第單元光的折射全反射演示文稿

第單元光的折射全反射演示文稿當前第1頁\共有89頁\編于星期五\10點優(yōu)選第單元光的折射全反射當前第2頁\共有89頁\編于星期五\10點1．理解折射、折射率、全反射、臨界角、色散的基本概念，掌握折射定律．2．會用文字敘述光的干涉和衍射，并能夠熟練地運用它們解決有關現(xiàn)象和問題．當前第3頁\共有89頁\編于星期五\10點熟練利用反射定律、折射定律及光路可逆作光路圖．加深對折射率、全反射、臨界角概念的理解．并能結(jié)合實際，解決問題．同時應注意對物理規(guī)律的理解和對物理現(xiàn)象、物理情景和數(shù)學幾何知識結(jié)合的分析能力的培養(yǎng)．物理光學部分應遵循歷史發(fā)展線索，理解干涉、衍射、偏振等現(xiàn)象，并能解釋生活中的相關物理現(xiàn)象．光的偏振、激光這些內(nèi)容，與生產(chǎn)、生活、現(xiàn)代科技聯(lián)系密切，應學以致用．當前第4頁\共有89頁\編于星期五\10點第一單元光的折射、全反射

當前第5頁\共有89頁\編于星期五\10點光的折射：光從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)中，在兩種介質(zhì)的界面處，

發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫光的折射．光的折射定律：折射光線、法線、入射光線都在

；折射光線和入射光線分居在

兩側(cè)；入射角的正弦值與折射角的正弦值的比值

，即＝n(常量)．傳播方向同一個平面內(nèi)法線恒定當前第6頁\共有89頁\編于星期五\10點折射率：光從空氣或真空進入某種介質(zhì)中，入射角的

和折射角的正弦值之比，叫該介質(zhì)的折射率，即n＝.介質(zhì)的折射率等于光在

的速度c與光在該介質(zhì)中的傳播速度v的比值，即n＝.真空中正弦值當前第7頁\共有89頁\編于星期五\10點當前第8頁\共有89頁\編于星期五\10點當前第9頁\共有89頁\編于星期五\10點1．光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)兩種介質(zhì)相比較，折射率

的介質(zhì)叫光密介質(zhì)，折射率

的介質(zhì)叫光疏介質(zhì)．2．臨界角(C)：折射角等于

時的入射角叫臨界角．當光線從某種介質(zhì)射向真空(或空氣)時的臨界角的正弦值為sinC＝ .大90°小當前第10頁\共有89頁\編于星期五\10點3．全反射：光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，如果入射角大于或等于臨界角，折射光線消失，只產(chǎn)生反射的現(xiàn)象叫全反射．4．產(chǎn)生全反射的條件：(1)光要從

進入

，此時折射角大于入射角．(2)入射角要

或等于臨界角．光密介質(zhì)光疏介質(zhì)大于當前第11頁\共有89頁\編于星期五\10點光導纖維利用光的全反射，可制成光導纖維。光從光導纖維一端射入后，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。用光導纖維傳輸信息，既經(jīng)濟又快捷。

當前第12頁\共有89頁\編于星期五\10點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．光線射向兩種介質(zhì)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)生全反射，不發(fā)生折射．折射角等于90°時，實際上就已經(jīng)沒有折射光線了．當前第13頁\共有89頁\編于星期五\10點1．光的色散：

通過三棱鏡后，出射光束變?yōu)?/p>

七色光的光束，這種現(xiàn)象叫光的色散．2．光譜：由七色光組成的

稱光譜．3．棱鏡(1)含義：截面是

的玻璃儀器，可以使光發(fā)生色散，白光的色散表明：各色光在同一介質(zhì)中的

不同．白光紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫光帶三角形折射率當前第14頁\共有89頁\編于星期五\10點(2)三棱鏡對光線的作用：改變光的傳播方向①光密三棱鏡：當光線從一側(cè)面射入，從另一側(cè)面射出時，光線兩次均向底面偏折．偏折角度θ跟棱鏡材料的折射率有關，折射率越大，偏折角度越大.偏折角度θ還跟入射角的大小有關系.當前第15頁\共有89頁\編于星期五\10點(1)由光譜中色光的順序可以看出,紅光的偏向角最小,紫光的偏向角最大.這是因為介質(zhì)對不同色光的折射率不同,n紅<n紫,即以相同的入射角射到棱鏡界面時,不同色光的折射角不同,就是說紫光偏折的更厲害些,所以紫光的偏向角最大.

