高中物理-光学总结

第1页共5页光学光的折射、光的全反射光的折射现象：光从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生变化.折射定律折射率物理意义公式：①n＝sinisinr②n＝cv实验：测定玻璃的折射率光的全反射现象：光从光密介质射到光疏介质的界面时，全部被反射回原介质的现象.条件光密介质→光疏介质入射角大于或等于临界角CsinC＝1n应用：光纤通信、全反射棱镜一、光的折射、全反射的综合应用几何光学是以光线为工具研究光的传播规律，所以解决几何光学问题的关键是根据“光的传播规律”画出光路图，然后再利用几何学知识，寻找相应的边角关系．(1)几何光学主要包括四条原理：①光的直线传播规律；②光的反射定律；③光的折射定律；④光路可逆原理(2)解题时常用的三个公式：①折射定律公式：n12＝sinisinr；②折射率与光速的关系n＝cv；③全反射的临界角sinC＝1n.(3)注意法线的画法：法线画成虚线；法线垂直于界面，如果界面是圆面，那应该垂直于圆的切线，即法线沿半径指向圆心．【例1】如图1所示，ABCD是一直角梯形棱镜的横截面，位于截面所在平面内的一束光线由O点垂直AD边射入．已知棱镜的折射率n＝2，AB＝BC＝8cm，OA＝2cm，∠OAB＝60°.图1(1)求光线第一次射出棱镜时，出射光线的方向；第2页共5页(2)第一次的出射点距C________cm.借题发挥(1)解答光学问题应先准确画出光路图．(2)用光发生全反射的条件来判断光是否已经发生全反射．(3)在处理光学问题时应充分利用光的可逆性、对称性、相似性等几何关系．图2【例2】如图2所示，半圆形玻璃砖的半径R＝10cm，AB与屏幕垂直并接触于A点，激光束a射向半圆形玻璃砖的圆心O，激光束a对准O点从图示位置在纸面内顺时针方向旋转，当转过角度为30°时，光屏上有两个光斑，当转过的角度刚好为45°时，光屏上恰好只有一个光斑，求：(1)玻璃砖的折射率n；(2)当转过角度为30°时，光屏上两个光斑之间的距离L.二、测折射率的方法测折射率常见的方法有成像法、插针法及全反射法，不管哪种方法其实质相同，由折射定律n＝sinisinr知，只要确定出入射角i及折射角r即可测出介质的折射率．图3【例3】用半圆形玻璃砖测定玻璃折射率的方法如下：①把半圆形玻璃砖放在白纸上，定出其圆心O，在白纸上用铅笔描下其直径和圆心位置，让一束光沿与直径垂直的方向穿入玻璃砖的圆弧部分射到圆心O，如图3所示．②不改变入射光的方向和位置，让玻璃砖以O点为轴逆时针转动到从玻璃砖平面一侧恰好看不到出射光为止．③用铅笔描下此时玻璃砖直径的位置，移去玻璃砖测出玻璃砖转过的角度β，由β计算出折射率．这种测量方法是利用光的________现象测定玻璃折射率的，当玻璃砖转过的角度β时的入射角叫________．若已知β＝42°，且sin42°＝0.67，则玻璃的折射率n＝________.第3页共5页三、光的波速、折射率与频率的综合应用1．白光由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光组成，七种色光的特性差异可以用下表表示出来.各种色光红橙黄绿蓝靛紫频率小→大波长长→短折射率小→大波速(介质中)大→小2.光的颜色由光源的频率决定，与介质无关，与波长无关，波速由介质和光的频率共同决定．图4【例4】水中某一深处有一点光源S，可以发出a、b两种单色光，其由水中射出水面的光路如图4所示．关于这两种单色光性质的比较，下列判断正确的是()A．a光的频率比b光的小B．a光的折射率比b光的大C．a光在水中的传播速度比b光的小D．a光在水中的波长比b光的小第4页共5页一、光的干涉1．产生干涉的条件：两列频率相同、相位差恒定、振动情况相同的光．2．产生明暗条纹的条件：当Δr＝kλ时出现明条纹；当Δr＝(2k－1)λ2时出现暗条纹(其中k＝0，±1，±2……)．相邻明(或暗)条纹间距：Δx＝ldλ3．双缝干涉图样的特点：单色光照射时为间距相同的明暗相间的条纹，白光照射时为彩色条纹．4．双缝干涉法测光波的波长：相邻明(或暗)条纹间距Δx＝ldλ，得：λ＝Δxdl.5．薄膜干涉(1)薄膜干涉中的条纹是从薄膜前、后两个表面反射的光在光源这一侧干涉形成的．(2)同一条纹上的点厚度相同，所以若用肥皂薄膜做实验，条纹为横条纹．【例1】如图1所示为双缝干涉实验，甲图为用绿光照射时的结果，a为中央亮条纹，a′为相邻亮条纹；乙图为换用另一种单色光照射的结果，a为中央亮条纹，a′为相邻亮条纹，两次实验中双缝间距和双缝到屏的距离相等，以下说法正确的是()图1A．乙图可能是用红光照射，表明红光波长较长B．乙图可能是用紫光照射，表明紫光波长较长C．乙图可能是用紫光照射，表明紫光波长较短D．乙图可能是用红光照射，表明红光波长较短【例2】利用双缝干涉测定光的波长实验中，双缝间距d＝0.4mm，双缝到光屏间的距离l＝0.5m，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图2所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数也如图2中(a)、(b)所示给出，则：(1)分划板在图2中A、B位置时游标卡尺读数分别为xA＝__________mm，xB＝__________mm，相邻两条纹间距Δx＝__________mm；(2)波长的表达式λ＝________(用Δx、l、d表示)，该单色光的波长λ＝________m；(3)若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将________(填“变第5页共5页大”“不变”或“变小”)．图2【例3】劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图3甲所示．将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜．当光垂直入射后，从上往下看到干涉条纹如图乙所示．干涉条纹有如下特点：(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．现若在图甲装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下看到的干涉条纹()图3A．变疏B．变密C．不变D．消失二、单缝衍射与双缝干涉的比较两种现象比较项目单缝衍射双缝干涉不同点产生条件只要狭缝足够小，任何光都能发生频率相同的两列相干光波相遇叠加条纹特点条纹宽度和亮度不等，中央条纹最宽最亮，两侧条纹逐渐变窄变暗条纹宽度相等，各条纹间距相等，亮度基本不变相同点都是明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或削弱的结果；都是波特有的现象，表明光是一种波【例4】如图4所示，a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样，分析各图样的特点可以得出的正确结论是()图4A．a、b是光的干涉图样B．c、d是光的干涉图样C．形成a图样的光的波长比形成b图样光的波长短D．形成c图样的光的波长比形成d图样光的波长短