1、物 理 选修3-4 人教版新课标导学第十三章 光 章 末 小 结 1 知识结构 2 规律方法 3 触及高考 知 识 结 构光几何光学折射现象 折射定律 折射成像玻璃砖棱镜色散光谱光的颜色 光几何光学折射现象折射率 定义测量方法 nsin1sin2光密、光疏介质ncv全反射条件临界角 光导纤维、全反射棱镜 光 波动光学光的干涉双缝干涉测单色光的波长薄膜干涉肥皂膜增透膜空气膜光的衍射单缝衍射小圆孔、小圆盘衍射衍射光栅 光波动光学 光的偏振证明光是横波偏振的概念自然光和偏振光的区别激光激光的特点及其应用全息照相规 律 方 法一、光的折射和全反射光的折射和全反射分别遵循折射定律和反射定律，这部分知识主
2、要集中在以下几点：折射定律、折射率 nsin1sin2，临界角公式 sinC1n、光学元件(如平行玻璃砖、全反射棱镜、半圆形玻璃砖等)的光学性质等，需注意问题：1入射角 1 和折射角 2 都是光线与法线的夹角，在折射现象中，光路是可逆的。2介质折射率：nsin1sin2。任何介质的折射率都大于 1；折射率决定于介质的光学特性和光的频率。当光由光疏介质进入光密介质时，折射角 2 小于入射角 1；当光由光密介质进入光疏介质时，折射角 2 大于入射角 1，此时 nsin2sin1。3全反射现象在现代科技和生活中有着广泛的应用，解决此类问题时要理解全反射的条件和临界角的定义。4解题时要根据两个定律作出
3、光路图，再根据几何关系找出各个物理量之间的关系，根据 nsin1sin2cv和 cf进行分析求解。(江苏徐州市 2016 年高二下学期期末)如图所示，一救生艇停在平静的水面上，艇前部上端有一标记 P，在其正前方 A 处有一浮标，测得 PA 连线与竖直方向的夹角为 53。潜水员下潜至水下 B 点时，看到 P 刚好被浮标挡住，且恰好看到艇尾端后方水面上的景物，已知水的折射率 n43，B 点到艇尾部的水平距离 L6m，忽略救生艇的吃水深度。(1)求光在水中的传播速度的大小v；(2)求B点到水面的竖直距离H；(3)若潜水员从B点竖直上升至B时(图中未标出)，水面上方所有的景物都出现在顶角为2ABD的圆
4、锥里，求B点到水面的竖直距离h。解析：(1)vcn310843m/s2.25108m/s(2)根据题意作出光路图，如图所示：由图可得 sinC1n34H LtanC 637m2 7m(3)由图可知，根据折射定律 nsin53sin 43所以 sin0.6又因为 tanADH，tanCADh由此可得 B点到水面的竖直距离 h3.5m。答案：(1)2.25108m/s(2)2 7m(3)3.5m二、光的干涉、衍射和偏振1光的干涉(1)频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两个相干光源发出的光相遇，才能产生稳定的干涉现象。(2)产生明暗条纹的条件若用单色光，在屏上将出现明暗相间的条纹，当两个光源到屏上
5、某点的路程差为波长的整数倍，即 sn(n0,1,2，)时，两列光在这点相互加强，这里出现亮条纹；当两个光源到屏上某点的路程差为半波长的奇数倍，即 s(2n1)2(n0,1,2，)时，两列光在这点相互削弱，这里出现暗条纹。(3)薄膜干涉的明暗条纹由薄膜的前后两个表面反射的两列光波叠加而成。劈形薄膜干涉可产生等间距的条纹。(4)波长的测量明纹之间或暗纹之间的距离总是相等的，根据公式 xld，在狭缝间距离和狭缝与屏距离都不变的条件下，条纹的间距跟波长成正比。2光的衍射(1)光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象，叫光的衍射。(2)产生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸跟光的波长差不多甚至比光的波长还要
6、小。3光的偏振(1)光只沿着某一特定的方向振动，称为光的偏振。(2)平时我们所看到的光，除直接从光源射来的以外都是偏振光。(3)光的偏振也证明了光是一种波，而且是横波。(河北省馆陶县一中2017年高二下学期期末)1966年华裔科学家高锟博士提出一个理论：直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来做为光的波导来传输大量信息，43年后高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖，他被誉为“光纤通讯之父”。以下哪个实验或现象的原理和光导纤维是相同的()A A图甲中，弯曲的水流可以导光B图乙中，用偏振眼镜看3D电影，感受到立体的影像C图丙中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色D图丁中，白光通过三棱镜，出现色散现象 解析：图甲中，
