2018-2019学年高二物理新人教版选修3-4课件：第十三章 光 本章整合

本章整合BENZHANG ZHENGHE,本章知识可分为三部分,第一是几何光学,包括光的反射、折射及全反射等知识;第二是物理光学,包括光的干涉、衍射、偏振现象,以及激光的相关知识;最后是有关光的色散的问题。 思考并回答下列问题: 1.思考关于几何光学的相关内容,填写下图。,2.思考光的色散的相关内容,填写下图。 答案：折射 干涉 衍射,3.思考关于物理光学的一些内容,填写下图。,答案：相干光,一束光分散为两束 明暗相间的条纹 路程差是波长的整数倍 路程差是半波长的奇数倍 障碍物或孔的尺寸可以跟光的波长相比,甚至比光的波长还小 一些明暗相间的条纹,中央条纹最宽、最亮 由许多等宽的狭缝等距离排列形成 偏振光 相干性好、平行度好、高亮度 传播信息、激光测距、读取光盘信息、医疗、全息照相,专题一,专题二,专题三,专题一 几何光学 几何光学是以光线为工具研究光的传播规律,所以解决几何光学问题的关键是根据“光的传播规律”画出光路图,然后再利用几何学知识,寻找相应的边角关系。 【例题1】 导学号73884128一个半圆柱形玻璃砖,其横截面是半径为R的半圆,AB为半圆的直径,O为圆心,如图所示。玻璃的折射率为n= 。 (1)一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面,若光线到达上表面后,都能从该表面射出,则入射光束在AB上的最大宽度为多少? (2)一细束光线在O点左侧与O相距 R处垂直于AB从下方入射,求此光线从玻璃砖射出点的位置。,专题四,专题一,专题二,专题三,解析：(1)在O点左侧,设从E点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角,则OE区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出,如图甲所示。由全反射条件有,由几何关系有OE=Rsin 由对称性可知,若光线都能从上表面射出,光束的宽度最大为l=2OE 联立式,代入已知数据得l= R。,专题四,专题一,专题二,专题三,(2)设光线在距O点 R的C点射入后,在上表面的入射角为,由几何关系及式和已知条件得=60° 光线在玻璃砖内会发生三次全反射,最后由G点射出,如图乙所示。由反射定律和几何关系得OG=OC= R 射到G点的光有一部分被反射,沿原路返回到达C点射出。 答案：(1) R (2)见解析,专题四,专题一,专题二,专题三,专题二 测折射率的方法 测折射率常见的方法有成像法、插针法及全反射法,不管哪种方法其实质相同,由折射定律n= 知,只要确定出入射角1及折射角2即可测出介质的折射率。,专题四,专题一,专题二,专题三,【例题2】 在测定玻璃的折射率实验中,在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B,在另一侧再竖直插两个大头针C、D。在插入第四个大头针D时,要使它 。下图是在白纸上留下的实验痕迹,其中直线a、a'是描在纸上的玻璃砖的两个边。根据该图可算得玻璃的折射率n= 。(计算结果保留两位有效数字),专题四,专题一,专题二,专题三,解析：插在D点的大头针必须挡住C及A、B的像,这样才能保证沿A、B的光线折射后经过C、D;作出光路图如图所示,以入射点O为圆心作圆,分别交入射光线与折射光线于E、F,从E、F作法线的垂线交于G、H,用刻度尺量出EG、FH的长分别为6.5 mm 、4.0 mm ,由公式 求出折射率。 答案：挡住C及A、B的像 1.6(1.51.7都算对),专题四,专题一,专题二,专题三,变式训练1某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率,所用的玻璃砖两面平行。正确操作后,作出的光路图及测出的相关角度如图所示。 (1)此玻璃的折射率计算式为n= (用图中的1、2表示); (2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择,为了减小误差,应选用宽度 (选填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。