高三物理一轮复习 第10章 第4讲 光课件（选修34）.ppt

浙江专用物理 第4讲光 一 光的折射1 折射现象 光从一种介质斜射入另一种介质时传播方向 改变的现象 2 折射定律 1 内容 折射光线跟 入射光线和 法线在同一平面内 入射光线和折射光线分别位于 法线两侧 入射角的正弦跟 折射角的正弦成正比 2 在折射现象中 光路 可逆 3 折射率 1 物理意义 反映介质的光学特性 折射率大 说明光从真空射入该介质时 偏折程度大 反之偏折程度小 2 定义式 n 折射率由介质本身的光学性质和光的 频率决定 3 计算公式 n 因v c 故介质折射率都大于1 4 辨析 1 光发生折射现象时一定伴随着反射现象 2 光发生反射现象时方向一定改变 二 全反射 光导纤维1 全反射现象 1 条件 a 光从 光密介质射入 光疏介质 b 入射角 大于或等于临界角 2 现象 折射光完全消失 只剩下反射光 2 临界角 折射角等于90 时的入射角 用c表示 sinc 3 光导纤维 实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝 直径只有几微米到一百微米 在内芯和外套的界面上发生全反射 如图 内芯的折射率 大于外套的折射率 4 辨析 1 无论是折射光路 还是全反射光路 都是可逆的 2 光发生反射现象时一定伴随着折射现象 3 光从空气射入水中 光的传播速度一定增大 三 光的干涉 衍射和偏振现象1 光的干涉 1 产生条件 两列光波必须 频率相同 振动情况相同才能产生稳定的干涉现象 2 双缝干涉a 相干光源 频率相同并能产生干涉现象的两个光源 通常是指从同一束单色光经双缝分离出来的两列 频率相同的光 b 干涉图样 单色光通过双缝后在屏上出现 明暗相间的等距干涉 条纹 若用白光做实验 则屏上出现 彩色的干涉条纹 c 条纹间距 x 3 薄膜干涉a 相干光源 被薄膜的前 或上 表面和后 或下 表面分别 反射回的两列光波 b 干涉图样 单色光形成 明暗相间的条纹 白光形成 彩色条纹 2 光的衍射 1 光的衍射 光偏离直线路径绕到障碍物 或孔 后面 阴影区域内继续传播的现象 2 产生明显衍射现象的条件 障碍物或孔的尺寸小于光的波长或与光的波长差不多 3 几种衍射现象a 单色光的单缝衍射 中央为宽 亮的明条纹 两侧为明暗相间的条纹 条纹的亮度向两侧越来越暗 b 白光的单缝衍射 中央为宽 亮的白色条纹 两侧为明暗相间的彩色条纹 条纹的亮度向两侧越来越暗 c 小孔衍射和圆盘衍射 小孔衍射得到的是明暗相间的不等距圆环 中央为亮斑 圆盘衍射得到的是明暗相间的不等距圆环 中心为一亮斑 称为 泊松亮斑 3 光的偏振现象 1 光是电磁波 电场强度e和磁感应强度b的振动方向均与波传播的方向垂直 所以光是横波 有偏振现象 2 自然光 若光源发出的光 包含着垂直于光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 这种光叫自然光 如由太阳 电灯等普通光源发出的光 3 偏振光 在与光波传播方向垂直的平面内 只有沿着某一个特定的方向振动的光 如自然光经一偏振片作用后的光 再如自然光射到两介质分 界面时同时发生反射和折射 反射光和折射光都是偏振光 4 应用 利用偏振片摄影 观看立体电影等 4 辨析 1 各种波均会发生偏振现象 2 各种波都会发生衍射现象 1 一束光从介质a进入介质b 方向如图所示 由图可知 a b两种介质相比 a a是光疏介质b a的折射率大c 光在a中传播的速度大d 光在a中的频率大 1 答案b由图中的角度可知 a是光密介质 光密介质对光的折射率大 故选项a错误 b正确 又由n 及a的折射率大 可知光在a中的传播速度小 故选项c错误 频率是光的固有属性 则选项d错误 故答案为b 2 如图所示 白光垂直于正三棱镜ab边进入三棱镜后射到bc边 并在bc边上发生全反射 若保持白光入射点位置不变 