高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題16 光學(xué)課件.ppt

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1 專題16光學(xué) 考點(diǎn)57光的折射和全反射 考點(diǎn)58光的干涉 衍射和偏振 考點(diǎn)59實(shí)驗(yàn) 測(cè)定玻璃的折射率 考點(diǎn)60實(shí)驗(yàn) 用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng) 考點(diǎn)61光學(xué)與幾何知識(shí)的綜合應(yīng)用 2 考點(diǎn)57光的折射和全反射 1 光的折射折射定律光線從一種介質(zhì)斜射到另一種介質(zhì) 傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象 叫做光的折射現(xiàn)象 光的折射現(xiàn)象遵循折射定律 折射光線與入射光線 法線處在同一平面內(nèi) 折射光線 入射光線分別位于法線兩側(cè) 入射角的正弦值與折射角的正弦值成正比 在折射現(xiàn)象中 光路是可逆的 2 折射率 1 定義 光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí) 入射角的正弦與折射角的正弦之比 叫做介質(zhì)的折射率 3 2 定義式 任何介質(zhì)的折射率均大于1 3 實(shí)驗(yàn)證明 4 相對(duì)折射率 3 全反射 1 光照射到兩種介質(zhì)的界面上時(shí) 光線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 光線由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì) 入射角大于或等于臨界角 臨界角 折射角等于90 時(shí)的入射角 用C表示 光線從某介質(zhì)射向真空時(shí)臨界角 考點(diǎn)57光的折射和全反射 4 4 棱鏡和光的色散 1 通過棱鏡的光線折射后要向棱鏡底邊偏折 隔著棱鏡看物體的像是正立的虛像 像的位置向棱鏡頂角方向偏移 2 光的色散 含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象叫光的色散 光的色散現(xiàn)象說明白光是復(fù)合光 考點(diǎn)57光的折射和全反射 5 考法1對(duì)折射和折射定律的考查 1 對(duì)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 由定義和計(jì)算 與入射角 1 折射角 2無關(guān) 6 考點(diǎn)57光的折射和全反射 7 2 應(yīng)用折射定律解題的思路 1 畫出比較準(zhǔn)確的光路圖 分析邊界光線或臨界光線 用光發(fā)生全反射的條件來判斷光是否已經(jīng)發(fā)生全反射 確定入射角及相對(duì)應(yīng)的折射角 注意它們是光線與法線的夾角 不是與界面的夾角 2 利用幾何關(guān)系和光的折射定律求解 一般來說 若入射角與折射角不是特殊角 需要通過對(duì)稱性 相似性等幾何關(guān)系求出入射角與折射角的正弦值或比值來分析解答 考法2對(duì)全反射和光的色散的考查 1 對(duì)全反射現(xiàn)象的理解和應(yīng)用 1 全反射現(xiàn)象中 只發(fā)生反射現(xiàn)象 不發(fā)生折射現(xiàn)象 折射角等于90 時(shí) 實(shí)際上就已經(jīng)沒有折射光線了 考點(diǎn)57光的折射和全反射 8 全反射只在光線由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)發(fā)生 發(fā)生全反射的臨界點(diǎn)是折射角為90 由此可依據(jù)條件進(jìn)行計(jì)算 2 發(fā)生全反射現(xiàn)象時(shí)的光能量的變化光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì) 在入射角逐漸增大的過程中 反射光的能量逐漸增強(qiáng) 折射光的能量逐漸減弱 一旦入射角等于臨界角 折射光的能量實(shí)際上已減為零 即此時(shí)已經(jīng)發(fā)生了全反射 3 光導(dǎo)纖維 簡(jiǎn)稱 光纖 它是非常細(xì)的特制玻璃絲 直徑在幾微米到一百微米之間 由內(nèi)芯和外套兩層組成 內(nèi)芯的折射率比外套大 光在內(nèi)芯中傳播時(shí) 