湖南省江华一中高三物理一轮复习 光课件.ppt

一 复习内容及课时安排 一 光的折射全反射 二 光的波动性 三 实验 测定玻璃的折射率1 四 实验 用双缝干涉测光的的波长 五 单元测验和试卷讲评2 二 目的要求 掌握光的反射定律 折射定律 掌握发生全反射现象的条件 了解光的色散现象 熟悉相干条件 掌握双缝干涉的特征及规律 条纹分布情况及明 暗纹位置特征 熟悉薄膜干涉的特征及其应用 掌握产生明显衍射现象的条件及条纹特征 第十二章光 三 教学重点 光的全反射 光的干涉和衍射 四 教学难点 光的全反射现象 五 高考命题趋向 纵观历年考题和新课改区域的考题 对光的反射 光的折射及其规律的掌握要求较高 从近几年的高考题看 也是基本围绕光的反射和折射来命题 有关观察范围 传播时间问题是热点 特别是折射类问题的命题率较高 而光的波动性现象问题也间歇性出现 多与产生原理 条件 干涉条纹间距及移动有关 分析不同频率的光在介质传播时产生的不同现象 对实验考查也不容忽视 对这部分内容的考查多以选择和实验题的形式出现 预见今后的命题方向不会有太大的改变 第一节光的折射 全反射 一 知识要点 1 光的直线传播 1 光的直线传播原理 光在介质中总是沿着直线传播的 2 光速 光在真空中的传播速度为 光在其它介质中的速度 式中n为介质的折射率 n 1 故v c 同种均匀 3 108m s 2 光的反射 1 反射定律 反射光线总是在入射光线和法线决定的平面内 反射光线 入射光线分居法线两侧 反射角入射角 2 平面镜成像的特点平面镜成的像是正立等大的虚像 像与物关于镜面对称 等于 3 平面镜成像光路图作法 利用光的反射定律 根据平面镜成像的特点 在作光路图时 一般常常根据平面镜成像的特点可以先画像 后补光路图 4 光的反射光路是可逆的 3 光的折射 1 折射定律折射光线与入射光线 法线处于同一平面内 折射光线与入射光线分别位于法线两侧 入射角的正弦与折射角的正弦的比值是定值 注意两角三线的含义 2 折射率 折射率定义 光从真空或空气中射入介质中发生折射时 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 折射率反映介质折射光的本领大小的一个物理量 折射率的定义表达式 n 其中 1为真空或空气中的角度 折射率的其它各种计算表达形式 n 其中c 为光在真空或空气中的光速 波长 v 为介质中的光速 波长 c为光发生全反射时的临界角 折射率大小的决定因素 介质 光源 主要是频率 注意 介质的折射率n 1 3 折射光路是可逆的 4 光的全反射 1 光疏介质和光密介质 两种介质比较 折射率小的叫光疏介质 折射率大的叫光密介质 光疏 和 光密 具有相对性 2 全反射现象 光从光密介质入射到光疏介质的分界面上时 当入射角增大到一定程度时 光全部反射回光密介质 这一现象叫全反射现象 3 临界角 折射角等于90 时对应的入射角叫做临界角 用c表示 c 4 发生全反射的条件 光从光密介质入射到光疏介质 入射角大于等于临界角 5 光导纤维 实际用的光导纤维是非常细的特质玻璃丝 直径只有几微米到一百微米之间 在内芯和外套的界面上发生全反射 其中内芯是光密介质 外套是光疏介质 二 巩固训练 题型一 光的直线传播及光的反射 练习1 某台钟钟面上没有数字 只有刻度线 如图所示 是从平面镜里看到的钟的像 指针指的时刻是 a 1点20分b 11点20分c 10点40分d 10点20分 c 练习2 如图所示 一小球紧靠点光源s前方 水平向左平抛 恰好落在墙角a处 