高中物理 光章末总结课件.ppt

1、热点讲座热点讲座 13.13.光学重点题型突破例析光学重点题型突破例析热点解读热点解读 光的折射定律是光学中唯一光的折射定律是光学中唯一级要求的知识点，级要求的知识点，属高频考点，另外尽管全反射属属高频考点，另外尽管全反射属级要求，但它与折级要求，但它与折射定律能很好地综合在一起，而且全反射与生产、生射定律能很好地综合在一起，而且全反射与生产、生活密切相关，容易出联系实际的题目活密切相关，容易出联系实际的题目.章末总结专题讲座专题讲座专题一专题一 光的折射问题的求解方法光的折射问题的求解方法 依据光的折射定律和折射率公式解答问题时，依据光的折射定律和折射率公式解答问题时，首先依据题意画出光路图

2、，找出入射角和折首先依据题意画出光路图，找出入射角和折射角，并确定其大小，再应用射角，并确定其大小，再应用 和和列式求解列式求解.注意运用有关几何知识列出辅助方程注意运用有关几何知识列出辅助方程.【例例1 1】如图】如图1 1所示，真空中有所示，真空中有 一个半径为一个半径为R R=0.1=0.1 m m、质、质 量分布均匀的玻璃球，频量分布均匀的玻璃球，频 率为率为f f=5.0=5.010101414 HzHz的细的细 激光束在真空中沿直线激光束在真空中沿直线BCBC 传播，在玻璃球表面的传播，在玻璃球表面的C C点经折射进入小球，点经折射进入小球，并在玻璃球表面的并在玻璃球表面的D D点

3、又经折射进入真空中点又经折射进入真空中.已已21sinsin nvcn 图图1 1知知CODCOD=120=120,玻璃球对该激光束的折射率玻璃球对该激光束的折射率为为 .求：求：（1 1）此激光束在真空中的波长；）此激光束在真空中的波长；（2 2）此激光束进入玻璃时的入射角）此激光束进入玻璃时的入射角1 1；（3 3）此激光束穿越玻璃球的时间）此激光束穿越玻璃球的时间.解析解析 （1 1）(2)(2)设激光束在玻璃球中的折射角为设激光束在玻璃球中的折射角为2 2,则则由图知由图知2 2=30=30，所以，所以3.m100.6m1051037148fc 21sinsin nm/s103m/s3

4、103m103cos2,)3(.60,23sinsin882121ncvRxvxtn故答案答案 （1 1）6.06.01010-7-7 m m (2)60(2)60 (3)1.0(3)1.01010-9-9 s s点评点评 本题考查折射定律的运用，解答这类问题本题考查折射定律的运用，解答这类问题的基本方法：（的基本方法：（1 1）结合题意准确作出光路图，注）结合题意准确作出光路图，注意要作准法线；（意要作准法线；（2 2）利用平面几何知识找到入射）利用平面几何知识找到入射角和其对应的折射角，以及找到边角间的三角函角和其对应的折射角，以及找到边角间的三角函数关系；（数关系；（3 3）应用折射定律

5、（或折射率公式）更）应用折射定律（或折射率公式）更方程求解方程求解.专题二专题二 全反射和临界角的求解方法全反射和临界角的求解方法 在解答有关全反射问题时，应根据公式在解答有关全反射问题时，应根据公式 先求出临界角，然后画出光路图，结合先求出临界角，然后画出光路图，结合有关知识列式求解，或者是先画光路图，再利用有关知识列式求解，或者是先画光路图，再利用有关公式求解未知量有关公式求解未知量.【例例2 2】如图如图2 2所示，所示，ABAB为一为一 直光导纤维，直光导纤维，ABAB之间距离为之间距离为l l，使一光脉冲信号从光导纤维中使一光脉冲信号从光导纤维中 间入射，射入后在光导纤维与间入射，射

