高中物理 光章末总结课件.ppt
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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
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