2010高三物理高考二轮复习详解详析：光学

用心 爱心 专心 20102010 高考物理二轮复习详解详析 光学高考物理二轮复习详解详析 光学 知识网络 知识网络 第一单元第一单元 光的传播光的传播 几何光学几何光学 一 光的直线传播一 光的直线传播 1 1 几个概念 几个概念 光源 能够发光的物体 点光源 忽略发光体的大小和形状 保留它的发光性 力学中的质点 理想化 光能 光是一种能量 光能可以和其他形式的能量相互转化 使被照物体温度升高 使底片感光 热水器电灯 蜡烛 太阳万物生长靠太阳 光电池 光线 用来表示光束的有向直线叫做光线 直线的方向表示光束的传播方向 光线实 际上不存在 它是细光束的抽象说法 类比 磁感线 电场线 实像和虚像 点光源发出的同心光束被反射镜反射或被透射镜折射后 若能会聚在一点 则该会聚点 称为实像点 若被反射镜反射或被透射镜折射后光束仍是发散的 但这光束的反向延长线交 于一点 则该点称为虚像点 实像点构成的集合称为实像 实像可以用光屏接收 也可以用 肉眼直接观察 虚像不能用光屏接收 只能用肉眼观察 2 2 光在同一种均匀介质中是沿直线传播的 光在同一种均匀介质中是沿直线传播的 注意前提条件 在同一种介质中 而且是均匀介质 否则 可能发生偏折 如光从空气 斜射入水中 不是同一种介质 海市蜃楼 现象 介质不 均匀 点评点评 光的直线传播是一个近似的规律 当障碍物或孔 的尺寸和波长可以比拟或者比波长小时 将发生明显的衍射 现象 光线将可能偏离原来的传播方向 例 1 如图所示 在A点有一个小球 紧靠小球的左方 有一个点光源S 现将小球从A点正对着竖直墙平抛出去 打 到竖直墙之前 小球在点光源照射下的影子在墙上的运动是 A 匀速直线运动 B 自由落体运动 C 变加速直线运动 D 匀减速直线运动 解 小球抛出后做平抛运动 时间t后水平位移是vt 竖直位移是h 2 1 gt2 根据相似 形知识可以由比例求得 tt v gl x 2 因此影子在墙上的运动是匀速运动 例 2 某人身高 1 8 m 沿一直线以 2 m s 的速度前进 其正前方离地面 5 m 高处有 一盏路灯 试求人的影子在水平地面上的移动速度 l h x vt 应 用 光的传播 光在同种均匀介质中光在两种介质的界面上 光的直线传播光的反射光的折射 小 孔 成 像 本影 半影 日食 月食 镜 面 反 射 漫 反 射 全反射棱镜透镜 放大镜 照相机 幻灯机 用心 爱心 专心 解析 如图所示 设人在时间t内由开始位置运动到G位置 人头部的影子由D点运动 到C点 三角形ABC FGC 有 FGAB FG FA CF 因为三角形ACD AFE 所以有 EF EFCD FA CF 由以上各式可以得到 FGAB FG EF EFCD 即 t tS 2 2 影 8 15 8 1 解得S影 3 125t 可见影的速度为 3 125m s 二 反射二 反射 平面镜成像平面镜成像 1 反射定律 光射到两种介质的界面上后返回原介质时 其传播规律遵循反射定律 反射定律的基本 内容包含如下三个要点 反射光线 法线 入射光线共面 反射光线与入射光线分居法线两侧 反射角等于入射角 即 21 2 平面镜成像的特点 平面镜成的像是正立等大的虚像 像与物关于镜面对称 3 光路图作法 根据成像的特点 在作光路图时 可以先画像 后补画光路图 4 充分利用光路可逆 在平面镜的计算和作图中要充分利用光路可逆 眼睛在某点 A通过平面镜所能看到的范围和在A点放一个点光源 该点光源发出的光经平面镜反射后照 亮的范围是完全相同的 5 利用边缘光线作图确定范围 例 3 如图所示 画出人眼在S处通过平面镜可看到障碍 物后地面的范围 解 先根据对称性作出人眼的像点S 再根据光路可逆 设想S处有一个点光源 它能通过平面镜照亮的范围就是人眼能 通过平面镜看到的范围 图中画出了两条边缘光线 例 4 如图所示 用作图法确定人在镜前通过平面 镜可看到AB完整像的范围 解 先根据对称性作出AB的像A B 分别作出A点 B点发出的光经平面镜反射后能射到的范围 再找到它们 的公共区域 交集 就是能看到完整像的范围 三 折射与全反射三 折射与全反射 1 1 折射定律 折射定律 荷兰 斯涅尔 光射到两种介质的界面上后从第一种介质进入第二种 介质时 其传播规律遵循折射定律 折射定律的基本内容 包含如下三个要点 折射光线 法线 入射光线共面 折射光线与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等于常数 即n 2 1 sin sin 折射定律的各种表达形式 Cv c n sin 1 sin sin 2 1 1为入 折射角中的较大者 C为全反射时的临界角 S S P Q G F CB A i r 用心 爱心 专心 折射光路是可逆的 n 