高三物理一轮复习（考情解读+知识通关+题型突破+能力提升）专题18 光学课件.ppt

目录contents 考情精解读 考点1 考点2 a 知识全通关 b 题型全突破 c 能力大提升 考法1 考法3 考法2 考法4 考情精解读 考纲解读 命题趋势 命题规律 物理专题十八光学 知识体系构建 考纲解读 实验三 用双缝干涉测光的波长 全反射 光导纤维 实验二 测定玻璃的折射率 光的干涉 衍射和偏振现象 折射率 光的折射定律 考纲解读 命题趋势 命题规律 物理专题十八光学 知识体系构建 考纲解读 命题规律 1 热点预测折射定律 全反射及其应用是常考内容 折射定律与全反射现象在几何光学中的应用是命题热点 分值一般为5 10分 2 趋势分析新课标地区主要以计算题的形式考查光的折射 全反射等光的传播规律 考生要注意对基本规律的掌握 命题趋势 物理专题十八光学 知识体系构建 继续学习 考纲解读 命题规律 2 命题预测结合企业重视产品质量 争创名牌的具体措施 国家打击假冒伪劣产品的重大举措 我国货币政策的调整 人民币币值的变化 调控房价 稳定物价 扩大内需的具体措施等 考查本专题的相关知识 命题趋势 物理专题十八光学 知识体系构建 知识全通关 考点1光的折射全反射 继续学习 物理专题十八光学 一 光的折射1 折射现象 指光从一种介质斜射入另一种介质时传播方向发生改变的现象 2 折射定律 1 内容 折射光线与入射光线 法线处在同一平面内 折射光线与入射光线分别位于法线的两侧 入射角 1 的正弦与折射角 2 的正弦成正比 2 表达式 式中n12是比例常数 说明 在光的折射现象中 光路是可逆的 物理专题十八光学 继续学习 3 折射率 1 物理意义 折射率仅反映介质的光学特性 折射率大 说明光从真空射入到该介质时偏折程度大 反之偏折程度小 2 定义式 折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定 与入射角 1及折射角 2无关 3 计算公式 n c v 因v c 故任何介质的折射率总大于1 4 光疏介质与光密介质 光疏介质与光密介质是相对的 同一种介质 到底是光疏介质还是光密介质要视具体情况而定 有时可能是光密介质 有时也可能是光疏介质 光疏和光密是从介质的光学特性来说的 并不是它的密度大小 物理专题十八光学 通关秘籍 利用折射定律分析折射现象时 若光从真空 或空气 进入某种介质 入射角大于折射角 若光由介质射入真空 或空气 中 入射角将小于折射角 应注意到介质的折射率总大于1 继续学习 物理专题十八光学 继续学习 二 全反射与光导纤维 物理专题十八光学 继续学习 通关秘籍 能否产生全反射现象取决于光的传播方向 必由光密介质射入光疏介质 同时入射角应大于或等于临界角 物理专题十八光学 继续学习 三 棱镜1 光的色散 含有多种颜色的白光被分解为单色光的现象 如图所示 其原因是同种介质对不同色光的折射率不同 2 光谱 含有多种颜色的白光被分解后 各种色光按其波长的有序排列 3 棱镜 1 截面是三角形的玻璃仪器 可以使光发生色散 白光的色散表明各色光在同一介质中的折射率不同 2 三棱镜对光线的作用 改变光的传播方向 使复色光发生色散 3 光密三棱镜 光线两次折射均向底面偏折 偏折角为 如右图所示 物理专题十八光学 继续学习 4 光疏三棱镜 光线两次折射均向顶角偏折 图甲图乙 5 全反射棱镜 等腰直角棱镜 如图所示 当光线从一直角边垂直射入时 在斜边发生全反射 从另一直角边垂直射出 如图甲所示 当光线垂直于斜边射入时 在两直角边发生全反射后又垂直于斜边射出 如图乙所示 入射光线和出射光线互相平行 物理专题十八光学 继续学习 通关秘籍 1 光谱的产生表明白光是各种单色光组成的复色光 2 色散现象表明 紫光经棱镜后偏折程度最大 红光偏折程度最小 所以棱镜材料对紫光的折射率最大 对红光的折射率最小 同一介质中 