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考纲点击备考导读1.光的折射定律Ⅱ2.折射率Ⅰ3.全反射、光导纤维Ⅰ4.光的干涉、衍射和偏振现象Ⅰ实验二：测定玻璃的折射率实验三：用双缝干涉测光的波长1.本章由几何光学的光的折射、全反射与物理光学的光的波动性组成，其中光的折射属Ⅱ级要求．对于几何光学，要养成规范作图的习惯，并且注意几何知识的应用．了解典型现象的光路分析．对于光的波动性要注意各种现象发生的条件，各种图样的特点以及遵循的规律．2.“考课本”、“不回避陈题”是光学高考命题的特点，“联系实际、联系生活、联系高科技”已成为高考命题的新趋向，也是近年光学命题的热点．目前高考中几何光学已淡化了“像”的概念，侧重于“光路”的考查(折射、全反射等)，一般是考查光线的去向的定性分析和定量计算问题．光的波动内容近两年命题频率较高．题型以选择、简答题为主.第1节光的折射全反射一、光的折射1.折射现象光从一种介质进入另一种介质，传播方向发生改变的现象.2.折射定律(1)内容：折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分居法线的两侧，入射角的正弦跟折射角的正弦成正比，即n12＝sinθ1sinθ2.(2)在折射现象中光路是可逆的．3.折射率(1)意义：反映介质光学性质(折射光的本领大小)的物理量．(2)公式：n12＝sinθ1sinθ2＝cv＝λλ′，任何介质的折射率总大于1.(3)决定因素：折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关．二、全反射1.全反射现象：光照射到两种介质界面上时，光线全部被反射回原介质的现象.2.全反射条件：光线从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角.3.临界角公式：折射角等于90°时的入射角，用C表示，sinC＝1/n＝v/c.4.有关应用：(1)全反射棱镜(如图甲、乙所示)．(2)光导纤维(如图丙所示)．甲乙丙三、光的色散1.色散现象：一束白光通过三棱镜形成彩色光带的现象．2.色散的原因：是由于各种色光在同一介质中传播的速率不同，或者说是同一种介质对不同色光的折射率不同而引起的．3.各种色光的比较颜色红橙黄绿蓝靛紫频率f低→高同一介质折射率小→大同一介质中速度大→小真空中波长大→小临界角大→小透过棱镜的偏折角小→大折射定律和折射率的应用(2010·海南物理卷)一光线以很小的入射角射入一厚度为d、折射率为n的平板玻璃，求出射光线与入射光线之间的距离(θ很小时sinθ≈θ，cosθ≈1)【点拨】关键是根据光的折射规律画出光路图，明确哪是已知量，哪是未知量．解析：如图所示，设光线以很小的入射角i入射到平板玻璃表面上的A点，折射角为γ，从平板玻璃另一表面上的B点射出．设AC为入射光线的延长线．由折射定律和几何关系可知，它与出射光线平行．过B点作BD⊥AC，交AC于D点，则BD的长度就是出射光线与入射光线之间的距离，由折射定律得sinisinγ＝n，由几何关系得∠BAD＝i－γ，AB＝dcosγ，出射光线与入射光线之间的距离为BD＝ABsin(i－γ)，当入射角i很小时，有sini≈i，sinγ≈γ，sin(i－γ)≈i－γ，cosγ≈1，解得BD＝n－1din.答案：n－1din全反射和临界角的应用(1)光纤通信中，光导纤维递光信号的物理原理是利用光的________现象，要发生这种现象，必须满足的条件是：光从光密介质射向________，且入射角等于或大于________．(2)(2010·新课标全国卷)如图所示，一个三棱镜的截面为等腰直角△ABC，∠A为直角．此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边，进入棱镜后直接射到AC边上，并刚好能发生全反射．该棱镜材料的折射率为________．(填入正确选项前的字母)A.62B.2C.32D.3【点拨】根据折射规律画出折射光路图，由图确定入射角及对应的折射角，代入折射率公式即可求出折射率．解析：(1)光纤通信是利用光的全反射来传递信息，要发生全反射，必须是光从光密介质射向光疏介质，并且入射角大于等于临界角(2)根据折射率定义有，sin∠1＝nsinn∠2，nsin∠3＝1，已知∠1＝45°，又∠2＋∠3＝90°，解得n＝62.A正确．