1、本章优化总结第十三章 光专题一 折射率与光速、频率、波长之间的关系1正确、灵活地理解、应用折射公式教材中给出的折射率公式为 nsin 1sin 2(1 为真空中的入射角，2 为某介质中的折射角)根据光路可逆原理，入射角、折射角是可以随光路的逆向而“换位”的我们可以这样来理解、记忆：nsin 1（空）sin 2（介）1nsin 1（介）sin 2（空）.2光的折射与光速、频率、波长关系的综合分析先由折射光路判断光的折射角大小关系，进而得出光的频率关系，然后再根据 ncv和 cf判断出光速、波长的关系(1)折射率与光的频率的关系：在同一介质中，频率越大的光折射率越大，当各种色光通过同一介质时，紫光
2、折射率最大，红光折射率最小(2)折射率与光速及波长的关系：当光从真空进入介质时，频率不变，速度减小，波长减小，sin isin rncv0.如图所示，等边三角形ABC 为透明柱状介质的横截面，一束平行于角平分线 BD 的单色光由 AB 面射入介质，经 AB 面折射的光线恰平行于 BC.(1)求介质对此单色光的折射率 n；(2)若光在真空的传播速度为 c，求光在此介质中的传播速度解析(1)依题意作出光路图，由几何知识得：入射角 i60，折射角 r30 由折射定律 nsin isin r 解得 n 3.(2)若光在真空的传播速度为 c，则光在此介质中的传播速度为 vcn 33 c.答案(1)3(2
3、)33 c 如图所示，水下光源 S向水面 A 点发射一束光线，折射光线分成 a、b 两束，则()A在水中，b 光波长比 a 光波长大Ba、b 两束光相比较，在真空中的传播速度 a 光比 b 光大C用同一双缝干涉实验装置做实验，a 光的干涉条纹间距大于 b 光的条纹间距D若保持入射点 A 位置不变，将入射光线顺时针旋转，则从水面上方观察，a 光先消失解析：选 C.光线发生折射时，偏折角大的折射率大，频率高，波长短由图知 b 光的折射率大，波长短，A 错；真空中，光的传播速度相同，B 错；用同一双缝干涉实验装置做实验时，由 xLd 知波长大的，条纹间距大，C 对；若保持入射点的位置不变，将入射光线
4、顺时针旋转，则 b 光线先发生全反射，D 错专题二 光的反射、折射和全反射的综合问题分析1对全反射的理解光投射到两种介质的界面上会发生反射和折射，入射角和反射角、入射角和折射角的关系分别遵守反射定律和折射定律，当光从光密介质射向光疏介质中时，若入射角等于或者大于临界角会发生全反射现象2对临界角的理解光线从介质进入真空或空气，折射角 290时，发生全反射，此时的入射角 1(介)叫临界角 C.由1nsin 1（介）sin 2（空）sin C，Carcsin 1n.3综合类问题的解题思路(1)确定光是由光密介质进入光疏介质，还是由光疏介质进入光密介质，并根据 sin C1n确定临界角，判断是否发生全
5、反射(2)画出光线发生折射、反射的光路图(全反射问题中关键要画出入射角等于临界角的“临界光路图”)(3)结合光的反射定律、折射定律及临界角 C、几何关系进行分析与计算 如图所示，ABCD 是一直角梯形棱镜的横截面，位于截面所在平面内的一束光线由 O 点垂直 AD 边射入已知棱镜的折射率 n 2，ABBC8 cm，OA2 cm，OAB60.(1)求光线第一次射出棱镜时，出射光线的方向；(2)第一次的出射点距 C 多远解析(1)设发生全反射的临界角为 C，由折射定律得 sin C1n 代入数据得 C45.光路图如图所示，由几何关系可知光线在 AB 边和 BC 边的入射角均为 60，均发生全反射设光
6、线在 CD边的入射角为，折射角为，由几何关系得 30，小于临界角，光线第一次射出棱镜是在 CD 边，由折射定律得nsin sin，代入数据得 45.(2)设光线与 AB 边、BC 边和 CD 边的交点分别为 E、F、G，由几何关系，得 CFAEOAcos 60.又 CGCFtan 两式联立，解得 CG4 33cm，即第一次的出射点距 C4 33cm.答案(1)出射光线与 DC 边的夹角为 45，斜向左下方(2)4 33cm(1)解决几何光学问题应先准确画好光路图(2)用光的全反射条件来判断在某界面是否发生全反射；用折射定律找入射角和折射角的关系(3)在处理几何光学问题时应充分利用光的可逆性、对