6、入后在光导纤维与 空气的界面上恰好发生全反射，空气的界面上恰好发生全反射，由由A A点传输到点传输到B B点所用时间为点所用时间为t t，求光导纤维所，求光导纤维所 用材料的折射率用材料的折射率n n.nC1sin图图2 2解析解析 光信号由光信号由A A点进入光导纤维后，沿点进入光导纤维后，沿AOAO方向方向照射到照射到O O点，此时入射角点，此时入射角恰好等于临界角恰好等于临界角.光在光在此介质中的速度为此介质中的速度为v v，而沿水平方向的分速度为，而沿水平方向的分速度为v vsinsin ,沿水平方向传播的距离为沿水平方向传播的距离为l l.设介质的折射率为设介质的折射率为n n,则有

7、则有sinsin =sinsin C C=由以上三式解得由以上三式解得答案答案 n1vcn sinvlt.n12lctncnlnclt所以lct点评点评 联系实际的全反射问题通常需要建立一定联系实际的全反射问题通常需要建立一定的物理模型，这样能将看似很难解决的实际问题的物理模型，这样能将看似很难解决的实际问题转化为熟悉的情境，所以读懂题意、获取有效信转化为熟悉的情境，所以读懂题意、获取有效信息，是解决这类问题的关键息，是解决这类问题的关键.专题三专题三 几种测量折射率的方法几种测量折射率的方法 折射率、折射率的测量是几何光学中的重点，折射率、折射率的测量是几何光学中的重点，折射率的测量实验是一

8、个可以充分发挥学生想像折射率的测量实验是一个可以充分发挥学生想像力的实验力的实验.现介绍几种测量玻璃和透明液体折射率现介绍几种测量玻璃和透明液体折射率的方法，以拓宽学生的视野，加深对折射率、折的方法，以拓宽学生的视野，加深对折射率、折射率的测量等知识的理解和掌握射率的测量等知识的理解和掌握.1 1、利用、利用 测折射率测折射率n n21sin/sinn 测定透明液体的折射率测定透明液体的折射率 实验器材：圆柱形杯（或桶）实验器材：圆柱形杯（或桶）一个，细直铁丝一根，直尺一一个，细直铁丝一根，直尺一 根，短尺一根（小于杯子的截根，短尺一根（小于杯子的截 面内直径）面内直径）.实验方法：实验方法：

9、把细直铁丝把细直铁丝PAPA一一 端斜插入桶内底面边缘，另一端置于桶上边端斜插入桶内底面边缘，另一端置于桶上边 缘，把短尺沿底面直径缘，把短尺沿底面直径ACAC的方向放于桶内底的方向放于桶内底 面上，使铁丝和底面直径面上，使铁丝和底面直径ACAC在同一竖直平面在同一竖直平面 内，如图内，如图3.3.铁丝位置固定，把待测液体装铁丝位置固定，把待测液体装 满 杯 子，眼 睛 沿 铁 丝 的满 杯 子，眼 睛 沿 铁 丝 的 P AP A 方 向方 向图图3 3定，把待测液体装满杯子，眼睛沿铁丝的定，把待测液体装满杯子，眼睛沿铁丝的PAPA方向方向观察，可以看到底面短尺的观察，可以看到底面短尺的B

10、B点点.用尺子量出用尺子量出ACAC、OCOC、OAOA，从短尺上读出，从短尺上读出ABAB，算出，算出BCBC、OBOB.则则sin sin 1 1=ACAC/OAOA，sin sin 2 2=BCBC/OBOB，由，由 得出折射率得出折射率n n.注意：注意：利用细直铁丝观察，是为了较准确的确利用细直铁丝观察，是为了较准确的确定出射光线定出射光线OPOP和折射角和折射角1 1,提高测量的精确度提高测量的精确度.2 2、利用全反射测折射率、利用全反射测折射率 （1 1）测定半圆形玻璃砖）测定半圆形玻璃砖 的折射率的折射率.实验器材：半圆形玻璃砖，激实验器材：半圆形玻璃砖，激 光器，量角器，白