答案：(1)全反射光疏介质临界角(2)A色散问题及其应用(2010·重庆理综)如图所示，空气中有一折射率为2的玻璃柱体，其横截而是圆心角为90°、半径为R的扇形OAB，一束平行光平行于横截面，以45°入射角射到OA上，OB不透光，若考虑首次入射到圆弧AB上的光，则AB上有光透出的部分的弧长为()A.16πRB.14πRC.13πRD.512πR【点拨】比较入射角、临界角的关系，判断是否发生全反射。解析：根据折射定律2＝sin45°sinr，可得光进入玻璃后光线与竖直方向的夹角为30°.过O的光线垂直入射到AB界面上点C射出，C到B之间没有光线射出；越接近A的光线入射到AB界面上时的入射角越大，发生全反射的可能性越大，根据临界角公式sinC＝12得临界角为45°，如果AB界面上的临界点为D，此光线在AO界面上点E入射，在三角形ODE中可求得OD与水平方向的夹角为180°－(120°＋45°)＝15°，所以A到D之间没有光线射出．由此可得没有光线射出的圆弧对应圆心角为90°－(30°＋15°)＝45°，为14πR.答案：B分析全反射问题时，要学会分析光路，灵活的运用全反射的两个条件，不能生搬硬套．如图所示，放在空气中折射率为n的平行玻璃砖，表面M和N平行，P，Q两个面相互平行且与M、N垂直．一束光射到表面M上(光束不与M平行)，则()A.如果入射角大于临界角，光在表面M发生全反射B.无论入射角多大，光在表面M都不会发生全反射C.光可能在表面N发生全反射D.由于M与N平行，光只要通过M就不可能在表面N发生全反射【错解】光束从空气中射到玻璃砖表面M上，是由光疏介质到光密介质，不可能发生全反射，而从表面N射出空气，是由光密介质到光疏介质，光可能发生全反射，故选B、C.【正解】如图甲所示，光射到表面M的入射角为i(i≠90°)，折射角为r，则sinr＝sinin1n＝sinC，即sinrsinC，(C为玻璃的临界角)．对于表面N，因为M∥N，故其入射角i′＝r＜C.即光只要通过M即不可能在表面N发生全反射．若光通过M先射到P面再射到N面(如图乙)，同样可以证明经P面发生反射，反射光线射至N面时，入射角i′＝r，根据折射定律折射角r′＝i，同样不可能发生全反射．故应选B、D.甲乙【答案】BD第2节光的波动性一、光的干涉1.杨氏双缝干涉(1)实验装置：如图所示．单缝：获取一束频率一定的波．双缝：将一束频率一定的波分为完全相同的两列波．(2)干涉现象①单色光照射：明暗相间、平行、等距的条纹．②白光照射：中央亮纹为白色，其余为彩色条纹．(3)产生亮暗条纹条件亮条纹：|S1P－S2P|＝nλ(n＝0,1,2,3…)暗条纹：|S1P－S2P|＝2n＋12λ(n＝0,1,2,3…)(4)条纹间距：Δx＝ldλ.2.薄膜干涉(1)相干光的取得：膜的前后表面分别反射的两列反射光．(2)干涉现象：①单色平行光照薄膜时呈现明暗相间条纹．②用复色光照射时，则出现彩色条纹．(3)应用：检查平面的平整度、增透膜等．二、光的衍射1.衍射现象：光在遇到障碍物时，偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象．2.光发生明显衍射现象的条件：孔或障碍物的尺寸比光波波长小，或者跟波长差不多．3.衍射图样(1)单缝衍射：中央为亮条纹，两侧有明暗相间的条纹，但间距和亮度不同．白光通过单缝发生衍射时，中央为白光，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光．(2)圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环．(3)泊松亮斑：光照射到一个半径很小的圆盘后，在圆盘的阴影中心出现的亮斑，这是光能发生衍射的有力证据之一．4.双缝干涉和单缝衍射的联系与区别两种现象比较项目单缝衍射双缝干涉条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻亮(暗)条纹间距不等各相邻亮(暗)条纹等间距亮度情况中央条纹最亮，两边变暗清晰条纹，亮度基本相等相同点干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有亮暗相间的条纹三、光的偏振1.