在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生了全反射 光纖通信就是利用了全反射原理 考點(diǎn)57光的折射和全反射 9 2 光的色散 1 單色光的顏色是由其頻率決定的 當(dāng)它從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí) 它的頻率不變 因而其顏色也不變 光速v與波長(zhǎng) 頻率f的關(guān)系為v f 因而光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí) 波長(zhǎng)改變 光速改變 2 色散的實(shí)質(zhì)是由于各種色光在同一介質(zhì)中傳播的速率不同 或同一介質(zhì)對(duì)不同色光的折射率不同 返回專題首頁 考點(diǎn)57光的折射和全反射 10 考點(diǎn)58光的干涉 衍射和偏振 1 光的干涉頻率相同的兩列光波相疊加 某些區(qū)域的光被加強(qiáng) 某些區(qū)域的光被減弱 并且光被加強(qiáng)和被減弱的區(qū)域互相間隔的現(xiàn)象稱為光的干涉現(xiàn)象 1 雙縫干涉 在用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí) 若雙縫處兩列光的振動(dòng)情況完全相同 則在光屏上距雙縫的光程差為光波波長(zhǎng)整數(shù)倍的地方光被加強(qiáng) 將出現(xiàn)亮條紋 光屏上距雙縫的光程差為光波半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍的地方光被減弱 將出現(xiàn)暗條紋 11 計(jì)算表明相鄰兩條亮紋 或暗紋 間的距離 在兩狹縫間的距離d和狹縫與光屏間的距離L不變的條件下 單色光產(chǎn)生的干涉條紋間距跟光的波長(zhǎng) 成正比 在用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí) 光屏上除中央亮條紋為白色外 兩側(cè)均為彩色的干涉條紋 2 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 在薄膜干涉中 同一級(jí)亮條紋 或暗條紋 出現(xiàn)在薄膜的厚度相同處 故此種干涉又常稱為等厚干涉 薄膜干涉常用于檢查平面平整度和用于鏡頭的增透膜 鏡片的增反膜 考點(diǎn)58光的干涉 衍射和偏振 12 2 光的衍射光繞過障礙物繼續(xù)向前傳播的現(xiàn)象叫做光的衍射 只有在障礙物或孔的尺寸比光的波長(zhǎng)小或者跟光的波長(zhǎng)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經(jīng)典的光的衍射現(xiàn)象 3 光的偏振 1 偏振 橫波只沿某一特定的方向振動(dòng) 稱為波的偏振 2 自然光 在與光波傳播方向垂直的平面內(nèi) 光振動(dòng)沿各個(gè)方向振動(dòng)強(qiáng)度都相同 如由太陽 電燈等普通光源發(fā)出的光 3 偏振光 在與光波傳播方向垂直的平面內(nèi) 只有沿著某一個(gè)特定方向振動(dòng)的光 如自然光經(jīng)偏振片作用后的光 考點(diǎn)58光的干涉 衍射和偏振 13 4 光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波 5 偏振光的應(yīng)用 照相機(jī)鏡頭 液晶顯示器 立體電影 消除車燈眩光等 4 激光 1 激光的特點(diǎn) 相干性好 平行度好 亮度高 2 激光的應(yīng)用 全息照相 醫(yī)用激光刀 引起核聚變等 考點(diǎn)58光的干涉 衍射和偏振 14 考法3光的干涉和衍射 1 光的干涉與衍射的比較 1 光的干涉是在光重疊區(qū)域出現(xiàn)加強(qiáng)或減弱的現(xiàn)象 光的衍射是光繞過障礙物偏離直線傳播的現(xiàn)象 2 光的干涉產(chǎn)生條件是兩束光頻率相同 相位差恒定 即必須是相干光源 明顯衍射現(xiàn)象產(chǎn)生條件是障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小或相差不多 15 3 光的雙縫干涉圖樣是中央為明紋 兩邊等間距分布明暗相間的條紋 光的單縫衍射圖樣是中央為最寬 最亮的明紋 兩邊不等間距分布明暗相間的條紋 2 薄膜干涉的形成 1 肥皂液薄膜干涉實(shí)驗(yàn)將肥皂液薄膜豎直立放 并把液膜當(dāng)成鏡面從前面看火焰的反射后的虛像 可觀察到火焰反射虛像中近似水平的明暗相間的條紋 