高考物理二輪專題復(fù)習(xí)光學(xué)教案

1、高考物理二輪專題復(fù)習(xí) 光學(xué)教案一、光的傳播1折射和全反射折射定律的各種表達(dá)形式： (1為入、折射角中的較大者。)當(dāng)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，且入射角大于臨界角C時，發(fā)生全反射。2各種色光性質(zhì)比較可見光中，紅光的折射率n最小，在同種介質(zhì)中（除真空外）傳播速度v最大，從同種介質(zhì)射向真空時發(fā)生全反射的臨界角C最大，以相同入射角在介質(zhì)間發(fā)生折射時的偏折角最小（注意區(qū)分偏折角和折射角）。3棱鏡對光的偏折作用一般所說的棱鏡與其周圍的介質(zhì)相比，都是光密介質(zhì)。入射光線經(jīng)三棱鏡兩次折射后，射出方向與入射方向相比，向底邊偏折。（若棱鏡的折射率比棱鏡外介質(zhì)的折射率小，則向頂角偏折。）這里所說的底邊是指入射光線和射出

2、光線都沒有經(jīng)過的那一邊；頂角則是指底邊所對的角。由于各種色光的折射率不同，一細(xì)束復(fù)色光經(jīng)三棱鏡折射后將發(fā)生色散現(xiàn)象（紅光偏折最小，紫光偏折最大。入射光在第一次發(fā)生折射時發(fā)生色散，第二次折射時不再發(fā)生色散。）本實驗證明同種介質(zhì)對紅光的折射率最小，對紫光折射率最大。abM例1如圖所示，一細(xì)束紅光和一細(xì)束藍(lán)光平行射到同一個三棱鏡上，經(jīng)折射后交于光屏上的同一個點M，若用n1和n2分別表示三棱鏡對紅光和藍(lán)光的折射率，下列說法中正確的是 An1n2，a為紅光，b為藍(lán)光 Bn1n2，a為紅光，b為藍(lán)光 Dn1n2，a為藍(lán)光，b為紅光 解：由圖可知，b光線經(jīng)過三棱鏡后的偏折角較小，因此折射率較小，是紅光。選B

3、4全反射棱鏡橫截面是等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡。選擇適當(dāng)?shù)娜肷潼c和入射角，可以使入射光線經(jīng)過全反射棱鏡的作用在射出后偏轉(zhuǎn)90或180。要特別注意兩種用法中光線在哪個表面發(fā)生全反射。5玻璃磚所謂玻璃磚一般指橫截面為矩形的棱柱。當(dāng)光線從上表面入射，從下表面射出時，其特點是：射出光線和入射光線平行；各種色光在第一次入射時發(fā)生色散（第二次折射不再色散）；射出光線的側(cè)移y（入射線和射出線間的距離）與折射率、入射角、玻璃磚的厚度有關(guān)；可利用玻璃磚測定玻璃的折射率。a b例2如圖所示，兩細(xì)束平行的單色光a、b射向同一塊玻璃磚的上表面，然后從玻璃磚的下表面射出。已知玻璃對單色光a的折射率較小，那么下列說

4、法中正確的有 A進(jìn)入玻璃磚后兩束光仍然是平行的B從玻璃磚下表面射出后，兩束光不再平行C從玻璃磚下表面射出后，兩束光之間的距離一定減小了D從玻璃磚下表面射出后，兩束光之間的距離可能和射入前相同解：進(jìn)入時入射角相同，折射率不同，因此折射角不同，兩束光在玻璃內(nèi)不再平行，但從下表面射出時仍是平行的。射出時兩束光之間的距離根據(jù)玻璃磚的厚度不同而不同，在厚度從小到大變化時，該距離先減小后增大，有可能和入射前相同（但這時左右關(guān)系發(fā)生改變）。選D12例3 如圖所示，用透明材料做成一長方體形的光學(xué)器材，要求從上表面射入的光線能從右側(cè)面射出，那么所選的材料的折射率應(yīng)滿足的條件是 A折射率必須大于 B折射率必須小于

5、C折射率可取大于1的任意值 D無論折射率是多大都不可能 解：從圖中可以看出，為使上表面射入的光線經(jīng)兩次折射后從右側(cè)面射出，1和2都必須小于臨界角C，即1C，245，選B 6圓柱形玻璃體光線射到圓柱形界面，法線是過入射點的半徑。這點在作圖中必須特別注意，一定要先將法線準(zhǔn)確地畫出來，然后再進(jìn)行分析。例4如圖所示，平行單色光以45的入射角，射到橫截面為半圓形玻璃磚的上表面AB上。橫截面的半徑為R，折射率為。試判斷半圓弧AB上有光線射出的區(qū)域的長度。ABOCD解：光線從AB入射后的折射角是30，但到達(dá)半圓弧AB上各點時的入射角是各不相同的。過圓心O的入射光線到達(dá)圓弧時的入射角為0，入射點越遠(yuǎn)離O，到圓