11、纸光器，量角器，白纸.实验方法：实验方法：如图如图4 4，把半圆形，把半圆形 玻璃砖平放于白纸上，激光垂直于玻璃砖弧玻璃砖平放于白纸上，激光垂直于玻璃砖弧 形侧面水平射入玻璃砖，在圆心形侧面水平射入玻璃砖，在圆心O O所在的直边所在的直边 界面上发生反射和折射界面上发生反射和折射.逐渐增大光在该界逐渐增大光在该界 面上的入射角（保持入射点在圆心面上的入射角（保持入射点在圆心O O处不变）处不变）.直至折射光消失，发生全反射直至折射光消失，发生全反射.用量角器量用量角器量 出 此 时 的 入 射 角出 此 时 的 入 射 角 C C（即 临 界 角），由（即 临 界 角），由 n n=1/sin

12、=1/sin C C得玻璃的折射率得玻璃的折射率n n.图图4 4 （2 2）测定水的折射率）测定水的折射率.实验器材：装满水的脸盆实验器材：装满水的脸盆 一个，圆木塞，大头针，一个，圆木塞，大头针，尺子尺子.实验方法：实验方法：量出圆木塞量出圆木塞 的半径的半径r r，在圆木塞的圆心处垂直于圆木塞插，在圆木塞的圆心处垂直于圆木塞插 一枚大头针，让木塞浮于水面上一枚大头针，让木塞浮于水面上.调整大头调整大头 针插入的深度，直至从液面上方各个方向观针插入的深度，直至从液面上方各个方向观 察，恰好看不到大头针，如图察，恰好看不到大头针，如图5.5.量出大头量出大头 针的高度针的高度h h，算出，算

13、出 OAOA，临界角，临界角 C C的正弦的正弦 sin sin C C=r r/OAOA,由由n n=1/sin=1/sin C C得水的折射率得水的折射率.图图5 5 3 3、用视深法估测折射率、用视深法估测折射率 （1 1）水的垂直视深度）水的垂直视深度与实际深度的关系：与实际深度的关系：如图如图6 6，水下物，水下物S S成像于成像于S S，物，物S S的实际深度为的实际深度为h h，垂直视深度为，垂直视深度为h h，物物S S发出的光线在水与空气的界面上发出的光线在水与空气的界面上的入射角和折射角分别为的入射角和折射角分别为1 1和和2 2.tan tan 1 1=x x/h h,t

14、an,tan 2 2=x x/h h 得得h h/h h=tan=tan 1 1/tan/tan 2 2，因垂直于水面向下观，因垂直于水面向下观图图6 6察，察，1 1和和2 2很小，所以有很小，所以有tan tan 1 1sin sin 1 1,tan tan 2 2sin sin 2 2 得得h h/h h=tan=tan 1 1/tan/tan 2 2sin sin 1 1/sin/sin 2 2=n n 所以所以S S的垂直视深度为的垂直视深度为h h=h h/n n 我们可以通过测定水的实际深度和垂直视深度代我们可以通过测定水的实际深度和垂直视深度代入入式，求得水的折射率式，求得水的

15、折射率.（2 2）估测水的折射率）估测水的折射率.实验器材：装满水的透明圆实验器材：装满水的透明圆 柱形玻璃杯一只，尺子，两柱形玻璃杯一只，尺子，两 枚相同的硬币枚相同的硬币.实验方法：实验方法：把一枚硬币投把一枚硬币投 入杯底右侧，如图入杯底右侧，如图7 7，双眼垂直向下观察该枚，双眼垂直向下观察该枚 硬币的像，同时手持另一枚硬币紧靠杯右侧硬币的像，同时手持另一枚硬币紧靠杯右侧 外壁，上下慢慢移动，直至两者无水平视差外壁，上下慢慢移动，直至两者无水平视差.用直尺测出硬币的垂直视深度用直尺测出硬币的垂直视深度h h和实际深和实际深 度度h h.由由n n=h h/h h式求出水的折射率式求出水

