選修3-4《光學重點題型突破例析》復習課件省名師優(yōu)質課賽課獲獎課件市賽課百校聯(lián)賽優(yōu)質課一等獎課件

光學重點題型突破例析熱點解讀

光折射定律是光學中唯一Ⅱ級要求知識點，屬高頻考點，另外盡管全反射屬Ⅰ級要求，但它與折射定律能很好地綜合在一起，而且全反射與生產、生活親密相關，輕易出聯(lián)絡實際題目.如年山東理綜第37（2）題，年浙江理綜第18題，年天津理綜第7題，年寧夏理綜第32（2）題，年山東理綜第37（2）題.光本性在高考中也時常出現，如年福建理綜第13題，上述考題主要包括四種題型，下面做簡明分析.章末總結1/34專題講座專題一光折射問題求解方法依據光折射定律和折射率公式解答問題時，首先依據題意畫出光路圖，找出入射角和折射角，并確定其大小，再應用和列式求解.注意利用相關幾何知識列出輔助方程.【例1】如圖1所表示，真空中有一個半徑為R=0.1m、質量分布均勻玻璃球，頻率為f=5.0×1014

Hz細激光束在真空中沿直線BC

傳輸，在玻璃球表面C點經折射進入小球，并在玻璃球表面D點又經折射進入真空中.已圖12/34知∠COD=120°,玻璃球對該激光束折射率為.求：（1）此激光束在真空中波長；（2）此激光束進入玻璃時入射角θ1；（3）此激光束穿越玻璃球時間.解析

（1）(2)設激光束在玻璃球中折射角為θ2,則由圖知θ2=30°，所以3/34答案（1）6.0×10-7

m

(2)60°(3)1.0×10-9

s點評

本題考查折射定律利用，解答這類問題基本方法：（1）結合題意準確作出光路圖，注意要作準法線；（2）利用平面幾何知識找到入射角和其對應折射角，以及找到邊角間三角函數關系；（3）應用折射定律（或折射率公式）更方程求解.4/34專題二全反射和臨界角求解方法在解答相關全反射問題時，應依據公式先求出臨界角，然后畫出光路圖，結合相關知識列式求解，或者是先畫光路圖，再利用相關公式求解未知量.【例2

】

如圖2所表示，AB為一直光導纖維，AB之間距離為l，使一光脈沖信號從光導纖維中間入射，射入后在光導纖維與空氣界面上恰好發(fā)生全反射，由A點傳輸到B點所用時間為t，求光導纖維所用材料折射率n.圖25/34解析

光信號由A點進入光導纖維后，沿AO方向照射到O點，此時入射角α恰好等于臨界角.光在此介質中速度為v，而沿水平方向分速度為vsin

α,沿水平方向傳輸距離為l.設介質折射率為n,則有sin

α=sin

C=

由以上三式解得答案

6/34點評

聯(lián)絡實際全反射問題通常需要建立一定物理模型，這么能將看似極難處理實際問題轉化為熟悉情境，所以讀懂題意、獲取有效信息，是處理這類問題關鍵.7/34專題三幾個測量折射率方法折射率、折射率測量是幾何光學中重點，折射率測量試驗是一個能夠充分發(fā)揮學生想像力試驗.現介紹幾個測量玻璃和透明液體折射率方法，以拓寬學生視野，加深對折射率、折射率測量等知識了解和掌握.1、利用測折射率n8/34

測定透明液體折射率試驗器材：圓柱形杯（或桶）一個，細直鐵絲一根，直尺一根，短尺一根（小于杯子截面內直徑）.

