（廣西專用）高考物理一輪復習 14.1光的傳播及波動性課件 新人教版.ppt

第1講光的傳播及波動性 考點1光的反射反射定律平面鏡成像作圖法 1 光的反射光從一種介質射到它和另一種介質的時 一部分光又這種介質中的現(xiàn)象 分界面 返回到 2 光的反射定律 1 反射光線和入射光線 法線在 2 反射光線和入射光線分別位于的兩側 3 反射角入射角 3 平面鏡成像 1 平面鏡的光學特點 只改變光束的 方向 不改變光束的 同一平面內 法線 等于 性質 傳播 2 平面鏡成像的特點 像在平面鏡的后面 是 正立的 物 像關于對稱 像與物的方位關系為上下不顛倒 左右要交換 3 平面鏡成像作圖法 先根據(jù)物像關于對稱確定像點 再由物點向平面鏡作出入射光線 最后根據(jù)像點和入射點作出 注意 光線的反向延長線應畫成虛線 且不加箭頭 虛像也要畫成虛線 實際光線必須畫成實線還要加箭頭 等大 虛像 鏡面 平面鏡 兩條 反射光線 1 光反射的特點 1 無論是鏡面反射還是漫反射 每條反射光線都遵守光的反射定律 2 反射現(xiàn)象中光路是可逆的 2 平面鏡成像問題中 物或平面鏡移動時的規(guī)律 1 若鏡不動 物速為v且垂直鏡面移動 則像速為v且垂直鏡面與物運動方向相反 2 若鏡動而物不動 當鏡速為v時 像對物速度為2v 且方向與鏡相同 3 當平面鏡繞鏡上某點轉過一微小角度 角時 據(jù)反射定律 法線也隨之轉過 角 反射光線則轉過2 角 3 確定平面鏡成像的范圍 1 確定觀察平面鏡所成完整像的范圍 2 確定人眼從某一位置觀察平面鏡所成像的范圍 作這兩種類型的成像范圍光路圖 都是首先根據(jù)像與物關于平面鏡的對稱性 作出像的具體位置 再借助平面鏡或障礙物作出邊界光線 從而確定觀察范圍 2010 全國高考 某人手持邊長為6cm的正方形平面鏡測量身后一棵樹的高度 測量時保持鏡面與地面垂直 鏡子與眼睛的距離為0 4m 在某位置時 他在鏡中恰好能夠看到整棵樹的像 然后他向前走了6 0m 發(fā)現(xiàn)用這個鏡子長度的5 6就能看到整棵樹的像 這棵樹的高度約為 a 4 0mb 4 5mc 5 0md 5 5m 解析 選b 如圖所示是第一次恰好看到完整樹像時的反射光路 設樹高為h 此時樹到平面鏡的距離為l 則樹像至平面鏡距離也為l 由圖中的三角形相似可得 人離樹越遠 視野越大 看到樹所需鏡面越小 第二次樹成完整像同理有 解以上兩式得l 29 6m h 4 5m 故a c d錯 b正確 考點2折射定律折射率全反射和臨界角 1 光的折射光從一種介質進入另一種介質或在同一種不均勻介質中傳播時 方向的現(xiàn)象 2 光的折射定律 1 折射光線跟入射光線 法線在 2 折射光線與入射光線分別位于法線的 3 入射角的正弦與折射角的正弦成 發(fā)生偏折 同一平面內 兩側 正比 3 折射率 1 某種介質的折射率等于光從真空射入某種介質時 的正弦與的正弦之比 用n表示 即n 2 某種介質的折射率 等于光在真空中的傳播速度c與光在這種介質中的之比 即n 由于c v 所以任何質的折射率都 入射角 折射角 傳播速度v 大于1 3 兩種介質相比較 折射率較大的介質叫 介質 折射率較小的介質叫介質 4 當光從光疏介質進入光密介質時 折射角入射角 當光從光密介質進入光疏介質時 折射角入射角 光疏 小于 大于 光密 4 光的全反射和臨界角 1 全反射 如果光從介質進入介質 當入射角增大到某一角度時 折射角等于90 此時 折射光線 只剩下反射光線的現(xiàn)象 