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光学专题【知识网络】波粒二象性波动性光电效应光的干涉光子说光的电磁说光的本性光的直线传播光的折射折射定律：1.三线共面，分居两侧2.几何光学光的反射反射定律：1.三线共面，分居两侧2 反射角等于入射角同种均匀介质中传播日食月食小孔成像光速的测定镜面反射漫反射全反射光密到光疏棱镜改变光路色散平面镜成像特点：等大、正立、虚像光的衍射粒子性光的偏振现象说明光是横波第课时 光的反射【高考要求】 光的直线传播.本影和半影.（）光的反射，反射定律.平面镜成像作图法（）【高考题】 图14-1-1中M是竖直放置的平面镜，镜离地面的距离可调节甲、乙二人站在镜前，乙离镜的距离为甲离镜的距离的2倍，如图所示二人略错开，以便甲能看到乙的像以l表示镜的长度，h表示乙的身高，为使甲能看到镜中乙的全身像，l的最小值为（ ）ABCDh【解析】方法1：如图14-1-2所示乙成像，甲眼在C，若能看到乙全身像，镜长起码为EF，设DO=S，则BO=2S，由成像规律知，=2S，根据相似三角形可得方法2：如图14-1-3所示甲成像，眼像在若能看到乙全身像，镜长起码为EF，设DO=S，由成像规律知，则BO=2S，根据相似三角形可得 答案应选A【答案】A【归纳】本题着重考察了平面镜成像作图法，解题方法灵活，既可以由甲成像来解，又可以由乙成像逆向思维来解而用后者就稍简单一些，这就需要学生在学习过程中应多思考，多总结【知识链接】一、光的直线传播图14-1-4日光灯1、 光的传播：光在同一种均匀介质中是沿直线传播的小孔成像、影子、日食、月食等光现象都是光沿直线传播的结果2、 光在真空中的速度，在其它介质中的速度都小于3、 本影和半影：点光源在不透明物体背后形成的影区是完全黑暗的，属于本影区如果不是点光源，则在物体背后形成的影区将有所不同如图14-1-4所示，A区域中日光灯发出的光完全射不到，属于本影区B、C、D区域只能受到部分光线的照射，属于半影区二、 光的反射 平面镜1、 光的反射定律：反射光线跟入射光线和法线在同一平面上，反射光线和入射光线分别位于法线两侧，反射角等于入射角2、 平面镜的成像特点：平面镜是根据光的反射定律来控制光路和成像的光学器件，物体在平面镜里成正立、等大、反序的虚像，物和像关于镜面成面对称在反射现象中，光路是可逆的就是说，当一束光沿着反射光线的反向射入时，它将沿着原入射光线的反向射出但由于所成的像为虚像，所以，当在虚像的位置放一个发光体时，我们无法在物体的原来位置上找到它的像虚像并不是实际光线会聚而成的，而是反射光线的反向延长线的交集，这就是我们称之为 “虚像”的原因3、 成像的大小与整体像的观察范围间的相关因素：理论上讲，很小的平面镜也能将庞然大物成像于镜中，就是说是否成像与镜的大小无关然而，在平面镜中所成的整体像是否能在某一观测点观测到，取决于下列诸因素，即平面镜的大小，物体的大小，物体与平面镜所成的角度，以及观测点具体位置概括起来就是，当我们将观测点与物体通过平面镜所成虚像连接起来时，必然与平面镜有交点，若所有的交点均在平面镜上，那么，在观测点上能看到物体的完整像；若只有部分的交点在平面镜上，那么只有这部分能观测到，在观测点上能看到物体的部分像；若没有交点，说明在观测点无法看到物体的像【重点、难点、疑点剖析】1、 光的反射定律、平面镜成像特点的运用是重点【例1】一点光源S放在平面镜M前不动，平面镜跟水平方向OS成角，如图14-1-5所示今使平面镜以速度沿OS方向运动，则点光源像S的速度是（ ）A、=，沿OS方向B、=，方向垂直OS向下图14-1-5C、=，沿连线向S运动D、=，沿连线向S运动【解析】由平面镜的成像特点知：物和像关于平面镜成面对称像距等于物距物移动多少，像也移多少物相对平面镜移动的速度与物相对平面镜移动的速度相等图14-1-6S如图14-1-6所示，平面镜由移到，移动距离为a，由对称性可知，沿移动距离为2a，而平面镜沿方向速度为故像沿方向以速度运动，所以D选项正确【答案】D【归纳】此题中物垂直平面镜的速度为，像垂直平面镜的速度也为在平面镜成像特点中物像关于平面镜成面对称是最重要的一个特点，物相对于镜的运动规律与物相对于镜的规律相同物匀速则像也匀速，物加速则像也加速；物相对平面镜转动则像也以同样角速度相对平面镜转动实际解题时，要注意是问关于物、像与镜之间的问题还是物与像之间的问题（类题演练）两个平面镜互成直角，入射光线AB经过两平面镜反射光线为CD、AB与两平面镜的交线垂直，如图14-1-7所示，现以两平面镜的交线为轴，将镜转动，两平面镜仍保持直角，在入射光线保持不变的情况下，经过两次反射，反射光线为，则与CD（ ）A、 不重合，同向平行B、 重合C、 相交成角图14-1-7D、 相交成角【解析】要找到经过平面镜反射后的反射光线的方向，确定的依据是反射定律解题要遵循反射成像特点中物与像关于平面镜对称的观点如右图所示当平面镜转动之前，根据反射定律知：入射光线AB与反射光线和反射面成等角，即：；在第二个反射面上，同样有上述的关系，即：，说明光线AB和CD是平行的由成像规律中物像对称知，相对镜MO转而相对镜NO逆转，二次转动刚好抵消，位置未动由于CD的反向延长线总通过点，由此我们可以知道，当保持入射光线的方向不变而改变直角二面镜的角度时，最后的出射光线必然仍与入射光线的方向平行且重合即答案B正确【答案】B2、光的成像作图中求观察范围是难点图14-1-8【例2】在地质考察中发现一个溶洞，洞内有一块立于水中的礁石，如图14-1-8所示，为了能在洞外对礁石进行观察，必须用灯光对它照明，若利用水面反射来照明，则灯应放在什么位置才有可能照亮全部礁石？