而将白光在其所在的平面内缓慢逆时针转动 则最先从bc边射出的光是 a 红光b 紫光c 白光d 无法判断 2 答案a光从光密介质射向光疏介质时 若入射角大于或等于全反射临界角c 则发生全反射 小于临界角则发生折射 根据sinc 及n红c紫 而白光逆时针转动以后在玻璃中各入射角从大于临界角变到小于各自临界角时 红光最先小于临界角 因而最先从bc边折射出来 而紫光最后折射出来 答案为a 3 如图所示 一束单色光射入一玻璃球体 入射角为60 已知光线在玻璃球内经一次反射后 再次折射回到空气中时与入射光线平行 此玻璃对该单色光的折射率为 a b 1 5c d 2 3 答案c根据光路图可知 入射角 1 60 折射角 2 30 根据n 可知 折射率为 4 关于单缝衍射图样 以下说法正确的是 a 黄光和蓝光透过相同宽度的狭缝衍射时 黄光的中央条纹较窄b 在单缝衍射中 狭缝越窄 中央亮条纹的宽度也越窄c 单色光单缝衍射图样是明暗相间的平行条纹 且各亮条纹的亮度和宽度基本相同d 用白光观察单缝衍射 中央亮条纹最宽 且是白色的 4 答案d在单缝衍射中 入射光波长越大 狭缝越窄 中央亮条纹越宽 故a b错误 单缝衍射的条纹宽度和亮度不相同 其中 中央亮条纹最宽最亮 越向外条纹越窄 亮度越小 故c选项错误 白光的单缝衍射图样中 中央亮条纹最宽且为白色 而两侧出现明暗相间的彩色条纹 故d选项正确 5 在双缝干涉实验中 以白光为光源 在光屏上观察到了彩色干涉条纹 若双缝中的一缝前放一红色滤光片 只能透过红光 另一缝前放一绿色滤光片 只能透过绿光 这时 a 只有红光和绿光的双缝干涉条纹 其他颜色的双缝干涉条纹消失b 红光和绿光的双缝干涉条纹消失 其他颜色的双缝干涉条纹依然存在c 任何颜色的双缝干涉条纹都不存在 但光屏上仍有光亮d 屏上无任何光亮 5 答案c由题意可知 从一条缝射出的光是红光 另一条缝射出的光是绿光 由于红光和绿光的频率不同 不是相干光 不能发生干涉 但都能产生单缝衍射现象 屏上仍有红光和绿光各自的衍射条纹叠加后的光亮 综上分析可知 选项c正确 重难一折射定律的应用光的折射问题的分析方法 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 典例1如图所示 巡查员站立于一空的贮液池边 检查池底出液口的安全情况 已知池宽为l 照明灯到池底的距离为h 若保持照明光束方向不变 向贮液池中注入某种液体 当液面高为时 池底的光斑距离出液口 1 试求当液面高为h时 池底的光斑到出液口的距离x 2 控制出液口缓慢地排出液体 使液面以vh的速率匀速下降 试求池底的光斑移动的速率vx 解析 1 如图 由几何关系知 由折射定律得 n 代入h l 得n 联立 式求解x h当h h时 x 2 由x h知 x h 则 即vx vh 答案 1 2 vh 1 1一组平行的细激光束 垂直于半圆柱玻璃的平面射到半圆柱玻璃上 如图所示 已知光线 沿直线穿过玻璃 它的入射点为o 光线 的入射点为a 穿过玻璃后两条光线交于一点 已知玻璃截面的圆半径为r oa 玻璃的折射率n 求两条光线射出玻璃后的交点与o点的距离 解析光线 沿直线穿过玻璃 则入射点o为玻璃截面的圆心 两条光线的光路如图所示 设射出玻璃后的交点是p 光线 从玻璃射出时的入射角为i 折射角为r 根据折射定律得 n 由几何关系可得i 30 解得r 60 由几何关系可得op 2rcos30 r 答案r 1 2如图所示 截面为abc的玻璃直角三棱镜放置在空气中 宽度均为d的紫 红两束光垂直照射三棱镜的一个直角边ab 在三棱镜的另一侧放置一平行于ab边的光屏 足够宽 屏的距离远近可调 在屏上出现紫 红两条光带 可能是 a 紫色光带在上 红色光带在下 紫色光带较宽 b 紫色光带在下 红色光带在上 紫色光带较宽c 红色光带在上 紫色光带在下 红色光带较宽d 红色光带在下 紫色光带在上 