频率越大的光折射率越大 3 色散的实质是由于各种色光在同一介质中传播的速率不同 或同一介质对不同色光的折射率不同 那么在同一介质中各色光的临界角c也不一样 在同一介质中 频率越高的光 其传播速度越小 波长越短 折射率越大 4 光的频率 颜色 由光源决定 与介质无关 光的传播速度由介质决定 光的波长由光源和介质共同决定 物理专题十八光学 继续学习 物理专题十八光学 继续学习 四 实验 测定玻璃的折射率1 实验目的 1 测量玻璃的折射率 2 掌握光线发生折射时的入射角和折射角的测定方法 2 实验原理 插针法如图所示 abb a 为两面平行的玻璃砖 用插针法确定入射光线ao 出射光线o b 通过连接oo 测定入射光线的入射角为 1 折射光线的折射角为 2 根据 可以计算出玻璃的折射率 物理专题十八光学 继续学习 3 实验器材木板 白纸 玻璃砖 大头针 图钉 量角器 直尺 铅笔 4 实验操作要点 1 用图钉把白纸固定在木板上 2 在白纸上画一条直线aa 并取aa 上的一点o为入射点 作过o点的法线nn 3 画出线段ao作为入射光线 并在ao上插上p1 p2两根大头针 4 在白纸上放上玻璃砖 使玻璃砖的一条长边与直线aa 对齐 并画出另一条长边的对齐线bb 5 眼睛在bb 的一侧透过玻璃砖观察p1 p2两个大头针 并调整视线方向 使p1的像被p2的像挡住 然后在眼睛这一侧插上大头针p3 使p3挡住p1 p2的像 再插上p4 使p4挡住p3和p1 p2的像 6 移去玻璃砖 拔去大头针 由大头针p3 p4的针孔位置确定出射光线o b及出射点o 连接o o 得线段oo 7 用量角器测量入射角 1和折射角 2 并查出其正弦值sin 1和sin 2 8 改变入射角 重复实验 算出不同入射角时的sin 1 sin 2 并取平均值 物理专题十八光学 继续学习 5 注意事项 1 玻璃砖应选用厚度 宽度较大的 2 大头针要插得竖直 且间隔要大些 3 入射角不宜过大或过小 一般为15 75 4 玻璃砖的折射面要画准 不能用玻璃砖界面代替直尺画界线 5 实验过程中 玻璃砖和白纸的相对位置不能改变 6 数据处理 1 计算法 计算每次的折射率n 求出平均值 2 图像法 如图1所示 利用斜率求折射率 图1 返回目录 物理专题十八光学 3 单位圆法 如图2所示 此方法可避免角度的测量与三角函数值的查询 可较简便地测出折射率 图2 考点2光的干涉 衍射和偏振现象 一 光的干涉1 双缝干涉 1 由同一光源发出的光经双缝后形成两束振动情况总是相同的相干光波 相遇时将发生干涉现象 物理专题十八光学 继续学习 2 薄膜干涉 1 薄膜干涉现象 用单色光照射薄膜时 两个表面反射的光是相干的 形成明暗相间的条纹 用不同的单色光照射 看到亮纹的位置不同 用白光照射薄膜时 不同颜色的光在不同位置形成不同的条纹 看起来就是彩色的 2 薄膜干涉的应用 增透膜 检查工件的平整度 物理专题十八光学 继续学习 物理专题十八光学 继续学习 注意 肥皂膜干涉现象 1 白光的干涉图样是彩色的 竖直放置的肥皂液膜 因重力的作用 上面薄 下面厚 由于不同颜色的光的波长不同 从前后两个表面反射的光 在不同的位置被加强 换句话说 不同颜色的光对应亮条纹的位置不同 不能完全重合 因此看起来是彩色的 2 条纹是水平方向的 因为在同一水平高度处 薄膜的厚度相同 从前后两表面反射的光路程差均相同 如果此时两反射光互相加强 则此高度水平方向各处均加强 因此 明暗相间的干涉条纹应为水平方向 物理专题十八光学 通关秘籍 只有相干光才能形成稳定的干涉图样 在观察薄膜干涉条纹时 应该与光源处在薄膜的同一侧观察 且单色光形成明暗相间的干涉条纹 白光形成彩色条纹 继续学习 物理专题十八光学 继续学习 二 光的衍射1 光的衍射 光绕过障碍物偏离直线传播的现象叫作光的衍射 2 发生明显衍射的条件 障碍物或孔的尺寸比光的波长小 或者跟光的波长差不多 3 