光密 光疏 完全消失 2 臨界角 當光從光密介質射向光疏介質 折射角等于90 時的 用符號c表示 臨界角的計算公式 折射率越大 臨界角 發(fā)生全反射的條件 光從介質進入介質 入射角 臨界角 入射角 越小 光密 光疏 等于或大于 1 折射率的理解折射率是反映介質光學性質的物理量 它的大小由介質本身及光的頻率共同決定 同種介質中 頻率越大 折射率越大 與入射角 折射角的大小無關 折射率總是大于1 2 分析光的折射和全反射的方法 1 根據(jù)題意畫出光的折射或恰好發(fā)生全反射的光路圖 2 作圖時找出具有代表性的光線 如符合邊界條件的臨界光線等 3 利用平面幾何知識分析線 角關系 找出入射角 折射角或臨界角 注意入射角 折射角均以法線為標準 4 以剛好發(fā)生全反射的光線為比較對象 來判斷光線是否發(fā)生全反射 從而畫出其他光線的光路圖 2011 山東高考 如圖所示 扇形aob為透明柱狀介質的橫截面 圓心角 aob 60 一束平行于角平分線om的單色光由oa射入介質 經(jīng)oa折射的光線恰平行于ob 1 求介質的折射率 2 折射光線中恰好射到m點的光線 填 能 或 不能 發(fā)生全反射 解析 1 依題意畫出光路如圖所示 可得入射 1 60 折射角 2 30 由折射定律可得此介質的折射率為 2 依題意畫出恰好經(jīng)過m點的折射光線如圖所示 由幾何關系知此時射向m點的入射角為180 30 90 30 30 全反射的臨界角故不能發(fā)生全反射 答案 1 2 不能 考點3光導纖維棱鏡光的色散 1 光導纖維 1 光導纖維簡稱光纖 它是利用光的原理傳輸光信號的 2 光纖傳輸具有質地輕 傳光率高 抗振動 耐腐蝕 等優(yōu)點 全反射 能損小 保密性強 2 棱鏡 1 橫截面是或梯形的透明體稱為三棱鏡 簡稱棱鏡 橫截面為三角形的棱鏡稱為全反射棱鏡 2 作用 3 全反射棱鏡的特點 光垂直于任意一邊射入 都會在另一邊產(chǎn)生 全反射棱鏡和平面鏡在改變光路方面的效果相同 相比之下 全反射棱鏡成像 光能損失 三角形 等腰直角 改變光的傳播方向 產(chǎn)生色散 全反射 更清晰 更少 3 光的色散 1 白光通過三棱鏡后 出射光束變?yōu)?七色光的光束的現(xiàn)象 由七色光組成的彩色光帶稱為 2 實質 是由于各種色光在同一介質中傳播的不同 或同一介質對不同色光的不同造成的 紅 橙 黃 綠 藍 光譜 速率 折射率 靛 紫 1 理解棱鏡對光線的偏折規(guī)律 1 如圖所示 光密介質的棱鏡放在光疏介質中 如圖是在空氣中 光線通過棱鏡時 出射光將向底面偏折 出射光線和入射光線之間的夾角叫做偏折角 如圖中用 表示 對于相同的入射光 棱鏡的折射率越大 偏折角越大 2 通過棱鏡可看到物體的正立虛像 其位置向頂角偏移 如圖所示 2 理解棱鏡對復色光分解的規(guī)律 1 各種色光通過三棱鏡后 波長最長的紅光的偏折角最小 波長最短的紫光的偏折角最大 如圖所示 2 紅光的折射率最小 紫光的折射率最大 因此發(fā)生全反射時紅光的臨界角最大 最不容易發(fā)生全反射 紫光的臨界角最小 最容易發(fā)生全反射 2011 安徽高考 實驗表明 可見光通過三棱鏡時各色光的折射率n隨著波長 的變化符合科西經(jīng)驗公式其中a b c是正的常量 太陽光進入三棱鏡后發(fā)生色散的情形如圖所示 則 a 屏上c處是紫光b 屏上d處是紅光c 屏上b處是紫光d 屏上a處是紅光 解析 選d 太陽光中紅光波長最長 