高中物理光學知識總結(jié)及習題

1、光Ø 光的折射、全反射和色散 1光的折射 (1)折射現(xiàn)象：光從一種介質(zhì)斜射進入另一種介質(zhì)時，傳播方向發(fā)生 的現(xiàn)象 (2)折射定律：內(nèi)容：折射光線與入射光線、法線處在 ，折射光線與入射光線分別位 于 的兩側(cè)，入射角的正弦與折射角的正弦成 表達式：n12，式中n12是比例常數(shù) 在光的折射現(xiàn)象中，光路是 (3)折射率： 定義：光從真空射入某介質(zhì)時， 的正弦與 的正弦的比值 定義式：n (折射率由介質(zhì)本身和光的頻率決定) 計算式：n (c為光在真空中的傳播速度，v是光在介 質(zhì)中的傳播速度，由此可知，n>1) 2全反射 (1)發(fā)生條件：光從 介質(zhì)射入 介質(zhì)；入射角 臨界角 (2)現(xiàn)象：折

2、射光完全消失，只剩下 光 (3)臨界角：折射角等于90°時的入射角，用C表示，sinC . (4)應(yīng)用： 全反射棱鏡； 光導纖維，如圖所示3光的色散 (1)光的色散現(xiàn)象：含有多種顏色的光被分解為 光的現(xiàn)象 (2)色散規(guī)律：由于n紅n紫，所以以相同的入射角射到棱鏡界面時，紅光和紫光的折射角不同，即紫光偏折得更明顯當它們射到另一個界面時， 光的偏折最大， 光的偏最小 (3)光的色散現(xiàn)象說明： 白光為復色光； 同一介質(zhì)對不同色光的折射率不同，頻率越大的色光折射率 ； 不同色光在同一介質(zhì)中的傳播速度不同，波長越短，波速 1光密介質(zhì)不是指密度大的介質(zhì)，折射率的大小與介質(zhì)的密度無關(guān) 2由n知，當

3、光從真空射向其他透明介質(zhì)時，頻率不變，波速和波長都發(fā)生改變Ø 光的波動性 1光的干涉 (1)產(chǎn)生干涉的條件：兩列光的 相同， 恒定 (2)楊氏雙縫干涉原理如圖所示產(chǎn)生明、暗條紋的條件a單色光：若路程差r2r1k(k0,1,2)，光屏上出現(xiàn) ；若路程差r2r1 (2k1) (k0,1,2)，光屏上出現(xiàn) b白光：光屏上出現(xiàn)彩色條紋相鄰明(暗)條紋間距：x. (3)薄膜干涉 概念：由薄膜的前后表面反射的兩列光相互疊加而成劈形薄膜干涉可產(chǎn)生平行 條紋 應(yīng)用：檢查工件表面的平整度，還可以做增透膜 2光的衍射 (1)光的衍射現(xiàn)象：光在遇到障礙物時，偏離直線傳播方向而照射到 區(qū)域的現(xiàn)象 (2)發(fā)生

4、明顯衍射現(xiàn)象的條件：當孔或障礙物的尺寸比光波波長小，或者跟波長差不多時，光才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 (3)各種衍射圖樣 單縫衍射：中央為 ，兩側(cè)有明暗相間的條紋，但間距和 不同用白光做衍射實驗時，中央條紋仍為 ，最靠近中央的是紫光，最遠離中央的是紅光 圓孔衍射：明暗相間的不等距 泊松亮斑(圓盤衍射)：光照射到一個半徑很小的圓盤后，在圓盤的陰影中心出現(xiàn)的亮斑，這是光能發(fā)生衍射的有力證據(jù)之一 (4)衍射與干涉的比較 3光的偏振現(xiàn)象 (1)偏振光：在 于傳播方向的平面上，只沿著某個特定的方向振動的光 (2)自然光：太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光包含沿一切方向振動的光，而且在各個方向上的光波強度都相等 (

5、3)光的偏振現(xiàn)象說明光是 波 (4)獲得偏振光的方法有兩種：讓自然光經(jīng)過 或使反射光與折射光垂直 (5)偏振光的應(yīng)用：水下照像、立體電影等 (6)平時我們所看到的光，除了直接從光源發(fā)出的光以外都是偏振光 Ø 對折射率的理解1.折射率是用光線從真空斜射入介質(zhì)，入射角的正弦與折射角的正弦之比定義的由于光路可逆，入射角、折射角隨光路可逆而“換位”，因此，在應(yīng)用時折射率可記憶為n (真空角為真空中的光線與法線的夾角，介質(zhì)角為介質(zhì)中的光線與法線的夾角) 2折射率的大小不僅反映了介質(zhì)對光的折射本領(lǐng)，也反映了光在介質(zhì)中傳播速度的大小，v 3折射率的大小不僅與介質(zhì)本身有關(guān)，還與光的頻率有關(guān)同一種介質(zhì)