6、弧時的入射角越大，當(dāng)大于臨界角45時，將發(fā)生全反射而不能射出。對應(yīng)的=15，=75，因此有光線射出的區(qū)域長R/2。7光導(dǎo)纖維利用光的全反射，可制成光導(dǎo)纖維。光從光導(dǎo)纖維一端射入后，在傳播過程中經(jīng)過多次全反射，最終從另一端射出。由于發(fā)生的是全反射，因此傳播過程中的能量損耗非常小。用光導(dǎo)纖維傳輸信息，既經(jīng)濟(jì)又快捷。i例5如圖所示，一條長L=500m的光導(dǎo)纖維用折射率為n=的材料制成。一細(xì)束激光由其左端的中心點以i=45的入射角射入光導(dǎo)纖維內(nèi)，經(jīng)過一系列全反射后從右端射出。求：該激光在光導(dǎo)纖維中的速度v是多大？該激光在光導(dǎo)纖維中傳輸所經(jīng)歷的時間是多少？解：由得v=2.1108m/s；由得折射角r=3

7、0，因此光在光導(dǎo)纖維中傳輸通過的總路程為m，經(jīng)歷的時間2.710-6s。二、光的干涉和衍射關(guān)于光的本質(zhì)，17世紀(jì)形成了兩種學(xué)說：牛頓主張的微粒說和惠更斯主張的波動說。兩種學(xué)說都能解釋一些光現(xiàn)象，但都不能解釋所有光現(xiàn)象（波動說不能解釋光的直進(jìn)，微粒說不能解釋光射到兩種介質(zhì)界面同時發(fā)生折射和反射）。19世紀(jì)初，在實驗中觀察到了光的干涉和衍射現(xiàn)象，證明了波動說的正確性；19世紀(jì)60年代，麥克斯韋提出了光的電磁說，并被赫茲實驗所證明，使波動說取得重大成功；19世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)現(xiàn)象用波動說無法解釋，20世紀(jì)初愛因斯坦提出光子說，認(rèn)為光具有粒子性，解釋了光電效應(yīng)；現(xiàn)在人們認(rèn)識到：光既具有波動性又具有粒子

8、性，即光具有波粒二象性。1光的干涉發(fā)生光的干涉的條件是有兩個振動情況總是相同的波源，即相干波源。形成相干波源的方法有兩種：利用激光（因為激光發(fā)出的是單色性、平行度極好的光）。設(shè)法將同一束光分為兩束（這樣兩束光都來源于同一個光源，因此頻率必然相等）。bdacSS下面分別是利用雙縫、利用肥皂膜、利用平面鏡形成相干光源的示意圖。S1S2平行光S2干涉區(qū)域內(nèi)的亮、暗紋在兩列波都能到達(dá)的區(qū)域，疊加后加強(qiáng)（亮紋）和減弱（暗紋）的充分必要條件分別是：亮紋：屏上某點到雙縫的光程差等于波長的整數(shù)倍，即= n（n=0，1，2，）暗紋：屏上某點到雙縫的光程差等于半波長的奇數(shù)倍，即=（n=0，1，2，）S2S1dlx

9、在空間，以上亮紋和暗紋的集合都是若干組雙曲線。設(shè)雙縫間距離為d，屏到雙縫距離為l，屏上某點到中心點距離為x，在ld和lx的條件下，相鄰亮紋或相鄰暗紋間的距離x可以認(rèn)為是相等的。理論推導(dǎo)和實驗檢測都證明：相鄰亮紋（暗紋）間的距離3公式的應(yīng)用利用此公式可以測定單色光的波長。用同一雙縫干涉裝置做實驗，紅光x最大，紫光x最小。由此可知紅光的波長最大。由于各種色光在真空中的傳播速度是相同的，本實驗證明可見光中紅光的頻率最低。用白光作雙縫干涉實驗時，由于白光中各種色光的波長不同，干涉條紋間距不同，所以屏的中央是白色亮紋，兩邊出現(xiàn)彩色條紋，其中最靠近中央白色亮紋的是紫色亮紋。例6用綠光做雙縫干涉實驗，在光屏

