選修3-4《光學(xué)重點(diǎn)題型突破例析》復(fù)習(xí)課件省名師優(yōu)質(zhì)課賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件市賽課百校聯(lián)賽優(yōu)質(zhì)課一等獎(jiǎng)?wù)n件

光學(xué)重點(diǎn)題型突破例析熱點(diǎn)解讀

光折射定律是光學(xué)中唯一Ⅱ級(jí)要求知識(shí)點(diǎn)，屬高頻考點(diǎn)，另外盡管全反射屬Ⅰ級(jí)要求，但它與折射定律能很好地綜合在一起，而且全反射與生產(chǎn)、生活親密相關(guān)，輕易出聯(lián)絡(luò)實(shí)際題目.如年山東理綜第37（2）題，年浙江理綜第18題，年天津理綜第7題，年寧夏理綜第32（2）題，年山東理綜第37（2）題.光本性在高考中也時(shí)常出現(xiàn)，如年福建理綜第13題，上述考題主要包括四種題型，下面做簡(jiǎn)明分析.章末總結(jié)1/34專(zhuān)題講座專(zhuān)題一光折射問(wèn)題求解方法依據(jù)光折射定律和折射率公式解答問(wèn)題時(shí)，首先依據(jù)題意畫(huà)出光路圖，找出入射角和折射角，并確定其大小，再應(yīng)用和列式求解.注意利用相關(guān)幾何知識(shí)列出輔助方程.【例1】如圖1所表示，真空中有一個(gè)半徑為R=0.1m、質(zhì)量分布均勻玻璃球，頻率為f=5.0×1014

Hz細(xì)激光束在真空中沿直線BC

傳輸，在玻璃球表面C點(diǎn)經(jīng)折射進(jìn)入小球，并在玻璃球表面D點(diǎn)又經(jīng)折射進(jìn)入真空中.已圖12/34知∠COD=120°,玻璃球?qū)υ摷す馐凵渎蕿?求：（1）此激光束在真空中波長(zhǎng)；（2）此激光束進(jìn)入玻璃時(shí)入射角θ1；（3）此激光束穿越玻璃球時(shí)間.解析

（1）(2)設(shè)激光束在玻璃球中折射角為θ2,則由圖知θ2=30°，所以3/34答案（1）6.0×10-7

m

(2)60°(3)1.0×10-9

s點(diǎn)評(píng)

本題考查折射定律利用，解答這類(lèi)問(wèn)題基本方法：（1）結(jié)合題意準(zhǔn)確作出光路圖，注意要作準(zhǔn)法線；（2）利用平面幾何知識(shí)找到入射角和其對(duì)應(yīng)折射角，以及找到邊角間三角函數(shù)關(guān)系；（3）應(yīng)用折射定律（或折射率公式）更方程求解.4/34專(zhuān)題二全反射和臨界角求解方法在解答相關(guān)全反射問(wèn)題時(shí)，應(yīng)依據(jù)公式先求出臨界角，然后畫(huà)出光路圖，結(jié)合相關(guān)知識(shí)列式求解，或者是先畫(huà)光路圖，再利用相關(guān)公式求解未知量.【例2

】

如圖2所表示，AB為一直光導(dǎo)纖維，AB之間距離為l，使一光脈沖信號(hào)從光導(dǎo)纖維中間入射，射入后在光導(dǎo)纖維與空氣界面上恰好發(fā)生全反射，由A點(diǎn)傳輸?shù)紹點(diǎn)所用時(shí)間為t，求光導(dǎo)纖維所用材料折射率n.圖25/34解析

光信號(hào)由A點(diǎn)進(jìn)入光導(dǎo)纖維后，沿AO方向照射到O點(diǎn)，此時(shí)入射角α恰好等于臨界角.光在此介質(zhì)中速度為v，而沿水平方向分速度為vsin

α,沿水平方向傳輸距離為l.設(shè)介質(zhì)折射率為n,則有sin

α=sin

C=

由以上三式解得答案

6/34點(diǎn)評(píng)

聯(lián)絡(luò)實(shí)際全反射問(wèn)題通常需要建立一定物理模型，這么能將看似極難處理實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為熟悉情境，所以讀懂題意、獲取有效信息，是處理這類(lèi)問(wèn)題關(guān)鍵.7/34專(zhuān)題三幾個(gè)測(cè)量折射率方法折射率、折射率測(cè)量是幾何光學(xué)中重點(diǎn)，折射率測(cè)量試驗(yàn)是一個(gè)能夠充分發(fā)揮學(xué)生想像力試驗(yàn).現(xiàn)介紹幾個(gè)測(cè)量玻璃和透明液體折射率方法，以拓寬學(xué)生視野，加深對(duì)折射率、折射率測(cè)量等知識(shí)了解和掌握.1、利用測(cè)折射率n8/34

測(cè)定透明液體折射率試驗(yàn)器材：圓柱形杯（或桶）一個(gè)，細(xì)直鐵絲一根，直尺一根，短尺一根（小于杯子截面內(nèi)直徑）.