2 明暗相間條紋的來源 考點(diǎn)58光的干涉 衍射和偏振 16 虛線代表前表面反射實(shí)線代表后表面反射圖中所畫的波都是反射波 是從楔形薄膜前表面和后表面分別反射的兩列波的疊加 這兩列波是同一光源發(fā)出的 所以是相干波 由于同一水平線上的薄膜厚度近似相同 所以干涉后能產(chǎn)生水平的明暗條紋 3 若用白光照射 則在薄膜某一厚度的地方某一波長(zhǎng)的光反射后增強(qiáng) 而另一些波長(zhǎng)的光反射后減弱 這樣薄膜的像上就出現(xiàn)彩色條紋 考點(diǎn)58光的干涉 衍射和偏振 17 考法4光的偏振 1 自然光與偏振光的比較自然光是直接從光源發(fā)出的光 偏振光是通過偏振器后的光 自然光在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi) 光振動(dòng)的方向沿各個(gè)方向 且沿各個(gè)方向光振動(dòng)的強(qiáng)度相同 偏振光在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi) 光振動(dòng)的方向沿特定方向 2 偏振光要點(diǎn)提示偏振片并非刻有狹縫 而是具有一種特征 即存在一個(gè)偏振方向 只讓平行于該方向振動(dòng)的光通過 其他振動(dòng)方向的光被吸收了 返回專題首頁 考點(diǎn)58光的干涉 衍射和偏振 18 考點(diǎn)59實(shí)驗(yàn) 測(cè)定玻璃的折射率 1 實(shí)驗(yàn)原理用插針法確定光路 找出和入射光線相應(yīng)的折射光線 確定入射角i和折射角r 根據(jù)折射定律計(jì)算出玻璃的折射率 2 實(shí)驗(yàn)器材兩面平行的玻璃磚 白紙 木板 大頭針 圖釘 量角器 三角板 或直尺 鉛筆 3 實(shí)驗(yàn)步驟 1 把白紙用圖釘釘在木板上 19 2 在白紙上畫一條直線aa 作為界面 畫一條線段AO作為入射光線 并過O點(diǎn)畫出界面aa 的法線NN 如圖所示 3 把長(zhǎng)方形的玻璃磚放在白紙上 使它的一個(gè)長(zhǎng)邊跟aa 對(duì)齊 并畫出玻璃磚的另一個(gè)長(zhǎng)邊bb 4 在AO線段上豎直地插上兩枚大頭針P1和P2 5 在玻璃磚的bb 一側(cè)豎直地插上大頭針P3 用眼睛觀察調(diào)整視線 要使P3能同時(shí)擋住P1 P2的像 6 同樣地在玻璃磚的bb 一側(cè)再豎直地插上大頭針P4 使P4能擋住P3本身和P1 P2的像 7 記下P3和P4的位置 移去玻璃磚和大頭針 過P3和P4畫直線O B與bb 交于O 點(diǎn) 連接O與O OO 就是玻璃磚內(nèi)的折射光線的方向 入射角i AON 折射角r O ON 考點(diǎn)59實(shí)驗(yàn) 測(cè)定玻璃的折射率 20 8 用量角器量出入射角i和折射角r的度數(shù) 9 從三角函數(shù)表中查出入射角和折射角的正弦值 記入自己設(shè)計(jì)的表格里 10 用上面的方法分別求出入射角是30 45 60 時(shí)的折射角 查出入射角和折射角的正弦值 把這些數(shù)據(jù)記在表格里 4 數(shù)據(jù)處理 1 計(jì)算法 計(jì)算每次的折射率n 然后求平均值 2 圖像法 作sin 1 sin 2圖像 由可知圖像為直線 其斜率即為折射率 3 單位圓法 在不使用量角器的情況下 可以用單位圓法 考點(diǎn)59實(shí)驗(yàn) 測(cè)定玻璃的折射率 21 以入射點(diǎn)O為圓心 以一定長(zhǎng)度R為半徑畫圓 交入射光線OA于E點(diǎn) 交折射光線OO 于E 點(diǎn) 過E作NN 的垂線EH 過E 作NN 的垂線E H 如圖所示 由圖中關(guān)系 OE OE R 則 只要用刻度尺測(cè)出EH E H 的長(zhǎng)度就可以求出n 不用畫圓時(shí) 截取EO OE 作EH NN E H NN 則 考點(diǎn)59實(shí)驗(yàn) 測(cè)定玻璃的折射率 22 5 注意事項(xiàng) 1 玻璃磚應(yīng)選用厚度 寬度較大的 2 大頭針要插得豎直 且間隔要適當(dāng)大些 3 入射角不宜過大或過小 一般在30 60 之間 6 誤差分析 1 觀察P1 P2的像 確定P3 P4位置時(shí)可能出現(xiàn)誤差 要求入射一側(cè)和出射一側(cè)所插兩枚大頭針間距稍大一些 2 用量角器測(cè)量入射角和折射角時(shí)可能出現(xiàn)誤差 返回專題首頁 考點(diǎn)59實(shí)驗(yàn) 測(cè)定玻璃的折射率 23 考點(diǎn)60實(shí)驗(yàn) 