2、。 將各種色光的情況列表統(tǒng)計(jì)如下:,二、全反射、光導(dǎo)纖維 1.光從光密介質(zhì)射到光疏介質(zhì)的界面上時(shí),全部被反射回原介質(zhì)的現(xiàn)象稱為全反射現(xiàn)象。 2.發(fā)生全反射的條件:(1)光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)。 (2)入射角大于或等于臨界角。(光從某介質(zhì)射向真空時(shí)臨界角為C,sin C=) 3.光導(dǎo)纖維 光導(dǎo)纖維的原理是光的全反射。如圖所示。,考向突破 考向一對光的折射定律和折射率的理解及應(yīng)用 1.折射率只由介質(zhì)本身的光學(xué)性質(zhì)和光的頻率決定。由n=定義和 計(jì)算,與入射角1、折射角2無關(guān)。 2.由n=可計(jì)算折射率,n是從真空射入某種介質(zhì)的折射率。對兩種介質(zhì) 來說,若n1n2,則折射率為n1的稱為光密介質(zhì),折射率
3、為n2的稱為光疏介,質(zhì)。 3.光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)頻率不變,波長改變,光速改變,可以根據(jù)v=f和n=判斷。,例1圖中所示Ox軸沿水平方向,Oy軸沿豎直向上方向。在x0,y0的區(qū)域內(nèi)存在某種分布范圍足夠廣的介質(zhì),其折射率隨著y的變化而變化。一束細(xì)光束入射到介質(zhì)表面,并沿著如圖所示從a到b的一條弧形路徑傳播。下列判斷正確的是() A.此介質(zhì)的折射率隨著y的增大而減小 B.海洋蜃景發(fā)生時(shí)空氣折射率隨高度的變化與此類似,C.沙漠蜃景發(fā)生時(shí)空氣折射率隨高度的變化與此類似 D.這束細(xì)光束在繼續(xù)傳播的過程中會發(fā)生全反射,解析由圖像可知,從a到b,光的偏折程度越來越大,即介質(zhì)折射率隨著y的增大而增大,
4、所以這種情況與沙漠蜃景發(fā)生時(shí)空氣折射率隨高度的變化相似,與海洋蜃景發(fā)生時(shí)空氣折射率隨高度的變化相反。由于該傳播過程相當(dāng)于是從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì),所以不可能發(fā)生全反射。,答案C,考向二對全反射現(xiàn)象的理解和綜合分析 1.判斷光線是從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)還是從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)。 2.判斷入射角是否大于臨界角,明確是否發(fā)生全反射現(xiàn)象。 3.畫出反射、折射或全反射的光路圖,必要時(shí)還可應(yīng)用光路的可逆性畫出光路圖,然后結(jié)合幾何知識進(jìn)行推斷和求解相關(guān)問題。 4.折射率n是討論折射和全反射問題的重要物理量,是聯(lián)系各物理量的橋梁,跟折射率有關(guān)的所有關(guān)系式都應(yīng)熟練掌握。,例2如圖所示,讓光沿著半圓形玻璃磚的半
5、徑射到它的平直的邊上,在這個(gè)邊與空氣的界面上會發(fā)生反射和折射。 逐漸增大入射角,觀察反射光線和折射光線的變化。關(guān)于該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,下列說法正確的是() A.反射光線和折射光線都沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動,B.反射光線和折射光線轉(zhuǎn)過的角度相同 C.在還未發(fā)生全反射過程中,反射光越來越強(qiáng) D.最終反射光完全消失,解析增大入射角,反射光線沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動,折射光線沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動,A錯誤。當(dāng)入射角從0增大到臨界角時(shí),反射光線轉(zhuǎn)過的角度為臨界角,而折射光線轉(zhuǎn)過了90,B錯誤。未發(fā)生全反射前,入射角越大,反射光越強(qiáng),折射光越弱,C正確。發(fā)生全反射時(shí),折射光消失,反射光增強(qiáng)到最大,D錯誤。,答案C,考點(diǎn)二光的波動性