红色光带较宽 答案cd解析紫光的频率比红光大 故三棱镜对紫光的折射率比对红光的大 通过三棱镜后紫光偏离入射方向的角度大 故在屏上形成的光带比红光窄 当光屏离三棱镜的距离适当时 紫光既可以在红光的上面 也可以在红光的下面 重难二全反射与折射的综合应用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 在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理解 当光由光密介质射向光疏介质时 在入射角逐渐增大的过程中 反射光的能量逐渐增强 折射光的能量逐渐减弱 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 典例2如图所示 直角玻璃棱镜中 a 70 入射光线垂直于ac面 求光线从棱镜第一次射入空气时的折射角 并作光路图 已知玻璃的折射率为 解析设光从玻璃射入空气的临界角为 则sin 45 作光路图如图所示 第一次射到ab面上时 入射角 1 70 发生全反射 再射到bc面上 这时入射角 2 50 大于临界角 发生全反射 再射到ab面上时 入射角 3 30 发生折射 根据 可知折射角 4 45 答案45 光路图见解析 2 1如图所示 一立方体玻璃砖 放在空气中 平行光束从立方体的顶面斜射入玻璃砖 然后投射到它的一个侧面 若全反射临界角为42 问 1 光线能否从侧面射出 2 若光线能从侧面射出 玻璃砖折射率应满足什么条件 答案 1 不能 2 nc 因而光线在侧面要发生全反射而不能射出 2 因r总小于临界角 要使光线能从侧面射出 i 也应小于临界角 即r45 这就要求玻璃的折射率n满足 sinc sin45 所以n 2 2一束白光从顶角为 的三棱镜的一边以较大的入射角i射入并通过三棱镜后 在屏p上可得到彩色光带 如图所示 在入射角i逐渐减小到零的过程中 假如屏上的彩色光带先后全部消失 则 a 红光最先消失 紫光最后消失b 紫光最先消失 红光最后消失 c 紫光最先消失 黄光最后消失d 红光最先消失 黄光最后消失 答案b解析白光从ab面射入玻璃后 由于紫光偏折程度大 从而到达另一侧面ac时的入射角较大 且因玻璃对紫光的折射率大 sinc 1 n 因而其全反射的临界角最小 故随着入射角i的减小 进入玻璃后的各色光中紫光首先发生全反射不从ac面射出 后依次是靛 蓝 绿 黄 橙 红光发生全反射而不从ac面射出 重难三光的干涉在实际中的应用1 利用双缝干涉测量光波的波长 即利用 x 可求得波长 x x为相邻两条亮 暗 条纹间的距离 2 薄膜干涉的应用 1 检查精密零件的表面是否平整 射光在空气层的上表面a和下表面b反射出两列光波叠加 从反射光中看到干涉条纹 根据干涉条纹的形状来确定工件表面的情况 如图所示 2 增透膜在光学元件 透镜 棱镜 的表面涂上一层薄膜 如氟化镁 当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的时 在薄膜的两个面上的反射光的光程差恰好等于半波长 因而相互抵消 达到减小反射光 增大透射光强度的目的 在被检查平面上放一个透明标准样板 在样板的一端垫一薄片 使样板的标准平面与被检查平面间形成一个楔形空气薄层 单色光从上面照射 入 典例3在杨氏双缝干涉实验中 如果 a 用白光作为光源 屏上将呈现黑白相间的条纹b 用红光作为光源 屏上将呈现红黑相间的条纹c 用红光照射一条狭缝 用紫光照射另一条狭缝 屏上将呈现彩色干涉条纹d 用紫光作为光源 遮住其中一条狭缝 屏上将呈现间距不等的条纹解析因白光为复色光 所以用白光作光源时 屏上将呈现彩色条纹 a错 用红光作光源时 屏上将呈现红黑相间的条纹 b对 红光 紫光频率不同 因而不能产生干涉 c错 遮住其中一条狭缝时 将产生单缝衍射现象 d对 答案bd 3 1光热转换是将太阳能转换为其他物质内能的过程 