(2)單色光的顏色是由其頻率決定的,當它從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時,它的頻率不變,因而其顏色也不變.(3)色散的實質(zhì)是由于各種色光在同一介質(zhì)中傳播的速率不同,或同一介質(zhì)對不同色光的折射率不同.即n紅<n橙<n黃<n綠<n藍<n靛<n紫,v紅>v橙>v黃>v綠>v藍<v靛<v紫,那么在同一介質(zhì)中各色光的臨界角C的關系為C紅>C橙>C黃>C綠>C藍>C靛>C紫.在同一介質(zhì)中,頻率較高的光,其波長較短.當前第16頁\共有89頁\編于星期五\10點②全反射棱鏡(等腰直角棱鏡)：當光線從一直角邊

射入時，在斜邊發(fā)生全反射，從另一直角邊垂直射出．當光線垂直于斜邊射入時，在

發(fā)生全反射后又垂直于斜邊射出．全反射棱鏡對光路的控制如圖1所示．圖1垂直兩直角邊當前第17頁\共有89頁\編于星期五\10點③全反射棱鏡的優(yōu)點：全反射棱鏡和平面鏡在改變光路方面，效果是相同的，相比之下，全反射棱鏡成像更

，光能損失更 ．(3)三棱鏡成像：當物體發(fā)出的光線從三棱鏡的一側(cè)面射入，從另一側(cè)面射出時，逆著出射光線可以看到物體的 ．清晰少虛像當前第18頁\共有89頁\編于星期五\10點類別項目平行玻璃磚三棱鏡結(jié)構(gòu)玻璃磚上下表面是平行的橫截面為三角形的三棱鏡對光線的作用過平行玻璃磚的光線不改變傳播方向，但要發(fā)生側(cè)移通過玻璃棱鏡光線經(jīng)兩次折射后，出射光線向棱鏡底面偏折當前第19頁\共有89頁\編于星期五\10點類別項目平行玻璃磚三棱鏡偏轉(zhuǎn)情況討論側(cè)移d的大小取決于平行磚的厚度h、平行磚介質(zhì)的折射率n和光線的入射角θ1，d＝hsinθ1(1

偏折角θ跟棱鏡的材料有關．折射率越大，偏折角越大．因同一介質(zhì)對各種色光的折射率不同，所以各種色光的偏折角也不同，形成色散現(xiàn)象成像特點通過平行玻璃磚看物體時看到的都是物體的虛像隔著棱鏡看物體的像是正立的虛像，像的位置向棱鏡的頂角方向偏移應用實例測定玻璃的折射率反射棱鏡，可改變光的行進方向當前第20頁\共有89頁\編于星期五\10點考題精練1.(2009·廣東高考)在陽光照射下,充滿霧氣的瀑布上方常常會出現(xiàn)美麗的彩虹.彩虹是太陽光射入球形水珠經(jīng)折射?內(nèi)反射,再折射后形成的.光的折射發(fā)生在兩種不同介質(zhì)的_______上,不同的單色光在同種均勻介質(zhì)中_____________________不同.界面的傳播速度/折射率

