________，光屏上出现暗条纹.②白光：光屏上出现______条纹.(3)条纹间距公式：Δx＝_____.kλ(k＝0，1，2，…)(2k＋1)λ2(k＝0，1，2，…)彩色ldλ3.薄膜干涉(1)原理：薄膜厚度上薄下厚,入射光照在薄膜的同一位置,来自前、后两个面的反射光路程差不同，叠加后出现明条纹或暗条纹.(2)应用：①增透膜.②利用光的干涉检查平整度.知识点六光的衍射1.光离开直线路径而绕到障碍物阴影里的现象叫做光的衍射现象.2.只有在障碍物或孔的尺寸比光的波长小，或者跟光的波长差不多的条件下，才能发生明显的衍射现象.著名的泊松亮斑就是典型的光的衍射现象.知识点七光的偏振1.偏振现象：横波只沿_____________振动，称为波的偏振现象.2.自然光：若光源发出的光包含着在垂直于光传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都_____，这种光叫自然光.3.偏振光：在垂直于光传播方向的平面上，只沿一个特定方向振动的光，叫偏振光.例如：自然光通过偏振片后，就得到了偏振光.见示意图.某一特定方向相同4.光的偏振充分说明光是______，只有_____才有偏振现象.除了从光源直接发出的光以外，我们通常见到的大部分光都是偏振光.例如自然光射到两种介质的界面上，调整入射角的大小，使反射光与折射光的夹角是90°，这时反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向互相垂直.5.偏振光的简单应用：拍摄水面下的景物、玻璃橱窗里的陈列物时，加偏振片滤去水面或玻璃表面的反射光，使景像清晰.立体电影也是应用光的偏振现象的例子.横波横波【易错防范】(1)各种波均会发生偏振现象.()(2)用白光做单缝衍射与双缝干涉实验，均可看到彩色条纹.()(3)光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物的现象.()×√√要点一光的折射折射率[突破指南]解决光的折射问题的思路1.根据题意画出正确的光路图.2.利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角均以法线为标准.3.利用折射定律、折射率公式求解.4.注意：在折射现象中光路是可逆的.【典例1】如图，三棱镜的横截面为直角三角形ABC，∠A＝30°，∠B＝60°.一束平行于AC边的光线自AB边的P点射入三棱镜，在AC边发生反射后从BC边的M点射出.若光线在P点的入射角和在M点的折射角相等.(1)求三棱镜的折射率；(2)在三棱镜的AC边是否有光线透出？写出分析过程.(不考虑多次反射)解析（1)光路图如图所示，图中N点为光线在AC边发生反射的入射点.设光线在P点的入射角为i、折射角为r，在M点的入射角为r′、折射角依题意也为i，有i＝60°①由折射定律有sini＝nsinr②nsinr′＝sini③由②③式得r＝r′④OO′为过M点的法线，∠C为直角，OO′∥AC.由几何关系有∠MNC＝r′⑤由反射定律可知∠PNA＝∠MNC⑥联立④⑤⑥式得∠PNA＝r⑦由几何关系得r＝30°⑧联立①②⑧式得n＝3⑨(2)设在N点的入射角为i″，由几何关系得i″＝60°⑩此三棱镜的全反射临界角满足nsinθC＝1⑪由⑨⑩⑪式得i″θC⑫此光线在N点发生全反射，三棱镜的AC边没有光线透出.答案(1)3(2)没有【借题发挥】求解光的折射问题应注意以下两点(1)根据折射定律和入射光线画出折射光线，找到入射角和折射角，要注意入射角、折射角是入射光线、折射光线与法线的夹角.(2)应用公式n＝sinθ1sinθ2时，一定要确定准哪个角在分子上，哪个角在分母上.要点二全反射[突破指南]解决全反射问题的基本思路1.明确光是由光疏介质射入光密介质还是由光密介质射入光疏介质.2.根据sinC＝1n确定临界角，判断是否发生全反射.3.根据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路”.4.运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行动态分析或定量计算.【典例2】图示为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图，玻璃丝长为L，折射率为n，AB代表端面，已知光在真空中的传播速度为c.(1)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，求光线在端面AB上的入射角应满足的条件；(2)求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间.