試驗方法：①把細直鐵絲PA一端斜插入桶內底面邊緣，另一端置于桶上邊緣，把短尺沿底面直徑AC方向放于桶內底面上，使鐵絲和底面直徑AC在同一豎直平面內，如圖3.②鐵絲位置固定，把待測液體裝滿杯子，眼睛沿鐵絲PA方向圖39/34定，把待測液體裝滿杯子，眼睛沿鐵絲PA方向觀察，能夠看到底面短尺B點.③用尺子量出AC、OC、OA，從短尺上讀出AB，算出BC、OB.④則sinθ1=AC/OA，sinθ2=BC/OB，由得出折射率n.注意：

利用細直鐵絲觀察，是為了較準確確實定出射光線OP和折射角θ1,提升測量準確度.10/342、利用全反射測折射率（1）測定半圓形玻璃磚折射率.

試驗器材：半圓形玻璃磚，激光器，量角器，白紙.

試驗方法：①如圖4，把半圓形玻璃磚平放于白紙上，激光垂直于玻璃磚弧形側面水平射入玻璃磚，在圓心O所在直邊界面上發(fā)生反射和折射.②逐步增大光在該界面上入射角（保持入射點在圓心O處不變）.

直至折射光消失，發(fā)生全反射.③用量角器量出此時入射角C（即臨界角），由

n=1/sinC得玻璃折射率n.圖411/34

（2）測定水折射率.

試驗器材：裝滿水臉盆一個，圓木塞，大頭針，尺子.

試驗方法：①量出圓木塞半徑r，在圓木塞圓心處垂直于圓木塞插一枚大頭針，讓木塞浮于水面上.②調整大頭針插入深度，直至從液面上方各個方向觀察，恰好看不到大頭針，如圖5.③量出大頭針高度h，算出OA，臨界角C正弦

sinC=r/OA,由n=1/sinC得水折射率.圖512/34

3、用視深法估測折射率（1）水垂直視深度與實際深度關系：如圖6，水下物S成像于S′，物S實際深度為h，垂直視深度為h′，物S發(fā)出光線在水與空氣界面上入射角和折射角分別為θ1和θ2.tanθ1=x/h′,tanθ2=x/h①得h/h′=tanθ1/tanθ2，因垂直于水面向下觀圖613/34察，θ1和θ2很小，所以有tanθ1≈sinθ1,tanθ2≈sinθ2②得h/h′=tanθ1/tanθ2≈sinθ1/sinθ2=n③所以S垂直視深度為h′=h/n④我們能夠經過測定水實際深度和垂直視深度代入④式，求得水折射率.14/34

（2）估測水折射率.

試驗器材：裝滿水透明圓柱形玻璃杯一只，尺子，兩枚相同硬幣.

試驗方法：①把一枚硬幣投入杯底右側，如圖7，雙眼垂直向下觀察該枚硬幣像，同時手持另一枚硬幣緊靠杯右側外壁，上下慢慢移動，直至二者無水平視差.②用直尺測出硬幣垂直視深度h′和實際深度h.③由n=h/h′式求出水折射率.圖715/34專題四光干涉問題在應用條紋間距離公式解答問題時，要注意同一色光在不一樣介質中波長不一樣；不一樣色光在同一介質中波長不一樣，結合等公式進行求解.【例3】用氦氖激光器進行雙縫干涉試驗，已知使用雙縫間距離d=0.1mm，雙縫到屏距離L=6.0m，測得屏上干涉條紋中亮紋間距是3.8cm，氦氖激光器發(fā)出紅光波長λ是多少？假如把整個裝置放入折射率是

4/3水中，這時屏上條紋間距是多少？16/34解析

由條紋間距Δx、雙縫間距d、雙縫到屏距離L及波長λ關系，可測光波波長，同理知道水折射率，可知該波在水中波長，然后由Δx、d、L、λ關系，可計算條紋間距.由，能夠得出紅光波長為激光器發(fā)出紅光波長是6.3×10-7

m.假如整個裝置放入水中，激光器發(fā)出紅光在水中波長為17/34這時屏上條紋間距是答案

6.3×10-7

m

2.8×10-2

m點評

試驗裝置放在哪種介質中就要用哪種介質中波長進行計算，不可張冠李戴.本題中裝置是放在空氣中，故要求出在空氣中波長.要明確同種色光在不一樣介質中傳輸時，頻率不變，但波長隨波速改變而改變，要注意18/34素能提升1.（·上海，16）用如圖8所示試驗裝置觀察光薄膜干涉現象.圖4a是點燃酒精燈（在燈芯上灑些鹽），圖8b是豎立附著一層肥皂液薄膜金屬絲圈.將金屬絲圈在其所在豎直平面內遲緩旋轉，觀察到現象是（）

