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1、光学 单元复习 第一讲 折射 全反射 色散,一、光的折射、全反射和色散 1光的折射 (1)折射现象：光从一种介质斜射进入另一种介质时，传播方 向发生 的现象 (2)折射定律(如图1131所示) 内容：折射光线与入射光线、法线处在 ，折射光线与入射光线分别位 于 的两侧，入射角的正弦与折射角的 正弦成 ,图1131,改变,同一平面内,法线,正比,表达式： n12，式中n12是比例常数 在光的折射现象中，光路是 (3)折射率 定义：光从真空射入某介质时， 的正弦与 的正弦的比值 定义式：n (折射率由介质本身和光的频率决定) 计算式：n (c为光在真空中的传播速度，v是光 在介 质中的传播速度，由

2、此可知，n1),可逆的,入射角,折射角,2全反射 (1)发生条件：光从 介质射入 介质； 入射角 临界角 (2)现象：折射光完全消失，只剩下 光 (3)临界角：折射角等于90时的入 射角，用C表示，sinC . (4)应用：全反射棱镜；光导 纤维，如图1132所示,光密,光疏,等于或大于,反射,3光的色散 (1)光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为 光的现象 (2)色散规律：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，即紫光偏折得更明显 当它们射到另一个界面时， 光的偏折最大， 光的偏折最小,单色,紫,红,(3)光的色散现象说明： 白光为复色光； 同一介质对不同

3、色光的折射率不同，频率越大的色光折 射率 ； 不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波 速 ,越大,越慢,1光密介质不是指密度大的介质，折射率的大小与介质的 密度无关 2由n 知，当光从真空射向其他透明介质时，频率不变， 波速和波长都发生改变,3.关于视深问题的理解,例题1如图所示，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 (),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,答案：AC,例题2、abc为一全反射棱镜，它的

4、主截面是等腰直角三角形，如图1137所示一束白光垂直入射到ac面上，在ab面上发生全反射，若光线入射点O的位置保持不变，改变光线的入射方向(不考虑自bc面反射的光线)，则： (1)使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab面，则哪种色光首先射出？ (2)使入射光按图中所示的逆时 针方向逐渐偏转，哪种色光 首先射出ab面？,答案(1)红光(2)无光射出ab面,例题3 .一赛艇停在平静的水面上，赛艇前端有一标记P离水面的高度为h1=0.6m，尾部下端Q略高于水面；赛艇正前方离赛艇前端S1=0.8m处有一浮标，示意如图。一潜水员在浮标前方S2=3.0m处下潜到深度为h2=4.0m时，

5、看到标记刚好被浮标挡住，此处看不到船尾端Q；继续下潜h=4.0m，恰好能看见Q。 求:,（1）水的折射率n； （2）赛艇的长度l。（可用根式表示）,解析：（1）设过P点光线，恰好被浮子挡住时，入射角、折射角分别为：、则：,（2）潜水员和Q点连线与竖直 方向夹角刚好为临界角C，则：,例题4.一玻璃立方体中心有一点状光源。今在立方体的部分表面镀上不透明薄膜，以致从光源发出的光线只经过一次折射不能透出立方体。已知该玻璃的折射率为，求镀膜的面积与立方体表面积之比的最小值。,例题5,，根据折射定律得,代入数据得,光线BN恰好在N点发生全反射，则,为临界角C,7 设球心到BN的距离为d，由几何关系可知,例

6、题6.一半径为R的1/4球体放置在水平桌面上，球体由折射率为 的透明材料制成现有一束位于过球心O的竖直平面内的光线，平行于桌面射到球体表面上，折射入球体后再从竖直表面射出，如图所示已知入射光线与桌面的距离为 求出射角.,答案60,解析如图所示，设入射光线与1/4球体的交点为C，连接OC，OC即为入射点的法线因此，图中的角为入射角过C点作球体水平表面的垂线，垂足为B.依题意，COB. 又由OBC知sin ,由几何关系知，光线在球体的竖直表面上的入射角为30. 由折射定律得 因此sin 解得60,练习1如图所示，一束细光线a射到、两种介质的界面后，反射光束只有b，折射光束只有c.下列说法正确的是

7、A若a是复色光，则b、c都一定是复色光 B若a是单色光，则b、c都一定是单色光 C若b是复色光，则a、c都一定是复色光 D若b是单色光，则a、c都一定是单色光,答案：BD,练习2OMN为玻璃等腰三棱镜的横截面，a、b两束可见单色光从空气垂直射入棱镜底面MN，在棱镜侧面OM、ON上反射和折射的情况如图所示由此可知() 图493,BD,A在棱镜内a光的传播速度比b光的小 B在棱镜内a光的传播速度比b光的大 C棱镜对a光的折射率比对b光的大 D棱镜对a光的折射率比对b光的小,练习3.如图所示的装置可以测量棱镜的折射率，ABC表示待测直角棱镜的横截面，棱镜的顶角为，紧贴直角边AC是一块平面镜一光线SO