【解析】根据光路可逆原理，只要在洞外能观察到礁石完整像的范围内打灯光，就能照亮全部礁石先要作出礁石的像及遮挡物的像再根据一些光路控制即可图14-1-9作出AB的像AB和遮挡物C的像C连接AC交水面于D，连接AD和BC完成光路图而能观察到完整像的范围应当是像AB和溶洞其倒影组成的相关光锥内，即图14-1-9中的阴影部分值得指出的是这里不是以“镜”为界，而是以“屏障”为界构成的光锥【答案】如图所示【归纳】此类题一般都会涉及到几个物体，对研究的对象应先作出它们的像，再根据一些光路的边界控制来解即可部分题可能会有几种解法，因为求范围有时只需作出部分物体的像就可以了作图时应充分利用物像对称，光路可逆等技巧（类题演练）如图14-1-10所示，AB表示一平面镜，是水平放置的米尺（有刻度的一面朝着平面镜），M、N是屏，三者互相平行屏图14-1-10MN上的ab表示一条竖直的缝（即ab之间是透光的）某人眼睛紧贴米尺的小孔S（位置见图），可通过平面镜看到米尺的一部分刻度试在本题的图上用三角板作图求出可看到的部分，并在上把这部分涂以标志【解析】此题涉及到两个物体和一个平面镜，可以只需作出一个物体的像再由边界条件限定即可，边界条件也就是ab对光线的限定图甲方法一：若S为点光源，作出它的像，连接Sa交镜于C，连接b交镜于D，C、D交如图所示图甲中它发出的光经平面镜反射后能够照到米尺上的范围，由光路可逆性可知，即为人眼通过平面镜和狭缝ab看到的范围方法二：若S为点光源，作出ab的像ab，连接Sa交镜于C，连接Sb交镜于D，aC、Db交如图乙所示图中它发出的光经平面镜反射后能够照到米尺上的范围，由光路可逆性可知，即为人眼通过平面镜和狭缝ab看到的范围3、求解影子速度问题是疑点图乙【例3】一人自街上路灯的正下方经过，看到自己头部的影子正好在自己脚下如果人以不变的速度朝前走，则他头部的影子相对于地面的运动情况是（ ）A、 匀速直线运动B、 匀加速直线运动C、 变加速直线运动D、 无法确定图14-1-11【解析】本题考查的主要是光的直线传播和运动学的有关知识该题易犯的错误是仅凭主观想象进行猜测，认为人头部的影子是非匀速运动，因为人运动的越远，人的影子越长，所以头影的运动应是加速的，而匀加速很难保证，于是认为应是变加速直线运动，而错选C答案正确的思路应是根据光的直线传播和几何知识推导其位移或速度表达式即可得解设灯高为H，人高为h，如图14-1-11所示，人以速度经任意时间到达位置A处由光的直线传播知人头影在图示B处，由几何知识得：，故人头影的速度因为H、h、都是确定的，故亦是确定的即人头影的运动就是匀速直线运动【答案】A【归纳】此类题都应根据几何知识结合运动学相关知识，推导其位移或速度表达式，若位移为时间的一次函数则为匀速，二次函数为匀变速若物速为匀速，影速与物速成正比则也为匀速关键在于找对应关系图14-1-12Sv0（类题演练）如图14-1-12所示，竖直墙壁前有一固定点光源S，从这点光源处水平抛出的物体在竖直墙壁上的影子运动情况是 （ ）A匀加速直线运动 B自由落体运动C匀速直线运动 D变加速直线运动【解析】此题物体做平抛运动，水平方向匀速，竖直方向匀加速直线运动起先影在光源所在的水平线上，考虑过一段时间后影的位置，找出其位移时间关系即可如右图所示，设时小球就要水平抛出，为其影经时间t，小球到达Q，P为其影，建立如图所示的直角坐标系由平抛运动的规律，由此图可以看出，L为抛出点到竖直墙的距离，所以影子的运动是匀速运动，且其速度为【答案】C图14-1-13（备用题）如图14-1-13所示，激光液面控制仪的原理是：固定的一束激光AO以入射角i照射到液面，反射光OB照射到水平光屏上，屏上用光电管将光讯号变成电讯号，输入控制系统用以控制液面高度如果发现光点B在屏上向右移动了的距离到，由此可知液面_（填升高或降低）了_【解析】由光的平面镜反射光路图可以看出下降距离d因为平行四边形，所以,【答案】降低，【归纳】根据光的反射定律来控制光路是平面镜的一个重要功能根据反射角等于入射角，光从物发出而人感觉是从像直线发出可大方便解题，应引起同学重视【解题方法归纳】一、对于平面镜反射成像之类的题，应先作出正确的光路图，作光路时应先根据对称作出物体的虚像，再由物像对应补齐光路即可一般所求的问题与光源发出的边缘光线有关二、 解题时应注意光路可逆的解题技巧，有时题中无光源，而虚拟一个光源来辅助解题往往可以做到事半功倍三、 