1、第十二单元 光学 电磁波 相对论知识框架 第十二单元 知识框架 考试说明 第十二单元 考试说明 第十二单元 考试说明 复习策略 第十二单元 复习策略 本单元内容是课标高考的选考内容，是选修模块 34 中的重要内容，高考出题的可能性非常大，命题有以下特点：1主要考查对光学和电磁波概念的理解、折射定律的应用、实验：测玻璃的折射率和用双缝干涉实验测量光的波长等，对思维的发散性和深刻性要求不高选择题一般是对于基本概念进行考查，与其他知识联系不大，计算题通常以折射定律和全反射知识结合考查；2联系生活实际、联系体育及科技信息是高考命题的趋势，考查运用知识的能力、建立物理模型的能力和解决实际问题的能力第十二
2、单元 复习策略 本单元复习时应注重基本概念与规律的理解与掌握，注重用几何知识解决光学问题，建议复习时突破以下重点或难点：1透彻理解基本概念，准确地掌握光的折射与全反射、光的干涉和衍射、电磁波谱和相对论知识2掌握折射定律，正确作出光路图，注意数学几何知识的应用，运用光路的可逆原理分析光学问题3电磁波和相对论知识重点进行定性了解使用建议 第十二单元 使用建议 1本单元概念多，在复习单元知识时应注意：(1)重视对物理概念的理解：本单元的概念比较抽象，可以通过直观的例子或实验帮助学生理解(2)注重方法的掌握：对于几何光学问题，要让学生通过光路图、几何知识结合物理规律进行分析2课时安排：本单元建议安排
3、6 课时：第 49 讲 2 课时、第 50 讲、第 51 讲、第 52 讲及单元训练各 1 课时 第49讲 光的折射 全反射 编读互动 第49讲 编读互动 1本讲重点复习光学、电磁波和相对论的基本概念，使学生正确理解光的折射、光的干涉、光的衍射、光的偏振、电磁波、电磁波谱和相对论的有关概念，全反射和折射定律是本单元的复习重点2由于本单元概念较多，可以先让学生自学，完成课时作业，然后再针对学生存在的问题有针对性地讲解第49讲 编读互动(1)通过例 1 和变式题复习折射定律的应用及有关计算问题(2)通过例 2 和变式题复习折射率与光的频率之间的关系和折射率的求解方法(3)通过例 3 和变式题复习对
4、全反射现象的理解和临界角的求解方法(4)通过例 4 和变式题复习折射定律、全反射的综合应用和临界问题的处理方法考点整合 第49讲 考点整合 一、光的折射1.折射定律(1)定义：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的_，入射角的正弦与_成正比(2)表达式：sin1sin2_.2.折射率(1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与_之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率(2)表达式：n_，n_.两侧折射角的正弦常数折射角的正弦cvsin1sin2 第49讲 考点整合 二、光的全反射1.定义：当光从光密介质射向光疏介质，入射角_到一定程度，光全部_
5、回光密介质的现象叫做全反射2.临界角(1)定义：折射角等于_时的入射角叫做临界角(2)表达式：sinC_.(3)产生全反射现象的条件：光从光密介质射向光疏介质，并且入射角_临界角(4)应用：全反射棱镜、_.反射增大901n大于或等于光导纤维第49讲 考点整合 三、光的色散1.概念：含有多种颜色的光被分解为_的现象叫做光的色散2.光谱：各种色光按其波长的_就是光谱可见光按波长从大到小的排列顺序是：红、橙、_、绿、_、靛、紫单色光有序排列黄蓝要点探究 探究点一 折射定律的理解及应用第49讲 要点探究 1.光线的偏折方向如果光线从光疏介质(折射率小的介质)斜射入光密介质(折射率大的介质)，光线向法线
6、偏折，入射角大于折射角，随着入射角的增大(减小)，折射角增大(减小)；如果光线从光密介质斜射入光疏介质，入射角小于折射角，随着入射角(小于临界角)的增大(减小)，折射角也增大(减小)第49讲 要点探究 2.光路的可逆性在光的折射现象中，光路是可逆的如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射第49讲 要点探究 例 1 2010厦门双十中学 如图 491 所示为一块建筑用幕墙玻璃的剖面图，在其上建立直角坐标系 xOy，设该玻璃的折射率沿y 轴正方向发生变化现有一单色光 a 从原点 O 以某一入射角 由空气射入该玻璃内部，且单色光 a 在玻璃内部的传播路径如图中实线所
