新高考物理一轮复习专题一0四光教学课件

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(1)定义式:n= 。(2)与速度的关系:n= 。(3)对折射率的理解①折射率的大小反映了介质对光线的偏折能力。折射率越大,光以相同入射角从真空 射入该介质时偏折的角度越大。②折射率由介质本身的光学性质和入射光的频率共同决定。同一种介质中,频率越大 的光折射率越大,传播速度越小。③光从一种介质进入另一种介质时频率不变,根据n= 来判断光在不同介质中的传播
速度,根据v=λf来判断光在不同介质中的波长。 ④n= 且v二、全反射1.光密介质和光疏介质
2.全反射(1)定义光从光密介质射入光疏介质,当入射角增大到某一角度,使折射角达到90°时,折射光完 全消失,只剩下反射光的现象。(2)条件①光从光密介质射向光疏介质;②入射角大于或等于临界角。(3)临界角①定义:折射角为90°时的入射角叫作临界角C。
②公式:光由折射率为n的介质射入空气(或真空)时,sin C= 。(4)应用——光导纤维
例1    (多选)为了研究某种透明新材料的光学性质,将其压制成半圆柱形,如图甲所示。一束激光由真空沿半圆柱体的径向与其底面过O的法线成θ角射入。CD为光学传感器,可以探测光的强度,从AB面反射回来的光强随角θ变化的情况如图乙所示。现将这种新材料制成的一根光导纤维束曝露于空气中(假设空气中的折射率与真空中的相同),用同种激光从光导纤维束端面EF射入,且光线与EF夹角为β,如图丙所示。则 (　    ) 　     
A.图甲中若减小入射角θ,则反射光线和折射光线之间的夹角也将变小B.该新材料的折射率为  C.若该激光在真空中波长为λ,则射入该新材料后波长变为 λD.若该束激光不从光导纤维束侧面外泄,则β角需满足0°<β<180°
解题指导     
  解析    若减小入射角θ,反射角和折射角都会减小,所以反射光线和折射光线之间的夹角会变大,A错误。由题图乙知θ≥45°发生全反射,则激光在新材料中的临界角C=45°,由n= 可得新材料的折射率n= ,B正确。由n= = = ,可得激光在新材料中的波长λ'= λ,C正确。若该束激光恰好不从光导纤维束侧面外泄,β角需满足n= ,解得β=0°,所以若该束激光不从光导纤维束侧面外泄,则β角需满足0°<β<180°,D正确。
  答案    BCD
提示    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的。
例2    (多选)1801年,英国物理学家托马斯·杨完成了著名的双缝干涉实验。如图甲所 示为双缝干涉实验的原理图,单缝S0、屏上的P0点均位于双缝S1和S2连线的中垂线上。 已知入射光在真空中的波长为λ,双缝S1和S2到P点的距离分别为x1、x2,若P点是暗条纹 的中心,改变一个实验条件后,观察到的条纹由乙上图所示变为乙下图所示,下列说法 中正确的是(　    ) 
A.若所改变的实验条件为由a光换为b光,a光能使某种金属发生光电效应,则b光也能使 该金属发生光电效应B.所改变的实验条件可能为增大双缝S1和S2之间的距离C.若将光源改为白炽灯进行实验,在屏上可以得到等宽、等亮的干涉条纹D.x2-x1=nλ(n为正整数)
  解析    由相邻亮(暗)条纹的中心间距Δx= λ可得,Δx减小,可能是双缝S1和S2之间的距离d变大,可能是双缝到屏之间的距离L变小,也可能是入射光的波长λ变小,即入射光的 频率变大。所以若所改变的实验条件为由a光换为b光,a光能使某种金属发生光电效 应,b光也能使该金属发生光电效应,A、B正确。若将光源改为白炽灯进行实验,在屏 上会出现彩色条纹,并不是等宽、等亮的干涉条纹,C错误。P点是暗条纹的中心,则有x 2-x1=(2n+1) (n=0,1,2,…),D错误。
例3    (多选)如图所示,把一矩形均匀薄玻璃板ABCD压在另一个矩形平行玻璃板上,BC一侧用薄片垫起,将红单色光从上方射入,这时可以看到明暗相间的条纹,下列关于这些条纹的说法中正确的是 (　    ) A.条纹与AD边平行B.看到的条纹是由薄玻璃板ABCD的上下两个界面的反射光叠加而成的C.如果用手用力捏右侧,会发现条纹保持间距不变,整体向AD侧移动D.看到的条纹越多,说明薄片的厚度越厚
  解析    看到的条纹是由空气膜上下表面反射的两列光叠加而成的,B错误。空气膜厚度相同处,产生的条纹亮暗相同,所以条纹与AD边平行,A正确。(关键:如图所示,两 条相邻亮纹的间距L= ,其中D为这两条亮纹所对应的空气膜厚度的差值,D= )如果用手用力捏右侧,θ角减小,L变大,即条纹间距变大,整体向远离AD侧方向移动,C错 误;看到的条纹越多,说明条纹间距越小,θ角越大,薄片的厚度越厚,D正确。 
二、光的衍射1.发生明显衍射的条件狭缝或障碍物的尺寸与光的波长相差不多,或比光的波长更小。2.衍射图样 
三、单缝衍射与双缝干涉条纹的比较
四、光的偏振 1.偏振光的定义:在垂直于光的传播方向上,只沿某个特定的方向振动的光。2.偏振光的形成(1)自然光通过偏振片;