紫光波長最短 則紫光折射率最大 紅光折射率最小 所以紫光偏折程度最大 對應屏上d處 紅光偏折程度最小 對應屏上a處 故a b c錯 d正確 考點4光的干涉光的衍射光的偏振 1 光的干涉 1 產(chǎn)生條件 兩列光波必須相同 振動情況才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象 頻率 相同 2 雙縫干涉 相干光源 相同并能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的兩個光源 通常是指從同一束細光經(jīng)雙縫分離出來的兩列相同的光 干涉圖樣 單色光通過雙縫后在屏上出現(xiàn)的等距干涉條紋 若用白光做實驗 則屏上出現(xiàn)的干涉條紋 干涉條紋 兩相鄰亮條紋間的距離公式 頻率 頻率 明暗相間 彩色 3 薄膜干涉 相干光源 被薄膜的前 或上 表面和后 或下 表面分別 回的兩列光波 干涉圖樣 單色光形成條紋 白光形成條紋 2 光的衍射 1 光的衍射 光偏離直線路徑繞到障礙物 或孔 后面繼續(xù)傳播的現(xiàn)象 2 產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件 障礙物或孔的尺寸光的波長或與光的波長 反射 明暗相間 彩色 陰影區(qū)域內 小于 差不多 3 幾種衍射現(xiàn)象 單色光的單縫衍射 中央為寬 亮的明條紋 兩側為的條紋 條紋的亮度向兩側越來越暗 白光的單縫衍射 中央為寬 亮的條紋 兩側為明暗相間的 條紋的亮度向兩側越來越暗 小孔衍射和圓盤衍射 小孔衍射得到的是明暗相間的不等距 中央為亮斑 圓盤衍射得到的是明暗相間的不等距圓環(huán) 中心為一 稱為 明暗相間 白色 彩色條紋 圓環(huán) 亮斑 泊松亮斑 3 光的電磁說 1 提出電磁場理論 預言電磁波的存在 并根據(jù)磁波與光在真空中的傳播速度相同 提出光在本質上是一種 用實驗證明了光的電磁說 2 電磁波譜 在電磁波中 按波長由大到小的順序排列為 無線電波 可見光 紫外線 x射線 麥克斯韋 電磁波 紅外線 射線 赫茲 4 光的偏振 1 自然光 太陽 燈泡等光源直接發(fā)出的光 包含在垂直于傳播方向上沿方向振動的光 而且沿各個方向振動的光的強度 2 偏振光 自然光通過偏振片后 在垂直于傳播方向的平面上 只沿一個的方向振動的光 一切 相同 特定 3 偏振光的產(chǎn)生方式 自然光通過 自然光射到兩種介質的交界面上 如果光入射的方向合適 使反射光和折射光之間的夾角恰好是90 反射光和折射光都是 且偏振方向相互 4 偏振光的理論意義 光的偏振現(xiàn)象說明光波是 偏振片 偏振光 垂直 橫波 5 激光 1 概念 是一種人工產(chǎn)生的單一的光 2 特點 單色性好 和好 亮度高 3 應用 光纖通信 激光測距 讀取光盤信息 激光切割 控制等 頻率 平行度 方向性 核聚變 1 干涉現(xiàn)象中幾個重要問題 1 雙縫干涉現(xiàn)象中明暗條紋的確定方法 相干光源的兩列光波到達某點的路程差為波長的整數(shù)倍時 該處出現(xiàn)亮條紋 相干光源的兩列光波到達某點的路程差為半波長的奇數(shù)倍時 該處出現(xiàn)暗條紋 2 薄膜干涉的理解和應用 相干光源 利用薄膜兩表面的反射 將一列光波分解為兩列光波 從而形成相干光波 亮條紋條件 薄膜厚度的2倍為前后表面反射光的路程差 當該路程差為介質中波長的整數(shù)倍時 