解析(1)设光线在端面AB上C点(如图)的入射角为i，折射角为r，由折射定律有sini＝nsinr①设该光线射向玻璃丝内壁D点的入射角为α，为了使该光线可在此光导纤维中传播，应有α≥θ②式中，θ是光线在玻璃丝内发生全反射时的临界角，它满足nsinθ＝1③由几何关系得α＋r＝90°④由①②③④式得sini≤n2－1⑤(2)光在玻璃丝中传播速度的大小为v＝cn⑥光速在玻璃丝轴线方向的分量为vz＝vsinα⑦光线从玻璃丝端面AB传播到其另一端面所需时间为T＝Lvz⑧光线在玻璃丝中传播，在刚好发生全反射时，光线从端面AB传播到另一端面所需的时间最长，由②③⑥⑦⑧式得Tmax＝Ln2c答案(1)sini≤n2－1(2)Ln2c【借题发挥】解答全反射类问题的技巧解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的两个条件：一是光必须从光密介质射入光疏介质，二是入射角大于或等于临界角.利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符，这样更有利于问题的分析.要点三光的干涉衍射及偏振[突破指南]1.单缝衍射与双缝干涉的比较两种现象比较项目单缝衍射双缝干涉不同点条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度情况中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相等相同点干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹2.自然光和偏振光的比较自然光(非偏振光)偏振光光的来源直接从光源发出的光自然光通过起偏器后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿任意方向，且沿各个方向振动的光的强度相同在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿特定方向【典例3】下列现象中，属于光的衍射的是()A.雨后天空出现彩虹B.通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹C.海市蜃楼现象D.日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹解析彩虹是光的色散现象,海市蜃楼是光的折射、全反射现象,肥皂膜上出现彩色条纹是薄膜干涉现象，A、C、D错误；通过狭缝观察日光灯看到彩色条纹是单缝衍射现象，B正确.B要点四测定玻璃的折射率[突破指南]求折射率的四种方法(1)计算法：用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，算出不同入射角时的sinθ1sinθ2，并取平均值.(2)图象法：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sinθ-sinθ2图象，由n＝sinθ1sinθ2可知图象应为直线，如图所示，其斜率就是玻璃的折射率.(3)辅助线段法：利用直尺作辅助线，测出辅助线的长度大小，求玻璃的折射率.如图所示，作辅助线AB，且垂直于OB，量出AB、OA，作辅助线CD,且垂直于OD,量出CD、OC,则sinθ1＝ABOA,sinθ2＝CDOC，即可求出：n＝sinθ1sinθ2＝AB·OCOA·CD.(4)“单位圆法”：以入射点O为圆心，以适当长度R为半径画圆，交入射光线OA于E点，交折射光线OO′于E′点，过E作NN′的垂线EH，过E′作NN′的垂线E′H′.如图所示，sinθ1＝EHOE，sinθ2＝E′H′OE′，OE＝OE′＝R，则n＝sinθ1sinθ2＝EHE′H′.只要用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n.【典例4】某同学做“测定玻璃折射率”实验时，完成光路图后，由于没有量角器，借助圆规以O为圆心画圆，分别交入射光线于A点，交OO′连线延长线于C点.分别过A点、C点作法线NN′的垂线AB、CD交NN′于B点、D点，用刻度尺量得AB＝10cm，CD＝6cm，求：(1)玻璃的折射率n；(2)光从这种玻璃进入空气时的临界角多大.解析(1)设∠AON＝i，∠CON′＝r，由折射定律可得n＝sinisinr.由于AO＝CO，所以n＝sinisinr＝ABCD＝53(2)由sinC＝1n可得，光从这种玻璃进入空气时的临界角C＝37°答案(1)53(2)37°