高考复习几何光学课件

光学知识结构光学知识结构光学光学几何光学几何光学光的本性光的本性光光的的直直线线传传播播光光的的反反射射光光的的折折射射折折射射定定律律折折射射率率三三棱棱镜镜的的色色散散光光的的波波动动性性光光的的粒粒子子性性光光的的干干涉涉光光的的衍衍射射光光的的偏偏振振光光电电效效应应康康普普顿顿效效应应光的电磁波本性光的电磁波本性光的波粒二象性光的波粒二象性光子说光子说实物粒子物质波实物粒子物质波概率波不确定性关系概率波不确定性关系120122012年高考考试说明年高考考试说明68光的折射、折射率光的折射、折射率相对折射率不要求相对折射率不要求69全反射临界角全反射临界角 70光导纤维光导纤维 71 光的色散光的色散2观察折射现象，建立物理情景：观察折射现象，建立物理情景：光的折射定律光的折射定律空气空气水水i irONN3光的折射定律：光的折射定律：反射光线在入射光线和法线所决定的平面内；反射光线在入射光线和法线所决定的平面内；折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。入射角的正弦与折射角的正弦成正比。空气空气水水i irONN光路可逆光路可逆通过实验探究分析现象背后的规律：通过实验探究分析现象背后的规律：空气空气水水i irONN4引入折射率的概念：引入折射率的概念：光从光从真空真空中射入中射入某种介质某种介质中并发生折射时入中并发生折射时入射角射角i的正弦与折射角的正弦与折射角r的正弦的比值叫做这种的正弦的比值叫做这种介质的绝对折射率介质的绝对折射率 介介 质质 折射率折射率 介介 质质 折射率折射率金金 刚刚 石石2.422.42岩盐岩盐1.551.55二硫化碳二硫化碳1.631.63酒精酒精1.361.36玻玻 璃璃1.51.51.91.9水水1.331.33水水 晶晶1.551.55空气空气1.000281.00028各种物质的折射率各种物质的折射率真空中的角真空中的角介质中的角介质中的角5任何介质的折射率都一定大于任何介质的折射率都一定大于1.1.研究表明：研究表明：光在不同介质中的速度不同，某光在不同介质中的速度不同，某种介质的折射率等于光在真空中传播的速度种介质的折射率等于光在真空中传播的速度c与光在这种介质中传播速度与光在这种介质中传播速度V之比之比空气的折射率近似取空气的折射率近似取1 1光从真空射入任何介质时，入射角大于折射角，根据光路可光从真空射入任何介质时，入射角大于折射角，根据光路可逆性，当光从某种介质射入真空中时，折射角大于入射角。逆性，当光从某种介质射入真空中时，折射角大于入射角。6对折射率的理解对折射率的理解 1 1、在在光光的的折折射射现现象象中中，折折射射角角随随着着入入射射角角的的变化而变化，而两角的正弦值之比是个常数变化而变化，而两角的正弦值之比是个常数 2 2、对于不同的介质，此常数的值是不同的、对于不同的介质，此常数的值是不同的n n是一个反应介质光学性质的物理量是一个反应介质光学性质的物理量 3 3、介质的折射率是由介质本身性质决定的、介质的折射率是由介质本身性质决定的它取决于光在介质中传播的速度它取决于光在介质中传播的速度 7白光通过三棱镜后，在光白光通过三棱镜后，在光屏上形成屏上形成红红橙橙黄黄绿绿蓝蓝靛靛紫紫的彩色光带的彩色光带光的色散光的色散不同频率的不同频率的不同频率的不同频率的色光色光色光色光红、红、橙、橙、黄、黄、绿、绿、蓝、蓝、靛、靛、紫紫 偏折角偏折角偏折角偏折角小小小小 大大大大 折射率折射率折射率折射率较小较小较小较小 较大较大较大较大 光速光速光速光速较大较大较大较大 较小较小较小较小 波长波长波长波长较大较大较大较大 较小较小较小较小8于色散的五个于色散的五个“排序排序”关系：关系：频率频率 f f 波长波长l l折射率折射率n n介质中光速介质中光速v v临界角临界角C C f红红 f橙橙 f黄黄 f绿绿 l l橙橙 l l黄黄 l l绿绿 l l紫紫n红红 n橙橙 n黄黄 n绿绿 v橙橙 v黄黄 v绿绿 v紫紫 C红红 C橙橙 C黄黄 C绿绿 C紫紫9红红红红橙橙橙橙黄黄黄黄绿绿绿绿蓝蓝蓝蓝靛靛靛靛紫紫紫紫波波长长折折射射率率光光速速较大较大较小较小较小较小较大较大较大较大较小较小频频率率较小较小较大较大临临界界角角C较大较大较小较小105 5实验过程中，玻璃砖和白纸的相对实验过程中，玻璃砖和白纸的相对 位置不能改变位置不能改变平行玻璃砖平行玻璃砖1 1玻璃砖应选用厚度、宽度较大的玻璃砖应选用厚度、宽度较大的2 2大头针要插得竖直，且间隔要大些大头针要插得竖直，且间隔要大些3 3入射角不宜过大或过小，一般在入射角不宜过大或过小，一般在 15 157575之间之间4 4玻璃砖的折射面要画准，不能用玻玻璃砖的折射面要画准，不能用玻 璃砖界面代替直璃砖界面代替直 尺画界线尺画界线11例：例：光从某种介质射入空气，入射角为光从某种介质射入空气，入射角为 ，反射光线与折射反射光线与折射光线恰好垂直，求这种介质的折射率。