7、示，则玻璃的折射率沿 y 轴正方向发生变化的情况是()A.折射率沿 y 轴正方向减小B.折射率沿 y 轴正方向先减小后增大C.折射率沿 y 轴正方向增大D.折射率沿 y 轴正方向先增大后减小第49讲 要点探究 例 1 A 解析 本题考查光的折射规律、全反射的条件任取一个平行于 x 轴的界面，作入射点的入射光线和折射光线，可以发现折射角总是大于入射角，说明界面上方的介质为光疏介质，下方为光密介质，沿 y 轴正方向的折射率越来越小，光线最终发生全反射A 项正确 第49讲 要点探究 一束单色光斜射到厚平板玻璃的一个表面上，经两次折射后从玻璃板另一个表面射出，出射光线相对于入射光线侧移了一段距离在下列
8、情况下，出射光线侧移距离最大的是()A.红光以 30的入射角入射B.红光以 45的入射角入射C.紫光以 30的入射角入射D.紫光以 45的入射角入射第49讲 要点探究 变式题 D 解析 因为同种介质对紫光的折射率较大，故入射角相同时，紫光侧移距离较大，A、B 项错；设入 射 角 为i，折 射 角 为r，则 侧 移 距 离x dsini1cosin2sin2i，可见对于同一种色光，入射角越大，侧移距离越大，D 项正确 探究点二 折射率的求解及波速、波长和频率(周期)的关系第49讲 要点探究 1.对介质折射率的进一步理解(1)折射率是表征介质性质的物理量，其大小仅由介质本身的光学性质和光的频率决定
9、折射率的大小可由 nsin1sin2(光由真空斜射入某介质)计算，但折射率大小与入射角 1、折射角 2 无关(2)折射率的大小是由光在介质中的光速 v 决定的，由 ncv可计算光的折射率对两种介质来说，若 n1n2，则折射率为 n1 的介质称为光密介质，折射率为 n2 的介质称为光疏介质第49讲 要点探究(3)介质的折射率不但与介质的性质有关，还与光的频率有关不同频率的光在同一介质中的折射率不同，频率越大，折射率越大2.光的波长、波速及频率的关系三者关系为 vf.光从一种介质进入另一种介质时，频率不变，波长改变，光速改变第49讲 要点探究 例 2 2010新课标卷 如图 492 所示，一个三棱
10、镜的截面为等腰直角ABC，A 为直角此截面所在平面内的光线沿平行于 BC 边的方向射到 AB 边，进入棱镜后直接射到 AC边上，并刚好能发生全反射该棱镜材料的折射率为()A.62B.2C.32D.3第49讲 要点探究 例 2 A 解析 如图所示，根据折射率定义有，sin1nsin2，nsin31，已知145，2390，解得：n 62.第49讲 要点探究 如图 493 所示，一束单色光射入一玻璃球体，入射角为 60.已知光线在玻璃球内经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行此玻璃的折射率为()图 493A.2B1.5 C.3D2第49讲 要点探究 变式题 C 解析 如图所示为光线在玻璃球
11、内的光路图A、C 为折射点，B 为反射点，作 OD 平行于入射光线，故AODCOD60，所以OAB30，玻璃的折射率 nsin60sin30 3.探究点三 全反射现象的理解及应用第49讲 要点探究 1.光的反射和全反射现象均遵循光的反射定律，光路均是可逆的2.光线射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象当光从光密介质射向光疏介质，且入射角增大到临界角时，发生全反射现象，折射光线消失第49讲 要点探究 3.光导纤维：简称“光纤”，它是非常细的特制玻璃丝(直径在几微米到一百微米之间)，由内芯和外套两层构成内芯的折射率比外套的大，光在内芯中传播时，在内芯与外套的界面上发生全反射，使反射
