2011届高考物理第一轮复习课件：光 章末总结

热点讲座13.光学重点题型突破例析热点解读光的折射定律是光学中唯一Ⅱ级要求的知识点，属高频考点，另外尽管全反射属Ⅰ级要求，但它与折射定律能很好地综合在一起，而且全反射与生产、生活密切相关，容易出联系实际的题目.如2009年山东理综第37（2）题，2009年浙江理综第18题，2009年天津理综第7题，2008年宁夏理综第32（2）题，2008年山东理综第37（2）题.光的本性在高考中也时常出现，如2009年福建理综第13题，上述考题主要涉及四种题型，下面做简要分析.章末总结专题讲座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，再应用和列式求解.注意运用有关几何知识列出辅助方程.【例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21sinsinnvcn图1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.解析（1）(2)设激光束在玻璃球中的折射角为θ2,则由图知θ2=30°，所以3.m100.6m1051037148fc21sinsinnm/s103m/s3103m103cos2,)3(.60,23sinsin882121ncvRxvxtn故答案（1）6.0×10-7m(2)60°(3)1.0×10-9s点评本题考查折射定律的运用，解答这类问题的基本方法：（1）结合题意准确作出光路图，注意要作准法线；（2）利用平面几何知识找到入射角和其对应的折射角，以及找到边角间的三角函数关系；（3）应用折射定律（或折射率公式）更方程求解.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.【例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.nC1sin图2解析光信号由A点进入光导纤维后，沿AO方向照射到O点，此时入射角α恰好等于临界角.光在此介质中的速度为v，而沿水平方向的分速度为vsinα,沿水平方向传播的距离为l.设介质的折射率为n,则有sinα=sinC=由以上三式解得答案n1vcnsinvlt.n12lctncnlnclt所以lct点评联系实际的全反射问题通常需要建立一定的物理模型，这样能将看似很难解决的实际问题转化为熟悉的情境，所以读懂题意、获取有效信息，是解决这类问题的关键.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、利用测折射率n21sin/sin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方向图3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.图4（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.图53、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图6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.图7专题四光的干涉问题在应用条纹间距离公式解答问题时，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.【例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？dlxn0解析由条纹间距Δx、双缝间距d、双缝到屏的距离L及波长λ的关系，可测光波的波长，同理知道水的折射率，可知该波在水中的波长，然后由Δx、d、L、λ的关系，可计算条纹间距.由，可以得出红光的波长为激光器发出的红光的波长是6.3×10-7m.如果整个装置放入水中，激光器发出的红光在水中的波长为dLxm103.6m0.6108.3101.0723xLdm107.4m43103.677n这时屏上条纹的间距是答案6.3×10-7m2.8×10-2m点评实验装置放在哪种介质中就要用哪种介质中的波长进行计算，不可张冠李戴.本题中装置是放在空气中的，故要求出在空气中的波长.要明确同种色光在不同介质中传播时，频率不变，但波长随波速的变化而变化，要注意.m108.2m101.0107.40.6237dLx.介真vcn素能提升1.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（）图8A.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解析由于重力的作用，薄膜形成上薄下厚的楔形，薄膜干涉是等厚干涉，厚度相同的点在一条水平线上.将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，厚度相同的点仍在原水平线上，故干涉条纹保持原来的位置不变.答案D2.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.图9解析（1）由题意知，红光在此玻璃中的传播速度（2）如图所示，设红光折射角为θ2，紫光折射角为θ2′，根据折射定律有：红光故.1ncv,sinsin211n122112112212112sinsintan,sincos,sinsinnnnn答案（1）(2)).sin1sin1(sintantansinsintan,sinsin,12221221122122212212nndxddxnn联立解得紫光同理1nc).sin1sin1(sin122212211nnd3.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.解析作出光路图，如图，由光路图知θ1=2θ2①②图10n21sinsin解①②式得：即θ2=30°,θ1=60°.设离AB距离为d的入射光线最终射出后沿原方向返回，则d=Rsinθ1，即答案23cos2.23RdRd234.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）图11解析（1）光在棱镜中传播的速度（2）由折射率求得AB面上的折射角θ2=30°.由几何关系得，BC面上的入射角θ=75°-θ2=45°,而n=1.52,故全反射的临界角所以光在BC面上发生全反射，光路图如图所示.答案（1）2×108m/s(2)见解析.m/s102/5.1m/s10388smncv,sinsin21n,451arcsinnC阅卷现场阅卷手记本章内容主要考查光的折射、全反射、色散、衍射、干涉、电磁波谱、电磁场和电磁波以及相对论的基本原理等内容.涉及的方法主要是数学知识在物理中的运用.对用数学知识解决物理问题的能力要求较高.本章中的错误主要表现在：解题操作过程不规范导致计算错误；将几何光学与物理光学综合时概念不准确；不善于用光路图对动态过程作分析.易错点实例分析35.不能正确运用折射定律和全反射规律产生的错误试题回放据报道,2008年北京奥运会为保证奥运通信达到世界一流水平,成功建设了六大通信工程,其中的奥运光纤通信网覆盖所有奥运相关场所,为各项比赛提供了安全、可靠、迅捷的通信服务.光纤通信是利用光的全反射将大量信息高速传输,其工作原理如图所示,如果有一条圆柱形的光导纤维,长为L,它的玻璃芯的折射率为n1,外层材料的折射率为n2,光在空气中传播的速度为c,图1中所标的φ为全反射的临界角,其中sinφ=则光从它的一端射入后从另一端射出所需的最长时间t为多少？,12nn图1错解分析有的学生没有真正明白题目所求时间“最长”的含义,简单地认为光在玻璃芯中传播的路程即是L,因为光在其中的传播速度所以传播时间有的学生虽然在图示的提醒下考虑对了最长路程,但又忽略了光速的变化,得到,1ncv.1cLnvLt.sin21cnLncLt正确答案光从光导纤维的一端射入、从另一端射出,必设入射角为α,则α≥φ,由几何关系知光在纤维中传播的路程故当α=φ时,即当光线恰好发生全反射时射出另一端走过的路程最长,对应时间也最长,此时传播的路程为光在玻璃芯中的传播速度满足关系式②sinLssinmLs1ncv已知光在光导纤维中匀速传播的最长时间联立①②③④