試驗(yàn)方法：①把細(xì)直鐵絲PA一端斜插入桶內(nèi)底面邊緣，另一端置于桶上邊緣，把短尺沿底面直徑AC方向放于桶內(nèi)底面上，使鐵絲和底面直徑AC在同一豎直平面內(nèi)，如圖3.②鐵絲位置固定，把待測(cè)液體裝滿杯子，眼睛沿鐵絲PA方向圖39/34定，把待測(cè)液體裝滿杯子，眼睛沿鐵絲PA方向觀察，能夠看到底面短尺B點(diǎn).③用尺子量出AC、OC、OA，從短尺上讀出AB，算出BC、OB.④則sinθ1=AC/OA，sinθ2=BC/OB，由得出折射率n.注意：

利用細(xì)直鐵絲觀察，是為了較準(zhǔn)確確實(shí)定出射光線OP和折射角θ1,提升測(cè)量準(zhǔn)確度.10/342、利用全反射測(cè)折射率（1）測(cè)定半圓形玻璃磚折射率.

試驗(yàn)器材：半圓形玻璃磚，激光器，量角器，白紙.

試驗(yàn)方法：①如圖4，把半圓形玻璃磚平放于白紙上，激光垂直于玻璃磚弧形側(cè)面水平射入玻璃磚，在圓心O所在直邊界面上發(fā)生反射和折射.②逐步增大光在該界面上入射角（保持入射點(diǎn)在圓心O處不變）.

直至折射光消失，發(fā)生全反射.③用量角器量出此時(shí)入射角C（即臨界角），由

n=1/sinC得玻璃折射率n.圖411/34

（2）測(cè)定水折射率.

試驗(yàn)器材：裝滿水臉盆一個(gè)，圓木塞，大頭針，尺子.

試驗(yàn)方法：①量出圓木塞半徑r，在圓木塞圓心處垂直于圓木塞插一枚大頭針，讓木塞浮于水面上.②調(diào)整大頭針插入深度，直至從液面上方各個(gè)方向觀察，恰好看不到大頭針，如圖5.③量出大頭針高度h，算出OA，臨界角C正弦

sinC=r/OA,由n=1/sinC得水折射率.圖512/34

3、用視深法估測(cè)折射率（1）水垂直視深度與實(shí)際深度關(guān)系：如圖6，水下物S成像于S′，物S實(shí)際深度為h，垂直視深度為h′，物S發(fā)出光線在水與空氣界面上入射角和折射角分別為θ1和θ2.tanθ1=x/h′,tanθ2=x/h①得h/h′=tanθ1/tanθ2，因垂直于水面向下觀圖613/34察，θ1和θ2很小，所以有tanθ1≈sinθ1,tanθ2≈sinθ2②得h/h′=tanθ1/tanθ2≈sinθ1/sinθ2=n③所以S垂直視深度為h′=h/n④我們能夠經(jīng)過(guò)測(cè)定水實(shí)際深度和垂直視深度代入④式，求得水折射率.14/34

（2）估測(cè)水折射率.

試驗(yàn)器材：裝滿水透明圓柱形玻璃杯一只，尺子，兩枚相同硬幣.

試驗(yàn)方法：①把一枚硬幣投入杯底右側(cè)，如圖7，雙眼垂直向下觀察該枚硬幣像，同時(shí)手持另一枚硬幣緊靠杯右側(cè)外壁，上下慢慢移動(dòng)，直至二者無(wú)水平視差.②用直尺測(cè)出硬幣垂直視深度h′和實(shí)際深度h.③由n=h/h′式求出水折射率.圖715/34專(zhuān)題四光干涉問(wèn)題在應(yīng)用條紋間距離公式解答問(wèn)題時(shí)，要注意同一色光在不一樣介質(zhì)中波長(zhǎng)不一樣；不一樣色光在同一介質(zhì)中波長(zhǎng)不一樣，結(jié)合等公式進(jìn)行求解.【例3】用氦氖激光器進(jìn)行雙縫干涉試驗(yàn)，已知使用雙縫間距離d=0.1mm，雙縫到屏距離L=6.0m，測(cè)得屏上干涉條紋中亮紋間距是3.8cm，氦氖激光器發(fā)出紅光波長(zhǎng)λ是多少？假如把整個(gè)裝置放入折射率是

4/3水中，這時(shí)屏上條紋間距是多少？16/34解析

由條紋間距Δx、雙縫間距d、雙縫到屏距離L及波長(zhǎng)λ關(guān)系，可測(cè)光波波長(zhǎng)，同理知道水折射率，可知該波在水中波長(zhǎng)，然后由Δx、d、L、λ關(guān)系，可計(jì)算條紋間距.由，能夠得出紅光波長(zhǎng)為激光器發(fā)出紅光波長(zhǎng)是6.3×10-7

m.假如整個(gè)裝置放入水中，激光器發(fā)出紅光在水中波長(zhǎng)為17/34這時(shí)屏上條紋間距是答案

6.3×10-7

m

2.8×10-2

m點(diǎn)評(píng)