12、光的能量最强，实现远距离传送，因此光信号能携带着数码信息、电视图像、声音等沿着光纤传输到很远的地方，实现光纤通信第49讲 要点探究 例 3 如图 494 所示，空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为 r，外圆半径为 R，R 2r.现有一束单色光垂直于水平端面 A 射入透明柱体，只经过两次全反射就垂直于水平端面 B 射出设透明柱体的折射率为 n，光在透明柱体内传播的时间为 t，若真空中的光速为 c，则()n 可能为 3 n 可能为 2t 可能为2 2rct 可能为4.8rc 图 494A.B C D第49讲 要点探究 例 3 A 解析 只经过两次全反射，可知第一次入射角为 45，反
13、射光路图如图所示根据全反射可知临界角C45，再根据 n 1sinC可知 n 2，正确；光在透明柱体中运动路程为 L4r，运动时间为 tLv4nrc，则 t4 2rc，均错 第49讲 要点探究 如图 495 所示，MN 是位于竖直平面内的光屏，放在水平面上的半圆柱形玻璃砖的平面部分 ab 与屏平行由光源 S 发出的一束白光从半圆沿半径射入玻璃砖，通过圆心 O 再射到屏上在水平面内以 O 点为圆心沿逆时针方向缓缓转动玻璃砖，在光屏上出现了彩色光带当玻璃砖转动角度大于某一值时，屏上彩色光带中的某种颜色的色光首先消失有关彩色光带的排列顺序和最先消失的色光是()图 495A.左紫右红，紫光B.左红右紫，
14、紫光C.左紫右红，红光D.左红右紫，红光第49讲 要点探究 变式题 B 解析 在水平面内以 O 为圆心沿逆时针方向缓慢转动玻璃砖，光线发生如图所示的折射，折射程度最大的是紫光，折射程度最小的是红光，因此左红右紫；随着转动，紫光的折射角最先达到 90，因此紫光最先发生全反射，最先消失，B 项正确第49讲 要点探究 探究点四 折射定律与全反射综合1.玻璃砖对光路的控制对于两面平行的玻璃砖，其出射光线和入射光线平行，且光线发生了侧移2.三棱镜对光路的控制及成像(1)三棱镜对光路的作用光密三棱镜：光线两次折射均向底面偏折光疏三棱镜：光线两次折射均向顶角偏折全反射棱镜(等腰直角棱镜)第49讲 要点探究
15、a.当光线从一直角边垂直射入时，在斜边发生全反射，从另一直角边垂直射出b.当光线垂直于斜边时，在两直角边发生全反射后又垂直于斜边射出c.全反射棱镜和平面镜在改变光路方面，效果是相同的，全反射棱镜成像更清晰，光能量损失更少(2)三棱镜成像当物体发出的光线从三棱镜的一侧面射入，从另一侧面射出时，逆着出射光线可以看到物体的虚像第49讲 要点探究 例 4 2010重庆卷 如图 496 所示，空气中有一折射率为 2的玻璃柱体，其横截面是圆心角为 90、半径为 R 的扇形 OAB，一束平行光平行于横截面，以 45入射角照射到 OA 上，OB 不透光，若只考虑首次入射到圆弧 AB 上的光，则 AB 上有光透
16、出部分的弧长为()A.16R B.14RC.13R D.512R图 496第49讲 要点探究 例 4 B 解析 本题考查光的折射和全反射的知识光路图如图所示，在 C 点发生全反射，所以 CA段没有光射出，而 DB段没有光射到，所以有光透出的部分是 CD，根据临界角公式 sinC 12得临界角为45.由于从 OA 面上射入的光线入射角都相同，故折射光线互相平行，所以圆弧 CD对应的圆心角等于临界角 45，对应的弧长为：sR14R，选项 B 正确第49讲 要点探究 点评 解决本题的关键是找到恰好发生全反射的临界光线，作出临界光线的光路图；找出另一侧的边界光线，作出光路图，根据几何知识和物理规律进行
17、求解下列变式题是三棱镜与半圆玻璃砖相结合的问题第49讲 要点探究 2010惠安模拟 在空气中，一条光线以 60的入射角射到一平行玻璃板的上表面 ab 上，已知该玻璃的折射率为 3，下列说法正确的是()图 497A.光线可能在 ab 面上发生全反射而不能进入玻璃板B.光线肯定能从 ab 面进入玻璃板且折射角为 30C.光线可能在 cd 面上发生全反射而不能射出玻璃板D.光线肯定能从 cd 面射出玻璃板且折射角大于 60第49讲 要点探究 变式题 B 解析 只有当光从光密介质斜射入光疏介质时，才有可能发生全反射，A 错误；由 nsinisinr得，故折射角 r30，B 正确；入射光线经平行玻璃板折射后，折射光线应与入射光线平行，CD 错误