2012届高考物理第一轮复习光学学案

编辑: 逍遥路 关键词: 高三 来源: 高中学习网


第十六 光学


1.光学包括两大部分内容:几何光学和物理光学.几何光学是以光的直线传播为基础,研究光在介质中的传播规律;物理光学是研究光的本性及规律的学科.
2.本重点考查光的折射定律,折射率,临界角,光的干涉;其次考查余反射、光的衍射、光的偏振等基本规律、概念的理解和掌握,以及通过作光路图,结合几何关系的计算考查学生对基本规律的应用.
3.从今年的考试要求看,这一部分的试题难度会有所下降,因此对基本概念、规律的理解要透彻,尤其是一些常识性的知识点.同时,要注意该部分内容与实际生产、生活的联系.

第一时 光的折射 全反射

【要求】
1.了解光的折射定律、理解光的折射率。
2.了解光的全反射现象、光的色散现象。
【知识再现】
一、 光的折射与折射率
1.定义:光由一种介质射入另一种介质,在介面上光路发生改变的现象,叫光的折射.
2.折射定律:折射光线跟 光线和 在同一平面内, 光线和 光线分别位于 的两侧, 的正弦跟的 正弦成比.
3.折射率
(1)折射率:光从 射入 发生折射时, 的正弦与 的正弦之比,叫作这种介质的折射率.
(2)表达式 或 。
二、全反射与临界角
1.全反射现象:光从 介质人射到 介质的分界面上时,折射光线消失,光全部反射回 介质的现象.
2.临界角:折射角等于900时的 叫临界角.
3.发生全反射的条:
①光由 介质射向 ;
②入射角 临界角.
4.应用:光导纤维(如图所示):

三、棱镜与光的色散
1.棱镜:光线照射到棱镜的一个侧面上时,经两个侧面折射后,出射光线向棱镜的 偏折。物体经棱镜所成的虚像向 方向偏移。
2.白光通过棱镜折射后会发生色散现象。单色光排列的顺序 。光的色散表明:
①白光是 ;
②同一介质对不同色光的 ,频率越高光的折射率越大。


知识点一光的折射与折射率
1.折射率反映了材料折光性能的强弱,同一色光在同种介质中折射率相同。
2.折射率等于光线从真空斜射入介质,入射角正弦与折射角正弦的比值,
3.折射率等于光在真空中的速度与在介质中的速度之比,n=c/v
4.任何材料的折射率都大于1。
思考:入入射角为00,折射角也是00,折射光线没有偏折就不是折射现象吗?

【应用1】(徐州市2008高三摸底考试)如图所示,某透明液体深1m,一束与水平面成300角的光线照向该液体,进入该液体的光线与水平面的夹角为450。试求:①该液体的折射率;
②进入液面的光线经多长时间可以照到底面。
导示:①因为入射角
折射角
所以
②光在液体中传播的速度时:位移 m
速度 m/s 所以: s
知识点二全反射和临界角
1.光疏介质和光密介质:两种介质比较,折射率小的介质叫 介质,折射率大的介质叫 介质;“光疏”和“光密”具有相对性。
2.全反射现象:光从 介质入射到 介质的分界面上时,当入射角增大到一定程度时,光全部反射回 介质,这一现象叫全反射现象。
3.临界角:折射角等于 时的 叫做临界角。用C表示, 。
4.发生全反射的条:(1)光从 介质入射到 介质;(2)入射角 临界角。
【应用2】在一个圆形轻木塞的中心插上一根大头针,然后把它倒放在水面上,调节针插入的深度,使观察者不论在什么位置都刚好不能看到水下的大头针,如图所示,量出针露出的长度为d,木塞得半径为r,求水的折射率。
导示:当调节针插入的深度后,使观察者不论在什么位置都刚好 不能看到水下的大头针时,表明此时A点发出的光线发生了全反射。如图所示,
从A 点发出的光到达B点恰好以临界角C入射,因此sinC=1/n,
在 AOB中tanC=r/D,
而 ,
所以n=
处理这类问题通常是先画出临界几何光路图,再用折射定律,全反射的知识求解。
知识点三棱镜对光路作用与光的色散
1.三棱镜对光线的作用
①光密三棱镜:当光线从一侧面射入,从另一侧面射出时,光线两次均向底面偏折。
思考:光疏三棱镜对光路的特点?