,专题四,专题一,专题二,专题三,解析：据题意可知入射角为(90°-1),折射角为(90°-2),则玻璃 的折射率为 ;玻璃砖越宽,光线在玻璃砖内的传播方向越容易确定,测量结果越准确,故应选用宽度大的玻璃砖来测量。,专题四,专题一,专题二,专题三,专题三 光的干涉 1.产生干涉的条件:两列频率相同、相位差恒定、振动情况相同的光。 2.产生亮暗条纹的条件:当s=k时出现亮条纹;当s=(2k+1) 时出现暗条纹(其中k=0,1,2,)。 3.双缝干涉图样的特点:单色光照射时为间距相同的明暗相间的条纹,白光照射时为彩色条纹。,专题四,专题一,专题二,专题三,5.薄膜干涉 (1)薄膜干涉中的条纹是从薄膜前、后两个表面反射的光在光源这一侧干涉形成的。 (2)肥皂薄膜上同一条纹上的点厚度相同,所以实验得到的条纹为横条纹。,专题四,专题一,专题二,专题三,【例题3】 下图为双缝干涉实验,甲图为用绿光照射时的结果,a为中央亮条纹,a'为相邻亮条纹;乙图为换用另一种单色光照射的结果,a为中央亮条纹,a'为相邻亮条纹,两次实验中双缝间距和双缝到屏的距离相等,以下说法正确的是( ) A.乙图可能是用红光照射,表明红光波长较长 B.乙图可能是用紫光照射,表明紫光波长较长 C.乙图可能是用紫光照射,表明紫光波长较短 D.乙图可能是用红光照射,表明红光波长较短,专题四,专题一,专题二,专题三,解析：由题图知甲图中条纹间距大,由x= 可知,在l和d相同的情况下,x大,则大,所以乙图中所用单色光波长较短,因紫光比绿光波长短,故选项C正确。 答案：C,专题四,专题一,专题二,专题三,变式训练2在用双缝干涉测量光的波长实验中,为使光屏上相邻的条纹间距增大些,可采取的措施是( ) A.换用缝距大些的双缝片 B.换用缝距小些的双缝片 C.适当调大双缝与屏的距离 D.适当调小双缝与屏的距离 解析：根据相邻两条亮条纹(或暗条纹)间距表达式x= 可知,减小d值和增大l值都能达到增大条纹间距的目的。 答案：BC,专题四,专题一,专题二,专题三,专题四,专题四 几何光学与光的本性的结合 几何光学和光的本性(例如干涉、衍射等)结合点是折射率n和光的频率f,n和f间虽然不存在公式关系,但它们的大小存在对应关系:频率f越大,折射率n越大,再由c=f找出与波长的关系,由波长关系可联系双缝干涉、光的衍射等现象的应用。,专题一,专题二,专题三,专题四,【例题4】导学号73884129半圆形玻璃砖横截面,AB为直径,O点为圆心。在该界面内有a、b两束单色可见光从空气垂直于AB射入玻璃砖,两入射点到O点的距离相等。两束光在半圆边界上反射和折射的情况如图所示,则a、b两束光( ) A.在同种均匀介质中传播,a光的传播速度大 B.以相同的入射角从空气斜射入水中,b光的折射角大 C.从同一介质以相同的入射角射向空气,若a光不能进入空气,则b光也不能进入空气 D.分别通过同一双缝干涉装置,a光的相邻亮条纹间距大,专题一,专题二,专题三,专题四,解析：由于两束光的入射点到O点的距离相等,因此它们在半圆边界上的入射角相同,由于b光发生全反射,而a光能够折射,说明b光的全反射临界角小于a光的全反射临界角,由n= 可知,b光在介质中的折射率大于a光的折射率,b光的频率比a光的频率高,由v= 可知,在同种介质中a光的传播速度大,故A项正确;以相同的入射角从空气斜射入水中,b光的折射程度大,折射角小,故B项错误;由于b光全反射临界角小,故C项正确;通过同一双缝干涉装置,频率低的波长长,干涉条纹间距大,故D项正确。 答案：ACD,专题一,专题二,专题三,专题四,变式训练3频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后,其光路如图所示。下列说法正确的是( ) A.单色光1的波长小于单色光2的波长 B.在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度 C.单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间 D.单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角,专题一,专题二,专题三,专题四,解析：根据题图知,单色光1的折射率较大,与单色光2相比,其波长较小,在玻璃中传播速度较小,临界角较小,通过玻璃的时间较长,故选项A、D正确。 答案：AD,