高考物理二轮复习 专题16 光学课件.ppt

1 专题16光学 考点57光的折射和全反射 考点58光的干涉 衍射和偏振 考点59实验 测定玻璃的折射率 考点60实验 用双缝干涉测光的波长 考点61光学与几何知识的综合应用 2 考点57光的折射和全反射 1 光的折射折射定律光线从一种介质斜射到另一种介质 传播方向发生改变的现象 叫做光的折射现象 光的折射现象遵循折射定律 折射光线与入射光线 法线处在同一平面内 折射光线 入射光线分别位于法线两侧 入射角的正弦值与折射角的正弦值成正比 在折射现象中 光路是可逆的 2 折射率 1 定义 光从真空射入某种介质发生折射时 入射角的正弦与折射角的正弦之比 叫做介质的折射率 3 2 定义式 任何介质的折射率均大于1 3 实验证明 4 相对折射率 3 全反射 1 光照射到两种介质的界面上时 光线全部被反射回原介质的现象称为全反射现象 2 发生全反射的条件 光线由光密介质射向光疏介质 入射角大于或等于临界角 临界角 折射角等于90 时的入射角 用C表示 光线从某介质射向真空时临界角 考点57光的折射和全反射 4 4 棱镜和光的色散 1 通过棱镜的光线折射后要向棱镜底边偏折 隔着棱镜看物体的像是正立的虚像 像的位置向棱镜顶角方向偏移 2 光的色散 含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫光的色散 光的色散现象说明白光是复合光 考点57光的折射和全反射 5 考法1对折射和折射定律的考查 1 对折射定律和折射率的理解及应用 1 折射率只由介质本身的光学性质和光的频率决定 由定义和计算 与入射角 1 折射角 2无关 6 考点57光的折射和全反射 7 2 应用折射定律解题的思路 1 画出比较准确的光路图 分析边界光线或临界光线 用光发生全反射的条件来判断光是否已经发生全反射 确定入射角及相对应的折射角 注意它们是光线与法线的夹角 不是与界面的夹角 2 利用几何关系和光的折射定律求解 一般来说 若入射角与折射角不是特殊角 需要通过对称性 相似性等几何关系求出入射角与折射角的正弦值或比值来分析解答 考法2对全反射和光的色散的考查 1 对全反射现象的理解和应用 1 全反射现象中 只发生反射现象 不发生折射现象 折射角等于90 时 实际上就已经没有折射光线了 考点57光的折射和全反射 8 全反射只在光线由光密介质射向光疏介质时发生 发生全反射的临界点是折射角为90 由此可依据条件进行计算 2 发生全反射现象时的光能量的变化光从光密介质射入光疏介质 在入射角逐渐增大的过程中 反射光的能量逐渐增强 折射光的能量逐渐减弱 一旦入射角等于临界角 折射光的能量实际上已减为零 即此时已经发生了全反射 3 光导纤维 简称 光纤 它是非常细的特制玻璃丝 直径在几微米到一百微米之间 由内芯和外套两层组成 内芯的折射率比外套大 光在内芯中传播时 在内芯与外套的界面上发生了全反射 光纤通信就是利用了全反射原理 考点57光的折射和全反射 9 2 光的色散 1 单色光的颜色是由其频率决定的 当它从一种介质进入另一种介质时 它的频率不变 因而其颜色也不变 光速v与波长 频率f的关系为v f 因而光从一种介质进入另一种介质时 波长改变 光速改变 2 色散的实质是由于各种色光在同一介质中传播的速率不同 或同一介质对不同色光的折射率不同 返回专题首页 考点57光的折射和全反射 10 考点58光的干涉 衍射和偏振 1 光的干涉频率相同的两列光波相叠加 某些区域的光被加强 某些区域的光被减弱 并且光被加强和被减弱的区域互相间隔的现象称为光的干涉现象 1 双缝干涉 在用单色光做双缝干涉实验时 若双缝处两列光的振动情况完全相同 则在光屏上距双缝的光程差为光波波长整数倍的地方光被加强 将出现亮条纹 光屏上距双缝的光程差为光波半波长的奇数倍的地方光被减弱 将出现暗条纹 11 计算表明相邻两条亮纹 或暗纹 间的距离 在两狭缝间的距离d和狭缝与光屏间的距离L不变的条件下 单色光产生的干涉条纹间距跟光的波长 成正比 在用白光做双缝干涉实验时 光屏上除中央亮条纹为白色外 两侧均为彩色的干涉条纹 2 薄膜干涉 光照射到薄膜上时 