當前第21頁\共有89頁\編于星期五\10點2.如圖所示,為了觀察門外情況,有人在門上開一小圓孔,將一塊圓柱形玻璃嵌入其中,圓柱體軸線與門面垂直.從圓柱底面中心看出去,可以看到的門外入射光線與軸線間的最大夾角稱做視場角.已知該玻璃的折射率為n,圓柱長為l,底面半徑為r,則視場角是()當前第22頁\共有89頁\編于星期五\10點3.據(jù)報道:2009年十一屆全運會時,光纖通信網(wǎng)將覆蓋所有體育場館,為各項比賽提供安全可靠的通信服務,光纖通信利用光的全反射將大量信息高速傳輸.如圖所示,一條圓柱形的光導纖維,長為L,它的玻璃芯的折射率為n1,外層材料的折射率為n2,光在空氣中的傳播速度為c,若光從它的一端射入經(jīng)全反射后從另一端射出所需的最大時間為t,則下列選項中正確的是(圖中所標的φ為全反射的臨界角)()答案:B當前第23頁\共有89頁\編于星期五\10點4.(2010·課標全國高考理綜)如圖,一個三棱鏡的截面為等腰直角△ABC,∠A為直角.此截面所在平面內(nèi)的光線沿平行于BC邊的方向射到AB邊,進入棱鏡后直接射到AC邊上,并剛好能發(fā)生全反射.該棱鏡材料的折射率為________.(填入正確選項前的字母)當前第24頁\共有89頁\編于星期五\10點5.(2010·重慶高考理綜)如圖所示,空氣中有一折射率為的玻璃柱體,其橫截面是圓心角為90°?半徑為R的扇形OAB.一束平行光平行于橫截面,以45°入射角照射到OA上,OB不透光.若只考慮首次入射到圓弧上的光,則上有光透出部分的弧長為()當前第25頁\共有89頁\編于星期五\10點1．雙縫干涉(1)干涉現(xiàn)象兩列光波在空間相遇時發(fā)生疊加，在某些區(qū)域總加強，在另外一些區(qū)域總減弱，從而出現(xiàn)

的現(xiàn)象叫光的干涉現(xiàn)象．(2)產(chǎn)生干涉的條件兩個振動情況總是

的波源叫相干波源，只有

發(fā)出的光互相疊加，才能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，在屏上出現(xiàn)穩(wěn)定的亮暗相間的條紋．亮暗相間的條紋相同相干波源第2課時光的波動性當前第26頁\共有89頁\編于星期五\10點單色光白光當前第27頁\共有89頁\編于星期五\10點2．薄膜干涉(1)薄膜干涉的成因由薄膜的

反射的兩列光波疊加而成．劈形薄膜干涉可產(chǎn)生

的條紋．特別提醒

1.只有相干光才能形成穩(wěn)定的干涉圖樣.2.單色光形成明暗相間的干涉條紋，白光形成彩色條紋.

前、后表面平行相間當前第28頁\共有89頁\編于星期五\10點(2)薄膜干涉的應用①增透膜：透鏡和棱鏡表面的增透膜的厚度是入射光在薄膜中波長的.②檢查平整程度：待檢平面和標準平面之間的楔形空氣薄膜，用單色光進行照射，入射光從空氣膜的上、下表面反射出兩列光波，形成干涉條紋．待檢平面若是平的，空氣膜厚度相同的各點就位于同一條直線上，干涉條紋是平行的；反之，干涉條紋有

現(xiàn)象．彎曲當前第29頁\共有89頁\編于星期五\10點當前第30頁\共有89頁\編于星期五\10點另一種實現(xiàn)光的干涉裝置牛頓環(huán)壓緊兩塊小玻璃片可看到彩色環(huán)當前第31頁\共有89頁\編于星期五\10點1．光的衍射現(xiàn)象光在遇到

時，偏離直線傳播方向而照射到

的現(xiàn)象叫做光的衍射．2．光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件當孔或障礙物的尺寸比光波波長

，或者跟波長

時，光才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象．障礙物小差不多陰影區(qū)域當前第32頁\共有89頁\編于星期五\10點3．各種衍射圖樣(1)單縫衍射：中央為