7、称性、相似性等几何关系 如图所示，在一个很大的透明容器中有折射率 n 2的透明液体，液体内有一平面镜 M，水平光束 AB射到容器的竖直侧壁上的 B 点后投射到平面镜上 O 点处为了使光束 BO 经 M 一次反射后的光线能够射出液体的上表面，平面镜与水平方向的夹角 应满足什么条件？解析：当光经平面镜反射后，经折射从水中射出，但由于平面镜与水平方向的夹角 的不同取值，光既可向左上方传出，也可向右上方传出，并可能出现光的全反射，如图甲、乙所示 由图甲得，若在水面上发生全反射，有 n1sin C 即 Carcsin 1narcsin 1245 由反射定律及几何关系得 2(90)C90，即 67.5 由
8、图乙及几何关系得 C290，即 22.5 综合两种情况得出：使光束经 M 一次反射后的光线能够射出液体的上表面，平面镜与水平方向的夹角 的范围为 22.567.5.答案：22.567.5专题三 两面平行的玻璃砖对光路的影响光从玻璃砖上表面处折射进入玻璃中，再从下表面折射出玻璃时，满足发生全反射的条件之一，即光由光密介质(玻璃)进入光疏介质(空气)，那么是否可能在玻璃砖下表面上发生全反射呢？答案是不可能这是由于玻璃砖上、下两个表面是平行的，在下表面上的入射角等于上表面处的折射角，如图所示由光路的可逆性可知在玻璃砖下表面上是不可能发生全反射现象的，但光线发生了侧移两面平行的玻璃砖对光路的影响有以下
9、几个方面：(1)不改变入射光的性质和方向，只使光线向偏折方向平行侧移，且入射角(i)、玻璃砖厚度(a)和折射率(n)越大，侧移越大(2)平行光照射到平行玻璃砖上，入射光的宽度等于出射光的宽度，而玻璃砖中折射光的宽度随入射角的增大而减小(3)从平行玻璃砖的正上方观察玻璃砖下面的发光体，观察到的位置比发光体实际位置更接近玻璃砖 如图所示，宽为 a 的平行光束从空气斜射到两面平行的玻璃板上表面，入射角为 45，光束中包含两种波长的光，玻璃板对这两种波长光的折射率分别为 n11.5，n2 3.(1)求每种波长的光射入上表面后的折射角 r1、r2.(2)为使光束从玻璃板下表面出射时能分成不交叠的两束，玻
10、璃板的厚度 d 至少为多少？并画出光路示意图解析(1)由sin isin rn，得 sin r1sin in1 23，sin r2sin in2 66，故 r1arcsin 23，r2arcsin 66.(2)光路图如图所示，为使光束从玻璃板下表面出射时能分成不交叠的两束，设玻璃板的最小厚度为 d，由图可得 dtan r1dtan r2 acos i dacos i（tan r1tan r2）其中 tan r1tan arcsin 23 27 tan r2tan arcsin 66 15 解得 d（7 1010 7）a3.答案 见解析 如图所示，一束光线以 60的入射角射到一水平放置的平面镜上
11、，反射后在上方与平面镜平行的光屏上留下一光点 P，现在将一块上下两面平行的透明体平放在平面镜上，则进入透明体的光线经平面镜反射后再从透明体的上表面射出，打在光屏上的 P点，与原来相比向左平移了 3.46 cm，已知透明体对光的折射率为 3.求光在透明体里运动的时间解析：光路示意图如图所示 由 sin nsin 得 30 由题意及光路图得 s2dtan 602dtan 30，代入数值解得 d1.5 cm 光在透明介质里传播的速度 vcn，光在透明介质里的路程 s 2dcos，所以光在透明体里运动的时间 tsv 2dnccos 21010 s.答案：21010 s专题四 测定介质的折射率1利用折射
