高中物理 第十二章 第3讲 光的传播及波动性课件 新人教版.ppt

第3讲光的传播及波动性 知识点1光的折射定律 介质的折射率全反射 光疏介质 光密介质 临界角 1 光的折射光从一种介质进入另一种介质或在同一种不均匀介质中传播时 方向 的现象 发生偏折 2 光的折射定律 1 折射光线跟入射光线 法线在 2 折射光线与入射光线分别位于法线的 3 入射角的正弦与折射角的正弦成 3 折射率 1 某种介质的折射率等于光从真空射入该种介质发生折射时 入射角 1的正弦与折射角 2的正弦之比 用n表示 即n 同一平面内 两侧 正比 2 某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比 即n 由于c v 所以任何介质的折射率都 3 两种介质相比较 折射率较大的介质叫 介质 折射率较小的介质叫 介质 4 当光从光疏介质进入光密介质时 折射角 入射角 当光从光密介质进入光疏介质时 折射角 入射角 大于1 光密 光疏 小于 大于 4 光的全反射和临界角 1 全反射 如果光从 介质进入 介质 当入射角增大到某一角度时 折射角等于90 此时 折射光线 只剩下反射光的现象 2 临界角 定义 当光从光密介质射向光疏介质 折射角等于90 时的 用字母c表示 计算公式 折射率越大 临界角越小 发生全反射的条件 光从 介质进入 介质 入射角 临界角 光密 光疏 完全消失 入射角 光密 光疏 等于或大于 3 光导纤维 光导纤维简称光纤 它是利用光的 原理传输信号的 光纤传输具有质地轻 传光率高 抗振动 耐腐蚀 等优点 全反射 能损 小 保密性强 知识点2光的颜色 色散 1 棱镜 1 截面是 或梯形的透明体称为三棱镜 简称棱镜 横截面为等腰直角三角形的棱镜称为 棱镜 2 作用 改变光的 产生 三角形 全反射 传播方向 色散 3 全反射棱镜的特点 光垂直于任意一边射入 都会从另一边产生 全反射棱镜和平面镜在改变光路方面的效果相同 相比之下 全反射棱镜成像 光能损失 2 光的色散 1 白光通过三棱镜后 出射光束变为 七色光的光束的现象 由七色光组成的彩色光带称为光谱 2 实质 是由于各种色光在同一介质中传播的 不同或同一介质对不同色光的 不同造成的 全反射 更清晰 更少 红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫 速率 折射率 知识点3光的干涉光的衍射 1 光的干涉 1 产生条件 两列光波必须 相同 振动情况 才能产生稳定的干涉现象 2 双缝干涉 相干光源 相同并能产生干涉现象的两个光源 通常是指从同一束细光经双缝分离出来的两列 相同的光 干涉图样 单色光通过双缝后在屏上出现 的等距干涉条纹 若用白光做实验 则屏上出现 的干涉条纹 干涉条纹间的距离公式 频率 相同 频率 频率 明暗相间 彩色 3 薄膜干涉 相干光源 被薄膜的前 或上 表面和后 或下 表面分别 回的两列光波 干涉图样 单色光形成 条纹 白光形成 条纹 2 光的衍射 1 定义 光偏离直线路径绕到障碍物 或孔 后面 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 光的波长或与光的波长 反射 明暗相间 彩色 阴影区域 内 小于 差不多 3 几种衍射现象 单色光的单缝衍射 中央为宽 亮的明条纹 两侧为 的条纹 条纹的亮度向两侧越来越暗 白光的单缝衍射 中央为宽 亮的 条纹 两侧为明暗相间的 条纹的亮度向两侧越来越暗 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 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 称为 明暗 相间 白色 彩色条纹 圆环 亮斑 泊松亮斑 3 激光 1 概念 一种人工产生的 单一的光 2 特点 单色性好 和 好 亮度高 3 应用 光纤通信 激光测距 读取光盘信息 激光切割 控制 等 频率 平行度 方向性 核聚变 思考辨析 1 数码相机是利用了光的全反射原理 2 单色光由空气射入玻璃 速度不变 波长变短 3 雨过天晴时 空中出现彩虹是阳光在水滴的表面上反射而形成的 4 折射率的大小与入射角 折射角的大小有关 5 折射率大的介质就是光密介质 6 用分光镜观测光谱是利用光折射时的色散现象 7 医用纤维式内窥镜是利用光的色散现象 分析 数码相机是一种利用电子传感器把光学影像转换成电子数据的照相机 不是利用光的全反射原理 1 错误 单色光由空气射入玻璃 这束光的速度变慢 频率不变 波长变短 2 错误 彩虹是因为阳光在水滴中折射形成的 3 错误 折射率的大小由介质本身和光的频率共同决定 与入射角 折射角的大小无关 4 错误 