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1、第第 讲讲 一、光的直线传播 1光沿直线传播的条件:在同一均匀介质中传播 2光线:用来代表光束传播方向的直线,是光束的抽象 3光速:真空中光速为c=3.0108m/s,光在其他介质中光速可由v=c/n 求得,式中n是指介质的折射率,对所有介质来说,n1,故vc. 4光沿直线传播的实例:小孔成像,影的形成,日食和月食 二、光的反射 1反射定律 2平面镜 a平面镜成像的特点:等大、正立、虚像、物像关于镜面对称 b常用作图法:对称法先根据对称性作出物体的像,再作反射光线,反 射光线好像是从像直接发出的 c注意 (1)保持入射光线方向不变,平面镜绕沿镜表面的轴转过 角时,反射光线转 过2 角 (2)作
2、图时要分清光线、光线的延长线、法线的虚实、有无箭头 三、光的折射 4光的色散 白光通过三棱镜后发生色散现象,说明白光是复色光,是由七种色光组成 的 光的颜色由频率决定,光从一种介质进入另一种介质时颜色不变,是因为 频率没有发生改变 相关结论 5.光的折射中,光路也是可逆的 四、光的波动性 1光的干涉 a条件:两光的频率相同是干涉的必要条件 b双缝干涉(双缝关于过单缝的轴线对称时) (1)白光发生双缝干涉时,光屏中央为白色条纹,两边为多级彩纹,且每一 级红色在外,紫色在内 (2)单色光发生双缝干涉,光屏上出现明暗相间的等距条纹 产生明暗条纹的条件:屏上某点到双缝的距离之差为光波波长的整数倍 时,
3、该点处为明纹;屏上某点到双缝的距离之差为半波长的奇数倍时,该点处为 暗纹 条纹间距: ,各级相等 c薄膜干涉 (1)相干光波的获得:薄膜两个面的反射光满足相干条件 (2)现象:单色光照射薄膜,出现明暗相间的条纹;白光照射薄膜,出现彩 色条纹 (3)应用:检测表面平整度;增透膜:其厚度为光在膜中波长的四分之一 2光的衍射 a发生明显衍射的条件:障碍物或小孔的尺寸比波长小或差不多 b常见的几种衍射现象 (1)单缝衍射:单色光入射单缝时,出现明暗相间的不等距条纹,中间条纹较 亮较宽,两侧条纹渐暗渐密白光入射单缝时,出现彩色条纹,中央为白色条纹 (2)圆孔衍射:光入射微小圆孔时,出现明暗相间的不等距环
4、纹 (3)泊松亮斑:当光照到不透明的小圆板上时,在圆板的阴影中心出现的亮 斑(阴影之外是明暗相间的不等距环纹) 3光的偏振 a偏振光与自然光的区别 b自然光通过偏振片后成为偏振光光以特定的角度(布儒斯特角)射向介 质的界面上,使反射光和折射光垂直时,反射光和折射光都是偏振光 c光的偏振现象说明光波是横波 4光的电磁说 a光是一种电磁波 b不同电磁波的产生机理及应用 类型一:光的直线传播规律及应用 光在同一均匀介质中沿直线传播,这一知识往往与物体的其他运动形式 相结合,在解决此类问题时,关键在于画出示意图,并能利用数学中的相似等 相关规律 【例1】如图531 所示,P为一面高墙,M为高h=0.8
5、m的矮墙,S为一点光源, 三者水平距离如图所示,S以速度v0=10m/s竖直向上抛出,求在落回地面前, 矮墙在高墙上的影子消失的时间(g=10m/s2) 图531 【规律方法总结】本题把竖直上抛运动与光的直线传播结合在一起,先应作出 矮墙在高墙上恰好没有影子的临界情况的图示,再利用三角形相似得到S应达 到的高度,再利用竖直上抛运动的规律求时间另外,利用光的直线传播和几 何知识,往往还可以求解影子的大小等问题 【变式题】如图532 ,A是直径为10cm的发光圆,B是直径为5cm的遮光圆板 ,C为光屏,三者中心共轴,AB间相距200cm,当C离B为多远时正好屏上本 影消失,只有半影?这时光屏上的半