圖819/34A.當金屬絲圈旋轉30°時干涉條紋同方向旋轉30°B.當金屬絲圈旋轉45°時干涉條紋同方向旋轉90°C.當金屬絲圈旋轉60°時干涉條紋同方向旋轉30°D.干涉條紋保持原來狀態(tài)不變20/34解析因為重力作用，薄膜形成上薄下厚楔形，薄膜干涉是等厚干涉，厚度相同點在一條水平線上.將金屬絲圈在其所在豎直平面內遲緩旋轉，厚度相同點仍在原水平線上，故干涉條紋保持原來位置不變.答案D21/342.如圖9所表示，由紅、紫兩種單色光組成光束a，以入射角θ1從平行玻璃板上表面O點入射.已知平行玻璃板厚度為d，紅光和紫光折射率分別為n1和n2，真空中光速為c.試求：（1）紅光在玻璃中傳輸速度；（2）紅光和紫光在下表面出射點之間距離.圖922/34解析（1）由題意知，紅光在此玻璃中傳輸速度（2）如圖所表示，設紅光折射角為θ2，紫光折射角為θ2′，依據折射定律有：紅光故23/34答案

（1）(2)24/343.如圖10所表示，玻璃球半徑為R，折射率n=3，今有一束平行光沿直徑AB方向照射在玻璃球上，試求離AB多遠入射光線最終射出后沿原方向返回.

解析

作出光路圖，如圖，由光路圖知

θ1=2θ2①②

圖1025/34解①②式得：即θ2=30°,θ1=60°.設離AB距離為d入射光線最終射出后沿原方向返回，則d=Rsinθ1，即答案26/344.如圖11所表示，ABC是折射率

n=1.5棱鏡，用于某種光學儀器中，現有一束光線沿MN

方向射到棱鏡AB面上，入射角大小θ1=arcsin0.75，求：（1）光在棱鏡中傳輸速度；（2）畫出此束光線射出棱鏡后方向，要求寫出簡明分析過程.（不考慮返回到AB和BC面上光線）圖1127/34解析（1）光在棱鏡中傳輸速度（2）由折射率求得AB面上折射角θ2=30°.由幾何關系得，BC面上入射角θ=75°-θ2=45°,而n=1.5>2,故全反射臨界角所以光在BC面上發(fā)生全反射，光路圖如圖所表示.答案（1）2×108

m/s

(2)看法析28/34

閱卷現場閱卷手記

本章內容主要考查光折射、全反射、色散、衍射、干涉、電磁波譜、電磁場和電磁波以及相對論基本原理等內容.包括方法主要是數學知識在物理中利用.對用數學知識處理物理問題能力要求較高.

本章中錯誤主要表現在：解題操作過程不規(guī)范造成計算錯誤；將幾何光學與物理光學綜合時概念不準確；不善于用光路圖對動態(tài)過程作分析.

29/34易錯點實例分析35.不能正確利用折射定律和全反射規(guī)律產生錯誤試題回放

據報道,年北京奧運會為確保奧運通信到達世界一流水平,成功建設了六大通信工程,其中奧運光纖通信網覆蓋全部奧運相關場所,為各項比賽提供了安全、可靠、迅捷通信服務.光纖通信是利用光全反射將大量信息高速傳輸,其工作原理如圖所表示,假如有一條圓柱形光導纖維,長為L,它玻璃芯折射率為n1,外層材料折射率為n2,30/34光在空氣中傳輸速度為c,圖1中所標φ為全反射臨界