10、上呈現(xiàn)出綠、暗相間的條紋，相鄰兩條綠條紋間的距離為x。下列說法中正確的有 A如果增大單縫到雙縫間的距離，x 將增大B如果增大雙縫之間的距離，x 將增大C如果增大雙縫到光屏之間的距離，x將增大D如果減小雙縫的每條縫的寬度，而不改變雙縫間的距離，x將增大解：公式中，l表示雙縫到屏的距離，d表示雙縫之間的距離。因此x與單縫到雙縫間的距離無關(guān)，與單縫、雙縫中每條縫本身的寬度也無關(guān)。本題選C。例7用太陽光照射豎直放置的肥皂膜，觀察肥皂膜的反射光，將會看到彩色條紋。關(guān)于這些彩色條紋的說法中正確的有 A所看到的彩色條紋是光的色散形成的 B所看到的彩色條紋的每一條亮線都是豎直線 C每一組完整的彩色亮線中，都是

11、紫光在最上方 D每一組完整的彩色亮線中，都是紅光在最上方 解：這是光的干涉現(xiàn)象，不是由色散引起的；豎直放置的肥皂膜從上到下厚度逐漸增大，在同一水平高度，膜的厚度是相同的，因此每一條亮線都是水平的；薄膜干涉出現(xiàn)亮紋的條件是同一束入射光在薄膜前后兩個表面分別反射后的光程差等于波長的整數(shù)倍。在入射光接近垂直于薄膜表面入射的情況下，光程差是由薄膜的厚度決定的，豎直放置的肥皂膜從上到下厚度逐漸增大，光程差也逐漸增大。由于紫光波長最短，因此每一組亮線中總是紫光的光程差先達(dá)到波長整數(shù)倍，也就是紫光的亮線在最上方。本題選C。ABCD例8如圖是用干涉法檢查平面的平整程度的示意圖。其中AB是透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板，CD是

12、被檢查的平面。用單色光從上面豎直地照射下來， 從AB上方觀察到有明暗相間的條紋。這是由兩束反射光疊加形成的。下列說法中正確的是 A兩束反射光分別是從AB的上表面和AB的下表面反射的B兩束反射光分別是從AB的上表面和CD的上表面反射的C兩束反射光分別是從AB的下表面和CD的上表面反D如果將右邊BD間墊的薄片再變薄些，觀察到相鄰亮紋間的距離將減小 解：AB是等厚的透明樣板，CD是不透明的，發(fā)生干涉的是兩者之間的空氣膜。本題選C。薄片變薄后，在同一位置，兩束反射光的光程差變小，因此相鄰亮紋間的距離應(yīng)增大。這里看到的亮紋（暗紋）實際上是下方空氣膜的等厚線。如果亮紋是均勻分布的直線，說明被檢測平面是平整

13、的；上圖中，如果某些亮紋（暗紋）向左端彎曲，說明該處有凹陷；向右端彎曲，說明該處有突起。4增透膜攝影機(jī)、照相機(jī)的光學(xué)鏡頭、潛水艇的潛望鏡等，都是由許多透鏡和棱鏡組成的，光進(jìn)入這些裝置時，在每個鏡面上都有一部分光被反射，使得通過裝置的光強(qiáng)度減弱，造成所成像的亮度不夠。為解決這個問題，可以利用光的干涉，在鏡面涂上一層厚度適當(dāng)?shù)耐该鞅∧ぃ撃さ暮穸鹊扔谌肷涔庠诒∧ぶ胁ㄩL的1/4。這樣，從膜的前后兩個表面反射的光，光程差恰好等于半個波長，因而疊加后互相抵消，減弱了反射光的強(qiáng)度，使透射光的強(qiáng)度得以增大。這種膜叫增透膜。一般情況下入射光是白光，其中各種色光的波長是不同的。因此在確定薄膜厚度時要使白光中人的

14、視覺最敏感的綠光在垂直入射時完全抵消。這時紅光和紫光的反射光不可能完全抵消，因此我們看到的這些鏡頭的顏色總是呈現(xiàn)淡紫色或蘭色。例9登山運動員在登雪山時要注意防止紫外線的過度照射，尤其是眼睛更不能長時間被紫外線照射，否則將會嚴(yán)重地?fù)p壞視力。你能不能利用薄膜干涉的原理設(shè)計一種能大大減小紫外線對眼睛傷害的眼鏡？如果有一種薄膜材料的折射率為n=1.5，所要消除的紫外線的頻率為8.11014Hz，那么它設(shè)計的這種“增反膜”的厚度至少是多少？（眼鏡片材料的折射率大于1.5。）解：為減少進(jìn)入眼睛的紫外線，應(yīng)使從該膜前后兩個表面反射形成的光疊加后加強(qiáng)，因此光程差應(yīng)該是波長的整數(shù)倍，膜的厚度至少是紫外線在膜中波