则在小球运动过程中 竖直墙壁上球影中心的运动是 a 匀速直线运动 b 加速度逐渐增大的变加速直线运动 c 匀加速直线运动 d 加速度逐渐减小的加速直线运动 a 练习3 如图所示 一点光源s放在平面镜前 1 若镜不动 s以速度v沿so方向向左运动 光源s的像如何运动 2 若s不动 镜以速度v沿os方向向右平移 s的像又将如何运动 1 以向o点运动 2 相对s的速度为向s运动 题型二 光的折射与全反射 练习4 一个大游泳池 池底水平 池水深1 2m 有一直杆竖直立于池底 杆浸入水中部分是杆长的一半 当太阳以与水平方向成37 角射在水面上时 测得杆在池底的影长为2 5m 求水的折射率 n 4 3 练习5 如图所示为一直角三棱镜 角a为300 棱镜折射率为n 2 4 一束光垂直于ab边射向棱镜 最后又从棱镜射出 画出全部光路图 练习6 从军事工事内部观察外面的目标 在工事壁上开一长方形孔 设工事壁厚d 34 64cm 孔的宽度l 20cm孔内嵌入折射率n 的玻璃砖 如图所示 试问 1 嵌入玻璃砖后 工事内部人员观察到外界视野的最大张角为多少 2 要想使外界180 范围内景物全被观察到 应嵌入多大折射率的玻璃砖 1 视野的张角最大为120 2 折射率至少为n 2 练习7 一块透明的光学材料 ab为某一个端面 建立平面直角坐标系如图所示 设该光学材料的折射率沿y轴正方向 即ba方向 逐渐减小 有一光线po从真空中以某一入射角射向o点 并进入该料内部 则该光线在光学材料内部可能的传播路径是图中 d 练习8 蜃景 又叫海市蜃楼 它不仅会在夏日的海面上出现 还能在内陆沙漠上出现 下面关于海面上和沙漠上的蜃景说法正确的是 a 在沙漠上看到的像是倒立的b 在夏日的海面上的看到的像正立的c 蜃景都是光的全反射的结果d 蜃景都是光的衍射形的 abc 练习9 练习9 一束白光从顶角为 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 b 练习10 一束由红 蓝两单色光组成的光线从一平板玻璃砖的上表面以入射角 射入 穿过玻璃砖自下表面射出 已知该玻璃对红光的折射率为1 5 设红光与蓝光穿过玻璃砖所用的时间分别为t1和t2 则在 从0 逐渐增大至90 的过程中 a t1始终大于t2b t1始终小于t2c t1先大于后小于t2d t1先小于后大于t2 b 第二节光的波动性 一 知识要点 1 光的干涉现象 1 光的干涉两列光波在空间相遇时发生叠加 在某些区域总加强 在另一区域总减弱 从而出现明暗相间的条纹的现象叫光的干涉 2 干涉的条件相干光源 频率相同 相差恒定的两束光 3 杨氏双缝干涉 实验装置 如图 相干条件 若 n 0 1 2 3 时 出现亮条纹 若 n 0 1 2 3 时 出现暗条纹 注意 振动情况完全相反的加强减弱条件 相邻亮条纹 或相邻暗条纹 之间的中央间距 x d是两狭缝之间的距离 l是两狭缝到屏的距离 是光波的波长 双缝干涉图样单色光 中央为明条纹 两边等间距对称分布明暗相间条纹 复合光 中央为明条纹 两边等间距对称分布彩色条纹 4 薄膜干涉 光照射到薄膜上时 被膜的前 后表面反射的两列光相叠加 也可发生干涉现象 若入射光为单色光 可形成明暗相间的干涉条纹 若入射光为白光 可形成彩色的干涉条纹 薄膜干涉常用于检查平面和用于镜头的增透膜 2 光的衍射现象 1 光的衍射光遇到障碍物时 偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象 2 