【走向高考】高考物理总复习 选34第4讲 光的有关现象和规律课件.ppt

温故自查光的折射 光从一种介质射入另一种介质中 在两种介质的界面处 发生改变 这种现象叫光的折射 光的折射定律 折射光线 法线 入射光线都在 折射光线和入射光线分居在两侧 入射角的正弦值与折射角的正弦值的比值 传播方向 同一个平面内 法线 恒定 考点精析1 在光的折射中光路是可逆的 2 折射不仅可以改变光的传播方向 还可以改变光束的性质 3 光从一种介质射入另一种介质时 折射角大小随着入射角大小的变化而变化 但是两个角的正弦值之比恒定 4 光从同一介质射入不同介质时 的比值大小不同 即对于不同的介质 常量n不同 它是一个能够反映介质光学性质的物理量 温故自查折射率 光从空气或真空进入某种介质中 入射角的和折射角的正弦值之比 叫该介质的折射率 即 介质的折射率等于光在的速度c与光在该介质中的传播速度v的比值 即 正弦值 真空中 考点精析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与折射角的正弦值之比 如果是从该介质进入空气或真空 则入射角与折射角的正弦值之比等于折射率的倒数 2 介质的折射率实际上指的是绝对折射率 所谓绝对折射率是指光从真空进入介质时入射角与折射角的正弦值之比 3 空气的折射率 1 其他介质的折射率都 1 4 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 5 折射率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 介质对光的折射率越大 说明该光在该介质中的传播速度越小 3 相对于同一介质 折射率越大的光 其频率越大 温故自查1 光从介质射向介质时 光线全部被返回原介质 这种现象叫做全反射 折射角等于时的入射角叫临界角 发生全反射的条件是 光由介质射入介质 入射角临界角 光密 光疏 90 光密 光疏 大于或等于 2 利用折射率的概念和折射定律可以求出临界角c sinc 用折射率表示 用光在真空和介质中的传播速度表示 考点精析光从一种介质射入另一种介质时一般都要同时发生反射与折射现象 如右图所示 当光线从光密介质射向光疏介质时 折射角大于入射角 这样就有可能在入射角还没有增大到90 以前 折射角就已经达到90 以光从水进入空气为例 当入射角增大到某一数值c时 折射光线恰好掠过水面 和界面平行 折射角等于90 再继续增大入射角 光线全部反射回水中 不再有折射光线进入空气中 于是形成光的全反射现象 温故自查光导纤维之所以能传光传像 就是利用了光的全反射现象 光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝 直径只有1 100 m左右 如图所示 它是由和两层组成 内芯的折射率外套的折射率 光由一端进入 在两层的界面上经过多次 从另一端射出 内芯 外套 大于 全反射 考点精析1 光纤通信光纤通信是利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式 在发送端首先要把传送的信息 如话音 变成电信号 然后调制到激光器发出的激光束上 使光的强度随电信号的幅度 频率 变化而变化 并通过光纤发送出去 在接收端 检验器收到光信号后把它变换成电信号 经解调后恢复原信息 光纤通信的主要优点 容量大 衰减小 抗干扰强 2 内窥镜把光导纤维聚集成束 使其两端纤维排列的相对位置相同 具有亮暗色彩的图象就可以从一端传到另一端 实际的内窥镜装有两组光纤 一组用来把光传到人体内部 一组用来观察 温故自查1 光的色散 把复色光分成单色光的现象叫光的色散 折射 干涉 衍射都可以产生色散现象 2 光谱 由七色光组成的称光谱 3 棱镜 1 含义 截面是的玻璃仪器 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不同 光带 三角形 折射率 2 三棱镜对光线的作用 改变光的传播方向 光密三棱镜 当光线从一侧面射入 从另一侧面射出时 光线两次均向底面偏折 光疏三棱镜 当光线从一侧面射入 从另一侧面射出时 光线两次均向顶角偏折 全反射棱镜 等腰直角棱镜 当光线从一直角边射入时 在斜边发生全反射 从另一直角边垂直射出 当光线垂直于斜边射入时 在发生全反射后又垂直斜边射出 垂直 两直角边 全反射棱镜对光路的控制如图所示 全反射棱镜的优点 全反射棱镜和平面镜在改变光路方面 效果是相同的 相比之下 