三种衍射图样 1 单缝衍射 单色光 中央为亮且宽的条纹 两侧为明暗相间的条纹 且越靠外 亮条纹的亮度越弱 宽度越小 中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝的宽度有关 入射光的波长越长 单缝越窄 中央亮条纹的宽度及条纹间距就越宽 白光 中央为亮且宽的白色条纹 两侧为亮度逐渐变暗 宽度逐渐变窄的彩色条纹 每一条纹中最靠近中央的色光是紫光 离中央最远的是红光 物理专题十八光学 继续学习 2 圆孔衍射 单色光 中央是大且亮的圆形亮斑 周围分布着明暗相间的同心圆环 且越靠外 圆形亮条纹的亮度越弱 宽度越小 中央圆形亮斑的大小与入射光的波长及圆孔大小有关 入射光的波长越长 圆孔越小 中央亮斑的直径越大 白光 中央是大且亮的白色亮斑 周围是彩色的同心圆环 3 圆盘衍射 泊松亮斑图样中央有个亮斑 泊松亮斑 周围分布着明暗相间的同心圆环 而且背景是明亮的 亮环或暗环的间距随圆盘半径的增大而减小 物理专题十八光学 通关秘籍 区分干涉和衍射的关键是理解其本质 实际应用中一般可以从条纹宽度 条纹间距 亮度等方面加以区分 继续学习 物理专题十八光学 继续学习 三 光的偏振1 偏振现象 横波只沿着某个特定方向振动的现象叫作波的偏振 注意 只有横波才有偏振现象 2 自然光 在与光的传播方向垂直的平面内有沿一切方向振动的光 且沿各个方向振动的光波强度都相同 这种光叫作自然光 如太阳 电灯等普通光源发出的光 3 偏振光 在与光的传播方向垂直的平面内 只沿着某个特定方向振动的光叫作偏振光 注意 光的偏振现象证明了光是横波 物理专题十八光学 继续学习 4 不能认为偏振片就是刻有狭缝的薄片 偏振片并非刻有狭缝 而是具有一种特征 即存在一个偏振方向 只让平行于该方向振动的光通过 5 偏振光的理论意义及应用 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 光的偏振现象说明了光波是横波 2 应用 照相机镜头 立体电影 消除车灯眩光等 物理专题十八光学 通关秘籍 自然光通过偏振片后即为偏振光 平时我们所见的光 除直接从光源射来的 其他的都是不同程度的偏振光 继续学习 四 实验 用双缝干涉测光的波长1 实验目的 1 复习双缝干涉实验原理 2 观察双缝干涉图样 掌握实验方法 3 测定单色光的波长 2 实验原理 1 单色光通过双缝后 在光屏上出现明暗相间的等间距条纹 条纹间距与相干光的波长有关 若双缝间距为d 双缝到光屏的距离为l 相干光的波长为 则干涉图样中相邻两条明 或暗 条纹的间距 x l d 所以 xd l 只要测出d l x即可测出光的波长 用滤光片可获取单色光 物理专题十八光学 继续学习 2 测量头的构造及使用 如图甲所示 测量头由分划板 目镜 手轮等构成 转动手轮 分划板会向左右移动 测量时 应使分划板的中心刻线对齐条纹的中心 如图乙所示 记下此时手轮上的读数 然后转动手轮 使分划板中心刻线与另一条纹的中心对齐 再次记下手轮上的刻度 两次读数之差就表示这两条亮条纹间的距离 实际测量时 测出n条亮条纹 或暗条纹 的宽度 设为a 则3 实验器材双缝干涉仪 包括光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 光屏 光具座 测量头及刻度尺等 物理专题十八光学 继续学习 物理专题十八光学 继续学习 物理专题十八光学 继续学习 返回目录 物理专题十八光学 6 注意事项 1 调节双缝干涉仪时 要注意调整光源的高度 使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮 2 放置单缝和双缝时 缝要相互平行 中心大致位于遮光筒的轴线上 3 调节测量头时 应使分划板中心刻线和亮条纹的中心对齐 记清此时手轮上的读数 转动手轮 