薄膜的前后表面反射的两列光相叠加 也可发生干涉现象 若入射光为单色光 可形成明暗相间的干涉条纹 若入射光为白光 可形成彩色的干涉条纹 在薄膜干涉中 同一级亮条纹 或暗条纹 出现在薄膜的厚度相同处 故此种干涉又常称为等厚干涉 薄膜干涉常用于检查平面平整度和用于镜头的增透膜 镜片的增反膜 考点58光的干涉 衍射和偏振 12 2 光的衍射光绕过障碍物继续向前传播的现象叫做光的衍射 只有在障碍物或孔的尺寸比光的波长小或者跟光的波长差不多的条件下 才能发生明显的衍射现象 著名的泊松亮斑就是经典的光的衍射现象 3 光的偏振 1 偏振 横波只沿某一特定的方向振动 称为波的偏振 2 自然光 在与光波传播方向垂直的平面内 光振动沿各个方向振动强度都相同 如由太阳 电灯等普通光源发出的光 3 偏振光 在与光波传播方向垂直的平面内 只有沿着某一个特定方向振动的光 如自然光经偏振片作用后的光 考点58光的干涉 衍射和偏振 13 4 光的偏振现象说明光是一种横波 5 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 4 激光 1 激光的特点 相干性好 平行度好 亮度高 2 激光的应用 全息照相 医用激光刀 引起核聚变等 考点58光的干涉 衍射和偏振 14 考法3光的干涉和衍射 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 明显衍射现象产生条件是障碍物或孔的尺寸比波长小或相差不多 15 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 2 薄膜干涉的形成 1 肥皂液薄膜干涉实验将肥皂液薄膜竖直立放 并把液膜当成镜面从前面看火焰的反射后的虚像 可观察到火焰反射虚像中近似水平的明暗相间的条纹 2 明暗相间条纹的来源 考点58光的干涉 衍射和偏振 16 虚线代表前表面反射实线代表后表面反射图中所画的波都是反射波 是从楔形薄膜前表面和后表面分别反射的两列波的叠加 这两列波是同一光源发出的 所以是相干波 由于同一水平线上的薄膜厚度近似相同 所以干涉后能产生水平的明暗条纹 3 若用白光照射 则在薄膜某一厚度的地方某一波长的光反射后增强 而另一些波长的光反射后减弱 这样薄膜的像上就出现彩色条纹 考点58光的干涉 衍射和偏振 17 考法4光的偏振 1 自然光与偏振光的比较自然光是直接从光源发出的光 偏振光是通过偏振器后的光 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向 2 偏振光要点提示偏振片并非刻有狭缝 而是具有一种特征 即存在一个偏振方向 只让平行于该方向振动的光通过 其他振动方向的光被吸收了 返回专题首页 考点58光的干涉 衍射和偏振 18 考点59实验 测定玻璃的折射率 1 实验原理用插针法确定光路 找出和入射光线相应的折射光线 确定入射角i和折射角r 根据折射定律计算出玻璃的折射率 2 实验器材两面平行的玻璃砖 白纸 木板 大头针 图钉 量角器 三角板 或直尺 铅笔 3 实验步骤 1 把白纸用图钉钉在木板上 19 2 在白纸上画一条直线aa 作为界面 画一条线段AO作为入射光线 并过O点画出界面aa 的法线NN 如图所示 3 把长方形的玻璃砖放在白纸上 使它的一个长边跟aa 对齐 并画出玻璃砖的另一个长边bb 4 在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1和P2 5 在玻璃砖的bb 一侧竖直地插上大头针P3 用眼睛观察调整视线 要使P3能同时挡住P1 P2的像 6 同样地在玻璃砖的bb 一侧再竖直地插上大头针P4 使P4能挡住P3本身和P1 P2的像 7 记下P3和P4的位置 移去玻璃砖和大头针 过P3和P4画直线O B与bb 交于O 点 连接O与O OO 就是玻璃砖内的折射光线的方向 入射角i AON 折射角r O ON 考点59实验 测定玻璃的折射率 20 8 用量角器量出入射角i和折射角r的度数 9 从三角函数表中查出入射角和折射角的正弦值 记入自己设计的表格里 10 