，兩側(cè)有明暗相間的條紋，但間距和亮度不同，白光衍射時，中央仍為白色，最靠近中央的是

，最遠離中央的是 ．(2)圓孔衍射：明暗相間的不等距 ．(3)泊松亮斑：光照射到一個

的圓板后，在圓板的陰影中心出現(xiàn)的亮斑，這是光能發(fā)生衍射的有力證據(jù)之一．亮條紋紅光圓環(huán)半徑很小紫光當前第33頁\共有89頁\編于星期五\10點衍射現(xiàn)象衍射現(xiàn)象針尖狹縫圓孔圓屏衍射屏(障礙物)入射光波衍射圖樣觀察屏當前第34頁\共有89頁\編于星期五\10點內(nèi)容干涉衍射現(xiàn)象在光重疊區(qū)域出現(xiàn)加強或減弱的現(xiàn)象光繞過障礙物偏離直線傳播的現(xiàn)象產(chǎn)生條件兩束光頻率相同、相位差恒定，即必須是相干光源障礙物或孔的尺寸比波長小或相差不多(明顯衍射的條件)典型實驗楊氏雙縫實驗、薄膜干涉單縫衍射、圓孔衍射、不透明圓盤衍射圖樣特點中央明紋，兩邊等間距分布的明暗相同條紋中央最寬最亮，兩邊不等間距分布的明暗相間條紋應用檢查平面，增透膜，測定波長當前第35頁\共有89頁\編于星期五\10點(2)衍射現(xiàn)象說明“光沿直線傳播”只是近似規(guī)律，只有在光的波長比障礙物小得多時，光才可以看做是沿直線傳播的．(1)干涉和衍射是波的特征，波長越長，干涉和衍射現(xiàn)象越明顯．在任何情況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是存在明顯與不明顯的差別．當前第36頁\共有89頁\編于星期五\10點1．內(nèi)容：麥克斯韋根據(jù)電磁波與光在真空中的