6、，對頻率大的光折射率大，對頻率小的光折射率小 4同一種色光，在不同介質(zhì)中雖然波速、波長不同，但頻率不變1對于某單色光，玻璃的折射率比水大,則此單色光在玻璃中傳播時（ ）A其速度比在水中大，其波長比在水中長 B其速度比在水中大，其波長比在水中短 C其速度比在水中小，其波長比在水中短 D其速度比在水中小，其波長比在水中長 答案 C 解析 由光在介質(zhì)中的波速與折射率的關(guān)系式v 可知，n玻n水，所以v玻v水，光的頻率與介質(zhì)無關(guān)，只由光源決定，即光在玻璃及水中傳播時不變，據(jù)v，知玻水C項正確 Ø 對全反射的理解1.在光的反射和全反射現(xiàn)象中，均遵循光的反射定律；光路均是可逆的 2當光射到兩種介質(zhì)

7、的界面上時，往往同時發(fā)生光的折射和反射現(xiàn)象，但在全反射現(xiàn)象中，只發(fā)生反射，不發(fā)生折射當折射角等于90°時，實際上就已經(jīng)沒有折射光了 3全反射現(xiàn)象可以從能量的角度去理解：當光由光密介質(zhì)向光疏介質(zhì)時，在入射角逐漸增大的過程中，反射光的能量逐漸增強，折射光的能量逐漸減弱，當入射角等于臨界角時，折射光的能量已經(jīng)減弱為零，這時就發(fā)生了全反射 2(2009·浙江高考)如圖1134所示，有一束平行于等邊三棱鏡截面ABC的單色光從空氣射向E點，并偏折到F點已知入射方向與邊AB的夾角為 30°，E、F分別為邊AB、 BC的中點，則 () A該棱鏡的折射率為B光在F點發(fā)生全反射 C光

8、從空氣進入棱鏡，波長變小 D從F點出射的光束與入射到E點的光束平行 答案 AC解析 由幾何關(guān)系可知，入射角160°，折射角230°.由折射定律n=， A正確；在BC界面上，入射角為30°，根據(jù)計算所得折射率，由折射定律易知，出射角度為60°，不會發(fā)生全反射，B錯誤；光從空氣進入棱鏡，頻率f不變，波速v減小，所以減小，C正確；由上述計算結(jié)果，作出光路圖，可知D錯誤 1無論是應(yīng)用折射定律，還是應(yīng)用全反射分析問題，都應(yīng)準確作出光路圖，個別問題還要注意找出符合邊界條件或恰好發(fā)生全反射的對應(yīng)光線 2光學題目經(jīng)常涉及到日常生活或高科技中的光學元件，如光纖通信、照像機

9、鏡頭等【題型1】折射定律及折射率的應(yīng)用【例1】(2008·寧夏高考)一半徑為R的1/4球體放置在水平桌面上，球體由折射率為的透明材料制成現(xiàn)有一束位于過球心O的豎直平面內(nèi)的光線，平行于桌面射到球體表面上，折射入球體后再從豎直表面射出，如圖所示已知入射光線與桌面的距離為求出射角. 答案60°解析 如圖所示，設(shè)入射光線與1/4球體的交點為C，連接OC，OC即為入射點的法線因此，圖中的角為入射角過C點作球體水平表面的垂線，垂足為B.依題意，COB. 又由OBC知sin設(shè)光線在C點的折射角為，由折射定律得 = 由兩式得30° 由幾何關(guān)系知，光線在球體的豎直表面上的入射角為3

10、0°.由折射定律得= 因此sin解得60° 應(yīng)用折射定律進行相關(guān)計算時，關(guān)鍵是做好光路圖，確定入射角和折射角.【題型2】全反射現(xiàn)象、臨界角及應(yīng)用【例2】(2009·寧夏高考)如圖所示，一棱鏡的截面為直角三角形ABC，A30°，斜邊ABa，棱鏡材料的折射率為n在此截面所在的平面內(nèi)，一條光線以45°的入射角從AC邊的中點M射入棱鏡畫出光路圖，并求光線從棱鏡射出的點的位置(不考慮光線沿原路返回的情況) 解析設(shè)入射角為i，折射角為r，由折射定律得 由已知條件及式得 r30° 如果入射光線在法線的右側(cè)，光路圖如圖所示設(shè)出射點為F，由幾何關(guān)系可得

11、AFM90° AFa 即出射點在AB邊上離A點a的位置 如果入射光線在法線的左側(cè)，光路圖如圖所示設(shè)折射光線與AB的交點為D. 由幾何關(guān)系可知，在D點的入射角 60° 設(shè)全反射的臨界角為C，則 sinc 由和已知條件得 C45° 因此，光在D點發(fā)生全反射 設(shè)此光線的出射點為E，由幾何關(guān)系得DEB90° BDa2AF BEDBsin30° 聯(lián)立式得BEa 即出射點在BC邊上離B點a的位置 以45°的入射角從AC邊的中點M射入棱鏡，對應(yīng)兩個入射方向，解答本題時易出現(xiàn)漏解現(xiàn)象【題型3】光的色散問題分析【例3】abc為一全反射棱鏡，它的主截面是