全反射棱镜成像更 光能损失更 3 三棱镜成像 当物体发出的光线从三棱镜的一侧面射入 从另一侧面射出时 逆着出射光线可以看到物体的 清晰 少 虚像 考点精析1 全反射棱镜不能用平面镜替代 因为平面镜是在玻璃后表面镀银而成的 从发光点s发出的光照到平面镜上 经前玻璃面和后银面多次反射 s点就会生成多个虚像 反射光线好像从n个虚象发出的 这些反射光叠加 就影响精密光学仪器的成像质量 如图所示 3 虹霓形成的原因 我们平时所说的彩虹 确切地说应称之为虹霓 是由于小水滴对日光的折射 全反射 色散综合效应所形成的 通常可看到两道弓形彩带 里面的一道叫虹 比较明亮 外面的一道叫霓 较为暗淡 如图 a 所示 日光照射在小水滴上 先在小水滴的前表面处产生折射 再在后表面处部分反射 最后在水滴的前表面处折射射出 如图 b 所示 由于不同颜色的光在水中的折射率各不相同 在水滴的前后表面发生折射时会产生色散从而形成虹霓 虹是阳光在水滴内经两次折射一次全反射形成的 如图 c 所示 温故自查1 双缝干涉 1 干涉现象两列光波在空间相遇时发生叠加 在某些区域总加强 在另外一些区域总减弱 从而出现的现象叫光的干涉现象 亮暗相间的条纹 2 产生干涉的条件两个振动情况总是的波源叫相干波源 只有发出的光互相叠加 才能产生干涉现象 在屏上出现稳定的亮暗相间的条纹 2 薄膜干涉 1 薄膜干涉的成因由薄膜的反射的两列光波叠加而成 劈形薄膜干涉可产生的条纹 相同 相干波源 前 后表面 平行且明暗相间 检查平整程度 待检平面和标准平面之间的楔形空气薄膜 用单色光进行照射 入射光从空气膜的上 下表面反射出两列光波 形成干涉条纹 待检平面若是平的 空气膜厚度相同的各点就位于同一条直线上 干涉条纹是平行的 反之 干涉条纹有现象 弯曲 2 薄膜干涉 1 当光照在薄膜上时 从膜的前后表面各反射回一列光波 这两列波即是频率相同的相干光波 由于薄膜的厚度不同 这两列光波的路程差不同 当路程差为光波波长的整数倍时 则为波峰与波峰相遇 波谷与波谷相遇 使光波的振动加强 形成亮条纹 当光波的路程差为半波长的奇数倍时 则波峰与波谷相遇 光波的振动减弱 形成暗条纹 2 相干光为薄膜前后两个界面的反射光 3 图样特点 若单色光入射 出现亮暗相间的条纹 薄膜厚度相等的地方对应同一级条纹 若白光入射 出现彩色条纹 在同一级条纹中 从紫色到红色对应的薄膜厚度从薄到厚 温故自查1 光的衍射现象光在遇到时 偏离直线传播方向而照射到的现象叫做光的衍射 2 光发生明显衍射现象的条件当孔或障碍物的尺寸比光波波长 或者跟波长时 光才能发生明显的衍射现象 障碍物 阴影区域 小 差不多 3 各种衍射图样 1 单缝衍射 中央为 两侧有明暗相间的条纹 但间距和亮度不同 白光衍射时 中央仍为白光 最靠近中央的是 最远离中央的是 2 圆孔衍射 明暗相间的不等距 3 泊松亮斑 光照射到一个的圆板后 在圆板的阴影中心出现的亮斑 这是光能发生衍射的有力证据之一 亮条纹 紫光 红光 圆环 半径很小 考点精析1 光的干涉和光的衍射的关系 1 光的干涉和光的衍射都是光波叠加的结果 只是干涉条纹是通过双缝的两束相干光的叠加 而衍射是通过单缝或三缝及更多缝的光相遇时叠加的结果 在双缝干涉实验中 光在通过其中的每个狭缝时 都会先发生衍射 而后衍射的光相遇再发生干涉 因此 干涉中也有衍射 2 干涉和衍射的图样有相似之处 都是明暗相间的条纹 只是干涉条纹中各条纹宽度和亮度都相同 而衍射条纹中各条纹宽度和亮度均不等 中央条纹最宽最亮 2 光的直线传播与光的衍射的关系光的直线传播只是一种特殊情况和近似说法 光在没有障碍物的均匀介质中是沿直线传播的 在障碍物的尺寸比光的波长大得多的情况下 衍射现象不明显 也可以认为光是沿直线传播的 在障碍物的尺寸可以与光的波长相比 甚至比光的波长还小时 衍射现象十分明显 这时就不能说光是沿直线传播的了 温故自查1 光的偏振 沿着各个方向振动的光波强度都相同的光叫通过后只剩下沿某一方向振动的光叫偏振光 2 光的偏振证明了光是一种波 自然光 自然光 偏振片 横 考点精析1 自然光与偏振光的区别除了直接从光源发出的光外 日常生活中遇到的光大都是偏振光 1 自然光 在任意一个垂直于光传播方向振动的光波的强度都相同 2 偏振光 在垂直于光波传播方向的平面内 只沿某一个特定方向振动的光 2 偏振光的产生方式 1 自然光通过起偏器 通过两个共轴的偏振片观察自然光 第一偏振片的作用是把自然光变成偏振光 叫起偏器 第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光 