1 介质确定 n 确定 空气 1 00028 水 n 1 33 酒精 n 1 6 不以密度为标准 光密介质和光疏介质 1 与密度不同 2 相对性 3 n 大角小 n 小角大 2 2 全反射现象 全反射现象 1 现象 光从光密介质进入到光速介质中时 随着入射角的增加 折射光线远离法 线 强度越来越弱 但是反射光线在远离法线的同时强度越来越强 当折射角达到 90 度时 折射光线认为全部消失 只剩下反射光线 全反射 2 条件 光从光密介质射向光疏介质 入射角达到临界角 即C 1 3 临界角 折射角为 900 发生全发射 时对应的入射角 n C 1 sin 例 5 直角三棱镜的顶角 15 棱镜 材料的折射率n 1 5 一细束单色光如图所示垂直 于左侧面射入 试用作图法求出该入射光第一次从 棱镜中射出的光线 解 由n 1 5 知临界角大于 30 小于 45 边画边算可知该光线在射到A B C D各点时的 入射角依次是 75 60 45 30 因此在A B C均发生全反射 到D点入射角才第一次 小于临界角 所以才第一次有光线从棱镜射出 3 3 光导纤维 海市蜃楼和内窥镜 光导纤维 海市蜃楼和内窥镜 全反射的一个重要应用就是用于光导纤维 简称光纤 光纤有内 外两层材料 其中 内层是光密介质 外层是光疏介质 光在光纤中传播时 每次射到内 外两层材料的界面 都要求入射角大于临界角 从而发生全反射 这样使从一个端面入射的光 经过多次全反射 能够没有损失地全部从另一个端面射出 例 6 如图所示 一条长度为L 5 0m 的光导纤维用折射率为n 2的材料制成 一细 束激光由其左端的中心点以 45 的入射角射入光导纤维内 经过一系列全反射后从右端 射出 求 该激光在光导纤维中的速度v是多大 该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少 解 由n c v可得v 2 1 108m s 由n sin sinr可得光线从左端面射入后的折射 角为 30 射到侧面时的入射角为 60 大于临界角 45 因此发生全反射 同理光线每次在侧面都将发生全反射 直到光线达到右端面 由三 角关系可以求出光线在光纤中通过的总路程为s 2L 3 因此该激光在光导纤维中传输所经 历的时间是t s v 2 7 10 8s 四 棱镜和玻璃砖对光路的作用四 棱镜和玻璃砖对光路的作用 1 1 棱镜对光的偏折作用 棱镜对光的偏折作用 一般所说的棱镜都是用光密介质制作的 入射光线经三棱镜两次折射 后 射出方向与入射方向相比 向底边偏折 虚像向顶角偏移 例 7 如图所示 一细束红光和一细束蓝光平行射到同一个三 棱镜上 经折射后交于光屏上的同一个点M 若用n1和n2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折 射率 下列说法中正确的是 A n1 n2 a红光 b蓝光 B n1n2 a红光 b蓝光 D n1 n2 a蓝光 b红光 解 由图可知 b光线经过三棱镜后的偏折角较小 因此折射 率较小 是红光 2 2 全反射棱镜 全反射棱镜 横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜 选择 适当的入射点 可以使入射光线经过全反射棱镜的作用在 射出后偏转 90o 右图 1 或 180o 右图 2 要特别注意两 种用法中光线在哪个表面发生全反射 A B C D a b 用心 爱心 专心 例 8 如图所示 自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理 它虽然本身不发光 但 在夜间骑行时 从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后 会有较强的光被反射回去 使汽 车司机注意到前面有自行车 尾灯的原理如图所示 下面说法中正确的是 C A 汽车灯光应从左面射过来在尾灯的左表面发生全反射 B 汽车灯光应从左面射过来在尾灯的右表面发生全反射 C 汽车灯光应从右面射过来在尾灯的左表 面发生全反射 D 汽车灯光应从右面射过来在尾灯的右表 面发生全反射 3 光的折射和色散 光的折射和色散 一束白光经过三棱镜折射后形式色散 构成红橙黄绿 蓝靛紫的七条彩色光带 形成光谱 光谱的产生表明白光是由各种单色光组成的复色光 各 种单色光的偏转角度不同 红红 紫紫 偏转角 小 大 折射率 n 小 大 同介质速率 v 大 小 频率 小 大 波长 大 小 4 4 玻璃砖 玻璃砖 所谓玻璃砖一般指横截面为矩形的棱柱 当光线从上表面入射 从下表面射 出时 其特点是 射出光线和入射光线平行 各种色光在第一次入射后就发生色散 射出光线的侧移和折射率 入射角 玻璃砖的厚度有关 可利用玻璃砖测定玻璃的折