2018山东科技版物理高考第一轮复习——光学（学案）

1、.年 级高三学 科物理版 本鲁教版内容标题高三第一轮复习：光学【本讲教育信息】一. 教学内容：光学二. 本章的知识点1、光的折射，折射定律，折射率1光的折射：光由一种媒质进入另一种媒质或在同一种不均匀媒质中传播时，方向发生偏折的现象叫做光的折射。2折射定律：内容：折射光线位于入射光线与法线所决定的平面内，折射光线和入射光线分别位于法线两侧。数学表达式：入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即。3折射率相对折射率：光从一种媒质斜射入第二种媒质发生折射时，入射角i的正弦与折射角r的正弦之比，对于给定的两种媒质来说是一个常数，用表示，。常数称为第二种媒质对第一种媒质的相对折射率。绝对折射率：任意一种媒质

2、对真空的相对折射率称为这种媒质的绝对折射率，简称这种媒质的折射率，用表示.通常说某种媒质的折射率即是指它的绝对折射率，也就是它对真空的相对折射率。相对折射率与绝对折射率的关系： 实验说明：第二种媒质对第一种媒质的相对折射率等于光在第一种媒质中的传播速度V1与光在第二种媒质中的传播速度V2之比，即.由此可得某种媒质的折射率，C为真空中的光速。进而可得：，即第二种媒质对第一种媒质的相对折射率等于第二种媒质的绝对折率与第一种媒质的绝对折射率之比。光在任何媒质中的速度都小于光在真空中的速度，即VC，所以任何媒质的折射率n=都大于1。光在空气中的速度与光在真空中的速度相差很小，故空气的折射率n=。假设把

3、真空也看作一种媒质，那么真空的折射率为。2、全反射和临界角1全反射：当光从光密媒质进入光疏媒质时，折射角大于入射角.当入射角增大到某一角度时，折射角等于90°，此时，折射光完全消失，入射光全部返回原来的媒质中，这种现象叫做全反射。2临界角：定义：光从光密媒质射向光疏媒质时，折射角等于90°时的入射角，叫做临界角.用字母C表示.临界角是指光由光密媒质射向光疏媒质时，发生全反射形象时的最小入射角，是发生全反射的临界状态.当光由光密媒质射入光疏媒质时：假设入射角i<C，那么不发生全反射，既有反射又有折射现象。假设入射角iC，那么发生全反射现象。临界角的计算：A、任意两种媒质

4、：n密、n疏，n密对疏=，故临界角C=arcsin。其中，n密、n疏分别为光密媒质和光疏媒质的绝对折射率。B、当光由某种媒质射入真空或空气时：。3发生全反射的条件：光从光密媒质射向光疏媒质；入射角大于或等于临界角，即iC。以上两个条件必须同时满足，缺一不可。3、光导纤维 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，经过屡次全反射可以没有损失地全部从另一个端面射出。4、光的色散 1棱镜对光路的改变作用 如以下图左图所示，玻璃

5、三棱镜放在空气中，光从一个侧面AB射入，通过棱镜后的光线向棱镜底面偏折，角叫做偏向角，隔着棱镜看点光源S，那么看到点光源的虚像S/，且S/偏向棱镜的顶角，如以下图中间图示2光的色散一束白光通过三棱镜后，光散开在光屏上形成一个彩色光带这种彩色光带叫做光谱，光带中色光的排列顺序依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，产生色散的原因是同一介质对不同色光的折射率不同，因此不同色光经棱镜两次折射后偏向角不同，由上图右图可看出：紫光的折射率最大，红光的最小由nc得：紫光在介质中的传播速度最小，红光最大。注：各种色光在真空中的传播速度都一样，即 c = 3×108ms，此规律可列表如下：光的颜色红橙黄绿

6、蓝靛紫偏向角小大折射率较小较大在介质中的光速较大较小5、测定玻璃的折射率实验原理：如例1图所示为两面平行的玻璃砖对光路的侧移，用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O，B，确定出O，点，画出折射光线OO，。量出入射角1和折射角2，据计算出玻璃的折射率。实验本卷须知：1实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间，P2与O之间，O，与P3之间，P3与P4之间间隔 要稍大一些。2入射角要稍大一些，但不可过大和过小。3在操作时，手不能接触玻璃砖的光洁面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界限。4在实验过程中玻璃砖与尺子的相对位置不能改变。实验数据处理：多进展几组实验，运用计算并求其平均值。特别提示