8、射到棱镜的AB面上，适当调整SO的方向，当SO与AB成角时，从AB面射出的光线与SO重合，求棱镜的折射率,B,练习5.如图所示，一个三棱镜的截面为等腰直角ABC，A为直角此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边，进入棱镜后直接射到AC边上，并刚好能发生全反射该棱镜材料的折射率为(),A,练习6.如图所示为半圆柱形玻璃砖的横截面，其折射率 n ，现有垂直于平面的平行光束射来，试求在半圆 面上有光线射出的范围是多大？,由图可知，在M点刚好发生全反射时， Carcsin 45 即45，由此可知，有光线射出的范 围在MN间，即对应的 圆心角290.,答案：半圆面对应的圆心角在90范围,练习

9、7.如图所示，半圆形玻璃砖置于光屏PQ的左下方一束白光沿半径方向从A点射入玻璃砖，在O点发生反射和折射，折射光在光屏上呈现七色光带若入射点由A向B缓慢移动，并保持白光沿半径方向入射到O点，观察到各色光在光屏上陆续消失在光带未完全消失之前，反射光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是() A减弱，紫光B减弱，红光 C增强，紫光 D增强，红光,C,练习8一半圆柱形透明物体横截面如图所示，底面AOB镀银(图中粗线)，O表示半圆截面的圆心一束光线在横截面内从M点入射，经过AB面反射后从N点射出已知光线在M点的入射角为30，MOA60，NOB30.求：,(1)光线在M点的折射角； (2)透明物体的折射率

10、,光学 单元复习 第二讲 光的波动性,二、光的波动性 1光的干涉 (1)产生干涉的条件：两列光的 相同， 恒定 (2)杨氏双缝干涉 原理如图1133所示 产生明、暗条纹的条件,频率,相位差,图1133,a单色光：若路程差r2r1k(k0,1,2)，光屏上出现 ；若路程差r2r1 (2k1) (k0,1,2)，光屏上出现 b白光：光屏上出现彩色条纹 相邻明(暗)条纹间距：x .,明条纹,暗条纹,(3)薄膜干涉 概念：由薄膜的前后表面反射的两列光相互叠加而成 劈形薄膜干涉可产生平行 条纹 应用：检查工件表面的平整度，还可以做增透膜,等距,2光的衍射 (1)光的衍射现象：光在遇到障碍物时，偏离直线传

11、播方向 而照射到 区域的现象 (2)发生明显衍射现象的条件：当孔或障碍物的尺寸比光波 波长小，或者跟波长差不多时，光才能发生明显的衍射 现象,阴影,(3)各种衍射图样 单缝衍射：中央为 ，两侧有明暗相间的条纹，但 间距和 不同用白光做衍射实验时，中央条纹仍为 ，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光 圆孔衍射：明暗相间的不等距 泊松亮斑(圆盘衍射)：光照射到一个半径很小的圆盘后， 在圆盘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,亮度,白光,圆环,(4)衍射与干涉的比较,3光的偏振现象 (1)偏振光：在 于传播方向的平面上，只沿着某个特定的 方向振动的光 (2)自然光：太阳

12、、电灯等普通光源发出的光包含沿一切方向 振动的光，而且在各个方向上的光波强度都相等 (3)光的偏振现象说明光是 波,垂直,横,(4)获得偏振光的方法有两种：让自然光经过 或使反射 光与折射光垂直 (5)偏振光的应用：水下照像、立体电影等 (6)平时我们所看到的光，除了直接从光源发出的光以外都是 偏振光,偏振片,第50讲 考向互动探究,例12011北京卷如图501所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以() 图501,C,第50讲 考向互动探究,A增大S1与S2的间距 B减小双缝屏到光屏的距离 C将绿光换为红光 D将绿光换为紫光,第5

13、0讲 考向互动探究,第50讲 考向互动探究,点评 本题考查双缝干涉现象的条纹间距与波长的关系，下面的变式则考查明暗条纹条件,第50讲 考向互动探究,变式题如图502所示为双缝干涉实验装置，当使用波长为6107m的橙色光做实验时，光屏P点及其上方的P1点形成两条相邻的明纹若使用波长为4107m的紫光重复上述实验时，在P点和P1点形成的明、暗纹情况是() 图502,B,第50讲 考向互动探究,AP和P1都是明纹BP是明纹，P1是暗纹 CP是暗纹，P1是明纹 DP和P1都是暗纹,解析 根据形成明、暗条纹条件可知：无论换用哪种波长的色光，因sPS1PS20，故P点总是明纹橙色光在P1点形成第一级明条纹