对于求影子速度的问题应注重结合物体的基本运动规律【考点训练】1、人正对着一竖直的平面镜站立，人的身体宽为a，两眼相距为b，欲使自己无论闭上左眼还是右眼，都能用另一只眼睛从镜子中看到自己的整个身体，镜子的宽度至少为（ ）A、 a/2 B、b/2 C、(a+b)/2 D、(a-b)/2【解析】根据平面镜成像为正立等大的虚像原理，当闭上左眼时，右眼看右肩，平面镜至少应达到右眼和右肩的中点同理，平面镜另一边应达到左眼和左肩的中点综上所述，平面镜的宽度应为(a+b)/2选项C正确【答案】C2、下列有关光的陈述中正确的是（）、人能用双眼估测物体的位置，利用的是光的直线传播规律、大孔不能成像，说明光通过大孔不是沿直线传播的、位于月球本影区的人，能看到月全食、光总是沿直线传播的，光在真空中传播的速度最大【解析】从物体上发射的两条光线分别到达人的双眼，而根据两条光线的反向延长线的交点，就可以确定物体的位置，A对大孔之所以不成像是因为大孔可看成由很多小孔组成，每个小孔所成的像都重叠在一起；位于月球本影区的人看到的是日全食，当月球在地球的本影里才发生月全食；光只有在同种均匀介质中才是沿直线传播的故B、C、D都错【答案】A3、如图14-1-14所示，a、b、c三条光线交于S点，如果在S点前任意位置放置一个平面镜，则三条反射光线（ ）abcA可能交于一点也可能不交于一点B一定不交于一点SC交于镜前的一点，成为一实像点图14-1-14D它们的延长线交于镜后一点，得到一个虚像点【解析】根据反射光路的可逆性，S可看作是a、b、c三条光线在镜前的会聚点经平面镜所成的虚像【答案】C4、一个人站在离平面镜远的地方，沿着与镜面垂直的方向，以的加速度由静止匀加速靠近平面镜经，人相对自己虚像的速度及人与虚像的距离应是多少（ ）A、， B、， C、， D、，【解析】末人的速度为：，所以此时人相对于自己的像的速度为：，人的位移为：，此时人到镜的距离为，人到自己像的距离为【答案】B图14-1-155、如图14-1-15所示，M为很薄的双面镜的截面图，两反光面之间夹有一层不透光的物质，S为固定的点光源开始时S与MO在同一直线上，当M以角速度绕O点匀速逆时针转动时，则关于点光源的像的运动情况，下列说法正确的是（ ）A、 做直线运动B、 做非匀速圆周运动C、 做匀速圆周运动，圆心在O点，且角速度为2D、 做匀速圆周运动，圆心在O点，且角速度大于2【解析】双面镜转动时，S通过它所成的像也绕O点做匀速圆周运动，双面镜转半周，S的像转一周，即像的角速度为2【答案】C图14-1-166、如图14-1-16所示，平面镜与x轴平行放置，其两端的坐标分别为（-2,2），(0,2)，人眼位于x轴上+2处，当发光点P从坐标原点O沿x轴负方向运动到_区间，人眼可以从平面镜中看到P点的像【解析】利用光路可逆性，假设人眼为点光源，其发出的光经平面镜反射后所照到的x轴上的区间即为本题所求的值由光路图可知所求区间为(-6)-(-2)【答案】(-6)-(-2)7、如图14-1-17所示，两平面镜间的夹角为，光线经过两平面镜反射后，入射光线与出射光线间的夹角为_（填与的关系）图14-1-17【解析】根据光的反射定律知反射角等于入射角，由几何关系可求得：【答案】8、有一个在地球赤道上方飞行的人造卫星，日落两小时后赤道附近的人仍能在正上方看到它，试求它的最低高度（地球半径为）【解析】如图所示，把太阳光看作平行光，日落后两小时，地球自转的角度为，则卫星在B点的正上方B处的人要看到正上方的卫星，则卫星必受到光的照射，即卫星至少在C点日落2小时后地球转动角度为：则故卫星离地高度图14-1-18【答案】9、如图14-1-18所示，M、N为两个平面镜，S点为一发光点，P点和S点均在纸面内由S点发出的一条光线先经平面镜M反射再射向平面镜N，经平面镜N反射后通过P点试画出这条光线的光路【解析】根据像和物关于平面镜对称的规律，先找出S点在平面镜M中的虚像点，如图所示，虚像对于平面镜N而言相当于发光点，再找出在平面镜N中的虚像连接，交平面镜N于点，连接交平面镜M于点，连接，则光线、即为所求的光线【答案】见右图10、如图14-1-19所示，MN为一平面镜，P为一不透光的箱子，人眼在S处试用作图法画出人通过平面镜能看到箱子右侧地面的范围图14-1-19【解析】根据光路可逆性，可以认为是地面某一范围的光线经平面镜反射后经过人眼S处，注意通过箱子的两条边界光线的确定如右图所示，AB部分即为所求的范围【答案】见右图第课时 光的折射【高考要求】 光的折射，折射定律，折射律和临界角（）光导纤维（）棱镜，光的色散（）【见证考题】 (2004年全国卷，理科21)发出白光的细线光源ab，长度为l0，竖直放置，上端a恰好在水面以下，如图14-2-1所示现考虑线光源ab发出的靠近水面法线（图中的虚线）的细光束经水面折射后所成的像，由于水对光有色散作用，若以表示红光成的像的长度，表示紫光成的像的长度，则( )图14-2-1A B C D 