明显衍射的条件从理论上讲衍射是无条件的 但需发生明显的衍射现象的条件 当孔或障碍物的尺寸比光波的波长小 或者跟光波的波长相差不多时 光才发生明显的衍射现象 3 衍射图样 单缝衍射 单色光 中央是最宽的亮条纹 两侧为不等间隔的明暗相间的条纹 复合光 中央是最宽的亮条纹 两侧为不等间隔的彩色条纹 最靠近中央的是紫光 最远离中央的是红光 注意 与双缝干涉的干涉条纹不同的是 干涉条纹均匀分布 而衍射条纹的中央明纹较宽 较亮 圆孔衍射 明暗相间的不等距圆环 4 泊松亮斑光照射到一个半径很小的圆板后在圆板的阴影中心出现亮斑 这是光能发生衍射的有力证据之一 注意泊松亮斑与圆孔衍射条纹的区别 图1是泊松亮斑 图2是圆孔衍射条纹 图1图2 3 光的偏振 1 自然光 偏振光自然光 从光源 如太阳 亮着的灯等 直接发出的光 包含着在垂直于传播方向的一切方向振动的光 而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同 偏振光 自然光通过偏振片后 在跟光传播方向垂直的平面内 光振动在某一方向较强而在另一些方向振动较弱 这样的光叫偏振光 自然光射到两种介质的界面上 如果光的入射方向合适 使反射和折射光之间的夹角恰好是90 这时的反射光和折射光就都是偏振光 且它们的偏振方向互相垂直 我们通常看到的绝大多数光都是偏振光 2 光的偏振的物理意义光的偏振现象充分表明光波是横波 3 偏振光的应用可应用于照相机镜头 立体电影 消除车灯眩光等等 4 光的电磁说 1 麦克斯韦根据他对电磁理论的研究 提出了光是一种电磁波 赫兹通过实验证实了麦克斯韦理论的正确性 2 电磁波谱 按频率由低到高 或按波长由长到短 排列依次是无线电波 红外线 可见光 紫外线 伦琴射线和 射线 5 激光激光的主要特点有 相干性好 平行度好 亮度很高 二 巩固训练 题型一 光的干涉及应用 练习1 如图所示 在双缝干涉实验中 s1和s2为双缝 p是光屏上的一点 已知p点与s1和s2距离之差为2 1 10 6m 今分别用a b两种单色光在空气中做双缝干涉实验 问p点是亮条纹还是暗纹 1 已知a光在折射率为n 1 5的介质中的波长为4 10 7m 2 已知b光在某种介质中的波长为3 15 10 7m 当b光从这种介质射向空气时 临界角为37 1 p点为暗条纹 2 p点为亮条纹 练习2 在双缝干涉试验中 以白光为光源 在屏上观察到了彩色条纹 若在双缝中的一缝前放红色滤光片 只能透过红光 另一缝前放绿色滤光片 只能透过绿光 这时 a 只有红色和绿色的干涉条纹 其它颜色的条纹消失b 红色和绿色的干涉条纹消失 其它颜色的条纹存在c 任何颜色的条纹都不存在 但屏上光亮存在d 屏上无任何光亮 c 练习3 图甲是用绿光进行双缝干涉实验时 屏上观察到的条纹情况 a为中央亮条纹 图乙为换用另一种颜色的单色光进行实验时 观察到的条纹情况 a 为中央亮条纹的情况 则以下说法正确的是 a 图乙可能是用红光实验产生的条纹 表明红光波长较长b 图乙可能是用紫光实验产生的条纹 表明紫光波长较长c 图乙可能是用紫光实验产生的条纹 表明紫光波长较短d 图乙可能是用红光实验产生的条纹 表明红光波长较短 a 练习4 如图甲所示 是用干涉法检查平面光洁度的的装置 如果发现某被检查平面干涉条纹如图乙所示 则 1 这些条纹是图甲中哪两个平面的光反射干涉结果 2 如将图中薄片厚度减小时 从上往下观察到的干涉条纹将 a 变疏 b 变密 c 不变 d 消失 3 当用此装置检查另一平面时 发现条纹如图丙所示 则以下说法正确的是 a