光密介质和光疏介质是相对而言的 同一种介质 相对于其他不同的介质 可能是光密介质 也可能是光疏介质 5 错误 用分光镜观测光谱是利用不同色光折射率不同从而产生色散现象 6 正确 光导纤维传输信号是利用光的全反射现象 7 错误 考点1折射率与光的色散相结合 三年3考 深化理解 考点解读 1 折射率的大小由介质本身及光的频率共同决定 同种介质中 频率越大 折射率越大 与入射角 折射角的大小无关 2 各色光在同种介质中的折射率不同 白光斜射入透明介质后各色光会有规律地色散开来 3 如图所示 光密介质的棱镜放在光疏介质中 如图是在空气中 光线通过棱镜时 出射光将向底面偏折 出射光线和入射光线之间的夹角叫做偏折角 如图中用 表示 对于相同的入射光 棱镜的折射率越大 偏折角越大 典例透析1 2013 泰安模拟 如图所示 一细束由a光和b光组成的复色光由空气中射到一块长方形玻璃砖的上表面 透过玻璃砖后从下表面射出 若用n1和n2分别表示玻璃砖对a光和b光的折射率 则n1 n2 选填 或 出射光a b 选填 平行 或 不平行 解题探究 1 在玻璃砖的上表面处 a光和b光的入射角 折射角 a b 2 折射率的定义式为 据此可判断折射率的大小 相同 解析 由题图知 a光和b光的入射角相同 a光的折射角更小 根据折射率定义式知 a光的折射率更大 根据折射光线的可逆性知 a b两条出射光线的出射角等于a b两条光线的入射角 即a b两条出射光线的出射角相等 故出射光a与出射光b平行 答案 平行 互动探究 上题中若此平行玻璃砖的厚度为d a光和b光组成的复色光入射角为 求两束单色光从下表面射出时出射点之间的距离 解析 作光路图如图所示 由折射定律可知 设两束光的出射点分别为b c o b x1 o c x2则tanr1 tanr2 x x2 x1解得答案 总结提升 棱镜对复色光分解的规律 1 各种色光通过三棱镜后 波长最长的红光的偏折角最小 波长最短的紫光的偏折角最大 2 红光的折射率最小 紫光的折射率最大 因此发生全反射时红光的临界角最大 最不容易发生全反射 紫光的临界角最小 最容易发生全反射 变式备选 如图所示 a b两块足够长的平板玻璃砖平行放置 且折射率na nb 现有一束单色光入射到a的上表面 则下列说法正确的是 a 光在a b的下表面可能会发生全反射b 从b下表面射出的光线与从a上表面射入的光线不平行c 光在a中的速度比光在b中的速度小d 如果a b厚度一样 则穿透a的时间与穿透b的时间一定相同 解析 选c 根据题意光线是从空气射入玻璃的 在光线照到a b的下表面时 与下表面的法线构成的入射角等于光线通过上表面时的折射角 小于临界角 不可能发生全反射 故a错 由折射定律可知 平行玻璃砖的作用是使光线发生侧移 出射光线与入射光线平行 故b错 由于na nb 由得 vb va 若两玻璃砖厚度相同 光线在两玻璃砖中的传播速度不同 所以时间也不同 故d错 c正确 考点2双缝干涉条纹间距变化的理论分析 三年4考 解题技巧 考点解读 1 相干光源的两列光波到达某点的路程差为波长的整数倍时 该处出现亮条纹 相干光源的两列光波到达某点的路程差为半波长的奇数倍时 该处出现暗条纹 2 单色光通过双缝的干涉图样是在屏上出现明暗相间的等距干涉条纹 白光的干涉图样是在屏上出现彩色的干涉图样 3 根据干涉条纹间距公式可以通过改变l d 达到控制条纹间距的目的 典例透析2 2011 北京高考 如图所示的双缝干涉实验 用绿光照射单缝s时 在光屏p上观察到干涉条纹 要得到相邻条纹间距更大的干涉图样 可以 a 增大s1与s2的间距b 减小双缝屏到光屏的距离c 将绿光换为红光d 将绿光换为紫光 解题探究 1 双缝干涉的条纹间距公式为 2 绿光的波长比红光的波长 比紫光的波长 解析 选c 由双缝干涉的条纹间距公式 知 增大s1与s2的间距就是增大d 所以条纹间距变小 a错误 减小双缝屏到光屏的距离就是减小l 条纹间距减小 b错误 红光波长比绿光波长长 紫光波长比绿光波长短 所以将绿光换为红光可使条纹间距增大 c正确 d错误 短 长 总结提升 分析光干涉条纹间距变化的一般方法 1 明确题目中双缝间距d和双缝到屏的距离l的变化情况 2 了解入射双缝的光波颜色的变化或波长的变化 3 根据干涉条纹间距公式分析干涉条纹间距的变化 变式训练 2013 成都模拟 某玻璃对蓝光的折射率大于对红光的折射率 比较这两种光有 a 在该玻璃中传播时 蓝光的速度较大b 以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中 蓝光折射角较大c 从该玻璃中射向空气发生全反射时 红光临界角较大d 用同一装置进行双缝干涉实验 蓝光在光屏上形成的相邻亮条纹的间距较大 解析 选c 据折射率公式可知 