用上面的方法分别求出入射角是30 45 60 时的折射角 查出入射角和折射角的正弦值 把这些数据记在表格里 4 数据处理 1 计算法 计算每次的折射率n 然后求平均值 2 图像法 作sin 1 sin 2图像 由可知图像为直线 其斜率即为折射率 3 单位圆法 在不使用量角器的情况下 可以用单位圆法 考点59实验 测定玻璃的折射率 21 以入射点O为圆心 以一定长度R为半径画圆 交入射光线OA于E点 交折射光线OO 于E 点 过E作NN 的垂线EH 过E 作NN 的垂线E H 如图所示 由图中关系 OE OE R 则 只要用刻度尺测出EH E H 的长度就可以求出n 不用画圆时 截取EO OE 作EH NN E H NN 则 考点59实验 测定玻璃的折射率 22 5 注意事项 1 玻璃砖应选用厚度 宽度较大的 2 大头针要插得竖直 且间隔要适当大些 3 入射角不宜过大或过小 一般在30 60 之间 6 误差分析 1 观察P1 P2的像 确定P3 P4位置时可能出现误差 要求入射一侧和出射一侧所插两枚大头针间距稍大一些 2 用量角器测量入射角和折射角时可能出现误差 返回专题首页 考点59实验 测定玻璃的折射率 23 考点60实验 用双缝干涉测光的波长 1 实验原理据双缝干涉条纹间距 x 得 波长 x 已知双缝间距d 再测出双缝到屏的距离L和条纹间距 x 就可以求得光波的波长 2 实验器材实验装置采用双缝干涉仪 它由各部分光学元件在光具座上组成 如图所示 各部分元件包括光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 光屏 24 3 实验步骤 1 观察干涉条纹 将光源 遮光筒 光屏依次安放在光具座上 取下双缝 打开光源 调节光源的高度 使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮 放好单缝和双缝 单缝和双缝间距离为5 10cm 使缝相互平行 中心大致位于遮光筒的轴线上 这时在屏上就会看到白光的双缝干涉图样 在单缝和光源间放上滤光片 观察单色光的干涉条纹 2 测量单色光的波长 安装测量头 调节至可清晰观察到干涉条纹 考点60实验 用双缝干涉测光的波长 25 使分划板中心刻线对齐某条亮纹的中心 记下手轮上的读数a1 将该条纹记为第1条亮纹 转动手轮 使分划板中心刻线移至另一亮条纹的中心 记下此时手轮上的读数an 将该条纹记为第n条亮纹 则相邻亮纹间的距离 用刻度尺测量双缝到光屏的距离L d是已知的 换用不同颜色的滤光片 观察条纹间距的变化 并测出相应色光的波长 4 数据处理 1 条纹间距的计算 移动测量头的手轮 分划板中央刻线在第1条亮纹中央时读数为a1 在第n条亮纹中央时读数为an 则 考点60实验 用双缝干涉测光的波长 26 考点60实验 用双缝干涉测光的波长 27 4 不要直接测 x 要测多个亮条纹的间距再计算得 x的平均值 这样可以减小误差 6 误差分析 1 双缝到屏的距离L的测量存在误差 2 测条纹间距 x带来的误差 干涉条纹没有调整到最清晰的程度 误认为 x为亮 暗 条纹的宽度 分划板刻线与干涉条纹不平行 中心刻线没有恰好位于条纹中心 测量多条亮条纹间的距离时读数不准确 此间距中的条纹数未数清 返回专题首页 考点60实验 用双缝干涉测光的波长 28 考点61光学与几何知识的综合应用 考法5光学与几何知识的综合应用 本章包括 光的折射 和 光的波动性 两部分 光的折射 以光的直线传播为基础 主要讨论光的折射现象中所遵循的基本规律 折射定律和初中学习过的反射定律 其中光的折射定律 折射率 反射定律 全反射现象及几何光路图是本章的重点之一 也是高考考查的热点内容 几乎每年都考 本章的难点是将光学问题与其他学科的结合 特别是和数学中圆的知识 三角形知识以及三角函数等知识相结合 同时也有一定的运算量 是近几年命题的方向 29 在求解此类问题时 要注意以下几点 1 要认真审题 深入理解题目所给的已知条件 将题目所说的实际问题抽象成物理模型 2 通过合适的视角画出正确的光路图 结合数学找出其隐含条件 列式进行计算 考点61光学与几何知识的综合应用