【解析】从b点发出的光线A从水进入空气时折射角大于入射角，其中紫光的折射角大于红光的折射角，光线1表示红光的折射光线，光线2表示紫光的折射光线，两条光线的延长线分别交ab于1 、 2，如图14-2-2所示，所以a1表示，a2表示，应有【答案】D【归纳】折射成像与平面镜成像虽然都是成虚像，但平面镜成像时像的位置与眼的位置无关，而折射成像时像的位置与人眼的位置有一定的关系，此题考虑的光线为靠近法线的光线，人眼的位置相当于在光源的正上方而不同的色光对同一介质的折射率不同，从而像的位置又有不同【知识链接】一、 光的折射光线从一种介质进入另一种介质，传播方向发生改变的现象，叫做光的折射在某种条件下，光全部返回原来的介质中，而不发生折射，这时的反射称为全反射1、 折射定律：折射光线在入射光线和法线决定的平面内；折射光线、入射光线分居法线两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比2、 折射率：光从真空射入某种介质，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做介质的折射率表示为：实验证明，介质的折射率等于光在真空中与在该介质中的传播速度之比：3、 两种介质相比较，折射率较大的介质叫做光密介质，折射率较小的介质叫做光疏介质二、 全反射发生全反射的条件为：（1）、光线从光密介质射向光疏介质；（2）、入射角大于或等于临界角临界角（当为1时，临界角）三、 光的色散1、 光线照射到三棱镜的一个侧面上时，经两侧面折射后，出射光线向棱镜的底边偏折物体经棱镜所成的虚像的位置比物体的实际位置向顶角方向偏移2、 复色光过棱镜，由于各种单色光的折射率不同而出现色散现象，白光色散后形成由红到紫，按一定次序排列的彩色光带，形成光谱红光通过棱镜的偏向角较小，而紫光的偏向角较大【重点、难点、疑点剖析】1、光的折射定律的运用是重点【例1】在折射率为n、厚度为d的玻璃平板上方的空气中有一点光源S，从S发出的光线SA以入射角入射到玻璃板上表面，经过玻璃板后从下表面射出，如图14-2-3所示若沿此光线传播的光从光源到玻璃板上表面的传播时间与在玻璃板中的传播时间相等，点光源S到玻璃板上表面的垂直距离l应是多少？【解析】设光线在玻璃中的折射角为r，则光线从S到玻璃板上表面的传播距离；光线从S到玻璃板上表面的传播时间，其中表示空气中的光速图14-2-3光线在玻璃板中的传播距离光线在玻璃板中的传播时间据题意有由折射定律解得，【答案】【归纳】此类题解题时应先作出光路图，找出入射角和对应的折射角，注意光是从空气到介质还是介质到空气若是空气到介质则：运用公式和即可有时可能要借助于光路可逆来解决问题图14-2-4（类题演练）为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，孔的宽度，孔内嵌入折射率的玻璃砖，如左图14-2-4所示试问：（1） 嵌入玻璃砖后，工事内部人员观察到外界的视野的最大张角为多少？（2） 要想使外界范围内的景物全被观察到，则应嵌入多大折射率的玻璃砖？【解析】工事内的人从内壁左侧能最大范围观察右边的目标如右图所示，光路图如图中所示已知，所以（1）由折射定律有，得即视野的张角最大为（2）要使视野的张角为，即由折射定律有，所以 【答案】（1）（2）2、有关光涉及到双界面时的折射或全反射问题是难点图14-2-5【例2】单色细光束射到折射率n=的透明球的表面，光束在球心的平面内，入射角=45，研究经折射进入球内后又经内表面反射一次，再经球面折射后的光线，如图14-2-5所示(图上已画出入射光和出射光).(1)在图上大致画出光线在球内的路径和方法.(2)求入射光与出射光之间的夹角.(3)如果入射的是一束白光，透明球的色散情况与玻璃相仿，问哪种颜色光的角最大，哪种颜色光的角最小?【解析】已知入射光和出射光，所以光在三个界面上改变了传播方向光线在内表面反射时具有对称性，折射光与入射光具有可逆性，由此可作出光路图，再由折射定律分析计算.图14-2-6(1)如图14-2-6所示(2)由折射定律sinr =， r =30由几何关系及对称性有：=r (ir)=15=30(3)由于=4r-2i4r90，因此n越大，r越小，越小.所以紫光最小，红光最大.【答案】（1）如图14-2-6所示（2）=30（3）红光 紫光【归纳】光在涉及两个界面或两个以上界面问题时，难点集中在第二个界面，此时经常要利用一些数学知识得到对应的入射角后，再来判断，可能会发生全反射现象若是平行玻璃砖的双界面是不会发生全反射的，若是其它的双界面，比如半圆形玻璃砖与空气构成的双界面等，就可能发生全反射（类题演练）如图14-2-7所示，三棱镜的横截面是一直角三角形，A=90，B=30，C=60，棱镜材料的折射率为n，底面BC涂黑，入射光沿平行与底面BC的方向射向AB面，经AB面和AC面折射后射出(1)求出射光线与入射光线延长线间的夹角(2)为使上述入射光线能从AC面出射，折射率n的最大值为多少？【解析】(1)设光在AB面上的入射角为i，折射角为，在AC面上入射角为，折射角为r.