光线恰好垂直，求这种介质的折射率。解析：OABCD12例：例：如图一个储油桶的底面直径与高均为如图一个储油桶的底面直径与高均为d.d.当桶内没有当桶内没有油时，从某点恰能看到桶底边缘的某点。当桶内油油时，从某点恰能看到桶底边缘的某点。当桶内油的深度等于桶高的一半时，仍沿方向看去，恰好看的深度等于桶高的一半时，仍沿方向看去，恰好看到桶低上的点到桶低上的点C C，两点距离，两点距离d/4d/4求求油的折射率和光在油中传播的速度。dCOACBGDF因底面直径和桶高相等因底面直径和桶高相等,由此可知由此可知 AOF=ABG=450又又OD=2CD油的折射率油的折射率光在油中的传播速度光在油中的传播速度解解:13光的全反射光的全反射14光的折射现象光的折射现象强调无论入射角多大，反强调无论入射角多大，反射光线与折射光线同时存射光线与折射光线同时存在，同时强调折射光线与在，同时强调折射光线与反射光线亮度变化反射光线亮度变化15光密介质与光疏介质光密介质与光疏介质 1、对于两种介质来说，、对于两种介质来说，我们把折射率较小的介质我们把折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较称为光疏介质，折射率较大的介质称为光密介质大的介质称为光密介质2、光疏介质和光密介质、光疏介质和光密介质是是相对的相对的 介介 质质 折射率折射率 介介 质质 折射率折射率金金 刚刚 石石2.422.42岩盐岩盐1.551.55二硫化碳二硫化碳1.631.63酒精酒精1.361.36玻玻 璃璃1.51.51.91.9水水1.331.33水水 晶晶1.551.55空气空气1.000281.0002816缓慢增大入射角：缓慢增大入射角：观察反射光线和折射光线的强度变化；观察反射光线和折射光线的强度变化；观察折射角的变化。观察折射角的变化。演示实验：演示实验：观察全反射现象观察全反射现象 光由一种介质射到另一介质时，光线光由一种介质射到另一介质时，光线不发生折射，而全部返回到原介质中不发生折射，而全部返回到原介质中继续传播的现象叫全反射现象继续传播的现象叫全反射现象全反射现象全反射现象17通过实验分析通过实验分析:全反射的条件全反射的条件1、光从光密介质射入、光从光密介质射入 光疏介质光疏介质2、入射角大于临界角、入射角大于临界角临界角：临界角：玻璃空气C1819光导纤维光导纤维原理：原理：应应 用用20全反射棱镜全反射棱镜应应 用用21几何光学巩固提升221光的折射定律：（1）折射光线在入射光线和法线所在的平面上，折射光线和入射光线分居在法线的两侧，（2）入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一常数2.折射率：（1）光从真空射入某种介质时，入射角的正弦跟折射角的正弦之比在光的折射现象中，光路也是可逆的。一.光的折射（2）折射率等于光在真空中的速度c 跟光在这种介质中的速度v之比，n=c/v2398年高考如图所示，一储油圆桶，底面直径与桶高均为d当桶内无油时，从某点A恰能看到桶底边缘上的某点B当桶内油的深度等于桶高一半时，在A点沿AB方向看去，看到桶底上的C点，C、B相距d/4。由此可得油的折射率n ；光在油中传播的速度v=（结果可用根式表示）irABCO解：由几何关系得：BO=CO=n=sini/sinr=2Sini=Sinr=24 如右图所示,有一个长方形容器,高为30厘米,宽为40厘米,在容器的底部平放着一把长40厘米的刻度尺.眼睛在OA延长线上的E点观察,视线沿着EA斜向下看恰能看到尺的左端零刻度.现保持眼睛的位置不变,向容器内倒入某种液体且满至容器口,这时眼睛仍沿EA方向观察,恰能看到尺上20厘米的刻度,则此种液体的折射率为 .30cm20AOE40cmi1.441996年上海高考年上海高考.25 如图，一玻璃柱体的横截面为半圆形，细的单色光束从空气射向柱体的O点（半圆的圆心），产生反射光束1和透射光束2，已知玻璃折射率为 ，入射角为45（相应的折射角为24），现保持入射光不变，将半圆柱绕通过O点垂直于图面的轴线顺时针转过15，如图中虚线所示，则（）A光束1转过15 B光束1转过30C光束2转过的角度小于15D光束2转过的角度大于15B C0303年江苏高考年江苏高考845入射光15O12264.