如图所示太阳能热水器就是一种光热转换装置 它的主要转化器件是真空玻璃管 这些玻璃管将太阳能转化成水的内能 真空玻璃管上采用镀膜技术增加透射光 使尽可能多的太阳能转换成热能 这种镀膜技术的物理依据是 a 光的直线传播b 光的粒子性c 光的干涉d 光的衍射答案c解析真空玻璃管上的镀膜是一层增透膜 利用了光的薄膜干涉的原理 故选项c正确 3 2劈尖干涉是一种薄膜干涉 其装置如图甲所示 将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上 在一端夹入两张纸片 从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜 当光垂直入射后 从上往下看到的干涉条纹如图乙所示 干涉条纹有如下特点 1 任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等 2 任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定 现若在图甲装置中抽去一张纸片 则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后 从上往下观察到的干涉条纹 a 变疏b 变密c 不变d 消失 答案a解析抽去一张纸片后 劈形空气薄膜的坡度减缓 相同水平距离上空气薄膜的厚度变化减小 以致干涉时光程差变化减小 条纹间距变宽 看到的条纹数变少 故a正确 重难四光的衍射和偏振 1 单色光的单缝衍射条纹与双缝干涉条纹的比较 2 偏振光的理论意义和应用 1 理论意义 光的干涉和衍射现象充分说明了光是波 但不能确定光波是横波还是纵波 光的偏振现象说明光波是横波 2 应用 照相机镜头 立体电影 消除车灯眩光等 典例4一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板 在薄板后的光屏上呈现明 暗相间的干涉条纹 现在将其中一条窄缝挡住 让这束红光只通过一条窄缝 则在光屏上可以看到 a 与原来相同的明暗相间的条纹 只是明条纹比原来暗些 b 与原来不同的明暗相间的条纹 且中央明条纹最宽c 只有一条与缝宽相对应的明条纹d 无条纹 只存在一片红光 解析本题中这束红光通过双缝时 产生了干涉现象 说明每一条缝宽都很窄 满足这束红光发生明显衍射的条件 这束红光通过双缝在光屏上形成的干涉图样的特点是 中央出现明条纹 两侧对称出现等间隔的明暗相间条纹 而这束红光通过单缝时形成的衍射图样的特点是 中央出现较宽的明条纹 两侧对称出现不等间隔的明暗相间的条纹 且距中央明条纹远的明条纹亮度迅速减小 所以衍射图样看上去明暗相间的条纹数量较少 本题正确选项是b项 答案b 4 1在单缝衍射实验中 下列说法正确的是 a 其他条件不变 将入射光由黄光换成绿光 衍射条纹间距变窄b 其他条件不变 使单缝宽度变小 衍射条纹间距变窄c 其他条件不变 换用波长较长的光照射 衍射条纹间距变宽d 其他条件不变 增大单缝到屏的距离 衍射条纹间距变宽答案acd解析当单缝宽度一定时 波长越长 衍射现象越明显 条纹间距也越大 黄光波长大于绿光波长 所以绿光的衍射条纹间距窄 a c正确 当光的波长一定时 单缝宽度越小 衍射现象越明显 衍射条纹间距越宽 b错误 当光的波长一定 单缝宽度也一定时 增大单缝到屏的距离 衍射条纹间距会变 宽 d正确 4 2如图所示 偏振片p的透振方向 用带有箭头的实线表示 为竖直方向 下列四种入射光束中 能在p的另一侧观察到透射光的是 a 太阳光b 沿竖直方向振动的光c 沿水平方向振动的光d 沿与竖直方向成45 角振动的光 答案abd解析振动方向和透振方向一致的光波可以通过偏振片 振动方向和透振方向垂直的光波不能通过偏振片 太阳光包含着在垂直于传播方向上沿各个方向振动的光 所以太阳光能通过偏振片 选项a正确 透振方向