16、的折射率.图图7 7专题四专题四 光的干涉问题光的干涉问题 在应用条纹间距离公式在应用条纹间距离公式 解答问题时，解答问题时，要注意同一色光在不同介质中的波长不同；不同要注意同一色光在不同介质中的波长不同；不同色光在同一介质中波长不同，结合色光在同一介质中波长不同，结合 等公式进行求解等公式进行求解.【例例3 3】用氦氖激光器进行双缝干涉实验，已用氦氖激光器进行双缝干涉实验，已 知使用的双缝间的距离知使用的双缝间的距离d d=0.1=0.1 mmmm，双缝到屏，双缝到屏 的距离的距离L L=6.0=6.0 m m，测得屏上干涉条纹中亮纹的，测得屏上干涉条纹中亮纹的 间距是间距是3.8 3.8

17、cmcm，氦氖激光器发出的红光的波，氦氖激光器发出的红光的波 长长是多少？假如把整个装置放入折射率是是多少？假如把整个装置放入折射率是 4/34/3的水中，这时屏上的条纹间距是多少？的水中，这时屏上的条纹间距是多少？dlx n0 解析解析 由条纹间距由条纹间距x x、双缝间距、双缝间距d d、双缝到屏的、双缝到屏的距离距离L L及波长及波长的关系，可测光波的波长，同理知的关系，可测光波的波长，同理知道水的折射率，可知该波在水中的波长，然后由道水的折射率，可知该波在水中的波长，然后由x x、d d、L L、的关系，可计算条纹间距的关系，可计算条纹间距.由由 ，可以得出红光的波长为，可以得出红光的

18、波长为激光器发出的红光的波长是激光器发出的红光的波长是6.36.31010-7-7 m m.如果整个装置放入水中，激光器发出的红光在水如果整个装置放入水中，激光器发出的红光在水中的波长为中的波长为 dLx m103.6m0.6108.3101.0723xLd m107.4m43103.677n 这时屏上条纹的间距是这时屏上条纹的间距是答案答案 6.36.31010-7-7 m m 2.82.81010-2-2 m m点评点评 实验装置放在哪种介质中就要用哪种介质实验装置放在哪种介质中就要用哪种介质中的波长进行计算，不可张冠李戴中的波长进行计算，不可张冠李戴.本题中装置是本题中装置是放在空气中的

19、，故要求出在空气中的波长放在空气中的，故要求出在空气中的波长.要明确要明确同种色光在不同介质中传播时，频率不变，但波同种色光在不同介质中传播时，频率不变，但波长随波速的变化而变化，要注意长随波速的变化而变化，要注意.m108.2m101.0107.40.6237 dLx.介真 vcn素能提升素能提升1.1.（上海，上海，1616）用如图）用如图8 8所所 示的实验装置观察光的薄膜干示的实验装置观察光的薄膜干 涉现象涉现象.图图4a4a是点燃的酒精灯是点燃的酒精灯 （在灯芯上洒些盐），图（在灯芯上洒些盐），图8b8b是是 竖立的附着一层肥皂液薄膜的竖立的附着一层肥皂液薄膜的 金属丝圈金属丝圈.将

20、金属丝圈在其所在的竖直平面内缓将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是慢旋转，观察到的现象是 （）图图8 8A.A.当金属丝圈旋转当金属丝圈旋转3030时干涉条纹同方向旋转时干涉条纹同方向旋转 3030B.B.当金属丝圈旋转当金属丝圈旋转4545时干涉条纹同方向旋转时干涉条纹同方向旋转 9090C.C.当金属丝圈旋转当金属丝圈旋转6060时干涉条纹同方向旋转时干涉条纹同方向旋转 3030D.D.干涉条纹保持原来状态不变干涉条纹保持原来状态不变解析解析 由于重力的作用，薄膜形成上薄下厚的楔由于重力的作用，薄膜形成上薄下厚的楔形，薄膜干涉是等厚干涉，厚度相同的点在一条形，薄膜干涉是等