形成亮條紋 如當薄膜厚度為光在膜中波長的時 形成亮條紋 暗條紋條件 當該路程差等于半波長的奇數(shù)倍時 形成暗條紋 如當薄膜厚度為光在膜中波長的時 形成暗條紋 薄膜干涉的應用 增透膜a 膜的厚度 d 其中 為透射光在膜中的波長 b 作用 增加透射光的強度 減弱反射光的強度c 原理 膜前后兩面的反射光的路程差恰為半個波長 故反射光疊加后減弱 導致透射光強度增加 用干涉法檢查平面如圖甲所示 兩板之間形成一層空氣膜 用單色光從上向下照射 入射光從空氣膜的上下表面反射出兩列光波 形成干涉條紋 如果被檢測平面是光滑的 得到的干涉圖樣必是等間距的 如果某處凹下去 則對應明紋 或暗紋 提前出現(xiàn) 如圖乙所示 如果某處凸起來 則對應條紋延后出現(xiàn) 如圖丙所示 注 提前 與 延后 不是指在時間上 而是指由左向右的位置順序上 2 光的干涉和光的衍射圖樣比較 1 單色光通過雙縫的干涉圖樣是在屏上出現(xiàn)明暗相間的等距干涉條紋 白光的干涉圖樣是在屏上出現(xiàn)彩色的干涉條紋 中央是白色 不會出現(xiàn)中央更亮 兩側變暗的情況 2 單色光通過單縫衍射的圖樣是在屏上出現(xiàn)明暗相間不等距條紋 中間亮條紋較寬 較亮 兩邊亮條紋較窄 較暗 白光入射單縫時 出現(xiàn)中央為寬 亮的白色條紋 兩側為明暗相間的彩條條紋 條紋的亮度向兩側越來越暗 2011 北京高考 如圖所示的雙縫干涉實驗 用綠光照射單縫s時 在光屏p上觀察到干涉條紋 要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣 可以 a 增大s1與s2的間距b 減小雙縫屏到光屏的距離c 將綠光換為紅光d 將綠光換為紫光 解析 選c 雙縫干涉的條紋間距公式 增大s1與s2的間距就是增大d 所以條紋間距變小 a錯誤 減小雙縫屏到光屏的距離就是減小l 條紋間距減小 b錯誤 紅光波長比綠光波長長 紫光波長比綠光波長短 所以將綠光換為紅光可使條紋間距增大 c正確 d錯誤 小角度 近似式 巧解題 例證1 2010 海南高考 一光線以很小的入射角i射入一厚度為d 折射率為n的平板玻璃 求出射光線與入射光線之間的距離 解題指南 解答本題時應從以下兩點重點把握 1 根據(jù)光的折射規(guī)律畫出光路圖 明確哪些是已知量 哪些是未知量 2 當角度 很小時 有sin cos 1 自主解答 如圖 設光線以很小的入射角i入射到平板玻璃表面上的a點 折射角為r 從平板玻璃另一表面上的b點射出 設ac為入射光線的延長線 由折射定律和幾何關系可知 它與出射光線平行 過b點作bd ac 交ac于d點 則bd的長度就是出射光線與入射光線之間的距離 由折射定律有從圖中由幾何關系得 bad i r出射光線與入射光線之間的距離為當入射角i很小時 有sini i sinr r sin i r i r cosr 1解得答案 總結提升 小角度光線問題的分析方法水下物體的實際深度和它的視深有比較明顯的不同 并且這兩個深度之間存在一定的數(shù)量關系 要得出這兩個深度之間的關系 應從以下兩個方面進行分析 1 向水下看物體 一般是指沿著界面法線的方向去觀察 由于是沿著法線豎直向下看 因此在計算時 可以理解成小角度的折射問題 2 由于入射角和折射角都很小 則有sin 1 tan 1 1 sin 2 tan 2 2 其折射率為 變式訓練 某水池實際深度是h 垂直于水面往下看視深為多少 水的折射率為n 解析 設入射角為i 折射角為r 如圖所示 