14、，有sP1S2P1S1橙6107 m，对紫光来说：sP1S2P1S11.5紫，故P1为暗纹,第50讲 考向互动探究,探究考向二薄膜干涉的理解及应用,1薄膜干涉 薄膜干涉是入射光经薄膜的前、后表面反射后形成的反射光线叠加产生的干涉现象薄膜的前、后表面的反射光的路程差等于薄膜厚度的2倍当路程差等于介质中波长的整数倍时形成明纹，当路程差等于介质中半波长的奇数倍时形成暗纹薄膜干涉为等厚干涉，薄膜上厚度相等的地方位于同一条纹上 2薄膜干涉的应用 (1)检测精密零件的表面是否平整 (2)增透膜：膜的厚度为入射光在介质中波长的1/4，增强透射光的强度,第50讲 考向互动探究,例22011大连模拟把一平行玻璃

15、板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，如图503所示，这时可以看到明暗相间的条纹下面关于条纹的说法中正确的是() 图503,AC,第50讲 考向互动探究,A干涉条纹的产生是由于光在空气劈尖膜的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果 B干涉条纹中的暗纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果 C将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖尖端移动 D观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧,第50讲 考向互动探究,解析 根据薄膜干涉的产生原理，上述现象是由空气劈尖膜前后表面反射的两列光叠加而成，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成明纹，所以选项A正确、B错

16、误；因相干光是反射光，故观察薄膜干涉时，应在入射光的同一侧，故选项D错误；根据条纹的位置与空气膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气膜向劈尖尖端移动，故条纹向着劈尖尖端移动，选项C正确,第50讲 考向互动探究,点评 薄膜干涉为等厚干涉，薄膜上厚度决定明暗条纹的级数当上面的玻璃板平行上移时，空气膜厚度逐渐增加，空气膜厚度与原来相等的位置的移动方向就是条纹移动的方向变式题是处理薄膜干涉的定量计算问题,第50讲 考向互动探究,B,第50讲 考向互动探究,第50讲 考向互动探究,探究考向三光的衍射及偏振现象的应用,【技巧概述】 1光的干涉与衍射的比较 (1)光的干涉是在光重叠区域出现加

17、强或减弱的现象，光的衍射是光绕过障碍物偏离直线传播的现象 (2)光的干涉产生条件是两束光频率相同、相位差恒定，即必须是相干光源，光的衍射产生条件是障碍物或孔的尺寸比波长小或相差不多(明显衍射的条件) (3)光的双缝干涉图样是中央为明纹，两边等间距分布明暗相间的条纹，光的单缝衍射图样是中央为最宽、最亮的明纹，两边不等间距分布明暗相间的条纹,第50讲 考向互动探究,2自然光与偏振光的比较 (1)自然光是直接从光源发出的光，偏振光是通过起偏器后的光 (2)自然光在垂直于光的传播方向的平面内，光振动的方向沿各个方向，且沿各个方向光振动的强度相同，偏振光在垂直于光的传播方向的平面内，光振动的方向沿特定方

18、向 3偏振光的应用：照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等,第50讲 考向互动探究,例3如图504所示，在挡板上开一个大小可以调节的小圆孔P，用点光源S照射小孔，小孔后面放一个光屏M，点光源和小孔的连线垂直于光屏，并与光屏交于其中心当小孔的直径从1.0 mm逐渐减小到0.1 mm的过程中，在光屏上看到的现象将会是() 图504,C,第50讲 考向互动探究,A光屏上始终有一个圆形亮斑，并且其直径逐渐减小 B光屏上始终有明暗相间的同心圆环，并且其范围逐渐增大 C光屏上先是形成直径逐渐减小的圆形亮斑，然后是形成范围逐渐增大而亮度逐渐减弱的明暗相间的同心圆环 D光屏上先是形成直径逐渐减小的圆

19、形亮斑，然后是形成范围逐渐减小而亮度逐渐增大的明暗相间的同心圆环,第50讲 考向互动探究,解析 本题小孔直径是从1.0 mm逐渐减小到0.1 mm的，所以在开始阶段没有明显的衍射现象，光基本上是沿直线传播的，因此在光屏上应该得到和小圆孔相似的圆形亮斑当孔的直径减小到0.5 mm以下时，将发生较为明显的衍射现象，所以光屏上出现明暗相间的圆环；随着小孔直径减小，光的衍射现象越来越明显，衍射图样的范围越来越大，相邻亮纹和相邻暗纹间的距离也逐渐增大，同时由于通过小孔的光能越来越少，所以衍射图样的亮度将变得越来越暗C选项正确,第50讲 考向互动探究,【技巧点拨】 圆孔的直径为1.0 mm时，光不能发生明显的衍射，光屏上出现的是圆形光斑，在没有明显衍射的情况下，圆孔减小，光斑随着减小；当圆孔减小到一定程度时，衍射现象比较明显，随着圆孔的减小，中心的圆