人教版高中物理选修3-4课件第13章《光》章末复习总结ppt

空白演示在此输入您的封面副标题第十三章光章末复习总结专题1光的折射和全反射现象的分析与计算1．光路分析与计算(1)确定光是由光密介质进入光疏介质，还是由光疏介质进入光密介质，并根据sinC＝1n确定临界角，判断是否发生全反射。(2)画出光线发生折射、反射的光路图(全反射问题中关键要画出入射角等于临界角的“临界光路”)。(3)结合光的反射定律、折射定律及全反射理论、几何关系进行分析与计算。2．光的折射与光速、频率、波长关系的综合分析先由折射光路判断光的折射率大小关系，进而得出光的频率关系，然后再根据n＝cv和λ＝cf判断出光速和波长的关系。[典例指津]如图所示，在一个很大的透明容器中有折射率n＝2的透明液体，液体内有一平面镜M，水平光束AB射到容器的竖直侧壁上的B点后投射到平面镜上O点处。为了使光束BO经M一次反射后的光线能够射出液体的上表面，平面镜与水平方向的夹角α应满足什么条件？[答案]夹角α的范围为：(22.5°～67.5°)[点拨]当光经平面镜反射后，经折射从水中射出。但由于平面镜与水平方向的夹角α的不同取值，光既可向左上方，也可向右上方射出，并可能出现光的全反射，如图甲和图乙所示。由图甲得，若在水面上发生全反射，有：n＝1/sinC，即：C＝arcsin1n＝arcsin12＝45°。由反射定律及几何关系得：2(90°－α)＋C＝90°，即：α＝67.5°。由图乙及几何关系得：C＋2α＝90°，即：α＝22.5°。综合两种情况，为使光束经M一次反射后的光线能够射出液体的上表面，平面镜与水平方向的夹角α的范围为：(22.5°～67.5°)。[解题反思]光路图是几何光学的灵魂，无论是应用折射定律，还是应用全反射分析问题，都应准确作出光路图，个别问题还要注意找出符合边界条件或恰好发生全反射的对应光线。[变式训练]一半径为R的14球体放置在水平面上，球体由折射率为3的透明材料制成，现有一束位于过球心O的竖直平面内的光线，平行于桌面射到球体表面上，折射入球体后再从竖直表面射出，如图所示。已知入射光线与桌面的距离为3R2，求出射角θ。解析：本题涉及两次折射现象，解答本题应先由几何知识确定入射角大小，再由折射定律完成运算。设入射光线与14球体的交点为C，连接OC，OC即为入射点的法线。因此，图中的角α为入射角。过C点作球体水平表面的垂线，垂足为B，如下图所示。依题意，∠COB＝α又由△OBC知：sinα＝32，①设光线在C点的折射角为β，由折射定律得sinαsinβ＝3，②由①②式得β＝30°。由几何关系知，光线在球体的竖直表面上的入射角γ(如图乙所示)为30°。由折射定律得sinγsinθ＝13，因此sinθ＝32，解得θ＝60°。答案：60°专题2两面平行的玻璃砖对光路的影响光从玻璃砖上表面处折射后进入玻璃中，再从下表面射出玻璃时，满足发生全反射的条件之一：即光由光密介质(玻璃)进入光疏介质(空气)，那么是否可能在玻璃砖下表面上发生全反射呢？回答是不可能。这是由于玻璃砖上、下两个表面是平行的，在下表面上的入射角等于上表面处的折射角，如图所示。由光路的可逆性可知在玻璃砖下表面上是不可能发生全反射现象的，但光路发生了侧移。[典例指津]如图所示，宽为a的平行光束从空气斜射到两面平行的玻璃板上表面，入射角为45°，光束中包含两种波长的光，玻璃对这两种波长光的折射率分别为n1＝1.5，n2＝3。(1)求每种波长的光射入上表面后的折射角r1、r2。(2)为使光束从玻璃下表面出射时能分成不交叠的两束，玻璃板的厚度d至少为多少？并画出光路示意图。[答案](1)r1＝arcsin23，r2＝arcsin66(2)d＝710＋107a3图见解析[点拨]本题考查光的折射定律、有关计算和作图方法，是一道很有特色的新颖试题。(1)由sinisinr＝n，得sinr1＝sinin1＝23，sinr2＝sinin2＝66。故r1＝arcsin23，r2＝arcsin66。