使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐 记下此时手轮上的读数 两次读数的差值就表示这两条亮条纹间的距离 4 不要直接测 x 要测多个亮条纹的间距再计算得出 x 这样可以减小误差 题型全突破 考法1对折射率 折射定律的理解 继续学习 物理专题十八光学 考法指导一 如何理解介质的折射率 折射率与哪些因素有关 1 某种介质的折射率是指光从真空或空气进入该介质时入射角的正弦值与折射角的正弦值之比 如果是光从该介质进入空气或真空 则入射角的正弦值与折射角的正弦值之比等于折射率的倒数 2 折射率的大小反映了介质的光学性质和入射光的频率 1 折射率越大 说明介质对光的偏折作用越大 光线偏离原来传播方向的程度越厉害 2 折射率与入射角的大小无关 与介质的密度无关 光密介质不是指密度大的介质 3 介质对光的折射率越大 说明该光在介质中的传播速度越小 4 相对于同一介质 折射率越大的光 其频率越大 传播速度越小 5 同一种色光 在不同介质中虽然波速 波长不同 但频率不变 物理专题十八光学 继续学习 二 如何理解光的色散 1 光的色散实质 由于同一种介质对不同频率的色光的折射率不同 使得不同频率的色光经过该介质后发生分离而形成色散现象 2 光的色散现象中各种色光的排列顺序可按折射率的大小 由偏折程度进行判断 物理专题十八光学 继续学习 3 各种色光的比较 物理专题十八光学 继续学习 4 平行玻璃砖 三棱镜和圆柱体 球 对光路的控制 物理专题十八光学 考法示例1 继续学习 物理专题十八光学 继续学习 突破攻略 解决光的折射问题的思路 1 根据题意画出正确的光路图 2 利用几何关系确定光路图中的边 角关系 注意入射角 折射角均是与法线的夹角 3 利用折射定律 折射率公式列式求解 4 注意 在折射现象中光路是可逆的 物理专题十八光学 继续学习 考法2对全反射现象的考查 继续学习 物理专题十八光学 考法指导1 求解光的折射 全反射问题的四点提醒 1 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 2 如果光线从光疏介质进入光密介质 则无论入射角多大 都不会发生全反射现象 3 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 4 当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 2 求解全反射现象中光的传播时间的一般思路 1 全反射现象中 光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化 即v c n 2 全反射现象中 光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定 3 利用t 求解光的传播时间 继续学习 物理专题十八光学 3 解决全反射问题的一般方法 1 确定光是从光密介质进入光疏介质 2 应用sinc 1 n确定临界角 3 根据题设条件 判定光在传播时是否发生全反射 4 如发生全反射 画出入射角等于临界角时的临界光路图 5 运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析 判断 运算 解决问题 考法示例2 一束白光从顶角为 的等腰三棱镜的一边以比较大的入射角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 黄光最后消失思路分析由不同频率色光的折射率不同 确定各色光在ac界面的入射角大小关系 再利用全反射时临界角与折射率的关系 确定各种色光消失的顺序 物理专题十八光学 继续学习 物理专题十八光学 继续学习 解析作出白光的折射光路图 可看出 白光从ab界面射入玻璃后 由于紫光偏折程度最大 从而到达另一侧面ac时的入射角最大 