叫检偏器 2 自然光射到两种介质的交界面上 如果光入射的方向合适 使反射光和折射光之间的夹角恰好是90 时 反射光和折射光都是偏振光 且偏振方向相互垂直 3 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 光的偏振现象说明光波是横波 2 应用 照相机镜头 立体电影 消除车灯眩光等 命题规律根据光的反射定律和平面镜成像的规律确定视场 像的大小 像速及反射光线方向的改变 考例1 如图所示 s为一在xoy平面内的点光源 一平面镜垂直于xoy平面放置 它与xoy平面的交线为mn mn与x轴的夹角为 30 现保持s不动 令平面镜以速率v沿x轴正方向运动 则s经平面镜所成的像 答案 d 总结评述 该题若只将s沿x轴负方向以速度v移动 则像点s 以速度v与x轴成60 向平面镜运动 注意移镜与移物时像点移动的速度是不同的 2009 全国 某物体左右两侧各有一竖直放置的平面镜 两平面镜相互平行 物体距离左镜4m 右镜8m 如图所示 物体在左镜所成的像中从右向左数的第三个像与物体的距离是 a 24mb 32mc 40md 48m 答案 b 解析 由图可知 物体在两平行平面镜中能成无数个像 在左边镜成第三个像a3 可得物体与a3的间距为32m 故b项正确 命题规律根据光的折射定律 不同的色光在同一介质中的折射率不同 临界角不同 解释或计算有关全反射现象的问题及解释光的色散现象 考例2 2010 山东理综 如图所示 一段横截面为正方形的玻璃棒 中间部分弯成四分之一圆弧形状 一细束单色光由mn端面的中点垂直射入 恰好能在弧面ef上发生全反射 然后垂直pq端面射出 求该玻璃棒的折射率 若将入射光向n端平移 当第一次射到弧面ef上时 填 能 不能 或 无法确定能否 发生全反射 答案 b 命题规律根据光的干涉条件和光的相干原理 判断干涉图样或干涉条纹的位置与衍射图样的区别 解释一些有关干涉 衍射的现象 考例3 2010 江苏物理 1 激光具有相干性好 平行度好 亮度高等特点 在科学技术和日常生活中应用广泛 下面关于激光的叙述正确的是 a 激光是纵波b 频率相同的激光在不同介质中的波长相同c 两束频率不同的激光能产生干涉现象d 利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离 2 如图甲所示 在杨氏双缝干涉实验中 激光的波长为5 30 10 7m 屏上p点距双缝s1和s2的路程差为7 95 10 7m 则在这里出现的应是 选填 明条纹 或 暗条纹 现改用波长为6 30 10 7m的激光进行上述实验 保持其他条件不变 则屏上的条纹间距将 选填 变宽 变窄 或 不变 3 如图乙所示 一束激光从o点由空气射入厚度均匀的介质 经下表面反射后 从上表面的a点射出 已知入射角为i a与o相距l 介质的折射率为n 试求介质的厚度d 2010 上海杨浦区质检 劈尖干涉是一种薄膜干涉 其装置如图1所示 将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上 在一端夹入两张纸片 从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜 当光垂直入射后 从上往下看到的干涉条纹如图2所示 干涉条纹有如下特点 1 任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等 2 任意相邻明条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定 现若在图1装置中抽去一张纸片 则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后 从上往下观察到的干涉条纹 a 变疏b 变密c 不变d 消失 答案 a 解析 如下图所示 若抽去一张纸片 则三角截面空气层的倾角度小 则干涉条纹变疏 选项a正确 命题规律考查偏振光的产生 应用 激光的特征及应用 考例4 如图 p是一偏振片 p的透振方向 用带箭头的实线表示 为竖直方向 下列四种入射光束中哪几种照射p时能在p的另一侧观察到透射光 a 太阳光b 沿竖直方向振动的光c 沿水平方向振动的光d 沿与竖直方向成45 角振动的光 解析 当光的振动方向与偏振光的方向平行时 透光最强 垂直时 无光透过 若为某一角度时 有部分光透过 而太阳光是自然光 沿各个方向的振动都存在 因此a b d