高考物理二輪復習 專題16 光學課件.ppt

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1 專題16光學 考點57光的折射和全反射 考點58光的干涉 衍射和偏振 考點59實驗 測定玻璃的折射率 考點60實驗 用雙縫干涉測光的波長 考點61光學與幾何知識的綜合應用 2 考點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斜射到另一種介質 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 折射光線 入射光線分別位于法線兩側 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發(fā)生折射時 入射角的正弦與折射角的正弦之比 叫做介質的折射率 3 2 定義式 任何介質的折射率均大于1 3 實驗證明 4 相對折射率 3 全反射 1 光照射到兩種介質的界面上時 光線全部被反射回原介質的現(xiàn)象稱為全反射現(xiàn)象 2 發(fā)生全反射的條件 光線由光密介質射向光疏介質 入射角大于或等于臨界角 臨界角 折射角等于90 時的入射角 用C表示 光線從某介質射向真空時臨界角 考點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)象說明白光是復合光 考點57光的折射和全反射 5 考法1對折射和折射定律的考查 1 對折射定律和折射率的理解及應用 1 折射率只由介質本身的光學性質和光的頻率決定 由定義和計算 與入射角 1 折射角 2無關 6 考點57光的折射和全反射 7 2 應用折射定律解題的思路 1 畫出比較準確的光路圖 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 確定入射角及相對應的折射角 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 需要通過對稱性 相似性等幾何關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對全反射和光的色散的考查 1 對全反射現(xiàn)象的理解和應用 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 實際上就已經(jīng)沒有折射光線了 考點57光的折射和全反射 8 全反射只在光線由光密介質射向光疏介質時發(fā)生 發(fā)生全反射的臨界點是折射角為90 由此可依據(jù)條件進行計算 2 發(fā)生全反射現(xiàn)象時的光能量的變化光從光密介質射入光疏介質 在入射角逐漸增大的過程中 反射光的能量逐漸增強 折射光的能量逐漸減弱 一旦入射角等于臨界角 折射光的能量實際上已減為零 即此時已經(jīng)發(fā)生了全反射 3 光導纖維 簡稱 光纖 它是非常細的特制玻璃絲 直徑在幾微米到一百微米之間 由內芯和外套兩層組成 內芯的折射率比外套大 光在內芯中傳播時 在內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 當它從一種介質進入另一種介質時 它的頻率不變 因而其顏色也不變 光速v與波長 頻率f的關系為v f 因而光從一種介質進入另一種介質時 波長改變 光速改變 2 色散的實質是由于各種色光在同一介質中傳播的速率不同 或同一介質對不同色光的折射率不同 返回專題首頁 考點57光的折射和全反射 10 考點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 某些區(qū)域的光被減弱 并且光被加強和被減弱的區(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驗時 若雙縫處兩列光的振動情況完全相同 則在光屏上距雙縫的光程差為光波波長整數(shù)倍的地方光被加強 將出現(xiàn)亮條紋 光屏上距雙縫的光程差為光波半波長的奇數(shù)倍的地方光被減弱 將出現(xiàn)暗條紋 11 計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 單色光產生的干涉條紋間距跟光的波長 成正比 在用白光做雙縫干涉實驗時 光屏上除中央亮條紋為白色外 兩側均為彩色的干涉條紋 2 薄膜干涉 光照射到薄膜上時 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 稱為波的偏振 2 自然光 在與光波傳播方向垂直的平面內 光振動沿各個方向振動強度都相同 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 只有沿著某一個特定方向振動的光 如自然光經(jīng)偏振片作用后的光 考點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 偏振光的應用 照相機鏡頭 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 相干性好 平行度好 亮度高 2 激光的應用 全息照相 醫(yī)用激光刀 引起核聚變等 考點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)象產生條件是障礙物或孔的尺寸比波長小或相差不多 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 肥皂液薄膜干涉實驗將肥皂液薄膜豎直立放 并把液膜當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58光的干涉 衍射和偏振 16 虛線代表前表面反射實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的光反射后增強 而另一些波長的光反射后減弱 這樣薄膜的像上就出現(xiàn)彩色條紋 