7、：玻璃砖：所谓玻璃砖一般指横截面为矩形的棱柱。当光线从上外表入射，从下外表射出时，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射率。6、双缝干预 条纹间距与波长的关系双缝干预：一般用“一分为二的方法获得相干光源，如S1、S2振动情况完全一样，那么：l >> d时：= r2 r1 = dx/l = n，即 x = nl/d处出现明条纹。 = r2 r1 = dx/l = 2n + 1/2，即 x = 2n + 1l/2d处处出现暗条纹。n = 0、1、2条纹宽度或条纹间距：x = l/d

8、。注意：l越大、d越小、越大，x越大；可用于测量。红 = 770620nm；紫 = 450400nm。图象特点：中央为明条纹，两边等间距对称分布明暗相间条纹。红光最大明、暗条纹最宽，紫光明、暗条纹最窄。白光干预图象中央明条纹外侧为红色。7、薄膜干预薄膜干预等厚干预：相干光源的由来：利用薄膜如肥皂液膜前后两外表的反射光束相遇而形成干预现象。图象特点：同一条亮或暗条纹上所对应薄膜厚度完全相等。不同的光做实验，条纹间距不同；单色光在肥皂膜上上薄下厚形成程度状明暗相间条纹，白光入射形成彩色条纹。应用：检查工件平整度：检查精度非常高。乙图表示外表不平。增透膜：镜头呈淡紫色，因为入射光为白光，增透膜只能使

9、一定波长的光反射时互相抵消，不可能使白光中所有波长的光反射时抵消在选增透膜时，一般是使对人眼灵敏的绿光在垂直入射时互相抵消，这光阴谱边缘部分的红光和紫光并没有互相抵消，因此涂有增透膜的光学器件呈淡紫色。增透膜厚度d 等于光在氟化镁中波长的1/4。水面上的油膜，捏紧的玻璃在太阳光照射下呈彩色是薄膜干预现象。8、光的衍射 光的衍射：是波动特有的现象，指光绕过障碍物偏离直线传播的现象。本质是光的干预现象。产生条件：障碍物或孔的尺寸与波长可比相差不多。由于可见光波长较小，所以光的衍射需在特定的条件下才能被观察到。单缝衍射图象特点：中央最宽最亮；两侧条纹不等间隔且较暗；条纹数较少。白光入射为彩色条纹。泊

10、松亮斑是光的衍射现象，证明光具有波动性。9、光的偏振1光的偏振也证明了光的波动性，而且是横波。各种电磁波中电场E的方向、磁场B的方向和电磁波的传播方向之间，两两互相垂直。2自然光。太阳、电灯等普通光源直接发出的光，包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都一样，这种光叫自然光。3偏振光。自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定的方向振动，叫偏振光。自然光射到两种介质的界面上，假如光的入射方向适宜，使反射和折射光之间的夹角恰好是90°，这时，反射光和折射光就都是偏振光，且它们的偏振方向互相垂直。我们通常看到的绝大多数光都是偏振光。【典型例

11、题】例1、如下图，用透明材料做成一长方体形的光学器材，要求从上外表射入的光线可能从右侧面射出，那么所选的材料的折射率应满足 A、折射率必须大于 B、折射率必须小于C、折射率可取大于1的任意值 D、无论折射率是多大都不可能解析：从图中可以看出，为使上外表射入的光线经两次折射后从右侧面射出，1和2都必须小于临界角C，即1<C，2<C，而1+2=90°，故C>45°，n=1/sinC<，选B答案。例2、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下图垂直于左侧面射入，试用作图法求出该入射光第一次从棱镜中射出的光线。解析：由

12、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。特别提示：有关光的折射和全反射，在解题时要把计算和作图有机地结合起来，根据数据计算反射角、折射角，算一步画一步，画一步再根据需要算一步。作图要根据计算结果，力求准确。例3、如下图，一条长度为L=5.0m的光导纤维用折射率为n=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