图14-2-7由折射定律sini =nsin，其中i=60, sin=sin60=+=90则sin=cos=对AC面，由折射率的定义得sinr=nsin=n=由=(i -)+( r-)=r-30得=arcsin-30(2)要使光从AC面出射，应有sin r1，即1，解得n图14-2-83、光全反射临界角的运用是疑点【例3】如图14-2-8所示，一个三棱镜的顶角一束白光以较大的入射角i从棱镜左侧面射入，从右侧面射出，并在光屏P上形成红到紫的光谱已知黄光临界角为，橙光临界角为，紫光临界角为，那么，当入射角i逐渐减小到的过程中，彩色光谱的变化情况是（）、紫光最先消失，最后只剩下橙光、红光；、紫光最先消失，最后只剩下黄光、橙光、红光；、红光最先消失，最后只剩下紫光、靛光、蓝光、绿光；、红光最先消失，最后只剩下紫光【解析】当光在左侧面的入射角减为零时，在右侧面的入射角等于角因为入射角大于黄光的临界角，所以黄光和比其临界角小的绿、蓝、靛、紫光都因全反射而消失，且临界角最小的紫光最先消失；而角小于橙光的临界角，更小于红光临界角，所以红、橙光仍能从右侧面折射出，照在光屏上综上所述，正确选项应为【答案】图14-2-9【归纳】白光为复色光，由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光构成，对同一种介质的折射率由红到紫递增，而当它们由光密到光疏介质发生全反射的临界角递减，紫光临界角最小，最容易发生全反射现象（类题演练）abc为全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形，如图14-2-9所示，一束白光垂直入射到ac面上，在ab面上发生全反射若光线入射点O的位置保持不变，改变光线的入射方向（不考虑自bc面反射的光线）A、 使入射光线按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab面，则红光将首先射出B、 使入射光线按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab面，则红光将首先射出C、 使入射光线按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，红光将首先射出ab面D、 使入射光线按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，紫光将首先射出ab面【解析】白光由从红到紫七种色光组成，同一种介质对它们的折射率从红光到紫光逐渐增大在同一种介质中产生全反射时，它们的临界角不同由公式，n越小，C越大红光折射率最小，其临界角最大光垂直入射到ac面，在ab面发生全反射，则临界角C45当光沿顺时针方向偏转入射，其入射角减小，首先小到红光临界角以下，红光先射出ab面，A对B错当光沿逆时针方向偏转入射，其入射角增大，不可能有光线在ab面上射出，C、D都错【答案】A图14-2-10ir（备用题）半径为R的半圆柱形玻璃砖的横截面如图14-2-10所示，O为圆心，光线P沿半径方向从a处射入玻璃后，恰好在O点发生全反射另一条光线Q平行于光线P从最高点b射入玻璃后，折射到MN上的d点测得则玻璃砖的折射率多大？【解析】设光线Q的入射角和折射角分别为，在中，由折射定律，有又光线P与Q平行，且在O点恰好发生全反射，有所以从而得【答案】【归纳】解答这一类问题要抓住折射定律和全反射条件这个关键在分析、研究光路时，常要假设某一条光线恰能符合题意要求，再据此画出其反射、折射或全反射的光路图，作出推断或求解【解题方法归纳】一、 重视生活中的一些与光的折射、全反射相关的现象并会解释它们二、 对于光的折射问题应先作出光路图，正确标出入射角和折射角注意光是从光疏到光密还是光密到光疏，正确使用公式三、 对于光的全反射问题应特别注意入射角的变化，是否大于临界角四、 找入射角时应注重对数学知识的运用【考点训练】1、 如图14-2-11所示，一束平行光从真空射向一块半圆形的玻璃砖；下列说法不正确的是（ ）A、 只有圆心两侧一定范围内的光线不能通过玻璃砖B、 只有圆心两侧一定范围内的光线能通过玻璃砖C、 通过圆心的光线将直线穿过不发生偏折图14-2-11D、 圆心两侧一定范围外的光线将在曲面发生全反射【解析】垂直射向界面的光线不偏折，因而光束沿直线平行射到半圆上，其中通过圆心的光线将直线穿过不发生偏折，入射角为零由中心向外的光线，在半圆面上进入真空时的入射角逐渐增大到趋近，则入射角一定会大于临界角，所以一定会发生全反射【答案】A地球大气层2、假设地球表面不存在大气层，那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比（ ）A、 将提前B、 将延后C、 在某些地区将提前，在另一些地区将延后D、 