p处下凹 b q处下凹 c p处上凸 d q处上凸 bc a ad 题型二 光的衍射现象的理解 练习5 抽制细丝时可用激光监控其粗细 如图所示 激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板板的同样宽度的窄缝规律相同 则 a 这是利用光的干涉现象b 这是利用光的偏振现象c 如果屏上条纹变宽 表明抽制的丝粗了d 如果屏上条纹变宽 表明抽制的丝细了 抽丝机 d 练习6 有关光的双缝干涉和衍射的现象中 下列说法正确的是 a 无论用什么色光做双缝干涉实验 中央一定是亮纹b 用白光做双缝干涉实验时 得到的彩色亮纹中最靠近中央的是红光c 用白光做单缝衍射实验 得到的彩色条纹中偏离中央最远的是红光d 涂有增透膜的照相机镜头看上去呈淡紫色 是由于增透膜增强了对紫光的透射 ac 练习7 如图所示的4种明暗相间的条纹 分别是红光 蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光 紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样 灰黑色部分表示亮纹 则在下面的四个图中从左往右排列 亮条纹的颜色依次是 a 红黄蓝紫b 红紫蓝黄c 蓝紫红黄d 蓝黄红紫 b 题型三 光的电磁说及光的偏振 练习8 下列关于电磁波的说法中 正确的是 a 各种电磁波中最容易表现出干涉和衍射现象的是 射线b 红外线有显著的热作用 紫外线有显著的化学作用c x射线的穿透本领比 射线更强d 在电磁波谱中 x射线与 射线有很大的重叠区域 但二者产生的机理是不一样的 bd 练习9 光的偏振现象说明光是横波 下列现象中不能反映光的偏振特性的是 a 一束自然光相继通过两个偏振片 以光束为轴旋转其中一个偏振片 透射光的强度发生变化b 一束自然光入射到两种介质的分界面上 当反射光与折射光之间的夹角恰好是90 时 反射光是偏振光c 日落时分 拍摄水面下的景物 在照相机镜头前装上偏振光片可以使景象更清晰d 通过手指间的缝隙观察日光灯 可以看到彩色条纹 d 第三节实验 测定玻璃的折射率 一 知识要点 1 实验目的学会用插针法测定玻璃的折射率 2 实验原理折射定律和光的直线传播原理 3 实验仪器与器材玻璃砖 白纸 木板 大头针 图钉 量角器 三角板 或直尺 铅笔 4 实验步骤把白纸用图钉钉在平木板上 如图所示 在白纸上画一条直线aa 作为界面 过aa 上的一点o画出界面的法线 并画出一条线段ao作为入射光线 2 画出玻璃砖的另一个界面bb 3 在ao上插上两枚大头针p1和p2 透过玻璃砖观看p1 p2的像 调整视线 直到p1的像被p2挡住 再在观察的的这一侧插上p3和p4 使p3挡住p1 p2的像 p4挡住p1 p2 p3的像 4 移去大头针和玻璃砖 过p3 p4引一条直线o b o 为此直线与bb 的交点 5 用量角器量出 1 2的值 从三角函数表中分别查出它们的正弦值 6 用公式求出玻璃的折射率 7 算出不同的 1 2对应的折射率 再求出折射率的平均值 8 整理仪器 写出实验报告 5 注意事项 1 轻拿轻放玻璃砖 手只能接触玻璃砖的毛面或棱 不能触摸光学表面 严禁把玻璃砖当直尺使用 2 实验过程中 玻璃砖在纸面上的位置不可移动 3 插针p1与p2 p3与p4的间距要适当地大些 以减少确定光路方向时出现的误差 4 实验时入射角不能太小 否则会使测量的误差加大 也不能太大 否则会不易观察到p1 p2的像 5 本实验中如果采用的不是两面平行玻璃砖 