13、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？解析：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，直到光线到达右端面。光路如上图所示，由三角关系可以求出光线在光纤中通过的总路程为s=2L/，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。特别提示：有关光的折射和全反射，在解题时要把计算和作图有机地结合起来，根据数据计

14、算反射角、折射角，算一步画一步，画一步再根据需要算一步。作图要根据计算结果，力求准确。例4、如下图，两块同样的玻璃直角三棱镜ABC，两者的AC面是平行放置的，在它们之间是均匀的未知透明介质。一单色细光束O垂直于AB面入射，在图示的出射光线中全国高考A、1、2、3彼此平行中的任一条都有可能B、4、5、6彼此平行中的任一条都有可能C、7、8、9彼此平行中的任一条都有可能D、只能是4、6中的某一条解析：光线由左边三棱镜AB面射入棱镜，不改变方向；接着将穿过两三棱镜间的未知透明介质进入右边的三棱镜，由于透明介质的两外表是平行的，因此它的光学特性相当于一块两面平行的玻璃砖，能使光线发生平行侧移，只是因为

15、它两边的介质不是真空，而是折射率未知的玻璃，因此是否侧移以及侧移的方向无法确定假设未知介质的折射率n与玻璃折射率相等，不侧移；假设n>时，向上侧移；假设n<时，向下侧移，但至少可以确定方向没变，仍然与棱镜的AB面垂直。这样光线由右边三棱镜AB面射出棱镜时，不改变方向，应为4、5、6中的任意一条。选项B正确。例5、在“测定玻璃的折射率实验中，已画好玻璃砖界面两直线aa与bb后，不小心误将玻璃砖向上稍平移了一点，如以下图左所示，假设其他操作正确，那么测得的折射率将 A、变大B、变小C、不变D、变大、变小均有可能解析：要解决此题，一是需要对测折射率的原理有透彻的理解，二是要擅长画光路图。

16、设P1、P2、P3、P4是正确操作所得到的四枚大头针的位置，画出光路图后可知，即使玻璃砖向上平移一些，如上图右所示，实际的入射角没有改变。实际的折射光线是O1O1，而如今误把O2O2作为折射光线，由于O1O1平行于O2O2，所以折射角没有改变，因此折射率不变，选C。例6、用绿光做双缝干预实验，在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹，相邻两条绿条纹间的间隔 为x。以下说法中正确的有 A、假如增大单缝到双缝间的间隔 ，x 将增大B、假如增大双缝之间的间隔 ，x 将增大C、假如增大双缝到光屏之间的间隔 ，x将增大D、假如减小双缝的每条缝的宽度，而不改变双缝间的间隔 ，x将增大解析：公式中l表示双缝到屏的间隔

17、 ，d表示双缝之间的间隔 。因此x与单缝到双缝间的间隔 无关，与缝本身的宽度也无关。此题选C。例7、登山运发动在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否那么将会严重地损坏视力。有人想利用薄膜干预的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛的伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n=1.5，所要消除的紫外线的频率为8.1×1014Hz，那么它设计的这种“增反膜的厚度至少是多少？解析：为了减少进入眼睛的紫外线，应该使入射光分别从该膜的前后两个外表反射形成的光叠加后加强，因此光程差应该是波长的整数倍，因此膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的1/2。紫外线在真空中的波长是=c/=3.7×10-7m，在膜中的波长是/=/n=2.47×10-7m，因此膜的厚度至少是1.2×10-7m。例9、平行光通过小孔得到的衍射图样和泊松亮斑比较，以下说法中正确的有 A、在衍射图样的中心都是亮斑 B、泊松亮斑中心亮点周围的暗环较宽C、小孔衍射的衍射图样的中心是暗斑，泊松亮斑图样的中心是亮斑D、小孔衍射的衍射图样中亮、暗条纹间的间距是均匀的，泊松亮斑图样中亮、暗条纹间的间距是不均匀的解析：从课本上的彩色图片可以看出：A、B选项是正确的，C、D选