光线通过平行玻璃砖后的出射光线和入射光线平行且有侧向位移。侧向位移的大小跟平行玻璃砖的厚度及入射角、折射率有关。ird1 227二全反射问题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，这种现象.（1）光从光密介质射向光疏介质,当折射 角变为90时的入射角叫临界角；（2）光从折射率为n的介质射向真空时 临界角的计算公式:产生全反射的条件：（1）光必须从光密介质射向光疏介质；（2）入射角必须等于或大于临界角全反射临界角：281997年高考 光线在玻璃和空气的分界面上发生全反射的条件是（）(A)光从玻璃射到分界面上,入射角足够小(B)光从玻璃射到分界面上,入射角足够大(C)光从空气射到分界面上,入射角足够小(D)光从空气射到分界面上,入射角足够大 B 2991年高考.一束光从空气射向折射率n=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B C Di空气玻璃n=NO30偏折角度跟棱镜材料的折射率有关，折射率越大，偏折角度越大.偏折角度还跟入射角的大小有关系.三.通过棱镜的光线（2）白光通过三棱镜后产生色散现象，（3）全反射棱镜是横截面成等腰直角三角形的三棱镜。（1）光线通过三棱镜两次向底面偏折，通过三棱镜所成的像向顶角偏移，31四.光的色散 一束白光经过棱镜后会发生色散，在光屏上形成一条彩色的光带，这条彩色的光带叫做光谱.光谱中红光在最上端，紫光在最下端，中间是橙、黄、绿、蓝、靛等色光.这表明各种色光通过棱镜后的偏折角度不同.红光的偏折角度最小，紫光的偏折角度最大.不同色光通过棱镜后的偏折角度不同，表明棱镜材料对不同色光的折射率不同.红光的偏折角度小，表明棱镜材料对红光的折射率小；紫光的偏折角度大，表明棱镜材料对紫光的折射率大.32 白光通过三棱镜，要发生色散，红光偏折角最小，紫光偏折角最大偏折角从小到大的顺序是：红、橙、黄、绿、蓝、紫结论 从红到紫的方向有：（1）同一介质对不同色光的折射率逐渐增大（2）在同一介质中不同色光的传播速度逐渐减小（3）光的频率逐渐增大（4）在真空中的波长逐渐减小（5）光子的能量逐渐增大33如图示：红光和紫光沿同一方向射向玻璃半球的球心，经折射后从球面射出，若红光在玻璃中传播时间为t红，紫光在玻璃中传播时间为t紫，则a是 光，t红 t紫（填、或=）ba解：白光通过三棱镜，发生色散，红光偏折角最小，紫光偏折角最大所以a是红光。t=r/v=rn/c 红光的折射率小，t小。红341999年高考 一束单色光，在真空中波长为6.0010-7 m，射入折射率为1.50的玻璃中它在此玻璃中的波长是 m，频率是 Hz（真空中光速是3.00108ms）4.0010-75.001014解:光从一种介质传播到另一种介质时,频率保持不变,波速和波长发生改变.f=c/=5.001014 Hz=v/f=c/nf=/n=4.0010-7 m35 例5.如图所示，OO是半圆柱形对称面与纸面的交线在图内有两束与OO平行且距OO距离相等的单色光A和B，从玻璃砖射出后相交于OO的下方的P点由此可以得出的结论是 AA光在玻璃砖中的速度比B光在玻璃砖中的速度小B玻璃砖对A光的折射率比对B光的折射率小C在空气中，A光的波长比B光的波长短DB光光子的能量比A光光子的能量小A C DOOPBA36 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 0303年江苏高考年江苏高考10 ab左右P分析见下页下一页37ab解析：光线通过平行玻璃砖后的出射光线和入射光线平行且有侧向位移，所以从a板射出的光线，传播方向与a板入射的光线平行，通过b板射出的光线与b板入射的光线平行，所以答案A、B都错。同时，由于玻璃对红光的折射率小于蓝光的折射率，所以，通过a板后，红光的折射角大，红光的侧向位移大，应选D答案。上一页38p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后39谢谢你的到来学习并没有结束，希望大家继续努力Learning Is Not Over.I Hope You Will Continue To Work Hard演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日 40