且因紫光折射率最大 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 且不从ac面射出 后依次是靛 蓝 绿 黄 橙 红 逐渐发生全反射而不从ac面射出 答案点评分析光的色散问题中各色光消失的先后顺序时 可以根据各种色光随入射光旋转的关系来确定 因为折射光线的旋转方向与入射光线的旋转方向相同 规律总结 解答全反射类问题的技巧 1 解答全反射类问题时 要抓住发生全反射的两个条件 光必须从光密介质射入光疏介质 入射角大于或等于临界角 2 利用好光路图中的临界光线 准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键 且在作光路图时尽量与实际相符 物理专题十八光学 继续学习 考法3玻璃折射率的测定 继续学习 物理专题十八光学 考法指导1 插针法原理 由入射光线 出射光线确定入射角与折射角 再利用折射定律求解折射率 该方法不仅适用于平行玻璃砖 也适用于截面为其他形状的玻璃砖 2 其他方法利用全反射临界角与折射率的关系n 1 sinc 通过测定临界角 求出折射率 考法示例3 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 思路分析先确定入射角与折射角 再利用折射定律求解折射率 误差的分析可根据折射角的测量误差进行判断 物理专题十八光学 继续学习 物理专题十八光学 继续学习 点评利用折射定律求解折射率时 要注意正确区分入射角 折射角 即入射光线与法线或折射光线与法线之间的角度 不要受其他因素的影响而误认为是光线与界面之间所成的夹角 考法示例4 用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时 先在白纸上放好圆弧状玻璃砖 在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针p1 p2 然后在玻璃砖的另一侧观察 调整视线使p1的像被p2的像挡住 接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针p3和p4 使p3挡住p1和p2的像 p4挡住p3以及p1和p2的像 在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓 如图甲所示 其中o为两圆弧圆心 图中已画出经过p1 p2点的入射光线 1 在图上补画出所需的光路 2 为了测出玻璃的折射率 需要测量入射角和折射角 请在图中的ab分界面上画出这两个角 物理专题十八光学 继续学习 物理专题十八光学 继续学习 3 用所测物理量计算折射率的公式为 4 为了保证在弧面cd得到出射光线 实验过程中 光线在弧面ab的入射角应适当 填 小一些 无所谓 或 大一些 5 多次改变入射角 测得几组入射角和折射角 根据测得的入射角和折射角的正弦值 画出了如图乙所示的图像 由图像可知该玻璃的折射率n 思路分析 插针法 的关键在于确定光路 由四个针的位置可以分别确定进入玻璃砖前和射出玻璃砖后的光路 从而确定光线进入和射出玻璃砖的位置 并画出玻璃砖中的光路 返回目录 物理专题十八光学 解析 1 连接p3 p4与cd交于一点 此交点即为光线从玻璃砖中射出的位置 由于p1 p2的连线与ab的交点即为光线进入玻璃砖的位置 连接两交点即可作出玻璃砖中的光路 如图所示 2 连接o点与光线在ab上的入射点即为法线 作出入射角和折射角如图中i r所示 3 由折射定律可得 4 为了保证能在弧面cd上有出射光线 实验过程中 光线在弧面ab上的入射角应适当小一些 才不会使光线在cd面上发生全反射 5 图像的斜率 由题图乙可知斜率为1 5 即该玻璃的折射率为1 5 答案 1 见解析图 2 见解析图 3 4 小一些 5 1 5点评用 插针法 