21、厚干涉，厚度相同的点在一条水平线上水平线上.将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，厚度相同的点仍在原水平线上，故干涉条旋转，厚度相同的点仍在原水平线上，故干涉条纹保持原来的位置不变纹保持原来的位置不变.答案答案 D D2.2.如图如图9 9所示，由红、紫两种单色光组成的光束所示，由红、紫两种单色光组成的光束a a，以入射角以入射角1 1从平行玻璃板上表面从平行玻璃板上表面O O点入射点入射.已知已知平行玻璃板的厚度为平行玻璃板的厚度为d d，红光和紫光的折射率分，红光和紫光的折射率分别 为别 为 n n1 1和和 n n2 2，真 空 中 的 光 速 为，真

22、 空 中 的 光 速 为 c c.试 求：试 求：（1 1）红光在玻璃中传播的速度；）红光在玻璃中传播的速度；（2 2）红光和紫光在下表面出射点之间的距离）红光和紫光在下表面出射点之间的距离.图图9 9解析解析 （1 1）由题意知，红光在此玻璃中的传播）由题意知，红光在此玻璃中的传播速度速度 （2 2）如图所示，设红光折射）如图所示，设红光折射角为角为2 2，紫光折射角为，紫光折射角为2 2，根据折射定律有：红光根据折射定律有：红光故故.1ncv,sinsin211 n122112112212112sinsintan,sincos,sinsin nnnn答案答案 （1 1）(2)(2).sin

23、1sin1(sintantansinsintan,sinsin,12221221122122212212 nndxddxnn联立解得紫光同理1nc).sin1sin1(sin122212211 nnd3.3.如图如图1010所示，玻璃球的半径为所示，玻璃球的半径为R R，折射率折射率n n=3=3，今有一束平行光沿，今有一束平行光沿 直径直径ABAB方向照射在玻璃球上，试方向照射在玻璃球上，试 求离求离ABAB多远的入射光线最终射出多远的入射光线最终射出 后沿原方向返回后沿原方向返回.解析解析 作出光路图，如图，由光路图知作出光路图，如图，由光路图知 1 1=2=22 2 图图1010n21s

24、insin 解解式得：式得：即即2 2=30=30,1 1=60=60.设离设离ABAB距离为距离为d d的入射光线最终射出后沿原方向返的入射光线最终射出后沿原方向返回，则回，则d d=R Rsinsin 1 1，即即答案答案23cos2.23Rd Rd234.4.如图如图1111所示，所示，ABCABC是折射率是折射率 n n=1.5=1.5的棱镜，用于某种光学的棱镜，用于某种光学 仪器中，现有一束光线沿仪器中，现有一束光线沿MNMN 方向射到棱镜的方向射到棱镜的ABAB面上，入面上，入 射角的大小射角的大小1 1=arcsin=arcsin 0.75 0.75，求：，求：（1 1）光在棱镜

25、中传播的速度；）光在棱镜中传播的速度；（2 2）画出此束光线射出棱镜后的方向，要求写）画出此束光线射出棱镜后的方向，要求写出简要的分析过程出简要的分析过程.（不考虑返回到（不考虑返回到ABAB和和BCBC面面上的光线）上的光线）图图1111解析解析 （1 1）光在棱镜中传播的速度）光在棱镜中传播的速度（2 2）由折射率）由折射率 求求得得ABAB面上的折射角面上的折射角2 2=30=30.由由几何关系得，几何关系得，BCBC面上的入射角面上的入射角=75=75-2 2=45=45,而而n n=1.52,=1.52,故全反射的临界角故全反射的临界角 所以光在所以光在BCBC面上发生全反面上发生全

26、反射，光路图如图所示射，光路图如图所示.答案答案 （1 1）2 210108 8 m/sm/s (2)(2)见解析见解析.m/s102/5.1m/s10388smncv,sinsin21 n,451arcsinnC 阅卷现场阅卷现场阅卷手记阅卷手记 本章内容主要考查光的折射、全反射、色散、本章内容主要考查光的折射、全反射、色散、衍射、干涉、电磁波谱、电磁场和电磁波以及相衍射、干涉、电磁波谱、电磁场和电磁波以及相对论的基本原理等内容对论的基本原理等内容.涉及的方法主要是数学知涉及的方法主要是数学知识在物理中的运用识在物理中的运用.对用数学知识解决物理问题的对用数学知识解决物理问题的能力要求较高能