試驗(yàn)裝置放在哪種介質(zhì)中就要用哪種介質(zhì)中波長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算，不可張冠李戴.本題中裝置是放在空氣中，故要求出在空氣中波長(zhǎng).要明確同種色光在不一樣介質(zhì)中傳輸時(shí)，頻率不變，但波長(zhǎng)隨波速改變而改變，要注意18/34素能提升1.（·上海，16）用如圖8所示試驗(yàn)裝置觀察光薄膜干涉現(xiàn)象.圖4a是點(diǎn)燃酒精燈（在燈芯上灑些鹽），圖8b是豎立附著一層肥皂液薄膜金屬絲圈.將金屬絲圈在其所在豎直平面內(nèi)遲緩旋轉(zhuǎn)，觀察到現(xiàn)象是（）

圖819/34A.當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)30°時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30°B.當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)45°時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)90°C.當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)60°時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30°D.干涉條紋保持原來(lái)狀態(tài)不變20/34解析因?yàn)橹亓ψ饔?，薄膜形成上薄下厚楔形，薄膜干涉是等厚干涉，厚度相同點(diǎn)在一條水平線上.將金屬絲圈在其所在豎直平面內(nèi)遲緩旋轉(zhuǎn)，厚度相同點(diǎn)仍在原水平線上，故干涉條紋保持原來(lái)位置不變.答案D21/342.如圖9所表示，由紅、紫兩種單色光組成光束a，以入射角θ1從平行玻璃板上表面O點(diǎn)入射.已知平行玻璃板厚度為d，紅光和紫光折射率分別為n1和n2，真空中光速為c.試求：（1）紅光在玻璃中傳輸速度；（2）紅光和紫光在下表面出射點(diǎn)之間距離.圖922/34解析（1）由題意知，紅光在此玻璃中傳輸速度（2）如圖所表示，設(shè)紅光折射角為θ2，紫光折射角為θ2′，依據(jù)折射定律有：紅光故23/34答案

（1）(2)24/343.如圖10所表示，玻璃球半徑為R，折射率n=3，今有一束平行光沿直徑AB方向照射在玻璃球上，試求離AB多遠(yuǎn)入射光線最終射出后沿原方向返回.

解析

作出光路圖，如圖，由光路圖知

θ1=2θ2①②

圖1025/34解①②式得：即θ2=30°,θ1=60°.設(shè)離AB距離為d入射光線最終射出后沿原方向返回，則d=Rsinθ1，即答案26/344.如圖11所表示，ABC是折射率

n=1.5棱鏡，用于某種光學(xué)儀器中，現(xiàn)有一束光線沿MN

方向射到棱鏡AB面上，入射角大小θ1=arcsin0.75，求：（1）光在棱鏡中傳輸速度；（2）畫(huà)出此束光線射出棱鏡后方向，要求寫(xiě)出簡(jiǎn)明分析過(guò)程.（不考慮返回到AB和BC面上光線）圖1127/34解析（1）光在棱鏡中傳輸速度（2）由折射率求得AB面上折射角θ2=30°.由幾何關(guān)系得，BC面上入射角θ=75°-θ2=45°,而n=1.5>2,故全反射臨界角所以光在BC面上發(fā)生全反射，光路圖如圖所表示.答案（1）2×108

m/s

(2)看法析28/34

閱卷現(xiàn)場(chǎng)閱卷手記

本章內(nèi)容主要考查光折射、全反射、色散、衍射、干涉、電磁波譜、電磁場(chǎng)和電磁波以及相對(duì)論基本原理等內(nèi)容.包括方法主要是數(shù)學(xué)知識(shí)在物理中利用.對(duì)用數(shù)學(xué)知識(shí)處理物理問(wèn)題能力要求較高.

本章中錯(cuò)誤主要表現(xiàn)在：解題操作過(guò)程不規(guī)范造成計(jì)算錯(cuò)誤；將幾何光學(xué)與物理光學(xué)綜合時(shí)概念不準(zhǔn)確；不善于用光路圖對(duì)動(dòng)態(tài)過(guò)程作分析.

29/34易錯(cuò)點(diǎn)實(shí)例分析35.不能正確利用折射定律和全反射規(guī)律產(chǎn)生錯(cuò)誤試題回放

據(jù)報(bào)道,年北京奧運(yùn)會(huì)為確保奧運(yùn)通信到達(dá)世界一流水平,成功建設(shè)了六大通信工程,其中奧運(yùn)光纖通信網(wǎng)覆蓋全部奧運(yùn)相關(guān)場(chǎng)所,為各項(xiàng)比賽提供了安全、可靠、迅捷通信服務(wù).光纖通信是利用光全反射將大量信息高速傳輸,其工作原理如圖所表示,假如有一條圓柱形光導(dǎo)纖維,長(zhǎng)為L(zhǎng),它玻璃芯折射率為n1,外層材料折射率為n2,30/34光在空氣中傳輸速度為c,圖1中所標(biāo)φ為全反射臨界