由幾何關系可知 因為i r很小 所以sini tani sinr tanr由折射定律有 所以 答案 作輔助線求解光的折射問題 例證2 2011 新課標全國卷 9分 一半圓柱形透明物體橫截面如圖所示 底面aob鍍銀 o表示半圓截面的圓心 一束光線在橫截面內從m點入射 經(jīng)過ab面反射后從n點射出 已知光線在m點的入射角為30 moa 60 nob 30 求 1 光線在m點的折射角 2 透明物體的折射率 解題指南 解答本題時應注意以下兩點 1 依題意作出光路圖 根據(jù)需要作出相應輔助線 2 根據(jù)幾何關系確定入射角和折射角之間的關系 規(guī)范解答 1 如圖 透明物體內部的光路為直線mp和pn q m點相對于底面ef對稱 q p n三點共線 設在m點處 光的入射角為i 折射角為r omq pnf 1分 根據(jù)題意有 30 1分 由幾何關系得 pno pqo r 于是 r 60 1分 r 1分 由 式得r 15 1分 2 根據(jù)折射率公式有sini nsinr 2分 因此 2分 答案 1 15 2 總結提升 光的折射問題的規(guī)范求解1 一般解題步驟 1 根據(jù)題意畫出正確的光路圖 2 利用平面幾何和三角函數(shù)關系確定光路中的邊 角關系 3 利用折射定律 折射率公式求解 2 應注意的問題 1 注意入射角 折射角均以法線為標準 2 當光線從某介質射向真空 或空氣 時 注意折射率公式中的 1是折射角 即真空 或空氣 中光線與法線的夾角 2是入射角 即介質中光線與法線的夾角 不能混淆 變式訓練 玻璃半圓柱體的半徑為r 橫截面如圖所示 圓心為o a為半圓柱面的頂點 兩束同種單色光分別按如圖方向入射到半圓柱體上 光束1指向圓心 方向與ao夾角為30 光束2的入射點為b 方向與底面垂直 aob 60 已知玻璃對這種光的折射率n 3 求兩束光線經(jīng)柱面和底面折射后的交點與o點的距離d 解析 根據(jù)光線的傳播情況作光路如圖所示 對光線2有 i 60 由折射定律得 r 30 由幾何關系有 i 60 r 30 又由折射定律得 故r 60 因此 同理對光線1 其折射后與光線2交于e 有 折射角 eod 60 則 eod為等邊三角形 答案 變式備選 一半徑為r的球體放置在水平面上 球體由折射率為的透明材料制成 現(xiàn)有一束位于過球心o的豎直平面內的光線 平行于桌面射到球體表面上 折射入球體后再從豎直表面射出 如圖所示 已知入射光線與桌面的距離為求出射角 解析 設入射光線與球體的交點為c 連接oc oc即為入射點的法線 因此 圖中的角 為入射角 過c點作球體水平表面的垂線 垂足為b 依題意 cob 又由 obc知sin 設光線在c點的折射角為 由折射定律得 由 式得 30 由幾何關系知 光線在球體的豎直表面上的入射角 如圖 為30 由折射定律得因此sin 解得 60 答案 60 薄膜干涉圖樣變化原因分析 例證3 2012 贛州模擬 劈尖干涉是一種薄膜干涉 其裝置如圖甲所示 在一塊平板玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜 當光垂直入射后 從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示 干涉條紋有如下特點 1 任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等 2 任意相鄰明條紋所對應的薄膜厚度恒定 