新高中物理 第十三章 光课件 新人教版选修34.ppt

第十三章 光 学案6章末总结 专题整合 自我检测 网络构建 网络构建 光 光的反射 反射定律光路可逆 光的折射 折射定律 入射角 1 折射角 2 折射率n 折射定律 n 光路可逆实验 测定玻璃的折射率 全反射 条件 临界角c的计算公式 sinc 光从光密介质射向光疏介质 入射角大于或等 于临界角 光的干涉 双缝干涉 条件 两列频率相同 相位差恒定 振动情况相同的光实验装置 双缝干涉仪干涉图样 单色光是 的条纹 明暗条纹的产生条件 亮条纹 x 暗条纹 x 条纹间距 x 实验 用双缝干涉测量光的波长 薄膜干涉及应用 明暗相间 间隔均匀 k k 0 1 2 3 2k 1 k 0 1 2 3 光的衍射 发生明显衍射的条件 孔或障碍物的尺寸衍射图样 单色光是明暗 间隔的条纹 与干涉图样进行区分 实例 光的偏振 偏振光与自然光的区别偏振光的获得方法 用偏振片 使反射光与折射光垂直 则它们都成为偏振光偏振现象说明光是 可以与光的波 长相比 甚至比光的波长还小 相间 不均匀 单缝衍射 圆孔衍射 泊松亮斑 横波 光的色散 光的双缝干涉产生色散光的薄膜干涉产生色散光衍射时的色散光通过三棱镜折射产生色散 激光 特点 应用 光纤通信 激光测距 激光雷达 医疗 光刀 读盘 切割金属 激光育种 激光武器等 相干性强 平行度好 亮度高 一 几何光学 专题整合 几何光学是以光线为工具研究光的传播规律 所以解决几何光学问题的关键是根据 光的传播规律 画出光路图 然后再利用几何学知识 寻找相应的边角关系 例1一个半圆柱形玻璃砖 其横截面是半径为r的半圆 ab为半圆的直径 o为圆心 如图1所示 玻璃的折射率为n 图1 1 一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面 若光线到达上表面后 都能从该表面射出 则入射光束在ab上的最大宽度为多少 解析在o点左侧 设从e点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角 则oe区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出 如图甲所示 由全反射条件有 由几何关系有oe rsin 由对称性可知 若光线都能从上表面射出 光束的宽度最大为l 2oe 联立 式 代入已知数据得 2 一细束光线在o点左侧与o相距r处垂直于ab从下方入射 求此光线从玻璃砖射出点的位置 解析设光线在距o点r的c点射入后 在上表面的入射角为 由几何关系及 式和已知条件得 60 光线在玻璃砖内会发生三次全反射 最后由g点射出 如图乙所示 由反射定律和几何关系得 射到g点的光有一部分被反射 沿原路返回到达c点射出 答案见解析 二 测折射率的方法 测折射率常见的方法有成像法 插针法及全反射法 不管哪种方法其实质相同 由折射定律n 知 只要确定出入射角 1及折射角 2即可测出介质的折射率 例2在 测定玻璃的折射率 实验中 在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针a b 在另一侧再竖直插两个大头针c d 在插入第四个大头针d时 要使它 图2是在白纸上留下的实验痕迹 其中直线a a 是描在纸上的玻璃砖的两个边 根据该图可算得玻璃的折射率n 计算结果保留两位有效数字 图2 解析插在d点的大头针必须挡住c及a b的像 这样才能保证沿a b的光线折射后经过c d 作出光路图如图所示 以入射点o为圆心作圆 分别交入射光线与折射光线于e f 从e f作法线的垂线交于g h 用刻度尺量出eg fh的长分别为6 5mm 4 0mm 由公式求出折射率 答案挡住c及a b的像1 6 1 5 1 7都算对 三 光的干涉 1 产生干涉的条件 两列频率相同 相位差恒定 振动情况相同的光 2 产生亮暗条纹的条件 当 k 时出现亮条纹 当 2k 1 时出现暗条纹 其中k 0 1 2 相邻亮 或暗 条纹间距 x 3 双缝干涉图样的特点 单色光照射时为间距相同的明暗相间的条纹 白光照射时为彩色条纹 4 双缝干涉法测量光的波长 相邻亮 或暗 条纹间距 x 得 5 薄膜干涉 1 薄膜干涉中的条纹是从薄膜前 