12、定律测定液体的折射率所需器材：(1)一根标有刻度的毫米刻度尺；(2)装满待测透明液体的圆柱形玻璃杯方法如下：将直尺 AB 紧挨着杯壁竖直插入杯中，如图所示，在刻度尺的对面观察液面，能同时看到刻度尺在液体中的部分和露出液面的部分；调整视线，直到眼睛从杯子的边缘 D 往下看时，刻度尺上端某刻度 A 经液面反射后形成的像与看到的刻度尺在液体中的某刻度 B 重合；读出 O、A、B、C 四点所对应的刻度值；量出玻璃杯的直径 d；根据几何关系可知 sin 1 dCDdd2OC2，sin 2 dBDdd2OB2，则 nsin 1sin 2 d2OB2d2OC2.2应用全反射测定液体的折射率用一个圆形软木塞，
13、在其中心处竖直地倒插一枚大头针，使其漂浮在待测液体中，如图所示调整大头针的插入深度，使观察者在液体上方的任一位置恰好都看不到大头针的顶部S，可知从 S 发出的光线，在木塞边缘的液体与空气的界面处恰好发生了全反射此时的入射角1 即为该液体发生全反射的临界角 C.测出木塞的半径 r 和大头针顶部的深度 h，则有 sin 1rr2h21n，故液体的折射率 n r2h2r.3用插针法测定半圆形玻璃砖的折射率(1)用插针法测定半圆形玻璃砖的折射率，与用插针法测定方形玻璃砖的折射率的方法基本相同如图所示，将半圆形玻璃砖放在白纸上，记下直径的位置 MN，MN 即为界面，竖直插下大头针 P1 和 P2，使 P
14、1 和 P2 连线的延长线过玻璃砖的圆心 O.在玻璃砖的另一侧竖直插下大头针 P3 和 P4，使 P3 挡住通过玻璃砖观察到的 P2 和 P1 的像，使 P4 挡住 P3 以及 P1、P2 的像移去玻璃砖，连接 P1、P2 及 P3、P4，用量角器测出它们与法线 MN的夹角 i 和 r，由折射定律可知，该玻璃砖的折射率 nsin rsin i.(2)在实验器材未给出量角器的情况下，可以用单位圆作图来计算折射率方法如下：如图所示，以入射点 O 为圆心，以单位长度为半径画一个圆，该圆与入射光线 AO 和折射光线OB 分别交于 P 和 Q 点分别过 P 点和 Q 点作法线 MN的垂线 PP和 QQ，
15、则 nQQPP.(多选)“测定玻璃的折射率”的实验中，在白纸上放好玻璃砖，aa和 bb分别是玻璃砖与空气的两个界面，如图所示在玻璃砖的一侧插上两枚大头针 P1 和 P2，用“”表示大头针的位置，然后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针 P3 和 P4.在插 P3 和 P4 时，应使()AP3 只挡住 P1 的像BP4 只挡住 P2 的像CP3 同时挡住 P1、P2 的像DP4 挡住 P1、P2 的像和 P3解析 在标记出射光线时，需要 P3 同时挡住 P1、P2 的像，P4 挡住 P1、P2 的像和 P3.答案 CD 用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻
16、璃砖的一侧竖直插上两枚大头针 P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使 P1 的像被 P2 的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针 P3 和 P4，使 P3 挡住 P1 和 P2 的像，P4 挡住 P3 以及 P1和 P2 的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中 O 为两圆弧圆心，图中已画出经 P1、P2 点的入射光线(1)在图上补画出所需的光路(2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角和折射角，请在图中的 AB 分界面上画出这两个角(3)用所测物理量计算折射率的公式为 n_(4)为了保证在弧面 CD 得到出射光线，实验过程中，光线在弧面 AB 的入射角应适
17、当_(填“小一些”“无所谓”或“大一些”)(5)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图乙所示的图象，由图象可知该玻璃的折射率 n_解析：(1)连接 P3、P4 与 CD 交于一点，此交点即为光线从玻璃砖中射出的位置，由于 P1、P2 的连线与 AB 的交点即为光线进入玻璃砖的位置，连接两交点即可作出玻璃砖中的光路，如图所示 答案：(1)(2)见解析图(3)sin isin (4)小一些(5)1.5(2)连接 O 点与光线在 AB 上的入射点即为法线，作出入射角和折射角如图中 i、所示(3)由折射定律可得 nsin isin.(4)为了保证能在弧面