考點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 光振動的方向沿各個方向 且沿各個方向光振動的強度相同 偏振光在垂直于光的傳播方向的平面內 光振動的方向沿特定方向 2 偏振光要點提示偏振片并非刻有狹縫 而是具有一種特征 即存在一個偏振方向 只讓平行于該方向振動的光通過 其他振動方向的光被吸收了 返回專題首頁 考點58光的干涉 衍射和偏振 18 考點59實驗 測定玻璃的折射率 1 實驗原理用插針法確定光路 找出和入射光線相應的折射光線 確定入射角i和折射角r 根據(jù)折射定律計算出玻璃的折射率 2 實驗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 實驗步驟 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點畫出界面aa 的法線NN 如圖所示 3 把長方形的玻璃磚放在白紙上 使它的一個長邊跟aa 對齊 并畫出玻璃磚的另一個長邊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 一側豎直地插上大頭針P3 用眼睛觀察調整視線 要使P3能同時擋住P1 P2的像 6 同樣地在玻璃磚的bb 一側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 連接O與O OO 就是玻璃磚內的折射光線的方向 入射角i AON 折射角r O ON 考點59實驗 測定玻璃的折射率 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 記入自己設計的表格里 10 用上面的方法分別求出入射角是30 45 60 時的折射角 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 計算法 計算每次的折射率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59實驗 測定玻璃的折射率 21 以入射點O為圓心 以一定長度R為半徑畫圓 交入射光線OA于E點 交折射光線OO 于E 點 過E作NN 的垂線EH 過E 作NN 的垂線E H 如圖所示 由圖中關系 OE OE R 則 只要用刻度尺測出EH E H 的長度就可以求出n 不用畫圓時 截取EO OE 作EH NN E H NN 則 考點59實驗 測定玻璃的折射率 22 5 注意事項 1 玻璃磚應選用厚度 寬度較大的 2 大頭針要插得豎直 且間隔要適當大些 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位置時可能出現(xiàn)誤差 要求入射一側和出射一側所插兩枚大頭針間距稍大一些 2 用量角器測量入射角和折射角時可能出現(xiàn)誤差 返回專題首頁 考點59實驗 測定玻璃的折射率 23 考點60實驗 用雙縫干涉測光的波長 1 實驗原理據(jù)雙縫干涉條紋間距 x 得 波長 x 已知雙縫間距d 再測出雙縫到屏的距離L和條紋間距 x 就可以求得光波的波長 2 實驗器材實驗裝置采用雙縫干涉儀 它由各部分光學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 實驗步驟 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 這時在屏上就會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 測量單色光的波長 安裝測量頭 調節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋 考點60實驗 用雙縫干涉測光的波長 25 使分劃板中心刻線對齊某條亮紋的中心 記下手輪上的讀數(shù)a1 將該條紋記為第1條亮紋 轉動手輪 使分劃板中心刻線移至另一亮條紋的中心 記下此時手輪上的讀數(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 并測出相應色光的波長 4 數(shù)據(jù)處理 1 條紋間距的計算 移動測量頭的手輪 分劃板中央刻線在第1條亮紋中央時讀數(shù)為a1 在第n條亮紋中央時讀數(shù)為an 則 考點60實驗 用雙縫干涉測光的波長 26 考點60實驗 用雙縫干涉測光的波長 27 4 不要直接測 x 要測多個亮條紋的間距再計算得 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的測量存在誤差 2 測條紋間距 x帶來的誤差 干涉條紋沒有調整到最清晰的程度 誤認為 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 測量多條亮條紋間的距離時讀數(shù)不準確 此間距中的條紋數(shù)未數(shù)清 返回專題首頁 考點60實驗 用雙縫干涉測光的波長 28 考點61光學與幾何知識的綜合應用 考法5光學與幾何知識的綜合應用 本章包括 光的折射 和 光的波動性 兩部分 光的折射 以光的直線傳播為基礎 主要討論光的折射現(xiàn)象中所遵循的基本規(guī)律 折射定律和初中學習過的反射定律 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之一 也是高考考查的熱點內容 幾乎每年都考 本章的難點是將光學問題與其他學科的結合 特別是和數(shù)學中圓的知識 三角形知識以及三角函數(shù)等知識相結合 同時也有一定的運算量 是近幾年命題的方向 29 在求解此類問題時 要注意以下幾點 1 要認真審題 深入理解題目所給的已知條件 將題目所說的實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 結合數(shù)學找出其隱含條件 列式進行計算 考點61光學與幾何知識的綜合應用