②全反射棱镜(等腰直角棱镜):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。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。
③三棱镜成像: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。
2.光的色散
①由于各种色光的折射率不同,因此一细束复色光经三棱镜折射后将发生色散现象。
②白光通过三棱镜,要发生色散,红光偏折角最小,紫光偏折角最大.偏折角从小到大的顺序是:红、橙、黄、绿、蓝、紫.
③结论——从红到紫的方向有:
(1)同一介质对不同色光的折射率逐渐增大.
(2)在同一介质中不同色光的传播速度逐渐减小.
(3)光的频率逐渐增大.
(4)在真空中的波长逐渐减小.
(5)光子的能量逐渐增大.
【应用3】(江苏九校2007年第二次联考试卷)如图所示,截面为ABC的玻璃直角三棱镜放置在空气中,宽度均为d的紫、红两束光垂直照射三棱镜的一个直角边AB,在三棱镜的另一侧放置一平行于AB边的光屏,屏的距离远近可调,在屏上出现紫、红两条光带,可能是( )
A.紫色光带在上,红色光带在下,紫色光带较宽
B.紫色光带在下,红色光带在上,紫色光带较宽
C.红色光带在上,紫色光带在下,红色光带较宽
D.红色光带在下,紫色光带在上,红色光带较宽
导示: 紫光的频率比红光大,故三棱镜对紫光的折射率比对红光大,通过三棱镜后紫光偏离入射方向的角度大,当光屏离三棱镜的距离适当时,紫光既可以在红光的上面,也可以在红光的下面.
故选CD

类型一折射率及全反射的综合应用
【例1】一个横截面为半圆形的光学元,其材料的折射率为n= ,一束平行光以45º的入射角射向其上表面,如图所示。求:在图中标出入射光能从其半圆面上射出的范围。
导示:如图所示,由折射定率定义:n= ,可得θ=300,从圆心O射入的光线到达半圆周上的C点时,入射角为00,因此一定有光线射出。从C点向左右两边移动,射到半圆周上的光线的入射角都将逐渐增大。当入射角增大到临界角时,光线发生全反射,不再能够从该元射出。由sinθ0=1/n,求出临界角为θ0=450。设光线射到C点左边某一点A时刚好有入射角α=θ0=450,从图中可以看出ΔAOD中β=600,所以γ=750;同理设光线射到C点右边某一点B时刚好有入射角α=θ0=450,从图中可以看出ΔBOE中的σ=150。只有以上得到的A、B两点间的圆弧上,才有光线射出。AB弧的度数是900º。
(1)对射到圆弧上的光线,一定要做出过该点的半径,因为该半径就是法线。有了法线,入射角、折射角就都好分析了。(2)通过这道题体会一下作图和计算的关系.做有关折射、全反射的题目,必须尽量准确地作图,同时利用几何关系进行计算。
类型二视深问题
【例2】如图所示,一个物点位于折射率为n的媒质中h0深处,证明当在媒质界面正上方观察时,物体的视深为:h= h0/n。
导示:根据光路可逆和折射定律:n=
一般瞳孔的线度d=2~3毫米,因此i和r都非常小,则
sini tgi= ,sinr tgr= 。故有n= =
即h=h0/n。
思考:如何证明视高?


1.(连云港市2007届高三年级第三次调研)如图所示,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轴正方向均匀发生变化。现有一单色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在该材料内部的传播路径如图中实线所示。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轴正方向均匀减小
B.折射率沿y轴正方向均匀增大
C.折射率沿y轴正方向先均匀减小后均匀增大
D.折射率沿y轴正方向先均匀增大后均匀减小
2.5.(广州市重点中学2008高三质检)如图从点光S发出的一细束白光以入射到三棱镜的表面,经过三棱镜的折射后发生色散现象,在光屏的ab间形成一条彩色光带.下面的说法中正确的是( )
A. a侧是红光,b是紫光
B. 在真空中a光的波长小于b光的波长
C .三棱镜对a光的折射率大于对b光的折射率
D. 三棱镜中a光的传播速率大于b光的传播速率
3.如图,等腰棱镜的顶角为30°,光线D垂直于AC边射向棱镜,入射光线D和折射光线ON的延长线夹角为30°,则光在这种玻璃中传播的速度大小为__________m/s.

4.如图所示,一透明塑料棒的折射率为n,光线由棒的一端面射入,当入射角i在一定范围内变化时,光将全部从另一端面射出。当入射角为i时,光在棒的内侧面恰好发生全反射。

答案:1.A 2.BD 3. 4.




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