测量玻璃的折射率适用于各种截面的玻璃 但要注意实验过程中是否会出现全反射现象 考法4光的干涉 衍射 偏振等现象分析 继续学习 物理专题十八光学 考法指导一 如何区分光的干涉与光的衍射现象 继续学习 物理专题十八光学 继续学习 物理专题十八光学 考法示例5 下列所示的图片 示意图大都来源于课本 关于这些图的下列判断中 准确无误的是 a 甲图是小孔衍射的图样 乙图为 泊松亮斑 b 甲图为 泊松亮斑 乙图是小孔衍射的图样c 丙图是双缝干涉图样 丁图是单缝衍射图样d 丙图是单缝衍射图样 丁图是双缝干涉图样 物理专题十八光学 继续学习 继续学习 物理专题十八光学 思路分析解答本题要抓住三个关键 1 明确光的干涉条纹与衍射条纹的特点分别是什么 2 熟记课本中出现的干涉 衍射图样 3 理解小孔衍射 小圆盘 衍射图样的不同之处 解析 泊松亮斑 是 小圆盘 产生的衍射现象 形成的衍射图样是阴影中心有一个 亮斑 而小孔衍射的图样是中间有 亮斑 无阴影 选项a正确 b错误 丙图很明显是双缝干涉的图样 因干涉图样中的条纹间距是相等的 单缝衍射图样中的条纹间距是不相等的 中间最宽 最亮 丁图是单缝衍射图样 选项c正确 d错误 答案ac 突破攻略 圆盘衍射与圆孔衍射的比较 1 均是明暗相间的条纹 中心均有亮斑 2 圆孔衍射图样中心亮斑较大 而圆盘衍射图样中心亮斑较小 3 圆孔衍射图样的背景是黑暗的 而圆盘衍射图样的背景是明亮的 物理专题十八光学 继续学习 考法示例6 在双缝干涉实验中 光屏上的p点到双缝s1 s2的距离之差 x1 0 75 m 光屏上的q点到双缝s1 s2的距离之差 x2 1 5 m 如果用频率为6 0 1014hz的黄光照射双缝 则 a p点出现亮条纹 q点出现暗条纹b p点出现暗条纹 q点出现亮条纹c 两点均出现亮条纹d 两点均出现暗条纹 物理专题十八光学 继续学习 继续学习 物理专题十八光学 返回目录 物理专题十八光学 突破攻略 分析双缝干涉中明暗条纹问题的一般步骤 1 由题设情况并依 真 n 介求得光在真空 或空气 中的波长 2 由屏上出现明暗条纹的条件判断光屏上出现的是明条纹还是暗条纹 3 根据明条纹的判断式 x k k 0 1 2 或暗条纹的判断式 x 2k 1 2 k 0 1 2 分析k的取值 从而判断条纹数 能力大提升 方法1分析几何光学问题的常见方法 继续学习 物理专题十八光学 1 公式法在折射成像问题中 可利用折射的成像公式h 分析成像问题 其中h为物体距界面的距离 h 为像距界面的距离 示例7空中有一只小鸟 距水面3m 其正下方距水面4m深处的水中有一条鱼 已知水的折射率为 则鸟看水中的鱼离它m 鱼看天上的鸟离它m 思路分析本题可按以下思路进行分析和求解 1 鸟从鱼的正上方看时 鱼的虚像点在鱼的正上方 2 作出光路图 利用折射定律和几何知识进行求解 继续学习 物理专题十八光学 解析作出鸟看鱼的光路图 如图所示 由于是在竖直方向上看 所以入射角很小 即图中的 1和 2均很小 故有tan 1 sin 1 tan 2 sin 2则鸟看水中的鱼离它的距离h1 3 3 m 6m同理 可得鱼看鸟时h nh2 3 m 4m则h2 4 4 m 8m 答案68 继续学习 物理专题十八光学 突破攻略 1 在 角很小时 数学中的近似关系sin tan 是物理中最常用的近似关系之一 如果问题中出现直角三角形时 利用近似关系sin tan 更便于利用直角三角形的边角关系解题 如果问题中出现圆时 利用近似关系sin 这样更便于利用弧长 或弦长 与半径的关系解题 2 利用折射成像公式可快速解答有关折射成像中的像深度或长度问题 该公式也适用于从光密介质观察光疏介质 但相应的表达式为h nh 即像的位置总比物体的位置要高 继续学习 物理专题十八光学 2 对称法光的反射与反射成像现象中 反射光线与入射光线对称 物点与像点对称 示例8一单色细光束射到折射率n 的透明球表面 