(2)自然光在两种介质的界面发生反射和折射。3.偏振光的应用:照相机镜头前加偏振片、液晶显示器、立体电影等。4.光的偏振现象说明光是一种横波。
一、三棱镜对光路的控制1.对光线的作用:通过三棱镜的光经两次折射后,出射光线向三棱镜底边偏折。2.由于三棱镜的空间对称性及其截面的特殊几何关系,从不同方向以相同的入射角射 入的光线,向同一方向偏折两次后射出时,光线的偏转角δ是相同的(如图所示)。
3.全反射棱镜:改变光的传播方向。 　     4.光的色散(1)现象:一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带,如图所示。
(2)成因:三棱镜材料对不同色光的折射率不同,对红光的折射率最小,红光通过三棱镜 后的偏折程度最小;对紫光的折射率最大,紫光通过三棱镜后的偏折程度最大,从而产 生色散现象。(3)各种色光的比较分析
例1    (多选)如图所示,一细束白光通过三棱镜折射后分为各种单色光,取其中a、b、c 三种色光,并同时做如下实验:①让这三种单色光分别通过同一双缝干涉实验装置在 光屏上产生干涉条纹(双缝间距和缝屏间距均不变);②让这三种单色光分别照射到某 金属板表面,观察与金属板连接的静电计指针是否转动。下列说法中正确的是 (        )
A.在棱镜中a光的速度最大B.如果减小白光在左侧面的入射角,最先消失的是c光C.a光形成的干涉条纹间距最大D.若c光能使该金属板发生光电效应,a光一定不能使该金属板发生光电效应
  解析    由题图可得c光的偏折程度最大,所以棱镜对三种色光的折射率nc>nb>na;由n= 可得在棱镜中a光的速度最大,A正确。由n= 可得c光发生全反射的临界角最小,且由题图可知,光从棱镜右侧面射出时,c光的折射角最大,所以如果减小白光在左侧面 的入射角,最先消失的是c光,B正确。三种色光的波长λc<λb<λa,则a光形成的干涉条纹 间距最大,C正确。三种色光的频率fc>fb>fa,则若c光能使该金属板发生光电效应,a光不 一定能使该金属板发生光电效应,D错误。
  答案    ABC
二、平行玻璃砖对光路的控制1.对光线的作用:通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向,但会发生侧移。如图甲、乙 所示,不同频率的单色光通过相同的玻璃砖,频率越高侧移量越大,反之越小。 　     2.两束不同频率的单色光以相同的入射角射入玻璃砖,分两种情况。
 　     (1)如图丙所示,随玻璃砖厚度的增大,射出光线的间距先减小后增大。(2)如图丁所示,随玻璃砖厚度的增大,射出光线的间距逐渐增大。
例2    如图所示,在测量玻璃砖折射率的实验中,平行玻璃砖abcd与屏P平行放置,从一侧用激光笔以一定角度照射玻璃砖上的O点,此时在屏上的S1处有激光点,移走玻璃砖,激光点移到S2处,A、B为玻璃砖ad边上的两点,其中OA与ad边垂直,B点是线段OS2与ad的交点,已经测出AB=l1,OA=l2,S1S2=l3,则玻璃砖的折射率n是 (　    )A. 　　　     B. C. 　　　    D. 
通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向,如图所示,由几何关系知BC=S1S2=l3;由折射率 的定义式可得n= ;在△OAB中,由几何关系可得sin α= ;在△OAC中,由几何关系可得sin θ= ;联立解得n= ,选项C正确。
  答案    C方法技巧    折射率n的三个关系式的选用方法①涉及入射角和折射角,选用n= ;②涉及光传播的时间或光传播的速度,选用n= ;③涉及介质表面有没有光射出或是否发生全反射,选用n= 。
三、圆柱体(球)对光路的控制1.对光线的作用:圆柱体(球)或半圆柱体(半球)对光线都有会聚作用,使光线向圆(球)心 偏折。
如图所示为光线经过圆柱体(球)偏折的光路图,圆柱体(球)具有高度的对称性,故光路 图也是对称的,入射角等于出射角且光线向圆(球)心偏折。
2.平行光线从外部射向半圆柱(半球)弧面的光路图,分两种情况。(1)如图甲所示,光线经过左侧弧(球)面的折射与右侧平面的折射后射出半圆柱(半球), 但不是所有光线都能通过两次折射从半圆柱(半球)射出,只有靠中央部分的平行光线 可以通过两次折射后从右侧平面射出。
(2)如图乙所示,两侧的平行光线经过一次折射后,到达右侧平面边界时,由于入射角大 于或等于全反射的临界角,发生全反射,无法从右侧平面直接射出,临界情况的光路图 如图。
例3    激光具有高亮度、方向性好、单色性好等特点,在实验室中常用激光进行相关 的光学实验。(1)介质均匀的圆柱形玻璃棱镜的截面图如图甲所示,建立直角坐标系,圆心O点为坐标 原点。一束激光平行于x轴从A点入射,AO连线与x轴负方向的夹角θ=60°,光从x轴上的 B点出射,求该玻璃棱镜的折射率;(2)用此玻璃材料制成半径为R的半球形玻璃砖,如图乙所示,有一束平行光从左侧垂直 射向此玻璃砖,求能从玻璃砖射出的入射光的横截面积。
  解析    (1)如图1所示,由几何关系得α=30°,由折射率的定义式可得n= = 。