后两个表面反射的光在光源这一侧干涉形成的 2 同一条纹上的点厚度相同 所以若用肥皂薄膜做实验 条纹为横条纹 例3如图3所示为双缝干涉实验 甲图为用绿光照射时的结果 a为中央亮条纹 a 为相邻亮条纹 乙图为换用另一种单色光照射的结果 a为中央亮条纹 a 为相邻亮条纹 两次实验中双缝间距和双缝到屏的距离相等 以下说法正确的是 图3 a 乙图可能是用红光照射 表明红光波长较长b 乙图可能是用紫光照射 表明紫光波长较长c 乙图可能是用紫光照射 表明紫光波长较短d 乙图可能是用红光照射 表明红光波长较短 解析由题图知甲图中条纹间距大 由 x 可知 在l和d相同的情况下 x大 则 大 x小 则 小 所以乙图中所用单色光波长较短 因紫光比绿光波长短 故选项c正确 答案c 四 几何光学与光的本性的结合 几何光学和光的本性 例如干涉 衍射等 结合点是折射率n和光的频率f n和f间虽然不存在公式关系 但它们的大小存在对应关系 频率f越大 折射率n越大 再由c f找出与波长的关系 由波长关系可联系双缝干涉 光的衍射等现象的应用 例4半圆形玻璃砖横截面 ab为直径 o点为圆心 在该界面内有a b两束单色可见光从空气垂直于ab射入玻璃砖 两入射点到o点的距离相等 两束光在半圆边界上反射和折射的情况如图4所示 则a b两束光 a 在同种均匀介质中传播 a光的传播速度大b 以相同的入射角从空气斜射入水中 b光的折射角大c 从同一介质以相同的入射角射向空气 若a光不能进入空气 则b光也不能进入空气d 分别通过同一双缝干涉装置 a光的相邻亮条纹间距大 图4 解析由于两束光的入射点到o点的距离相等 因此它们在半圆边界上的入射角相同 由于b光发生全反射 而a光能够折射 说明b光的全反射临界角小于a光的全反射临界角 由n 可知 b光在介质中的折射率大于a光的折射率 b光的频率比a光的频率高 由v 可知 在同种介质中a光的传播速度大 a项正确 以相同的入射角从空气斜射入水中 b光的折射程度大 折射角小 b项错误 由于b光全反射临界角小 所以c项正确 通过同一双缝干涉装置 频率低的波长长 干涉条纹间距大 d项正确 答案acd 自我检测 1 2 3 4 自我检测 1 几何光学与物理光学的结合 频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后 其光路如图5所示 下列说法正确的是 a 单色光1的波长小于单色光2的波长b 在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度 图5 1 2 3 4 c 单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间d 单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角解析根据题图知 单色光1的折射率较大 与单色光2相比 其波长较小 在玻璃中传播速度较小 临界角较小 通过玻璃的时间较长 选项a d正确 答案ad 1 2 3 4 2 测定玻璃折射率 某同学利用 插针法 测定玻璃的折射率 所用的玻璃砖两面平行 正确操作后 作出的光路图及测出的相关角度如图6所示 1 此玻璃的折射率计算式为n 用图中的 1 2表示 2 如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择 为了减小误差 应选用宽度 填 大 或 小 的玻璃砖来测量 图6 1 2 3 4 解析据题意可知入射角为 90 1 折射角为 90 2 则玻璃的折射率为n 玻璃砖越宽 光线在玻璃砖内的传播方向越容易确定 测量结果越准确 故应选用宽度大的玻璃砖来测量 2 大 1 2 3 4 3 光的干涉 在用双缝干涉测量光的波长实验中 为使光屏上相邻的条纹间距增大些 可采取的措施是 a 换用缝距大些的双缝片b 换用缝距小些的双缝片c 适当调大双缝与屏的距离d 适当调小双缝与屏的距离 1 2 3 4 解析根据相邻两条亮条纹 或暗条纹 间距表达式 x 可知 减小d值和增大l值都能达到增大条纹间距的目的 答案bc 1 2 3 4 4 几何光学 如图7所示 某种透明物质制成的直角三棱镜abc a等于30 一束