不变【解析】假如地球周围没有大气层，太阳光将沿直线传播，如图所示，在地球上B点的人们在太阳到达A点时看到日出；而地球表面有大气层，由于空气折射率大于1，并且离地球表面越近，大气层越密，折射率越大，太阳光将沿如图AB曲线进入在B处的人眼中，使在B处的人看到了日出但B处的人认为光是沿直线传播的，则认为太阳位于地平线上的A点，而此时太阳还在地平线以下，日出的时间将提前了，所以无大气层时日出的时间将延后【答案】B3、如图14-2-12所示，一束光从空气射向折射率的玻璃表面若以表示入射角，则（ ）当时会发生全反射现象；无论多大，折射角都不会超过；图14-2-12为了使折射角，应以的角度入射；当入射角时，反射光线与折射光线垂直A、 B、 C、 D、【解析】光从光疏媒质射向光密媒质不可能发生全反射因为入射角最大为，根据，折射角的最大值为，当时，根据，入射角应为当反射光线与折射光线垂直时，根据折射定律则入射角为，所以，都对【答案】B4、一束红光和一束紫光从适当的角度射向玻璃砖，玻璃砖为半圆形如图14-2-13所示，其出射光线都由圆心O点沿OC方向射出，则（ ）A、 AO是红光，它穿过玻璃砖所需的时间较短B、 AO是紫光，它穿过玻璃砖所需的时间较长图14-2-13C、 BO是红光，它穿过玻璃砖所需的时间较长D、 BO是紫光，它穿过玻璃砖所需的时间较短【解析】因为光路是可逆的，可认为这两束光是从CO入射而OA与OB分别是这两束光的折射光，OB偏折更大，所以OB是紫光，OA是红光又由折射定律公式知，因红光的折射率，可知两束光在玻璃砖中的光程相同，即，R为半径选项A正确【答案】A5、红、黄、绿三种单色光以相同的入射角射到某介质和空气的界面，若黄光恰好发生全反射，则（ ）绿光一定能发生全反射红光一定能发生全反射三种单色光相比，红光在介质中的传播速率最大红光在介质中的波长比它在空气中的波长长A、B、C、D、【解析】同一介质对红光的折射率小，对绿光的折射率大，所以发生全反射时，绿光的临界角最小，若黄光发生全反射，则绿光一定发生全反射由，知，红光在真空中的波长比介质中的波长要大综上所述，正确选项为【答案】A6、在水中同一深处有四只不同颜色的球，紫色球、黄色球、绿色球和红色球如果从水面的上方垂直水面俯视这四只不同颜色的球，看起来最浅的是_【解析】水对不同颜色光折射率不同，红光最小，发生偏折最小，而紫光偏折最大如图所示，从球A发出的光线AO经界面后的光线BO的延长线交A正上方C，偏折越大C点越高，所以正确选项就应是紫色球【答案】紫色球7、有人在游泳池边上竖直向下观察池水深度，据他看来池水的深度约为h已知水的折射率，那么池水的实际深度为H=_【解析】由光的可逆性原理，设池底A点发出AB和AC两条光线如图所示由于很小，有和，由折射定律有【答案】8、如图14-2-14所示，宽为的平行光束从空气斜向入射到两面平行的玻璃板上表面，入射角为，光束中包含两种波长的光，玻璃对这两种波长光的折射率分别为（1） 求每种波长的光射入上表面后的折射角图14-2-14（2） 为使光束从玻璃板下表面出射时能分成不交叠的两束，玻璃板的厚度至少为多少？并画出光路图【解析】（1）根据折射定律得又（2）光路图如右图所示，所以【答案】（1），（2），光路如右图9、雨过天晴，人们常看到天空中出现彩虹，它是由阳光照射到空中弥漫的水珠上时出现的现象在说明这个现象时，需要分析光线射入水珠后的光路一细束光线射入水珠，水珠可视为一个半径为R的球，球心O到入射光线的垂直距离为d，水的折射率为n图14-2-15（1） 在图14-2-15上画出该束光线射入水珠内经一次反射后又从水珠中射出的光路图；（2） 求这束光线从射向水珠到射出水珠每一次偏转的角度【解析】（1）光路如图甲所示（2）以i、r表示入射光线的入射角、折射角，由折射定律有：sini=n sinr,Orrriir图甲图乙 以 、 表示每一次偏转的角度，如图乙所示，由反射定律、折射定律和几何关系可知： sini= , = i-r, =-2r, = i-r.由以上各式解得 = arcsin - arcsin = - 2arcsin = arcsin - arcsin【答案】(1)如图甲（2）arcsin - arcsin， - 2arcsin，arcsin - arcsin图14-1-1910、半径为R的半圆柱形玻璃砖,横截面如图14-1-19所示,O为圆心,已知玻璃的折射率为当光由玻璃射向空气时，发生全反射的临界角为45一束与MN平面成45的平行光束射到玻璃的半圆柱面上，经玻璃折射后，有部分光能从MN平面上射出求能从MN射出的光束的宽度为多少？【解析】如图所示，进入玻璃中的光线垂直半球面，沿半径方向直达球心位置O，且入射角等于临界角，恰好在O点发生全反射，光线左侧的光线（如光线）经球面折射后，射在MN上的入射角一定大于临界角，在MN上发生全反射，不能射出光线右侧的光线经半球面折射后，射到MN面上的入射角均小于临界角，能从MN面上射出最右边射向半球的光线与球面相切，入射角i=90.由折射定律知：sinr= 则r=45故光线将垂直MN射出所以在MN面上射出的光束宽度应是OE=Rsinr=R【答案】R第课时 光的波动性【高考要求】 光本性学说的发展简史（）光的干涉现象，双缝干涉，薄膜干涉.