現(xiàn)若在圖甲裝置中抽去一張紙片 則當光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后 從上往下觀察到的干涉條紋 a 變疏b 變密c 不變d 消失 解題指南 解答本題時 應把握以下兩點 1 劈尖干涉是入射光在空氣層上下表面反射回來的兩列光波相互疊加產(chǎn)生的 2 找出條紋間距與空氣層厚度的關系式 自主解答 選a 光線在空氣膜的上下表面各反射一列波 并發(fā)生干涉 從而形成干涉條紋 設空氣膜頂角為 d1 d2處為兩相鄰明條紋 如圖所示 則兩處光程差分別為x1 2d1 x2 2d2 因為x2 x1 所以 設條紋間距為 l 則由幾何關系得 即當抽去一個薄片時 減小 l增大 故選a 總結提升 對于薄膜干涉 要注意干涉條紋是由哪兩列光波干涉形成的 形成明暗條紋的光程差是怎樣的 薄膜干涉有以下特點 1 任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等 2 任意相鄰明條紋或暗條紋所對應的薄膜厚度差恒定 當薄膜頂角變化時 干涉條紋間距變化 解答本題的易錯選項及錯誤原因具體分析如下 變式訓練 把一個曲率半徑很大的凸透鏡的彎曲表面壓在另一個玻璃平面上 讓單色光從上方射入 如圖甲 這時可以看到亮暗相間的同心圓 如圖乙 這個現(xiàn)象是牛頓首先發(fā)現(xiàn)的 這些同心圓叫做牛頓環(huán) 為了使同一級圓環(huán)的半徑變大 例如從中心數(shù)起的第二道圓環(huán) 則應 a 將凸透鏡的曲率半徑變大b 將凸透鏡的曲率半徑變小c 改用波長更長的單色光照射d 改用波長更短的單色光照射 解析 選a c 當凸透鏡的曲率半徑r變化時 如圖所示 r1 r2 當曲率半徑變大時 同一路程差對應的厚度m1n1將外移至m2n2 即這一級的圓環(huán)半徑變大 故b錯 a正確 當只增加光的波長時 同一級圓環(huán)對應的薄膜厚度將變厚 即該級圓環(huán)的半徑變大 故d錯 c正確 例證 2012 南通模擬 被稱為 光纖之父 的華裔物理學家高錕 由于在光纖傳輸信息研究方面做出了巨大貢獻 與兩位美國科學家共獲2009年諾貝爾物理學獎 光纖由內芯和外套兩層組成 某光纖內芯的折射率為n1 外套的折射率為n2 其剖面如圖所示 在該光纖內芯和外套分界面上發(fā)生全反射的 臨界角為60 為保證從該光纖一端入射的光信號都不會通過外套 泄漏 出去 求內芯的折射率n1的最小值 規(guī)范解答 如圖所示 由題意可知 在內芯和外套分界面上要發(fā)生全反射 當在端面上的入射角i最大 im 90 時 折射角r也最大 在內芯與外套分界面上的入射角i 最小 如此時入射角等于臨界角 則恰能保證信號不會通過外套 泄漏 這時i min c 90 rm得rm 30 在端面上im 90 時 由n1 得n1 2所以 當n1 2時在所有情況中從端面入射到光纖中的信號恰好都不會通過外套 泄漏 出去 答案 2 1 2011 四川高考 下列說法正確的是 a 甲乙在同一明亮空間 甲從平面鏡中看見乙的眼睛時 乙一定能從鏡中看見甲的眼睛b 我們能從某位置通過固定的任意透明的介質看見另一側的所有景物c 可見光的傳播速度總是大于電磁波的傳播速度d 在介質中光總是沿直線傳播 解析 選a 根據(jù)反射定律和光路可逆知a正確 由于透明介質的形狀 厚薄未定 根據(jù)折射定律可知b錯 光也是一種電磁波 在真空中二者的速度一樣 c錯 由