7、弯曲的水流可以导光是因为光在水和空气界面上发生了全反射现象，故与光导纤维原理相同，A正确；图乙中，用偏振眼镜看3D电影，感受到立体的影像是因为光的偏振现象，B错误；图丙中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色是因为光的干涉现象，C错误；图丁中，白光通过三棱镜，出现色散现象是因为光发生了折射现象，D错误。三、光的折射对光路的控制 1玻璃砖对光路的控制：两平面平行的玻璃砖，出射光线和入射光线平行，且光线发生了侧移，如图所示。2三棱镜对光路的控制(1)光密三棱镜：光线两次折射均向底面偏折，偏折角为，如图所示。(2)光疏三棱镜：光线两次折射均向顶角偏折。(3)全反射棱镜(等腰直角棱镜)，如图所示。当光线从一直角边
8、垂直射入时，在斜边发生全反射，从另一直角边垂直射出(如图甲)。当光线垂直于斜边射入时，在两直角边发生全反射后又垂直于斜边射出(如图乙)，入射光线和出射光线互相平行。不同颜色的光的频率不同，在同一种介质中的折射率、光速也不同，发生全反射现象的临界角也不同。(多选)(西北大学附中2016年高二下学期期末)如下图所示为用a、b两种单色光分别通过同一双缝干涉装置获得的干涉图样。现让a、b两种光组成的复色光穿过平行玻璃砖或三棱镜时，光的传播方向中可能正确的是()AD 解析：根据双缝干涉相邻条纹间距公式 xLd 可知，a 光的波长大，则同一介质对 a 光的折射率小，对 b 光的折射率大。根据平行玻璃砖的光
9、学特性可知，出射光线与入射光线平行，由于 a 光的折射率小，偏折程度小，所以出射时 a光应在右侧，故 A 正确；B 错误；由 sinC1n分析可知，a 光的临界角较大，当光从棱镜射入空气中时，若 b 不发生全反射，能射出棱镜，则 a 光一定也不发生全反射，故 C 错误；当光从棱镜射入空气中时，若 a 不发生全反射，能射出棱镜，b 光可能发生全反射不从棱镜射出，此图是可能的，故 D 正确。触 及 高 考 从近几年的高考来看，本章是高考的热点，折射定律和不同色光的折射率问题常常成为考点，而且大多将光的本性和几何光学相结合进行考查，题型多以选择题和计算题形式出现。一、考题探析(2017全国卷，34)
10、(1)在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是_。A改用红色激光 B改用蓝色激光 C减小双缝间距 D将屏幕向远离双缝的位置移动 E将光源向远离双缝的位置移动ACD (2)一直桶状容器的高为2l，底面是边长为l的正方形；容器内装满某种透明液体，过容器中心轴DD、垂直于左右两侧面的剖面图如图所示。容器右侧内壁涂有反光材料，其他内壁涂有吸光材料。在剖面的左下角处有一点光源，已知由液体上表面的D点射出的两束光线相互垂直，求该液体的折射率。解析：(1)由 xLd 可知，改用波长更长的激光照射在双缝上，相邻亮条纹的间距 x
11、 增大，A 项正确，B 项错误；减小双缝间距 d，相邻亮条纹的间距 x增大，C 项正确；将屏幕向远离双缝的位置移动，增大了屏幕与双缝的距离 L，相邻亮条纹的间距 x 增大，D 项正确；相邻亮条纹的间距与光源到双缝的距离无关，E 项错误。(2)设从光源发出直接射到 D 点的光线的入射角为 i1，折射角为 r1。在剖面内作光源相对于反光壁的镜像对称点 C，连接 C、D，交反光壁于 E 点，由光源射向 E 点的光线，反射后沿 ED 射向 D 点。光线在 D 点的入射角为 i2，折射角为 r2，如图所示。设液体的折射率为 n，由折射定律有 nsin i1sin r1 nsini2sinr2 由题意知r
12、1r290 联立式得n21sin2i1sin2i2 由几何关系可知sin i1l24l2l24 117 sin i232l4l29l2435 联立式得n1.55 答案：(2)1.55 二、临场练兵 1(2018北京，15)用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片后()A干涉条纹消失 B彩色条纹中的红色条纹消失 C中央条纹变成暗条纹 D中央条纹变成红色 解析 在光源与单缝之间加上红色滤光片后，只透过红光，屏上出现红光(单色光)的干涉条纹。故选D。D 2(2018全国卷，34)如图，ABC为一玻璃三棱镜的横截面，A30。一束红光垂直AB边射入，从AC边上的D点射出，其折
13、射角为60，则玻璃对红光的折射率为_。若改用蓝光沿同一路径入射，则光线在D点射出时的折射角_(填“小于”“等于”或“大于”)60。3大于解析：根据光路的可逆性，在 AC 面，入射角为 60时，折射角为 30。根据光的折射定律有 nsinisinrsin60sin30 3。玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大，沿同一路径入射时，r 角仍为 30不变，对应的 i 角变大。因此折射角大于 60。3(2016江苏物理，12B)(1)杨氏干涉实验证明光的确是一种波，一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个光源，它们发出的光波满足干涉的必要条件，即两列光的_相同。如图所示，在这两列光波相遇的
