高三物理高考创新设计一轮复习课件：光的折射全反射光的波动性人教大纲版.ppt

第二章光 第1讲光的折射全反射光的波动性 一 光的折射定律1 折射现象光束从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向改变 2 折射定律 如图2 1 1 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 入射角的正弦与折射角的正弦成正比 2 表达式 n 式中n是比例常数 3 光的折射现象中 光路是可逆的 二 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 偏折大 反之偏折小 2 定义式 n 不能说n与sin 1成正比 与sin 2成反比 折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定 3 计算公式 n 因v c 任何介质的折射率总大于1 1 公式n 中 不论是光从真空射入介质 还是由介质射入真空 1总是真空中的光线与法线间夹角 2总是介质中的光线与法线间的夹角 2 折射率由介质本身性质决定 与入射角的大小无关 1 一个圆柱形筒 直径12cm 高16cm 人眼在筒侧上方某处观察 所见筒侧的深度为9cm 当筒中装满液体时 则恰能看到筒侧的最低点 求 1 此液体的折射率 2 光在此液体中的传播速度 解析 根据题中的条件作出光路图如图所示 答案 1 2 2 25 108m s 一 全反射1 条件 1 光从光密介质射入光疏介质 2 入射角大于等于临界角 2 现象 折射光完全消失 只剩下反射光 3 临界角 sinc c为折射角等于90 时的入射角 4 应用 1 全反射棱镜 二 光的色散1 色散现象 白光通过三棱镜会形成由红到紫各色光组成的彩色光谱 2 规律 由于n红 n紫 所以以相同的入射角射到棱镜界面时 红光和紫光的折射角不同 就是说紫光偏折的更明显些 当它们射到另一个界面时 紫光的偏向角最大 红光偏向角最小 1 玻璃砖和三棱镜对光路的控制作用 1 玻璃砖对光路的控制对于两面平行的玻璃砖 其出射光线和入射光线平行 且光线发生了侧移 如图2 1 3所示 侧移距离为d 2 三棱镜对光路的控制通过玻璃棱镜光线经两次折射后 出射光线向棱镜底面偏折 如图2 1 4所示 2 各色光特点对比表 对同一种介质 2 已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大 则两种光 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 从该玻璃中射入空气发生全反射时 红光临界角较大d 用同一装置进行双缝干涉实验 蓝光的相邻条纹间距较大 解析 在同一种玻璃中 红光的折射率小于蓝光的折射率 由v 可知 蓝光在该玻璃中的传播速度小于红光 选项a错误 两种光的入射角相同 由sinr 可知 蓝光的折射角小于红光的折射角 选项b错误 由sinc 可知 红光的临界角大于蓝光的临界角 选项c正确 由于红光的频率小于蓝光的频率 则红光的波长较长 由干涉条纹间距公式 x 可知 红光的条纹间距较大 选项d错误 答案 c 3 如图2 1 5 一透明半圆柱体折射率为n 2 底面半径为r 长为l 一平行光束从半圆柱体的矩形表面垂直射入 从部分柱面有光线射出 求该部分柱面的面积s 解析 半圆柱体的横截面如右下图所示 oo 为半圆的半径 设从a点入射的光线在b点处恰好满足全反射条件 由折射定律有 nsin 1 式中 为全反射临界角 由几何关系得 o ob s 2rl o ob 代入题给条件得s rl 答案 rl 一 光的干涉1 条件 1 两列光的频率相同 且具有恒定的相位差 才能产生稳定的干涉现象 2 将同一列光波分解为两列光波 可以获得相干光源 双缝干涉和薄膜干涉都是用此种方法获得相干光源 2 杨氏双缝干涉 1 原理如图2 1 6所示 2 明 暗条纹的条件 单色光 a 光的路程差r2 r1 k k 0 1 2 光屏上出现明条纹 b 光的路程差r2 r1 2k 1 k 0 1 2 光屏上出现暗条纹 白光 光屏上出现彩色条纹 3 条纹间距公式 x 3 薄膜干涉 1 原理 薄膜厚度上薄下厚 入射光照在薄膜的同一位置 来自前后两个面的反射光路程差不同 叠加后出现明条纹或暗条纹 2 应用 增透膜 利用光的干涉检查平整度 二 光的衍射1 定义 光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象叫光的衍射 衍射产生的明暗条纹或光环叫衍射图样 2 衍射图样 1 单缝衍射 单色光 明暗相间的不等距条纹 中央亮纹最宽最亮 两侧条纹具有对称性 2 圆孔衍射 明暗相间的不等距圆环 圆环远远超过孔的直线照明的面积 3 圆盘衍射 明暗相间的不等距圆环 中心有一亮斑称为泊松亮斑 证实波动性 3 