如采用三棱镜 半圆形玻璃砖等 只是出射光线和入射光线不平行 但一样能测出折射率 6 实验误差 1 入射光线和出射光线确定得不够精确 因此要求插大头针时两大头针间距离应较大 2 入射角 折射角测量得不精确 为减小角度的相对误差 入射角要稍大些 但不宜太大 否则光会从侧面射出 3 玻璃砖的两界面边界线画得不准确 导致两界面的厚大变大或变小 而出现误差 如果两边界的距离画大了 所画出的折射角偏大 折射率测得值偏小 如果两边界的距离画小了 所画出的折射角偏小 折射率测得值偏大 二 巩固训练 练习1 在做 测定玻璃折射率 的实验中 以下说法正确的是 a 为了提高测量精确度 大头针位置p1 p2及p3 p4之间的距离应适当取大些b 为了提高测量精确度 入射角应适当取大些c 如果入射角太大 则反射光强 而折射光线太弱 不易观察d 如果入射角太大 则折射光线将会在玻璃内表面发生全反射 而无法完成实验 abc 练习2 某同学用插针法测定玻璃砖的折射率 他的实验方法和操作步骤正确无误 但他处理实验记录时发现玻璃砖的两个光学面aa 与bb 不平行 如图所示 则 a p1p2与p3p4两条直线平行b p1p2与p3p4两条直线不平行c 他测出的折射率偏大d 他测出的折射率不受影响 bd 练习3 在利用插针法测定玻璃砖折射率的实验中 1 甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa 和bb 后 不自觉地碰了玻璃砖使它向aa 方向平移了少许 如图1所示 则他测出的折射率值将 选填 偏大 偏小 或 不变 2 乙同学在画界面时 不自觉地将两界面aa bb 间距画得比玻璃砖宽度些 如图2所示 则他测得折射率 填 偏大 偏小 不变 图1 图2 不变 偏小 练习4 在测定玻璃折射率的实验中 1 某同学实验插针的步骤如下 a 在表示入射光线的ao上插上大头针p1 p2 b 通过玻璃砖观察p2 p1 调整视线 直到p1的像被p2的像挡住 c 在观察一侧插上大头针p3 p4 记下p3 p4的位置 这位同学在操作中有什么重要疏漏 2 以通过p1 p2的直线与玻璃砖的交点o为圆心 以某一适当长度r为半径画圆 与oa交与p 与oo 的延长线交与q 如图所示 从p q分别作玻璃砖界面的法线nn 的垂线 图中p q 分别为垂足 用刻度尺量得pp 45mm qq 30mm 求玻璃砖的折射率为 1 插针时应使p3挡住p2 p1的像 p4挡住p3和p2 p1的像 1 5 第四节实验 用双缝干涉测光的的波长 一 知识要点 1 实验目的 1 了解光波产生稳定的干涉现象的条件 2 观察白光及单色光的双缝干涉图样 3 测单色光的波长 2 实验装置3 实验原理 1 如果双缝光源的相位相同 双缝到屏上任意一点p的路程差时 p点加强 出现亮条纹 时 p点减弱 出现暗条纹 所以如果用单色光光屏上出现明暗相间的条纹 如果用白光光屏上出现彩色条纹 2 光通过双缝干涉仪上的单缝和双缝后 得到振动情况完全相同的光 它们在双缝后面空间互相叠加 发生干涉现象 如果用单色光光屏上出现明暗相间的条纹 如果用白光光屏上出现彩色条纹 3 由公式可以计算出光波的波长 其中双缝间距d是已知的 双缝到屏的距离l可以用刻度尺测出 条纹间距 x可以用测量头测出 4 注意事项 1 单缝 双缝应相互平行 其中心大致位于遮光筒的轴线上 双缝到单缝的距离应相等 2 测双缝到屏的距离l可以用米尺多次测量取平均值 3 测条纹间距 x时 用测量头测出相邻n条亮 暗 纹之间的距离a 再求出相邻的两条