自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光．2.偏振光：自然光通过偏振片时，只有振动方向跟偏振片的透振方向一致的光波才能通过，也就是说，通过偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动，这种光叫做偏振光.3.偏振光的意义与应用：(1)意义：光的偏振现象说明光是一种横波．(2)应用：立体电影、照相机镜头、消除车灯眩光等．双缝干涉的分析与应用(2010·江苏物理卷)(1)激光具有相干性好，平行度好、亮度高等特点，在科学技术和日常生活中应用广泛．下面关于激光的叙述正确的是________.A.激光是纵波B.频率相同的激光在不同介质中的波长相同C.两束频率不同的激光能产生干涉现象D.利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离(2)如图甲所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.30×10－7m，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10－7m．则在这里出现的应是________(选填“明条纹”或“暗条纹”)．现改用波长为6.30×10－7m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将________．(选填“变宽”、“变窄”、或“不变”)(3)如图乙所示，一束激光从O点由空气射入厚度均匀的介质，经下表面反射后，从上面的A点射出．已知入射角为i，A与O相距l，介质的折射率为n，试求介质的厚度d.【点拨】光是一种横波，应用Δx＝ldλ时，应明确各字母所代表的物理量．解析：(1)激光是一种光，是横波，A错误；频率相同的激光在不同介质中的波长不同，B错误；两束频率不同的激光不能产生干涉现象，C错误；利用激光平行度好的特点可以测距，D正确．(2)由Δxλ＝7.955.30＝1.5可知，波程差是半波长的奇数倍，是暗条纹．由Δx＝ldλ，λ变大，Δx变大，条纹间距变宽．(3)设折射角为r，由折射定律n＝sinisinr和几何关系l＝2dtanr.联立可解得厚度d＝n2－sin2i2sinil.答案：(1)D(2)暗条纹变宽(3)d＝n2－sin2i2sinil薄膜干涉的分析与应用(1)如下图左图是干涉法检查平面的示意图，右图是得到的干涉图样，则干涉图中条纹弯曲处的凹凸情况是________．(填“上凸”或“下凹”)(2)透镜表面涂有一层氟化镁薄膜，其折射率n＝1.38，介于空气和透镜折射率之间．入射光垂直入射，为使真空中波长为550纳米的光增透，所涂薄膜的最小厚度为________．【点拨】(1)薄膜干涉中同一厚度处产生同一级条纹．(2)增透膜的厚度是入射光在膜中波长的1/4.解析：(1)由干涉图样中条纹弯曲的形状知该处空气膜变厚，被检查的样品在该处下凹．(2)由λ′＝λn，最小厚度d＝14λ′，则d＝550×10－94×1.38m＝1.0×10－7m.答案：(1)下凹(2)1.0×10－7m光的偏振现象2010年1月4日科幻3D巨作《阿凡达》在中国震撼上映，掀起观影狂潮．已知3D电影的实现与光的偏振密切相关．如图，P是一偏振片，P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向．下列四种入射光束中，哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光()A.太阳光B.沿竖直方向振动的光C.沿水平方向振动的光D.沿与竖直方向成45°角振动的光【点拨】当光的偏振方向与偏振片的透振方向垂直时，光不能透过偏振片．解析：光是横波，其振动方向与传播方向垂直，振动方向与偏振片的透振方向垂直的光不能通过偏振片，而其他方向的光可以部分或全部透过偏振片，故ABD正确．答案：ABD在双缝干涉中，光经过单缝和双缝时偏离了直线路径产生了衍射．在做双缝干涉实验时，用白光做光源，将在屏上得到彩色条纹，若在双缝的一条缝前放置红色滤光片(只能透过红光)，而另一缝前加绿色滤光片(只能透过绿光)，则这时()A.只有红色和绿色的双缝干