光束在过球心的平面内 以入射角i 45 射入 在球表面折射进入球内后又经内表面反射一次 再经球表面折射后射出 如图所示 图上已画出入射光线和出射光线 1 在图上大致画出光线在球内的路径和方向 2 求入射光线与出射光线之间的夹角 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 继续学习 物理专题十八光学 思路分析 1 由折射定律求出折射角r 根据几何知识和对称性求出 2 分析 与折射率n的关系 抓住紫光的折射率大于红光的折射率进行分析 解析 1 作出光路图如图所示 2 由折射定律得sinr r 30 由几何关系及对称性得得 4r 2i 把r 30 i 45 代入得 30 3 由 2 的解答可知 i 45 n越小 sinr越大 r角越大 同时 4r 2i 所以红光的 角最大 紫光的 角最小 答案 1 如解析图所示 2 30 3 红光的 最大 紫光的 最小 点评本题是几何光学问题 作出光路图是解题的基础 同时要善于运用几何关系分析光线的偏折角与折射角和入射角的关系 继续学习 物理专题十八光学 示例9一半圆柱形透明物体的横截面如图所示 底面aob镀银 图中粗线 o表示半圆截面的圆心 一束光线在横截面内从m点入射 经过ab面反射后从n点射出 已知光线在m点的入射角为30 moa 60 nob 30 求 1 光线在m点的折射角 2 透明物体的折射率 思路分析解答本题时应掌握以下两点 1 根据光线的入射点和出射点 正确作出光线在界面上折射和反射的光路图 2 结合几何关系 确定入射角和折射角 继续学习 物理专题十八光学 解析 1 如图所示 透明物体内部的光路为折线mpn q m点关于底面ab对称 q p和n三点共线 设在m点处 光线的入射角为i 折射角为r omq pnf 根据题意有 30 由几何关系得 pno pqo r 于是 r 60 且 r 解得r 15 2 根据折射定律有 继续学习 物理专题十八光学 突破攻略 在分析光学问题时 要注意根据光发生全反射的条件来判断光是否已经发生全反射 并充分利用光路的可逆性 对称性 相似性等几何关系进行分析和求解 继续学习 物理专题十八光学 3 可逆思维无论是光的反射还是光的折射 光路总遵循可逆原理 即反射光线或折射光线变为入射光线 原入射光线则变为反射光线或折射光线 示例10一足够大的水池内盛有某种透明液体 液体的深度为h 在水池的底部中央放一点光源s 其中一条光线以30 的入射角射到液体与空气的界面上 它的反射光线与折射光线的夹角为105 如图所示 求 1 这种液体的折射率 2 液体表面亮斑的面积 继续学习 物理专题十八光学 思路分析解答本题时要弄清以下两点 1 折射率的定义及计算公式 2 临界角与折射率的关系 解析 1 如图所示 可知入射角 1 30 折射角 2 45 故n 2 若发生全反射 入射角c应满足sinc 1 n 解得c 45 亮斑半径r htanc h 故亮斑面积s h2 答案 1 2 h2点评光现象中临界问题与最值问题一般与光的全反射相联系 通常是先作出全反射的临界光线 再结合几何知识进行分析 继续学习 物理专题十八光学 4 插针法 单位圆法利用插针法确定入射光线与折射光线 再利用单位圆法测量介质的折射率 示例11用三棱镜做测定玻璃折射率的实验 先在白纸上放好三棱镜 在棱镜的一侧插两枚大头针p1和p2 然后在棱镜的另一侧观察 调整视线使p1的像被p2的像挡住 接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针p3 p4 使p3挡住p1 p2的像 p4挡住p3和p1 p2的像 在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图所示 1 在图上画出所需的光路 2 为了测出棱镜玻璃的折射率 需要测量的量是 在图上标出它们 3 计