相同，提出光在本質(zhì)上是一種電磁波，

用實驗證明了光的電磁說的正確性．2．電磁波譜：電磁波按波長由大到小的順序排列為：無線電波、

、

、紫外線、

、γ射線．赫茲傳播速度紅外線可見光X射線當前第37頁\共有89頁\編于星期五\10點1．光的偏振：沿著各個方向振動的光波強度都相同的光叫

.自然光通過

后只剩下沿某一方向振動的光叫偏振光．2．光的偏振證明了光是一種

波．自然光，偏振片橫當前第38頁\共有89頁\編于星期五\10點1．除了直接從光源發(fā)出的光外，日常生活中遇到的光大都是偏振光．2．偏振光的產(chǎn)生方式(1)偏振片只讓某一方向振動的光通過，其他振動方向的光被吸收．(2)通過兩個共軸的偏振片觀察自然光，第一個偏振片的作用是把自然光變成偏振光，叫起偏器．第二個偏振片的作用是檢驗光是否為偏振光，叫檢偏器．當前第39頁\共有89頁\編于星期五\10點3．偏振光的理論意義及應用(1)理論意義：光的干涉和衍射現(xiàn)象充分說明了光是波，但不能確定光波是橫波還是縱波．光的偏振現(xiàn)象說明光波是橫波．(2)應用：照相機鏡頭、立體電影、消除車燈眩光等．當前第40頁\共有89頁\編于星期五\10點1．雙縫干涉雙縫S1、S2之間距離為d，雙縫到屏間的距離為L，屏上一點P到雙縫距離分別為r1和r2，由圖可知雙縫S1和S2到屏上P的路程差為Δx(光程差)．Δx＝r2－r1(1)若光程差Δx是波長λ的整數(shù)倍，即Δx＝nλ(n＝0,1,2,3…)，P點將出現(xiàn)亮條紋，如圖2甲所示．當前第41頁\共有89頁\編于星期五\10點圖2當前第42頁\共有89頁\編于星期五\10點2．薄膜干涉(1)薄膜特點：如圖3所示，由于重力作用，皂膜上薄下厚．(2)相干光線：薄膜前表面AA′和后表面BB′的反射光線疊加．圖3當前第43頁\共有89頁\編于星期五\10點(3)亮紋條件：在P1、P2處，薄膜厚度的2倍為前后表面反射光的光程差，當光程差等于波長整數(shù)倍時，形成亮條紋．(4)暗紋條件：在Q處，光程差等于半波長的奇數(shù)倍時，形成暗條紋．當前第44頁\共有89頁\編于星期五\10點1．檢查精密零件的表面是否平整將被檢查平面和放在上面的透明標準樣板的一端墊一薄片，使樣板的標準平面與被檢查平面間形成一個楔形空氣薄層，單色光從上面照射，入射光在空氣層的上表面a和下表面b反射出兩列光波疊加，從反射光中看到干涉條紋，根據(jù)干涉條紋的形狀來確定被查工作表面的情況，如圖4所示．圖4當前第45頁\共有89頁\編于星期五\10點2．增透膜在光學元件(透鏡、棱鏡)的表面涂上一層薄膜(如氟化鎂)，當薄膜的厚度是入射光在薄膜中波長的時，在薄膜的兩個面上的反射光的光程差恰好等于半波長，因而相互抵消，達到減小反射光、增大透射光強度的目的．當前第46頁\共有89頁\編于星期五\10點(3)自然光射到兩種介質(zhì)的界面上，如果光入射的方向合適，使反射光和折射光之間的夾角恰好是90°，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直．當前第47頁\共有89頁\編于星期五\10點3．偏振光的理論意義及應用(1)理論意義：光的干涉和衍射現(xiàn)象充分說明了光是波，但不能確定光波是橫波還是縱波．光的偏振現(xiàn)象說明光波是橫波．(2)應用：照相機鏡頭、立體電影、消除車燈眩光等．當前第48頁\共有89頁\編于星期五\10點偏振片并非刻有狹縫，而是具有一種特征，即存在一個透振方向，只讓平行于該方向振動的光通過，其他振動方向的光被吸收了．當前第49頁\共有89頁\編于星期五\10點當前第50頁\共有89頁\編于星期五\10點分析：本題涉及兩次折射現(xiàn)象，解答本題應先由幾何知識確定入射角大小，再由折射定律完成運算．圖5當前第51頁\共有89頁\編于星期五\10點圖6當前第52頁\共有89頁\編于星期五\10點答案：60°當前第53頁\共有89頁\編于星期五\10點高分通道本題考查光的折射定律及其應用，解答的關鍵是正確畫出光路圖，利用幾何關系結(jié)合折射定律進行計算．當前第54頁\共有89頁\編于星期五\10點?變式1：一個圓柱形筒，直徑12cm，高16cm.人眼在筒側(cè)上方某處觀察，所見筒側(cè)的深度為9cm，當筒中裝滿液體時，則恰能看到筒側(cè)的最低點．求：(1)此液體的折射率；(2)光在此液體中的傳播速度．當前第55頁\共有89頁\編于星期五\10點圖7當前第56頁\共有89頁\編于星期五\10點圖8當前第57頁\共有89頁\編于星期五\10點圖9當前第58頁\共有89頁\編于星期五\10點圖10當前第59頁\共有89頁\編于星期五\10點當前第60頁\共有89頁\編于星期五\10點高分通道解答這一類問題要抓住折射定律和發(fā)生全反射的條件這個關鍵．在分析、研究光路時，常要假設某一條光線恰能符合題意要求，再據(jù)此畫出其反射、折射或全反射的光路圖，作出推斷或求解．

當前第61頁\共有89頁\編于星期五\10點圖11當前第62頁\共有89頁\編于星期五\10點當前第63頁\共有89頁\編于星期五\10點圖12當前第64頁\共有89頁\編于星期五\10點∴該折射光線與棱鏡AC面夾角為45°；又因為從AC面反射的光線第二次射到AB面上時，由幾何關系知其入射角為0°，∴從AB面上折射出的光線與AB界面夾角為90°，B、D正確．答案：BD當前第65頁\共有89頁\編于星期五\10點【例3】