15、長的1/2。紫外線在真空中的波長是=c/=3.710-7m，在膜中的波長是=/n=2.510-7m。因此膜的厚度至少是1.310-7m。5光的衍射波在傳播過程中繞過障礙物的現(xiàn)象叫做波的衍射。衍射也是波的特性。如果光是一種波，就應(yīng)該能觀察到光的衍射現(xiàn)象。但由于可見光的波長在10-7m數(shù)量級，而一般物體的大小比這個尺度大得多，因此很難看到明顯的光的衍射現(xiàn)象。發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物或孔的尺寸和波長可以相比或比波長小。實驗證明：當(dāng)障礙物或孔的尺寸小于0.5mm時，可以觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。在發(fā)生明顯衍射的條件下，當(dāng)窄縫變窄（或孔變小）時，亮斑的范圍變大，條紋間距離變大，而亮度變暗。各種不同形狀的障

16、礙物都能使光發(fā)生衍射。要區(qū)分“能否發(fā)生衍射”和“能否發(fā)生明顯衍射”。關(guān)于光的直線傳播性，準(zhǔn)確的說法是：光在沒有障礙物的均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的。6泊松亮斑用平行光照射一個很小的不透明的圓盤（尺寸小于0.5mm），在圓盤的陰影中心會出現(xiàn)一個亮斑，這也是波的衍射現(xiàn)象。被稱為泊松亮斑。7雙縫干涉和單縫衍射的聯(lián)系與區(qū)別雙縫干涉和單縫衍射的圖樣都是明暗相間的條紋。但雙縫干涉的條紋間距是等寬的，亮度也是均勻的；而單縫衍射的條紋是中央寬，兩邊窄，亮度分布也是中央亮兩邊暗。雙縫干涉裝置中，入射光從單縫到雙縫之間的傳播過程中，實際上已經(jīng)發(fā)生了衍射；單縫衍射中的亮、暗紋的形成，可以看成是從單縫不同位置射出的光在光

17、屏處發(fā)生干涉，這些干涉條紋疊加后形成的就是單縫衍射的結(jié)果。例10平行光通過小孔得到的衍射圖樣和泊松亮斑比較，下列說法中正確的有 A在小孔衍射圖樣和泊松亮斑的中心處都是亮斑 B泊松亮斑中心亮點周圍的暗環(huán)較窄C小孔衍射圖樣的中心是暗斑，泊松亮斑圖樣的中心是亮斑D小孔衍射的衍射圖樣中亮、暗條紋間的間距是均勻的，泊松亮斑圖樣中亮、暗條紋間的間距是不均勻的 解：從課本上的圖片可以看出：A選項是正確的，B、C、D選項都是錯誤的。本題選A。例11關(guān)于光的衍射的下列說法中正確的是A只有當(dāng)障礙物或孔的尺寸可以跟光的波長相比或者比光的波長小的時候才能發(fā)生衍射B如果障礙物的尺寸比光的波長大得太多，就不能發(fā)生光的衍射

18、C隔著高墻和墻另一側(cè)的人說話時“聽其聲而不見其人”，是因為聲波發(fā)生了明顯衍射，而光波的衍射非常微弱D小孔成像就是由光的衍射形成的解：各種障礙物都能使光發(fā)生衍射，只是有明顯和不明顯的區(qū)別。小孔成像的原理是光的直線傳播，而不是光的衍射。高墻的高度一般是幾米，這個尺寸跟聲波的波長可以相比，但比光的波長大得多，因此出現(xiàn)“聽其聲而不見其人”的現(xiàn)象。本題選C。三、光的電磁說1光的電磁說光的干涉和衍射以無可辯駁的事實證明了光是一種波。但它和水波、聲波等機(jī)械波一樣嗎？是否也靠彈性介質(zhì)傳播？這個問題一直困擾著光的波動學(xué)說。麥克斯韋根據(jù)電磁波與光在真空中的傳播速度相同，大膽地提出：光在本質(zhì)上是一種電磁波這就是光的