产生明显衍射条件 障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多 1 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 2 衍射与干涉的比较 4 如图2 1 7是双缝干涉实验装置的示意图 s为单缝 s1 s2为双缝 p为光屏 用绿光从左边照射单缝s时 可在光屏p上观察到干涉条纹 下列说法正确的是 a 减小双缝间的距离 干涉条纹间的距离减小b 增大双缝到屏的距离 干涉条纹间的距离增大c 将绿光换为红光 干涉条纹间的距离减小d 将绿光换为紫光 干涉条纹间的距离增大 解析 由双缝干涉条纹间距公式 x 可知 减小双缝间的距离d 干涉条纹间的距离 x增大 a错误 增大双缝到屏的距离l 干涉条纹间的距离增大 b正确 将绿光换为红光 入射光的波长增大 干涉条纹间的距离应增大 c错误 将绿光换为紫光 入射光的波长变短 干涉条纹间的距离应减小 d错误 答案 b 6 如图2 1 8所示 a b两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图样 其中图a是光的 填 干涉 或 衍射 图样 由此可以判断出图a所对应的圆孔的孔径 填 大于 或 小于 图b所对应的圆孔的孔径 解析 a中出现明暗相间的条纹 是衍射现象 b中出现圆形亮斑 只有障碍物或孔的尺寸比光波波长小或跟波长相差不多时 才能发生明显的衍射现象 图a是光的衍射图样 由于光波波长很短 约在10 7m数量级上 所以图a对应的圆孔的孔径比图b所对应的圆孔的孔径小 图b的形成可以用光的直线传播解释 答案 衍射小于 图2 1 8 例1 1 如图2 1 9所示 有一束平行于等边三棱镜截面abc的单色光从空气射向e点 并偏折到f点 已知入射方向与边ab的夹角为 30 e f分别为边ab bc的中点 则 图2 1 9 a 该棱镜的折射率为b 光在f点发生全反射c 光从空气进入棱镜 波长变小d 从f点出射的光束与入射到e点的光束平行 2 一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯 如图2 1 10为过轴线的截面图 调整入射角 使光线恰好在水和空气的界面上发生全反射 已知水的折射率为 求sin 的值 解析 1 由几何知识可知三角形ebf为等边三角形 故从e点入射的光线 入射角为60 折射角为30 由折射定律可知n a项正确 光射在f点时 入射角为30 故不发生全反射 折射角为60 b d错 光从空气中进入棱镜中 光速减小 而光的频率不变 所以光在棱镜中的波长变小 c正确 图2 1 10 答案 1 ac 2 应用光的折射定律解题的一般思路 一定要画出比较准确的光路图 分析边界光线或临界光线 利用几何关系和光的折射定律求解 注意在折射现象中 光路是可逆的 1 1 2009 四川 21 如图2 1 11所示 空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体 其内圆半径为r 外圆半径为r r r 现有一束单色光垂直于水平端面a射入透明柱体 只经过两次全反射就垂直于水平端面b出 设透明柱体的折射率为n 光在透明柱体内传播的时间为t 若真空中的光速为c 则 a n可能为b n可能为2c t可能为d t可能为 图2 1 11 解析 根据题意可画出光路图如图所示 则两次全反射时的入射角均为45 所以全反射的临界角c 45 折射率n a b项均正确 波在介质中的传播速度v 所以传播时间t c d项均错误 答案 ab 例2 如图2 1 12所示 在双缝干涉实验中 s1和s2为双缝 p是光屏上的一点 已知p点与s1 s2距离之差为2 1 10 6m 分别用a b两种单色光在空气中做双缝干涉实验 问p点是亮条纹还是暗条纹 1 已知a光在折射率为n 1 5的介质中波长为4 10 7m 2 已知b光在某种介质中波长为3 15 10 7m 当b光从这种介质射向空气时 临界角为37 3 若用a光照射时 把其中一条缝遮住 试分析光屏上能观察到的现象 图2 1 12 解析 1 设a光在空气中波长为 1 在介质中波长为 2 由n v f 得 n 得 1 n 2 6 10 7m 光的路程差 2 1 10 6m 所以n1 3 5 从s1和s2到p点的光的路程差 是波长 1的3 5倍 所以p点为暗条纹 2 根据临界角与折射率的关系由此可知 b光在空气中波长 2为 2 n 介 5 25 10 7m n2 4可见 用b光做光源 p点为亮条纹 3 光屏上仍出现明 暗相间的条纹 但中央条纹最宽最亮 两边条纹变窄变暗 答案 见解析 2 1用氦氖激光器发出的红光进行双缝干涉实验 已知使用的双缝间距离d 0 1mm 双缝到屏的距离l 6 0m 测得屏上干涉条纹中亮纹的间距是3 8cm 1 氦氖激光器发出的红光的波长 是多少 2 如果把整个装置