6、考向基礎(chǔ) 光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象 1.光的干涉 (1)定義:在兩列光波疊加的區(qū)域,某些區(qū)域相互加強(qiáng),出現(xiàn)亮條紋,某些區(qū)域相互減弱,出現(xiàn)暗條紋,且加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象。 (2)條件:兩束光的頻率相同、相位差恒定。 (3)雙縫干涉圖樣特點(diǎn):單色光照射時(shí)形成明暗相間的等間距的干涉條紋;白光照射時(shí),中央為白色亮條紋,其余為彩色條紋。 (4)薄膜干涉:光照射到薄膜上時(shí),薄膜的前、后表面反射的兩列光相疊,加,也可發(fā)生干涉現(xiàn)象。若入射光為單色光,可形成明暗相間的干涉條紋;若入射光為白光,可形成彩色的干涉條紋。 2.光的衍射 光的傳播過程中,遇到障礙物或小孔時(shí)光偏離直線傳播路徑而繞到障礙物后面?zhèn)?/p>
7、播的現(xiàn)象叫做光的衍射現(xiàn)象。 只有在障礙物或孔的尺寸比光的波長小,或者跟光的波長差不多的條件下,才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。著名的泊松亮斑就是典型的光的衍射現(xiàn)象。 3.光的偏振 (1)自然光:包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光,而且沿著各個(gè)方向振動的光波的強(qiáng)度都相同。,(2)偏振光:在垂直于光的傳播方向的平面上,只沿著某個(gè)特定的 方向振動的光。 考向突破 考向一亮、暗條紋的判斷方法和條紋間距 1.雙縫干涉 (1)如圖所示,光源S1、S2發(fā)出的光到屏上某點(diǎn)的路程差r2-r1=k(k=0,1,2,)時(shí),光屏上出現(xiàn)亮條紋。 (2)路程差r2-r1=(2k+1)(k=0,1,2,)時(shí),光屏上出現(xiàn)暗條
8、紋。,2.薄膜干涉 (1)形成:如圖所示,豎直的肥皂薄膜,由于重力的作用,形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上時(shí),在膜的前表面AA和后表面BB分別反射回來,形成兩列頻率相同的光波,并且疊加。,(2)亮、暗條紋的判斷 在P1、P2處,兩個(gè)表面反射回來的兩列光波的路程差r等于波長的整數(shù)倍,即r=n(n=1,2,3,),薄膜上出現(xiàn)亮條紋。 在Q處,兩個(gè)表面反射回來的兩列光波的路程差r等于半波長的奇數(shù)倍,即r=(2n+1)(n=0,1,2,3,),薄膜上出現(xiàn)暗條紋。,例32017年諾貝爾物理學(xué)獎授予了三位美國科學(xué)家,以表彰他們?yōu)榘l(fā)現(xiàn)引力波所做的貢獻(xiàn)。引力波被認(rèn)為是時(shí)空彎曲的一種效應(yīng),物體加速運(yùn)動時(shí)會給宇
9、宙時(shí)空帶來擾動,這種擾動會以光速向外傳播能量。如圖為科學(xué)家們探測引力波的裝置示意圖,發(fā)射器發(fā)出的激光S 經(jīng)半透光分束鏡分為相互垂直的兩束光S1和S2,然后經(jīng)過4 km長的兩臂,在兩臂端點(diǎn)處經(jīng)反射鏡反射回來,S1 和S2相遇形成干涉,被探測器接收。精確調(diào)節(jié)兩臂,使探測器在無引力波作用時(shí),接收到的信號強(qiáng)度為0。當(dāng)有引力波作用時(shí),兩臂長度將因此而發(fā)生改變,則接收到的信號強(qiáng)度不為0。下列說法正確的是(),A.引力波可以超光速傳播 B.引力波不能傳播能量 C.探測器接收到的兩束波的頻率相同 D.無引力波作用時(shí)兩束激光到探測器的路程差為0,解析由題意知引力波會以光速向外傳播能量,所以A、B錯。由題中信息,
10、S1和S2相遇形成干涉,知兩束波的頻率相同,C對。無引力波作用時(shí),接收信號強(qiáng)度為0,說明兩列波疊加減弱,路程差應(yīng)為半波長的奇數(shù)倍,不可能為0,D錯。,答案C,考向二單縫衍射與雙縫干涉的比較,例41924年,德布羅意提出了物質(zhì)波理論,他假設(shè)實(shí)物粒子也具有波動性,大膽地把光的波粒二象性推廣到實(shí)物粒子(如電子、質(zhì)子等),他認(rèn)為粒子的動量p與波的波長之間遵從關(guān)系:=(h為普朗克常量),這一假 說后來在一系列實(shí)驗(yàn)中得到了證實(shí)。如圖甲所示,在電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,將電子垂直射向兩個(gè)緊靠的平行狹縫(電子發(fā)射端到兩狹縫距離相等),在縫后放上一個(gè)安裝有電子偵測器的屏幕(屏幕上的O點(diǎn)位于兩狹縫中心對稱軸的正后方,圖
11、中未畫出),電子打到探測器上會在屏幕上出現(xiàn)亮點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)中,以速率v0發(fā)射電子,開始時(shí),屏幕上出現(xiàn)沒有規(guī)律的亮點(diǎn),但是當(dāng)大量的電子到達(dá)屏幕之后,發(fā)現(xiàn)屏幕上不同位置出現(xiàn)亮點(diǎn)的概率并不相同,且沿垂直雙縫方向呈現(xiàn)出間隔分布,如圖乙所示。這種間隔分布類似于光的干涉中出現(xiàn)的明暗相間的條紋。則下列說法中,正確的是() 甲乙 A.以速率2v0發(fā)射電子,重復(fù)實(shí)驗(yàn),O點(diǎn)可能處在暗條紋上,B.以速率2v0發(fā)射電子,重復(fù)實(shí)驗(yàn),所形成的條紋間距會變小 C.若將兩個(gè)狹縫沿垂直縫的方向移動一段很小的距離(不改變狹縫和屏幕間的距離),重復(fù)實(shí)驗(yàn),如果屏幕上仍有間隔的條紋分布,則O點(diǎn)一定處在暗條紋上 D.若將兩個(gè)狹縫