19、電磁說，20年后，赫茲用實驗證明了光的電磁說的正確性。2電磁波譜光是電磁波，但它只是電磁波中一個很窄的波段。那么電磁波中除了無線電波和可見光外，還有哪些波段呢？人們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了紅外線、紫外線、X射線和射線等不同的電磁波。紅外線、紫外線、X射線的主要性質(zhì)及其應(yīng)用舉例。種 類產(chǎn) 生主要性質(zhì)應(yīng)用舉例紅外線一切物體都能發(fā)出熱效應(yīng)遙感、遙控、加熱紫外線一切高溫物體能發(fā)出化學(xué)效應(yīng)熒光、殺菌、合成VDX射線陰極射線射到固體表面穿透能力強(qiáng)人體透視、金屬探傷從課本31頁圖可知：電磁波按照波長從大到小排列，順序為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、射線。從圖中還可以發(fā)現(xiàn)：各種電磁波中，除可見光以外，相鄰兩個

20、波段間都有重疊。各種電磁波的產(chǎn)生機(jī)理分別是：無線電波是振蕩電路中自由電子的周期性運動產(chǎn)生的；紅外線、可見光、紫外線是原子的外層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；倫琴射線是原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；射線是原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生的。不同的電磁波，由于波長、頻率不同，表現(xiàn)出來的性質(zhì)也不同。波長最長的無線電波容易表現(xiàn)出干涉、衍射等現(xiàn)象，而波長短的紫外線、X射線、射線，要觀察它們的干涉、衍射就越來越困難了（但不能說它們不能發(fā)生衍射）。 可見光頻率范圍是3.9-7.51014Hz，波長范圍是4.0-7.710-7m。要記住以上數(shù)量級。例12為了轉(zhuǎn)播火箭發(fā)射現(xiàn)場的實況，在發(fā)射場建立了兩個發(fā)射臺，分別用于發(fā)射廣播電臺

21、和電視臺兩種信號。其中廣播電臺用的電磁波波長為550m，電視臺用的電磁波波長為0.566m。為了不讓發(fā)射場附近的小山擋住信號，需要在小山頂上建了一個轉(zhuǎn)發(fā)站，用來轉(zhuǎn)發(fā)_信號，這是因為該信號的波長太_，不易發(fā)生明顯衍射。解：電磁波的波長越長越容易發(fā)生明顯衍射，波長越短衍射越不明顯，表現(xiàn)出直線傳播性，這時需要在山頂建轉(zhuǎn)發(fā)站。與山高相比，電視信號的波長太短了，轉(zhuǎn)發(fā)站一定是轉(zhuǎn)發(fā)電視信號的。 KEAPQ例13右圖是倫琴射線管的結(jié)構(gòu)示意圖。電源E給燈絲K加熱，使其發(fā)射出熱電子。熱電子在K、A間的強(qiáng)電場作用下高速向?qū)﹃帢OA飛去。電子流打到A極（對陰極）表面，激發(fā)出高頻電磁波，這就是X射線。下列說法中正確的有

22、AP、Q間應(yīng)接高壓直流電，且P接正極 BP、Q間應(yīng)接高壓交流電 C從A發(fā)出的X射線是由K到A的高速電子流反射形成的 D從K到A間是高速電子流即陰極射線，從A發(fā)出的是X射線即一種高頻電磁波 解：為了加速電子，K、A間的電場方向應(yīng)該始終都是向左的，所以P、Q間應(yīng)接高壓直流電，且Q為正極。從A發(fā)出的是X射線，不再是電子流。設(shè)P、Q間電壓為U，則電子到達(dá)對陰極A時的動能為eU。電子的動能部分或全部轉(zhuǎn)化為X射線的能量，從A向外發(fā)射，形成頻率很高的X射線。本題選D。四、光的偏振1偏振現(xiàn)象在沿同一個方向傳播的縱波中，所有介質(zhì)質(zhì)點的振動方向都和波的傳播方向平行，因此振動總是發(fā)生在同一條直線上的；而在沿同一個方向傳播的橫波中，介質(zhì)質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向是垂直的，而跟波的傳播方向垂直的方向有無窮多種可能，沿同一方向傳播的橫波，質(zhì)點的振動方向可能是不同的，因此會發(fā)生偏振現(xiàn)象。能否發(fā)生偏振，是縱波和橫波的區(qū)別。利用偏振可以判定一種波是橫波還是縱波。2光的偏振課本介紹的演示實驗證明光是一種橫波。太陽、燈泡等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于光的傳播方向的沿一切方向振動的光，而且沿各個方向振動的光的強(qiáng)度是相同的。這種光叫自然光。vEBO自然光通過偏振片（起偏器）后成為偏振光。當(dāng)檢偏器的透振方向跟起偏器的透振方向相同時，通過檢偏器的光強(qiáng)度最大；當(dāng)檢偏器的透振方