如圖13，在雙縫干涉實驗中，光源發(fā)出波長為6.0×10－7m的橙光時，在光屏上獲得明暗相間的橙色干涉條紋．在屏上的A點恰是中央一側(cè)的第二條亮條紋，現(xiàn)改用頻率為6.25×1014Hz的光，則在屏上A點應出現(xiàn)明條紋還是暗條紋？圖13當前第66頁\共有89頁\編于星期五\10點答案：暗條紋當前第67頁\共有89頁\編于星期五\10點當前第68頁\共有89頁\編于星期五\10點?變式3：如圖14所示，在雙縫干涉實驗中，S1和S2為雙縫，P是光屏上的一點，已知P點與S1、S2距離之差為2.1×10－6m，分別用A、B兩種單色光在空氣中做雙縫干涉實驗，問P點是亮條紋還是暗條紋？圖14當前第69頁\共有89頁\編于星期五\10點(1)已知A光在折射率為n＝1.5的介質(zhì)中波長為4×10－7m.(2)已知B光在某種介質(zhì)中波長為3.15×10－7m，當B光從這種介質(zhì)射向空氣時，臨界角為37°.(3)若讓A光照射S1，B光照射S2，試分析光屏上能觀察到的現(xiàn)象．當前第70頁\共有89頁\編于星期五\10點當前第71頁\共有89頁\編于星期五\10點答案：(1)暗(2)亮(3)只能觀察到亮光當前第72頁\共有89頁\編于星期五\10點【例4】利用薄膜干涉的原理可以用干涉法檢查平面和制造增透膜，回答以下兩個問題：圖15當前第73頁\共有89頁\編于星期五\10點(1)用如圖15的裝置檢查平面時，是利用了哪兩個表面反射光形成的薄膜干涉圖樣？(2)為了減少光在透鏡表面由于反射帶來的損失，可在透鏡表面涂上一層增透膜，一般用折射率為1.38的氟化鎂，為了使波長為5.52×10－7m的綠光在垂直表面入射時使反射光干涉相消，求所涂的這種增透膜的厚度？當前第74頁\共有89頁\編于星期五\10點當前第75頁\共有89頁\編于星期五\10點答案：(1)b、c表面(2)1×10－7m當前第76頁\共有89頁\編于星期五\10點高分通道(1)薄膜干涉是利用了光在空氣膜前后表面的反射光疊加形成的．(2)增透膜的厚度為某種色光在膜中波長的時，增透膜起到對該種色光增透的作用．當前第77頁\共有89頁\編于星期五\10點?變式4：如圖16所示為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的實驗裝置，P是附有肥皂膜的鐵絲圈，S是一點燃的酒精燈，往火焰上灑些鹽后，在肥皂膜上觀察到的干涉圖樣應是下圖中的 (

)圖16當前第78頁\共有89頁\編于星期五\10點解析：酒精燈發(fā)出的光在肥皂膜前后兩個表面上反射后疊加，形成干涉圖樣，兩列反射光疊加時的路程差與肥皂膜的厚度有關，相同厚度處路程差相同，而同一條明條紋(或暗條紋)上路程差也相同，肥皂膜豎起時同一水平線的膜厚度相同．故肥皂膜上的明(暗)條紋是一些水平的平行直線，即正確答案為D.答案：D當前第79頁\共有89頁\編于星期五\10點1．(2009年臺灣自然高考)如圖17所示的長直光纖，柱芯為玻璃，外層以折射率較玻璃為低的介質(zhì)包覆．若光線自光纖左端進入，與中心軸的夾角為θ，則下列有關此光線傳遞方式的敘述，何者正確？ (

)圖17當前第80頁\共有89頁\編于星期五\10點A．不論θ為何，光線都不會發(fā)生全反射B．不論θ為何，光線都會發(fā)生全反射C．θ夠小時，光線才會發(fā)生全反射D