14、区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在_(选填“A”、“B”或“C”)点会出现暗条纹。(2)在上述杨氏干涉实验中，若单色光的波长5.89107m，双缝间的距离d1mm，双缝到屏的距离l2m。求第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距。答案：(2)1.178102m频率C 解析：(1)要形成光的干涉，两列光的频率应该相同，在题图所示的干涉区域放置光屏，波峰与波谷相遇的 C 点会出现暗纹。(2)相邻亮条纹的中心间距 xld由题意知，亮条纹的数目 n10则 Lnld代入数据得 L1.178102m 4(2018全国，34)如图，某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“”(图中O点)，
15、然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上，小标记位于AC边上。D位于AB边上，过D点做AC边的垂线交AC于F。该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察，恰好可以看到小标记的像；过O点做AB边的垂线交直线DF于E；DE2cm，EF1cm。求三棱镜的折射率。(不考虑光线在三棱镜中的反射)答案：3 解析：过D点作AB边的法线NN，连接OD，则ODN为O点发出的光线在D点的入射角；设该光线在D点的折射角为，如图所示。根据折射定律有nsin sin 式中 n 为三棱镜的折射率。由几何关系可知60EOF30在OEF 中有EFOEsinEOF由式和题给条件得OE2cm根据题给条件可知，OED
16、 为等腰三角形，有30由式得n 3 5(2018全国卷，34)如图，ABC是一直角三棱镜的横截面，A90，B60。一细光束从BC边的D点折射后，射到AC边的E点，发生全反射后经AB边的F点射出。EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中点。不计多次反射。()求出射光相对于D点的入射光的偏角；()为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？答案：60 2 33 n2解析：()光线在 BC 面上折射，由折射定律有sin i1nsin r1式中，n 为棱镜的折射率，i1 和 r1 分别是该光线在 BC 面上的入射角和折射角。光线在 AC 面上发生全反射，由反射定律有 i2r2式中 i2 和 r2
17、分别是该光线在 AC 面上的入射角和反射角。光线在 AB 面上发生折射，由折射定律有nsin i3sin r3式中 i3 和 r3 分别是该光线在 AB 面上的入射角和折射角。由几何关系得i2r260，r1i330F 点的出射光相对于 D 点的入射光的偏角为(r1i1)(180i2r2)(r3i3)由式得60()光线在 AC 面上发生全反射，光线在 AB 面上不发生全反射，有nsin i2nsin Cnsin i3式中 C 是全反射临界角，满足nsin C1由式知，棱镜的折射率 n 的取值范围应为2 33 n26(2017全国卷，34)如图，一半径为 R 的玻璃半球，O 点是半球的球心，虚线O
18、O表示光轴(过球心O与半球底面垂直的直线)。已知玻璃的折射率为 1.5。现有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光线能从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线)。求：()从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值；()距光轴R3的入射光线经球面折射后与光轴的交点到 O 点的距离。答案：()23R()2.74R解析：()从底面上 A 处射入的光线，在球面上发生折射时的入射角为 i，当 i 等于全反射临界角 ic 时，对应入射光线到光轴的距离最大，设最大距离为 l。iic 设 n 是玻璃的折射率，由全反射临界角的定义有nsinic1 由几何关系有sini lR 联立式并利用题给条件，得l23R()设与光轴相距R3的光线在球面 B 点发生折射时的入射角和折射角分别为 i1 和 r1，由折射定律有nsini1sinr1 设折射光线与光轴的交点为 C，在OBC 中，由正弦定理有sinCRsin180r1OC 由几何关系有Cr1i1 sini113 联立式及题给条件得OC32 2 35R2.74R