12、等腰直角三角形，如圖1137所示一束白光垂直入射到ac面上，在ab面上發(fā)生全反射，若光線入射點O的位置保持不變，改變光線的入射方向(不考慮自bc面反射的光線)，則：(1)使入射光按圖中所示的順時針方向逐漸偏轉(zhuǎn)，如果有色光射出ab面，則哪種色光首先射出？(2)使入射光按圖中所示的逆時針方向逐漸偏轉(zhuǎn)，哪種色光首先射出ab面？思路點撥解答本題時應(yīng)注意以下四個方面：(1)明確各種色光折射率的大小關(guān)系(2)比較白光轉(zhuǎn)動時各色光折射角的大小(3)明確各色光在ab面上入射角變化(4)根據(jù)臨界角大小作出判斷答案(1)紅光(2)無光射出ab面解析(1)白光垂直入射ac面后直射到ab面，入射角為45°，

13、發(fā)生全反射說明棱鏡的臨界角C45°，這是對從紅光到紫光的所有色光說的當入射光順時針偏轉(zhuǎn)時，在ac面上發(fā)生色散，不同色光折射不同，紅光偏折小，紫光偏折大，如圖所示，射到ab面上時紅光入射角小，紫光入射角大，但它們都小于45°.另一方面，棱鏡對紅光的臨界角比紫光的臨界角大因此，入射光順時針逐漸偏轉(zhuǎn)時，在ab面上紅光的入射角將首先小于臨界角而射出ab面(2)如果入射光逆時針偏轉(zhuǎn)，則經(jīng)ab面上的紅光、紫光的入射角都大于45°，都發(fā)生全反射而不可能從ab面射出光垂直界面入射時傳播方向不發(fā)生改變，但不垂直界面時光線要發(fā)生折射，紅光折射率小，紫光折射率大，發(fā)生全反射時紅光臨界角

14、大于紫光的臨界角本題中還要注意改變光路的兩種情況要分別考慮，作出光路圖找出在ab界面上的入射角與臨界角的關(guān)系再判斷【課時作業(yè)】1(2009·天津高考)已知某玻璃對藍光的折射率比對紅光的折射率大，則兩種光 () A在該玻璃中傳播時，藍光的速度較大 B以相同的入射角從空氣斜射入該玻璃中，藍光的折射角較大 C從該玻璃中射入空氣發(fā)生全反射時，紅光的臨界角較大 D用同一裝置進行雙縫干涉實驗，藍光的相鄰條紋間距較大 答案C解析在光的折射和干涉現(xiàn)象中有這樣四個公式：v ， n，=，據(jù)此結(jié)合題目中的條件可知只有C正確 2如圖1138所示，一束細光線a射到、兩種介質(zhì)的臨界面后，反射光束只有b，折射光束

15、只有c.下列說法正確的是（） A若a是復色光，則b、c都一定是復色光 B若a是單色光，則b、c都一定是單色光 C若b是復色光，則a、c都一定是復色光 D若b是單色光，則a、c都一定是單色光 答案BD解析光射到兩種介質(zhì)界面上，一定有反射，但不一定有折射；不同頻率的光入射角相同時，折射角一定不同若a是復色光，b一定是復色光，而折射光線只有c，c一定是單色光，而且只有這種頻率的光發(fā)生了折射，其余頻率的光都發(fā)生了全反射若b是復色光，說明a是復色光，但c只能是單色光若b是單色光，說明a一定是單色光，因此c也一定是單色光 3如圖所示的長直光纖，柱芯為玻璃，外層以折射率比玻璃稍低的介質(zhì)包覆若光線自光纖左端進

16、入， 與中心軸的夾角為，則下列有關(guān)此光線傳遞方式的敘述， 正確的是 () A不論為何值，光線都不會發(fā)生全反射 B不論為何值，光線都會發(fā)生全反射 C夠小時，光線才會發(fā)生全反射 D夠大時，光線才會發(fā)生全反射 答案C 解析發(fā)生全反射的條件之一是入射角i要等于或大于臨界角C，即光線傳播到光纖側(cè)面時的入射角i應(yīng)滿足i90°C，90°C，故選項C正確 4(2008·上海高考)在楊氏雙縫干涉實驗中，如果 () A用白光作為光源，屏上將呈現(xiàn)黑白相間的條紋 B用紅光作為光源，屏上將呈現(xiàn)紅黑相間的條紋 C用紅光照射一條狹縫，用紫光照射另一條狹縫，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋 D用紫光作為光源，遮住其中一條狹縫，屏上呈現(xiàn)間距不等的條紋 答案BD 解析在雙縫干涉實驗中，用白光作為光源，將得到彩色條紋，用紅光作為光源，將得到紅黑相間的條紋用不同顏色的光分別照射兩縫，得不到干涉條紋用單色光照射一條縫，得到衍射條紋 5如圖所示為半圓柱形玻璃磚的橫截面，其折