12、沿垂直縫的方向移動一段很小的距離(不改變狹縫和屏幕間的距離),重復(fù)實(shí)驗(yàn),如果屏幕上仍有間隔的條紋分布,則O點(diǎn)一定處在明條紋上,解析==,當(dāng)以速率2v0發(fā)射電子時(shí),減小,由x=知B項(xiàng)正 確。改變發(fā)射電子的速率,但O點(diǎn)到兩狹縫的距離差為0,則O點(diǎn)仍處在明條紋上,A錯。若將兩個(gè)狹縫沿垂直縫的方向移動一小段距離,屏幕上仍有干涉條紋,但O點(diǎn)處于明條紋上還是暗條紋上取決于O點(diǎn)到兩狹縫的距離差,C、D項(xiàng)錯。,答案B,考查點(diǎn)物質(zhì)波、干涉。,解題指導(dǎo)根據(jù)=,p=mv,得=,v越大,波長越短,由相鄰干涉條紋間 距x=知,越小,x越小。根據(jù)波程差s=n(n=1,2,3,)時(shí)為明條紋 判斷O處明暗情況。,考點(diǎn)三光的粒
13、子性 考向基礎(chǔ) 一、光電效應(yīng) 1.光電效應(yīng)及其規(guī)律 (1)光電效應(yīng)現(xiàn)象:在光的照射下,金屬中的電子從其表面逸出的現(xiàn)象。發(fā)射出來的電子叫光電子。 (2)光電效應(yīng)規(guī)律 a.每種金屬都有一個(gè)極限頻率,入射光的頻率必須大于等于這個(gè)極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。 b.光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān),只隨入射光頻率的增大而增大。,c.光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的,一般不超過10-9 s。 d.當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí),飽和光電流的大小與入射光的強(qiáng)度成正比。 2.愛因斯坦光電效應(yīng)方程 (1)光子說:在空間傳播的光不是連續(xù)的,而是一份一份的,每一份叫做一個(gè)光子,光子的能量=h。 (2)逸出功W0:電子從金
14、屬表面逸出所需做功的最小值。 (3)最大初動能:發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),金屬表面上的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時(shí)所具有的動能的最大值。 (4)光電效應(yīng)方程 a.表達(dá)式:h=Ek+W0或Ek=h-W0。,b.物理意義:金屬中的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是h,這些能量的一部分用來做逸出功W0,剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動能。 二、光的波粒二象性 1.光的波粒二象性 (1)波動性:光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動性。 (2)粒子性:光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性。 (3)光既具有波動性,又具有粒子性,稱為光的波粒二象 性。 2.物質(zhì)波和概率波 (1)物質(zhì)波 任何一個(gè)運(yùn)動著的物體,小到
15、微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對,應(yīng),其波長=,p為運(yùn)動物體的動量,h為普朗克常量。人們把這種波稱 為物質(zhì)波。 (2)概率波 光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運(yùn)動遵守波動規(guī)律的表現(xiàn),亮條紋是光子到達(dá)概率大的地方,暗條紋是光子到達(dá)概率小的地方,因此 光波又叫概率波。,光電效應(yīng)的研究思路 (1)兩條線索 (2)兩條對應(yīng)關(guān)系 光強(qiáng)大光子數(shù)目多發(fā)射光電子多光電流大 光子頻率高光子能量大光電子的最大初動能大,考向突破 考向一光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,例5光照在某金屬表面上發(fā)生了光電效應(yīng)。若只減弱光的強(qiáng)度,而保持頻率不變,則() A.有可能不發(fā)生光電效應(yīng) B.逸出的光電子的最大初動能將減小 C.單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面