27、力要求较高.本章中的错误主要表现在：解题操作过程不本章中的错误主要表现在：解题操作过程不规范导致计算错误；将几何光学与物理光学综合规范导致计算错误；将几何光学与物理光学综合时概念不准确；不善于用光路图对动态过程作分时概念不准确；不善于用光路图对动态过程作分析析.易错点实例分析易错点实例分析35.35.不能正确运用折射定律和全反射规律产生的错误不能正确运用折射定律和全反射规律产生的错误试题回放试题回放据报道据报道,2008,2008年北京奥运会为保证奥运通信达到世年北京奥运会为保证奥运通信达到世界一流水平界一流水平,成功建设了六大通信工程成功建设了六大通信工程,其中的奥其中的奥运光纤通信网覆盖所

28、有奥运相关场所运光纤通信网覆盖所有奥运相关场所,为各项比赛为各项比赛提供了安全、可靠、迅捷的通信服务提供了安全、可靠、迅捷的通信服务.光纤通信是光纤通信是利用光的全反射将大量信息高速传输利用光的全反射将大量信息高速传输,其工作原理其工作原理如图所示如图所示,如果有一条圆柱形的光导纤维如果有一条圆柱形的光导纤维,长为长为L L,它的玻璃芯的折射率为它的玻璃芯的折射率为n n1 1,外层材料的折射率为外层材料的折射率为n n2 2,光在空气中传播的速度为光在空气中传播的速度为c c,图图1 1中所标的中所标的为全反为全反射的临界角射的临界角,其中其中sin sin=则光从它的一端射则光从它的一端射

29、入后从另一端射出所需的最长时间入后从另一端射出所需的最长时间t t为多少？为多少？,12nn图图1 1错解分析错解分析 有的学生没有真正明白题目所求时间有的学生没有真正明白题目所求时间“最长最长”的含义的含义,简单地认为光在玻璃芯中传播的路程即是简单地认为光在玻璃芯中传播的路程即是L L,因为光在其中的传播速度因为光在其中的传播速度 所以传播时所以传播时间有的学生虽然在图示的提醒下考虑对了最长路间有的学生虽然在图示的提醒下考虑对了最长路程程,但又忽略了光速的变化但又忽略了光速的变化,得到得到,1ncv.1cLnvLt.sin21cnLncLt正确答案正确答案 光从光导纤维的一端射入、从另一端射

30、出光从光导纤维的一端射入、从另一端射出,必必须保证光在玻璃芯中可以全反射须保证光在玻璃芯中可以全反射 设入射角为设入射角为,则则,由几何关系知光在由几何关系知光在纤维中传播的路程纤维中传播的路程 故当故当=时时,即当光线恰好发生全反射时射即当光线恰好发生全反射时射出另一端走过的路程最长出另一端走过的路程最长,对应时间也最长对应时间也最长,此时此时传播的路程为传播的路程为 光在玻璃芯中的传播速度满足关系式光在玻璃芯中的传播速度满足关系式 sinLs sinmLs 1ncv 已知已知 光在光导纤维中匀速传播的最长时间光在光导纤维中匀速传播的最长时间 联立联立可得可得 题目要求时间最长题目要求时间最长,也就是要求路程最长也就是要求路程最长,这这必须是在保证能够发生全反射的前提下必须是在保证能够发生全反射的前提下.发生全反发生全反射必须满足两个条件射必须满足两个条件,一是入射角不小于临界角一是入射角不小于临界角,二是从光密介质射向光疏介质二是从光密介质射向光疏介质.同时要特别注意速同时要特别注意速度的变化是发生折射的根本的原因度的变化是发生折射的根本的原因.vstm12sinnn.221cnLnt 返回返回