(2)为使光束从玻璃下表面出射时能分成不交叠的两束，设玻璃板的厚度为d，由图可得：dtanr1－dtanr2＝a/cosi。d＝acositanr1－tanr2。其中tanr1＝tan(arcsin23)＝27，tanr2＝tan(arcsin66)＝15。解得d＝710＋107a3。[解题反思](1)平行玻璃砖不会改变入射光的性质和方向，只使光线向偏折方向平行侧移，且入射角i、玻璃砖厚度h和折射率n越大，侧移d越大。(2)平行光照射到平行玻璃砖上，出射光的宽度等于入射光的宽度，而玻璃砖中折射光的宽度随入射角增加而增大。(3)平行玻璃砖的厚度达到某一值时，也能发生光的色散。[变式训练]如图所示，a和b都是厚度均匀的平玻璃板，它们之间的夹角为φ，一细光束以入射角θ从P点射入，θ＞φ，已知此光束由红光和蓝光组成，则当光束透过b板后()A．传播方向相对于入射光方向向左偏转φ角B．传播方向相对于入射光方向向右偏转φ角C．红光在蓝光的左边D．红光在蓝光的右边解析：光线通过玻璃板后，方向不变，但发生侧向位移，光的频率越高，折射率越大，侧向位移越大。红光频率小于蓝光，所以蓝光侧向位移大，第一次透过玻璃板a后红光位于蓝光右边(如图)，当光线射到b上时，由于θ＞φ，由几何关系知光线从法线左侧入射，侧移情况与a相似，红光仍在蓝光右边，且两者间距加大。故选D。答案：D专题3测介质的折射率1．测水的折射率常见的方法有成像法、插针法、视探法及全反射法等。(1)成像法原理：利用水面的反射成像和水面的折射成像。方法：如图所示，在一盛满水的烧杯中，紧挨杯口竖直插一直尺，在直尺的对面观察水面，能同时看到直尺在水中的部分和露出水面部分的像，若从点P看到直尺在水下最低点的刻度B的像B′(折射成像)恰好跟直尺在水面上刻度A的像A′(反射成像)重合，读出AC、BC的长，量出烧杯内径d，即可求出水的折射率n＝BC2＋d2/AC2＋d2。(2)插针法原理：利用光的折射定律。方法：如图所示，取一方木板，在板上画出互相垂直的两条线AB、MN，从它们的交点O处画直线OP(使∠PON＜45°)，在直线OP上P、Q两点垂直插两枚大头针。把木板竖直插入水中，使AB与水面相平，MN与水面垂直。在水面上观察，调整视线使P的像被Q的像挡住，再在木板S、T处各插一枚大头针，使S挡住Q、P的像，T挡住S及Q、P的像。从水中取出木板，画出直线ST，量出图中的角i、r，则水的折射率n＝sini/sinr。(3)视深法视深是人眼看透明物质内部某物点时像点离界面的距离。原理：利用视深公式h′＝h/n。方法：在一盛水的烧杯底部放一粒绿豆。在水面上方吊一根针，如图所示。调节针的位置，直到针尖在水中的像与看到的绿豆重合，测出针尖距水面距离即为杯中水的视深h′，再测出水的实际深度h，则水的折射率n＝h/h′。(4)全反射法原理：利用全反射现象。方法：在一盛满水的大玻璃缸下面放一发光电珠，如图所示。在水面上观察，看到一圆的发光面，量出发光面直径D与水深h，则水的折射率为n＝D2＋4h2D。2．测玻璃的折射率原理：运用光在玻璃砖两个界面处的折射，根据n＝sinθ1sinθ2，求玻璃的折射率n。[典例指津]一圆柱形容器，底面半径与高之比为2∶3，眼睛沿DA方向看去恰能看到底部边缘P点，将容器注满某种液体，眼睛仍保持沿DA方向看去，恰能看到底部圆心Q点，如图所示。(1)求此液体的折射率；(2)从液面上方垂直向下观察，容器底看起来的深度是多少？[答案](1)1.44(2)见点拨[点拨](1)依题意作折射光路图，设容器高为3H，n＝sinθ1sinθ2，由几何关系知：sinθ1＝2RAP，R＝2H，AP＝5H。sinθ2＝RAQ，AQ＝13H。所以n＝sinθ1sinθ2＝4/52/13＝2135＝1.44。(2)从液面正视容器底部Q点，由折射而成的虚像深度H′＝3Hn＝3H2135＝152613H。由容器高为3H，得H′为容器高度(液体实际深度)的0.69倍。