双缝干涉的条纹间距与波长的关系（）光的衍射（）光的偏振现象（）光谱和光谱分析.红外线、紫外线、X射线、射线以及它们的应用，光的电磁本性.电磁波谱（）【见证考题】(2004年理综全国卷15)下面是四种与光有关的事实：用光导纤维传播信号；用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度；一束白光通过三棱镜形成彩色光带；水面上的油膜呈现彩色其中，与光的干涉有关的是 ( )A B C D 【解析】用光导纤维传播信号是利用了光的全反射现象；用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的薄膜干涉；白光通过三棱镜形成彩色光带是利用了同一介质对不同的单色光具有不同的折射率，是光的色散现象；水面上的油膜呈现彩色也是薄膜干涉现象综上述，是正确的【答案】B【归纳】对于光这一章，有很多与生活密切相关的光学现象，同学们不仅要知道事实，而且要会用相应的规律去解释，应多注意多观察【知识链接】一、光的干涉1、双缝干涉：两个独立的光源发出的光不是相干光，双缝干涉的装置使一束光通过双缝后变为两束相干光，在光屏上形成稳定的干涉条纹在双缝干涉实验中，光屏上某点到双缝的路程差为半波长的偶数倍时，该点出现亮条纹；光屏上某点到双缝的路程差为半波长的奇数倍时，该点出现暗条纹在实验装置不变的条件下可得：相邻两条明条纹（暗条纹）中心距离与屏到双缝的距离成正比；与双缝间距离d成反比；与照射光的波长成正比，可写成：2、薄膜干涉：让一束光经薄膜的两个表面反射后，形成的两束反射光产生的干涉现象叫薄膜干涉（1）在薄膜干涉中，前后表面反射光的路程差由膜的厚度决定，所以薄膜干涉中同一明条纹（暗条纹）应出现在膜的厚度相等的地方由于光波波长极短，所以薄膜干涉时，介质膜应足够薄，才能观察到干涉条纹（2）用手紧压两块玻璃板看到彩色条纹，阳光下的肥皂泡和水面飘浮油膜出现彩色等都是薄膜干涉的结果（3）薄膜于涉在技术上可以用于检查镜面和精密部件表面形状；精密光学元件上的增透膜也是薄膜于涉的结果（当增透膜的厚度是入射光在膜中波长的1/4时，透镜上透光损失的能量最小，增强了透镜的透光能力）二、光的衍射1、光的衍射：光绕过障碍物的偏离直线传播路径而进入阴影里的现象2、产生明显衍射的条件：障碍物或小孔的尺寸与光波的波长可以相比甚至比光的波长还要小三、光的电磁说1、 麦克斯韦的电磁理论认为光是一种电磁波，赫兹用实验证明了麦克斯韦的光的电磁理论是正确的2、电磁波按波长由大到小的顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、射线组成3、不同的电磁波产生的机理不同：（1）振荡电路中的自由电子振荡无线电波；（2）原子外层电子受激红外线、可见光、紫外线；（3）原子内层电子受激伦琴射线；（4）原子核受激射线4、红外线、紫外线及伦琴射线的产生、特点和应用射线名称红外线紫外线伦琴射线发现时间1800年1801年1895年发现人赫谢耳里特伦琴产生一切物体都在不停地辐射高温物体发出的光中含有高速电子流射到固体上产生特点热作用强化学作用穿透本领大主要应用加热物体、远距离摄影、红外线遥感分辨照相、激发荧光、杀菌消毒透视人体、探测金属内部四、光的偏振、激光1、 波的偏振现象：横波的振动矢量垂直于波的传播方向振动时，偏于某个特定方向的现象纵波只能沿着波的传播方向振动，所以不可能有偏振2、 自然光和偏振光：（1）自然光：从普通光源直接发出的天然光是无数偏振光的无规则集合，所以直接观察时不能发现光强偏于一定方向这种沿着各个方向振动的光波的强度都相同的光叫自然光；太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向的平面内沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波强度都相同，这种光都是自然光（2）偏振光：自然光通过偏振片后，垂直于传播方向的振动矢量只沿着一个方向振动，这种光叫偏振光3、 激光与自然光的区别激光与自然光相比较，具有以下几个重要特点：（1）普通光源发出的是混合光，激光的频率单一，因此激光相干性非常好，颜色特别纯（2）激光束的平行度和方向性非常好，（3）激光的强度特别大，亮度很高4、 激光的重要应用激光的应用非常多，发展前景非常广阔，目前的重要应用有：光纤通信、精确测距、目标跟踪、激光光盘、激光核聚变等等五、光谱和光谱分析光谱分析：每种元素都有自己的特征谱线根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成的方法，叫光谱分析【重点、难点、疑点剖析】2、 光的干涉是重点图14-3-1【例1】 如图14-3-1所示为双缝干涉中产生的条纹图样，甲图为用绿光进行实验的图样，a为中央亮条纹，a为相邻的亮条纹乙图为同一实验装置换用另一种单色光进行实验的图样，a为中央亮条纹，a为相邻的亮条纹aa间距离甲图大，另外，双缝间距和双缝到屏的距离相等则以下说法正确的是（ ）A、 乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光的波长较长B、 乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光的波长较长C、 乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光的波长较短D、 乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光的波长较短【解析】甲图条纹间距大，而双缝间距离和双缝到屏距离都相同，而条纹间距满足，所以甲图波长也较长，乙图的波长较短，应选C【答案】C【归纳】在双缝干涉实验中，光屏上某点到双缝的路程差为半波长的偶数倍时，该点为加强点，出现亮条纹；光屏上某点到双缝的路程差为半波长的奇数倍时，该点为减弱点，出现暗条纹相邻两条明条纹（暗条纹）中心距离与屏到双缝的距离L成正比，与双缝间距离d成反比，与照射光的波长成正比，可写成：（类题演练）在双缝干涉实验中，用频率f51014 Hz的单色光照射双缝，若屏上一点P到双缝的距离之差为0.9 m，则P点处将出现 条纹若在折射率n2的介质中作上述实验，则P点处将出现 条纹【解析】由双缝干涉的知识可知，当路程差为波长的整数倍时出现明条纹，当路程差为半波长的奇数倍时出现暗条纹在真空中时为半波长的奇数倍，所以为减弱点，出现暗条纹 在折射率为2的介质中时： 为波长的整数倍，所以为加强点，出现明条纹【答案】暗条纹；明条纹图14-3-22、薄膜干涉是难点【例2】如图14-3-2所示，用平行单色光照射透明标准样板来检查零件表面的情况，观察到如图14-3-3所示的条纹，这说明被检查平面的条纹弯曲处是_“凹”或“凸”），该方法检查平面测量的精度可达_m图14-3-3【解析】因为同一条亮（暗）纹上各处空气层厚度相同，因此可知被检查平面发生弯曲处的空气层厚度相同再由垫片位置和弯曲方向可知，弯曲处的空气层厚度本应该比同一条纹上其它位置的空气层厚度小，而现在实际上是一样厚度，可见，该处一定存在凹陷干涉法检查平面精确度很高，可达【答案】凹、【归纳】解此类题要清楚是哪两列光发生干涉，找出路程差，当路程差满足波长整数倍时，为加强点，出现亮条纹，当路程差满足半波长奇数倍时，为减弱点，出现暗条纹此题两列光为两板间空气薄层两个表面反射的光波路程差为两板间空气薄层厚度的两倍，在等厚处出现同样条纹条纹左弯，等厚处相当于左移，则为凹（类题演练）对增透膜的叙述，你认为不正确的是 （ ）A、摄影机的镜头上涂一层增透膜后， 可提高成像质量B、增透膜是为了增加光的透射，减少光的反射C、增透膜的厚度应为入射光在薄膜中波长的14D、增透膜的厚度应为入射光在真空中波长的14【解析】现代光学装置，如摄影机、电影放映机的镜头、潜水艇的潜望镜等，都是由许多光学元件如透镜、棱镜等组成的进入这些装置的光，在每一个镜面上都有一部分光被反射，大约只有1020的入射光通过装置，所成的像既暗又不清晰若在镜面上涂上一层透明薄膜，即增透膜，就大大减少了光的反射损失，增强光的透射强度，从而提高成像质量当光由空气射向镜头时，膜的后表面上的反射光比前表面上的反射光多经历的路程为膜的厚度的两倍由光的干涉条件易得，当膜厚为光在薄膜介质中波长的1/4时，可以使两反射光相互抵消由此可得，增透膜的厚度d/4n（其中n为膜的折射率，为光在空气中的波长 ）图14-3-4【答案】D3、各种电磁波及它们的应用是疑点【例3】如图14-3-4所示是伦琴射线管的示意图下列有关伦琴射线管的说法中不正确的有（ ）A、 高压电源的右端为正极B、 蓄电池也可用低压交流电源代替C、 伦琴射线是由对阴极A发出的D、 伦琴射线的波长比可见光长【解析】高速电子流射到任何固体上都会产生伦琴射线，它是原子内层电子受到激发后产生的，它的波长比紫外线还要短，但比射线要长【答案】D【归纳】电磁波按波长由大到小的顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、射线组成教材上几种重要电磁波的作用、特点及产生的机理交代的很清楚，需要同学们识记（类题演练）关于红外线的作用和来源，下述说法正确的是（ ）A、 一切物体都在不停地辐射红外线B、 红外线有很强的荧光效应和热作用C、 红外线的主要作用是化学作用D、 红外线不容易穿透过烟尘和云雾【解析】红外线是原子外层电子受激发产生的，一切物体都不停地发射红外线，其波长长，易发生衍射，容易透过烟尘和云雾，有很强的热作用红外线的主要作用是热作用，紫外线的主要作用是化学作用，它还有很强的荧光效应【答案】A（备用题）由于大气中含量增多，导致地球气温增高，这被称为温室效应，是环境保护面临的一个重大问题对地面附近气温产生影响主要是因为（ ）A、 对射来的太阳光中的红外线有强烈的吸收作用，这就足以使地球气温增高B、 在一昼夜中对射来的太阳光吸收的热大于它向地球外四周