在该玻璃中传播时 红光的速度较大 发生折射时红光的折射角较大 故a b均错误 临界角计算式所以发生全反射时红光的临界角较大 故c正确 干涉条纹的间距与波长成正比 红光的波长大于蓝光的波长 故d错误 典例透析 2012 海南高考 一玻璃三棱镜 其横截面为等腰三角形 顶角 为锐角 折射率为现在横截面内有一光线从其左侧面上半部射入棱镜 不考虑棱镜内部的反射 若保持入射线在过入射点的法线的下方一侧 如图 且要求入射角为任何值的光线都会从棱镜的右侧面射出 则顶角 可在什么范围内取值 备选例题 规范解答 设入射光线的入射角为i 折射角为r 射至棱镜右侧面的入射角为 根据折射定律有sini nsinr 由几何关系得 r 当i 0时 由 式知r 0 有最大值 m 如图 由 式得 m 同时 m应小于玻璃对空气的全反射临界角 即sin m 由 式和题给条件可得 棱镜顶角 的取值范围为0 45 答案 0 45 折射现象中的小角度近似分析法1 方法概述当垂直透明体向下看目标物体时 物体的实际深度和视深会明显不同 这两个深度之间存在着一种数量关系 这种数量关系 可以通过对小角度的近似处理得出 2 解题思路 1 作一条垂直于透明体的光线 再作一条通过物点与法线成一小角度的直线到透明体与空气之间的界面上 2 作一条小角度光线的折射光线进入人眼 再把这条折射光线反向延长至与垂直光线相交 交点即为目标物点的像点 3 所作图上有两个很窄的直角三角形 列出两个很窄角的正切式 由于角度很小 正切值可近似认为等于正弦值 4 利用折射率的定义式及三角形的边角关系列式求解 典例 2010 海南高考 一光线以很小的入射角i射入一厚度为d 折射率为n的平板玻璃 求出射光线与入射光线之间的距离 很小时 sin cos 1 深度剖析 如图所示 设光线以很小的入射角i入射到平板玻璃表面上的a点 折射角为r 从平板玻璃另一表面上的b点射出 设ac为入射光线的延长线 由折射定律和几何关系可知 它与出射光线平行 过b点作bd ac 交ac于d点 则bd的长度就是出射 光线与入射光线之间的距离 由折射定律得由几何关系得 bad i r 出射光线与入射光线之间的距离为当入射角i很小时 有sini i sinr r sin i r i r cosr 1 解得答案 名师指津 视深问题的近似分析方法水下物体的实际深度和它的视深有比较明显的不同 并且这两个深度之间存在一定的数量关系 要得出这两个深度之间的关系 应从以下两个方面进行分析 1 向水下看物体 一般是指沿着界面法线的方向去观察 由于是沿着法线竖直向下看 因此在计算时 可以理解成小角度的折射问题 2 由于入射角和折射角都很小 则有sin 1 tan 1 1 sin 2 tan 2 2 其折射率为 变式训练 某水池实际深度是h 垂直于水面往下看视深为多少 水的折射率为n 解析 设入射角为i 折射角为r 如图所示 由几何关系可知 因为i r很小 所以有sini tani sinr tanr由折射定律有 所以 答案 双基题组 1 2013 绵阳模拟 如图所示 实线为空气和水的分界面 一束绿光从水中的a点沿ao1方向 o1点在分界面上 图中未画出 射向空气 折射后通过空气中的b点 图中o点为a b连线与分界面的交点 下列说法正确的是 a o1点在o点的右侧b 绿光从水中射入空气中时波长不变c 若增大入射角 可能在空气中的任何位置都看不到此绿光d 若沿ao1方向射出一束红光 则折射光线不可能通过b点正上方的c点 解析 选c 从a点发出的绿光经水射向空气中的b点 折射角大于入射角 因此o1点应在o点的左侧 故a错 绿光从水中射入空气中时 频率不变 速度变化 因此波长发生变化 故b错 若增大绿光的入射角到达临界角时 会发生全反射 在空气中的任何位置都将看不到此绿光 故c正确 若沿ao1方向射出一束红光 由于红光的折射率比绿光小 在空气中的折射角更小 折射光有可能通过b点正上方的c点 故d错误 2 2013 太原模拟 两种单色光由水中射向空气时发生全反射的临界角分别为 1 2 已知 1 2 用n1 n2分别表示水对两单色光的折射率 v1 v2分别表示两单色光在水中的传播速度 则 a n1n2 v1 v2c n1 n2 v1v2 解析 选d 由临界角的计算式及 1 2可知 n1v2 故本题选d 3 2013 泉州模拟 很细的一束光沿ao方向入射到玻璃砖侧面上的o点 进入玻璃砖后分成 两束 部分光路如图所示 以下分析中正确的是 a 光束 在玻璃中的折射率大b 光束 在玻璃中的传播速度小c 逐渐减小入射角i 光束 在玻璃砖的上表面先发生全反射d 光束 在玻璃中的波长大 解析 选c 由题图可知光束 折射率大 a错 据v 可知光束 在玻璃中的传播速度大 b错 据sinc 可知光束 临界角小 光束