高三总复习-光学01.ppt

高三光学复习 1 近几年高考的特点 几何光学多和自然现象联系 几何光学和物理光学的结合是考察理解能力和分析推理能力的主要考点 复习中要把这些知识间的关系进行归纳总结 练习 2 建议 用物理现象 光的折射及色散现象 为基础联系光的基本性质 将光的折射与光的本性的现象联系起来 形成完整的知识结构 本章知识结构 光 物理光学 几何光学 干涉 衍射 反射 折射 全反射 偏振 色散 电磁本性 光电效应 康普顿效应 光的波粒二象性 基本概念 1 光在同一种均匀介质中沿直线传播 光在真空中的传播速度为c m s 小孔成像 影子 日食 月食等都是光的直线传播形成的现象 除月食外的上述各现象会通过几何作图加以解释 2 视觉产生与方位确认 物体反射或发出的光线进入人眼产生视觉 人脑根据进入双眼的光线的反向延长线的交点确定物体的方位 光的直线传播 反射定律 反射光线跟入射光线和法线在同一平面上 反射光线与入射光线分居法线两侧 反射角等于入射角 例 当入射光线转过 其他条件不变时 反射光线转过 当反射面转过 其他条件不变时 反射光线转过2 光从一种介质射向另一种介质的界面时 一般会同时发生反射和折射现象 光的反射与平面镜成像规律 平面镜成像的特点及作图 平面镜所成的虚像与物等大 正立 与镜面对称等距 要求熟练掌握对称法和光路法作图 在作图法解题时 常先利用对称法找到像 再利用像确定反射光线 进而完成光路法作图 一 光的折射定律 光的折射定律折射光线与入射光线和法线在同一平面内 折射光线和入射光线分居法线两侧 入射角的正弦与折射角的正弦之比为一常数 即 常数 关于 光线 理想化模型 折射率 当光从真空射入某种介质时 上式中的比例常数就称为这种介质的折射率 即折射率介质中的n都应大于1 这也可用来检验计算结论是否正确 折射率与介质自身的光学性质有关 当光垂直入射到两种介质的界面上时 i r 0 光束不发生偏折 但光速仍变化 是一种特殊的折射现象 棱镜的作用 光线进入棱镜后 向哪个方向偏折 为什么 什么是偏折角 若把棱镜置于比玻璃折射率更大的液体中 情况又如何 色散 色散分析方法 光的颜色由光的频率决定 仅与光源有关 同一介质中 频率越大 折射率越大 偏折角 折射率 频率 光子能量 介质中光速 临界角 波长 增大 减小 由色散现象说明 1 当复色光入射同一介质时 波长越短频率越大的光 偏折角越大 介质对该光的折射率越大 该光在介质中的速度越小 临界角越小 2 当单色光入射不同介质时 若介质折射率越大 则偏折角越大 光在介质中的速度越小 临界角越小 例 如图所示 MN为置于水中的平面镜 呈水平状态 一束白光从空气垂直于水面射到平面镜的O点上 已知红光和紫光在水与空气界面发生全反射的临界角分别为 和 现让平面镜以O点为轴沿顺时针方向转动 为使光束不从水面射出 转过的角度不能小于多少 A B C D A 例 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 现考虑线光源ab发出的光经水面折射后所成的像 由于水对光有色散作用 若以l1表示红光成的像的长度 l2表示紫光成的像的长度 则 A l1 l2 l0B l1 l2 l0C l2 l1 l0D l2 l1 l0 D 全反射现象 全反射现象 入射光 反射光 折射光 临界角 全反射条件 1 光从光密介质射向光疏介质 2 入射角等于或大于临界角 对全反射现象的理解 不能认为入射角等于临界角时 折射光线沿界面 应从能量分配关系来理解 生活中的全反射现象 海市蜃楼 彩虹 不必过多深究 因为这事太复杂 不可能考得深入 光导纤维 例 如图示为一块透明的光学材料的剖面图 在其上建立直角坐标系xOy 设该光学材料的折射率沿y轴方向均匀减小 现有一束单色光a从原点O以某一入射角 由空气射入该材料内部 则单色光a在该材料内部可能的传播途径是下图中的 分析 由空气刚进入材料时 折射角小于入射角 然后 将光学材料沿y轴方向分成很多薄层 折射角逐渐增大 直到发生全反射 再以相反的过程返回 因此D图正确 D 简单光学元件 平行玻璃砖平移光线但不改变光的传播方向 例 如图 a和b都是厚度均匀的平玻璃板 它们之间的夹角为 一细光束以入射角 从P点射入 已知此光束由红光和蓝光组成 则当光束透过b板后 A 传播方向相对于入射光方向向左偏转 角B 传播方向相对于入射光方向向右偏转 角C 红光在蓝光的左边D 红光在蓝光的右边 D 例 一束光从空气射向折射率的某种玻璃的表面 如图所示 i代表入射角 则 A 当i 45 时会发生全反射现象B 无论入射角i是多大 折射角r都不会超过45 C 欲使折射角r 30 应以i 45 的角度入射D 当入射角时 反射光线跟折射光线恰好互相垂直 BCD 例 一束单色光斜射到厚平板玻璃的一个表面上 经两次折射后从玻璃板另一个表面射出 出射光线相对于入射光线侧移了一段距离 在下列情况下 出射光线侧移距离最大的是A 红光以30 的入射角入射B 红光以45 的入射角入射C 紫光以30 的入射角入射D 紫光以45 的入射角入射 光的折射平板玻璃的折射特点 D 例 如图abc为一全反射三棱镜 它的横截面是等腰直角三角形 一束白光垂直入射到ac面上 在ab面上发生全反射 若光线的入射位置不变 改变入射的方向 不考虑ab面的的反射光线 a b c 1 若使入射光线顺时针逐渐转动 如果有光线从ab射出 最先射出的是 2 若使入射光线逆时针逐渐转动 如果有光线从ab射出 最先射出的是 红光 红光的折射角最大 射到ab面的入射角最小 且其临界角最大 所以红光先出 所有光线在垂直入射时发生全反射 顺时针转过一定角度 在ab面入射角增大 都发生全反射 例 如图所示 只含黄光和紫光的复色光束PO 沿半径方向射入空气中的玻璃半圆柱后 被分成两光束OA和OB沿如图所示方向射出 则A OA为黄光 OB为紫光B OA为紫光 OB为黄光C OA为黄光 OB为复色光D Oa为紫光 OB为复色光 全反射光射到界面上 一定发生反射不一定折射 C 例 由于光的折射 站在岸上的人看到水中的鱼的位置会比鱼的实际位置 潜水员在水中观察岸上的景物的位置会比景物的实际位置 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将 人们观察到的日落时刻与实际存在大气层的情况相比将 高 延后 提前 高 A 从ab面射出B 从ac面射出C 从bc面射出 且与bc面斜交D 从bc面射出 且与bc面垂直 BD 折射全反射光路图 例 在深1m的水池中插一根竖直的木杆 木杆露出水面部分长度为0 3m 当阳光以与水平方向成37 角斜射时 测得木杆在水池底部的影长为1 15m 取sin37 0 6 cos37 0 8 由此得出水的折射率是 光在水中的速度是 1 33 2 25 108m s 例 如图示 用某种透光物质制成的三棱镜ABC B C 30 在平行于BC的直线MN上插两枚大头针P1 P2 在AC边的右侧透过棱镜观察大头针P1 P2像 调整