18、CD 上有出射光线，实验过程中，光线在弧面 AB 上的入射角应适当小一些，才不会使光线在 CD面上发生全反射(5)图象的斜率 ksin isin n，由题图乙可知斜率为 1.5，即该玻璃的折射率为 1.5.专题五 对光的干涉、衍射、偏振和色散现象的应用1对光的干涉、衍射的理解及应用(1)两者产生条件不同产生干涉现象的条件是两列光的频率相同、振动方向相同、相位差恒定；产生明显衍射现象的条件是障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还要小(2)两者图样特点不同双缝干涉产生的是等间距、等宽度、明暗相间且亮纹亮度基本相同的条纹；单缝衍射产生的是中央亮纹最宽、最亮，其他亮纹窄且暗的明暗相间条
19、纹，并且各相邻条纹间距不等(3)波长对条纹间距的影响无论双缝干涉还是单缝衍射，所形成的条纹间距和宽度都随波长的增大而增大，对于双缝干涉，相邻明纹或暗纹间距为xld.(4)两者成因相同都是波特有的现象，都是波的叠加产生的现象(5)对于双缝加强、减弱点的理解如图所示某点到双缝的路程差为波长的整数倍时，该点为加强点，该处为亮纹，即 xk(k0，1，2，)某点到双缝的路程差为半波长的奇数倍时，该点为减弱点，该处为暗纹，即 x(2k1)2(k0，1，2，)(6)光的波长的测定方法由公式 xld 可知，在双缝干涉实验中，d 是双缝间距，是已知的；l 是双缝到屏的距离，可以测出，那么只要测出相邻两明条纹(或
20、相邻两暗条纹)中心间距 x，即可由公式 dlx计算出入射光波长的大小2对光的偏振现象的理解(1)光的偏振现象证明了光是横波(2)普通光源自行发出的光是自然光，经过介质反射、折射所得的光大多都是偏振光(3)水下摄影、汽车前窗玻璃、立体电影、电子表液晶显示等，都是光的偏振现象的应用3有关色散现象的说明光的颜色是由光的频率决定的光进入不同介质，光的颜色不变，即光的频率不变(1)同种介质对波长 不同的光的折射率不同，越大，n 越小；越小，n 越大(2)由 vcn知，在同一介质中，不同波长的光传播速度不同，越大，v 越大，越小，v 越小(3)光在介质中的传播速度由介质和光的频率共同决定，这与机械波有很大
21、区别，机械波的传播速度仅由介质决定(4)白光通过棱镜、双缝干涉、单缝衍射都发生色散现象(多选)光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是()A用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度利用了光的偏振现象B用三棱镜观察白光看到的彩色图样利用了光的衍射现象C光导纤维传递信息利用了光的全反射现象D光学镜头上的增透膜利用了光的干涉现象解析 检查光学平面的平整程度是利用了薄膜干涉现象，故选项 A 错误；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用了色散现象，故选项 B 错误；光导纤维传递信息是利用了全反射现象，故选项 C 正确；增透膜利用了光的薄膜干涉现象，故选项 D 正确 答案 CD熟悉光的干涉条件和现象、光的衍射现象等是解决本类题的关键 某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到甲图所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如乙图所示他改变的实验条件可能是()A减小光源到单缝的距离B减小双缝之间的距离C减小双缝到光屏之间的距离D换用频率更高的单色光源解析：选 B.由 xld知只有 B 正确本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放