[解题反思](1)测透明液体的折射率，弄清所给实验的实验原理是正确作出光路图的依据。审清题意画出光路图，是分析折射问题的关键。(2)在测定玻璃的折射率时，关键要找出光线从玻璃的出射点。若找到出射点，则移走玻璃后，连接入射点和出射点就可以画出在玻璃中的光线，从而确定折射角。[变式训练]如图所示，置于空气中的一不透明容器中盛满某种透明液体，容器底部靠近器壁处有一竖直放置的6.0cm长的线光源。靠近线光源一侧的液面上盖有一遮光板，另一侧有一水平放置的与液面等高的望远镜，用来观察线光源。开始时通过望远镜不能看到线光源的任何一部分。将线光源沿容器底向望远镜一侧平移至某处时，通过望远镜刚好可以看到线光源底端。再将线光源沿同一方向移动8.0cm，刚好可以看到其顶端。求此液体的折射率n。解析：当线光源上某一点发出的光线射到未被遮光板遮住的液面上时，射到遮光边缘O的那条光线的入射角最小。如图所示，若线光源底端在A点时，望远镜内刚好可以看到此线光源底端，设过O点液面的法线为OO1，则∠AOO1＝α①其中α为此液体到空气的全反射临界角。由折射定律有sinα＝1n②同理，若线光源顶端在B1点时，通过望远镜刚好可以看到此线光源顶端，则∠B1OO1＝α。设此时线光源底端位于B点。由图中几何关系可得sinα＝ABAB1③联立②③式得n＝AB2＋BB12AB④由题给条件可知AB＝8.0cm，BB1＝6.0cm代入④式得：n＝1.25答案：1.25专题4光的波动性1．对光的干涉、衍射的理解及应用(1)两者的产生条件不同产生干涉的条件是两列光波频率相同，振动方向相同，相位差恒定；产生明显衍射现象的条件是障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还要小。(2)图样特点不同双缝干涉产生的是等间距、等宽度、明暗相间且亮度基本相同的条纹；单缝衍射产生的是中央最宽、最亮，其他窄且暗的明暗相间条纹，并且各相邻条纹间距不等。(3)波长对条纹间距的影响无论双缝干涉还是单缝衍射，所形成的条纹间距和宽度都随波长增加而增大，对于双缝干涉，相邻明纹或暗纹间距为Δx＝ldλ。(4)两者成因相同，都是波特有的现象，属于波的叠加。对于双缝干涉：某点到双缝的路程差为波长的整数倍时，该点为加强点，该处为亮纹。即|r2－r1|＝nλ(n＝0,1,2，……)某点到双缝的路程差为半波长的奇数倍时，该处为减弱点，为暗纹。即|r2－r1|＝(2n＋1)λ2(n＝0,1,2，……)2．光的色散问题(1)同种介质对波长λ不同的光的折射率不同，λ越大，n越小；λ越小，n越大。(2)由v＝cn知：在同一介质中，不同波长的光波的传播速度不同，λ越长，v越大；λ越短，v越小。(3)光在介质中的速度由介质和光的频率共同决定。这与机械波有很大区别，因机械波的传播速度仅由介质决定。另外，光的色散现象还通常与折射定律、临界角、全反射等内容联系在一起，问题的灵活性比较大，对能力有较高的要求。[典例指津]如图所示，a、b两种单色光沿不同方向射向玻璃三棱镜，经三棱镜折射后沿同一方向射出，下列说法中正确的是()A．在玻璃中，a光传播速度较大B．若a为绿光，则b可能为黄光C．光从玻璃射向空气时，a光发生全反射的临界角较小D．若用同一干涉装置做实验，则a光的干涉条纹间距较小[答案]A[点拨]a、b光由玻璃射出空气时，折射角相同，由折射定律可知，入射光入射角越大，该光对应的折射率越小，故a光在玻璃中的折射率小于b光在玻璃中的折射率，即na＜nb。光在介质中的速度v＝cn，又因为na＜nb，故vavb，选项A正确；红橙黄绿蓝靛紫七种单色光在同一介质中的折射率依次增大，若a为绿光，则b可能为蓝光、靛光或紫光，选项B错误；由全反射的规律知n＝1sinC，又因为na＜nb，所以光从玻璃射向空气时，b光发生全反射的临界角较小，选项C错误；干涉条纹的间距Δx＝ldλ，光的频率越高，折射率越大，又由λ＝cf可知λa＞λb，用同一干涉装置做实验时l、d相同，故此时a光的干涉条纹间距较大，选项D错误。[解题反