用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng) 1 實(shí)驗(yàn)原理據(jù)雙縫干涉條紋間距 x 得 波長(zhǎng) x 已知雙縫間距d 再測(cè)出雙縫到屏的距離L和條紋間距 x 就可以求得光波的波長(zhǎng) 2 實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)裝置采用雙縫干涉儀 它由各部分光學(xué)元件在光具座上組成 如圖所示 各部分元件包括光源 濾光片 單縫 雙縫 遮光筒 光屏 24 3 實(shí)驗(yàn)步驟 1 觀察干涉條紋 將光源 遮光筒 光屏依次安放在光具座上 取下雙縫 打開光源 調(diào)節(jié)光源的高度 使它發(fā)出的光束能夠沿著遮光筒的軸線把屏照亮 放好單縫和雙縫 單縫和雙縫間距離為5 10cm 使縫相互平行 中心大致位于遮光筒的軸線上 這時(shí)在屏上就會(huì)看到白光的雙縫干涉圖樣 在單縫和光源間放上濾光片 觀察單色光的干涉條紋 2 測(cè)量單色光的波長(zhǎng) 安裝測(cè)量頭 調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋 考點(diǎn)60實(shí)驗(yàn) 用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng) 25 使分劃板中心刻線對(duì)齊某條亮紋的中心 記下手輪上的讀數(shù)a1 將該條紋記為第1條亮紋 轉(zhuǎn)動(dòng)手輪 使分劃板中心刻線移至另一亮條紋的中心 記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)an 將該條紋記為第n條亮紋 則相鄰亮紋間的距離 用刻度尺測(cè)量雙縫到光屏的距離L d是已知的 換用不同顏色的濾光片 觀察條紋間距的變化 并測(cè)出相應(yīng)色光的波長(zhǎng) 4 數(shù)據(jù)處理 1 條紋間距的計(jì)算 移動(dòng)測(cè)量頭的手輪 分劃板中央刻線在第1條亮紋中央時(shí)讀數(shù)為a1 在第n條亮紋中央時(shí)讀數(shù)為an 則 考點(diǎn)60實(shí)驗(yàn) 用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng) 26 考點(diǎn)60實(shí)驗(yàn) 用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng) 27 4 不要直接測(cè) x 要測(cè)多個(gè)亮條紋的間距再計(jì)算得 x的平均值 這樣可以減小誤差 6 誤差分析 1 雙縫到屏的距離L的測(cè)量存在誤差 2 測(cè)條紋間距 x帶來的誤差 干涉條紋沒有調(diào)整到最清晰的程度 誤認(rèn)為 x為亮 暗 條紋的寬度 分劃板刻線與干涉條紋不平行 中心刻線沒有恰好位于條紋中心 測(cè)量多條亮條紋間的距離時(shí)讀數(shù)不準(zhǔn)確 此間距中的條紋數(shù)未數(shù)清 返回專題首頁 考點(diǎn)60實(shí)驗(yàn) 用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng) 28 考點(diǎn)61光學(xué)與幾何知識(shí)的綜合應(yīng)用 考法5光學(xué)與幾何知識(shí)的綜合應(yīng)用 本章包括 光的折射 和 光的波動(dòng)性 兩部分 光的折射 以光的直線傳播為基礎(chǔ) 主要討論光的折射現(xiàn)象中所遵循的基本規(guī)律 折射定律和初中學(xué)習(xí)過的反射定律 其中光的折射定律 折射率 反射定律 全反射現(xiàn)象及幾何光路圖是本章的重點(diǎn)之一 也是高考考查的熱點(diǎn)內(nèi)容 幾乎每年都考 本章的難點(diǎn)是將光學(xué)問題與其他學(xué)科的結(jié)合 特別是和數(shù)學(xué)中圓的知識(shí) 三角形知識(shí)以及三角函數(shù)等知識(shí)相結(jié)合 同時(shí)也有一定的運(yùn)算量 是近幾年命題的方向 29 在求解此類問題時(shí) 要注意以下幾點(diǎn) 1 要認(rèn)真審題 深入理解題目所給的已知條件 將題目所說的實(shí)際問題抽象成物理模型 2 通過合適的視角畫出正確的光路圖 結(jié)合數(shù)學(xué)找出其隱含條件 列式進(jìn)行計(jì)算 考點(diǎn)61光學(xué)與幾何知識(shí)的綜合應(yīng)用