16、逸出的光電子數(shù)將減少 D.從光照射到金屬表面到有光電子逸出的時(shí)間明顯增加,解析減小光強(qiáng),但光的頻率不變,因此仍能發(fā)生光電效應(yīng),A項(xiàng)錯。由光電效應(yīng)方程:Ekm=h-W0知,光電子的最大初動能Ekm不變,B項(xiàng)錯。電子吸收入射光子能量從而逸出金屬表面時(shí)間極短,約為10-9 s,不受光強(qiáng)影響,D項(xiàng)錯。因?yàn)槿肷涔庾訑?shù)減少,所以有更少的電子吸收入射光子能量而逸出,C項(xiàng)正確。,答案C,考向二光電效應(yīng)圖像,例6用圖甲所示的電路研究光電效應(yīng)中電子發(fā)射的情況與照射光的強(qiáng)弱、光的頻率等物理量間的關(guān)系。電流計(jì)G測得的光電流I隨光電管兩端電壓U的變化如圖乙所示,則() A.通過電流計(jì)G的電流方向由d到c,B.電壓U增
17、大, 光電流I一定增大 C.用同頻率的光照射K極,光電子的最大初動能與光的強(qiáng)弱無關(guān) D.光電管兩端電壓U為零時(shí)一定不發(fā)生光電效應(yīng),解析光電子從K極逸出向A極運(yùn)動,所以通過電流計(jì)G的電流方向由cd,A錯誤。由乙圖可知U增大到某一數(shù)值后,I不再變大,B錯誤。由光電效應(yīng)方程及遏止電壓可知,h=W+eUc,同頻率的光遏止電壓Uc相同,光電子最大初動能相同,C正確。由圖乙可知U=0時(shí),I0,光電效應(yīng)照樣發(fā)生,D錯誤。,答案C,解題關(guān)鍵熟知光電效應(yīng)方程及遏止電壓Uc的含義。,方法技巧,方法1光的折射定律、全反射及色散知識綜合分析法 在光的折射問題中,同時(shí)會涉及折射光線的方向確定,是否發(fā)生全反射現(xiàn)象以及光的
18、色散現(xiàn)象。解決這類問題需要綜合運(yùn)用折射定律,發(fā)生全反射的條件及臨界角,以及各種色光的頻率、波長等相關(guān)知識,逐步探索分析。 例1如圖所示,用一束太陽光去照射橫截面為三角形的玻璃磚,在光屏上能觀察到一條彩色光帶。以下說法正確的是(),解析玻璃磚對紅光的折射率最小,對紫光的折射率最大,根據(jù)折射率大小分析臨界角的大小,從而確定減小太陽光的入射角時(shí)發(fā)生全反射的順序。白光通過三棱鏡發(fā)生色散,在光屏上從上至下依次為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫,波長依次減小,頻率依次增大,折射率也依次增大,即玻璃對紫光的折射率最大,A項(xiàng)錯誤。由公式E=h可知,紫光頻率最大,紫光光子能量也最大,B項(xiàng)正確。此現(xiàn)象是光的折射形成的,
19、C項(xiàng)錯誤。減小太陽光的入射角度,各種色光在玻璃磚的右表面射向空氣時(shí),可能會依次達(dá)到臨界角,因?yàn)樽瞎庹凵渎首畲?則其臨界角最小,且各種色光中紫光在右側(cè)射入空氣時(shí)的入射角最大,所以紫光最先發(fā)生全反射,在光屏上最先消失,D項(xiàng)錯誤。,答案B,方法2有關(guān)光的能量問題的綜合分析方法 光子學(xué)說體現(xiàn)了光的能量觀點(diǎn),認(rèn)定每個(gè)光子有一定的能量E=h,而光強(qiáng)是光子總能量的體現(xiàn),即E=Nh。因此,可以把光子能量與其他有關(guān)能量的知識聯(lián)系起來,構(gòu)成綜合性的題目。,例22016年9月25日,被譽(yù)為“中國天眼”的世界最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡(簡稱FAST)在貴州省平塘縣落成啟用,開始接收來自宇宙深處的電磁波。中國天眼的存在,使得深空通訊能力延伸至太陽系外緣行星,對探索宇宙的起源和地外文明具有重要意義。,如果為天眼配備一部發(fā)射功率為百萬瓦級(106W)的發(fā)射機(jī),其發(fā)射的無線電波波長為126厘米。那么該發(fā)射機(jī)每秒鐘發(fā)射的光子數(shù)量的數(shù)量級約為(取真空光速c =31 m/s,普朗克常量h=6.610-34 Js)() A.1023B.1027 C.1031D.1035,解析設(shè)每秒發(fā)射的光子數(shù)為n,發(fā)射機(jī)每秒發(fā)射的總能量為:Pt=nh, 將題中數(shù)據(jù)代入得:n=6.361030,數(shù)量級更接近選項(xiàng)C。,答案C,
（北京專用）2020版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 專題十五 光學(xué)課件.ppt