6、影的半径是多少?本影可取的最大直径是 多少? 图532 类型二:光的反射及平面镜成像问题 光的反射及平面镜成像问题往往与可以把平面镜成像的特点、物体的运 动、光束的旋转、光斑的移动等问题结合起来,考查考生综合运用知识的能力 【例2】如图激光液面控制仪的原理是:固定的一束激光AO以入射角i照射到水平 液面上,反射光OB射到水平放置的光屏上,屏上用光电管将光讯号转换为电讯号 ,电讯号输入控制系统来控制液面的高度,若发现光点在屏上向右移动了s 距离 ,射到B点,则液面的高度变化是( ) 【答案】D 【规律方法总结】正确画出光路图并运用平面镜成像规律(物、像关于镜面对 称)结合几何知识是分析和解决光的
7、反射及平面镜成像等问题的关键 40 130 图534 类型三:平面镜成像作图法 平面镜成像作图,主要有以下两种类型:1.要求画出某一特定光线;2.要 求画出边界光线,确定某一特定范围 【例3】如图535 ,在平面镜MN上方有一个点光源S,试作出S发出的 经平面镜反射后过P点的光线 图535 【解析】如答图所示,先由对称性,画出S的像S,再连接SP(注意在镜面 之下为虚线,镜面之上为实线),交镜面于O点,再连接SO,即为入射光线 【规律方法总结】作图时,利用对称性,先作出像点,再作出特定的光线,或者 利用障碍物作出边界光线,从而确定观察范围同时,要注意到射向平面镜的入 射光线和远离平面镜的反射光
8、线均应为实线,要在线的中间用箭头表示方向,而 反射光线的反向延长线只能用虚线表示,且不能标箭头作出反射光线后,反射 光线与平面镜的交点即为对应光线的入射点,就可以补画出入射光线了另外, 有时也可以利用光路可逆原理来作图,例如把“眼睛”视为“光源”,作出“照亮”的区 域,即为可观察到的范围,不过,最后一定要把光路逆回来 【变式题】如图536 所示,A为观察者的眼睛,BC为不透明的物体,MN为与地 面平行的平面镜,三者位置保持不变,试通过作图确定观察者通过平面镜看到 BC右边的地面范围 图536 【解析】如图所示,利用对称性作出A的像点A,再分别作出边界光线,注意 EF和HG恰好不被物体BC挡住,
9、就可确定观察者通过平面镜看到BC右边的地 面范围 类型四:光的折射及全反射问题 光的折射和全反射问题,往往伴随繁难的计算,在解决这类问题时,作 出正确的光路图,注意挖掘隐藏在光路中的边角几何关系,根据折射定律,结 合全反射条件进行求解是解题的关键所在,有时,还需要掌握一定的运算技巧 【例4】(2011全国大纲卷)雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹设水 滴是球形的,图537 中的圆代表水滴过球心的截面,入射光线在过此截面的平面内 ,a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光线,则它们可能依次是( ) A紫光、黄光、蓝光和红光 B紫光、蓝光、黄光和红光 C红光、蓝光、黄光和紫光 D红光、黄光、蓝
10、光和紫光 图537 【解析】由折射定律可知,光由空气射入水滴时,入射角一定,折射角小的折 射率大,故a光折射率最大,d光折射率最小,故B对,A、C、D错 【答案】B 【变式题】 (2011海南)一赛艇停在平静的水面上,赛艇前端有一标记P离水面的 高度为h1=0.6m,尾部下端Q略高于水面;赛艇正前方离赛艇前端s1=0.8m处有一浮 标,示意如图538. 一潜水员在浮标前方s2=3.0m处下潜到深度为h2=4.0m时,看到标 记刚好被浮标挡住,此处看不到船尾端Q;继续下潜 h=4.0m,恰好能看见Q.求 (1)水的折射率n; (2)赛艇的长度l.(可用根式表示) 图538 类型五:光的波动性问题
11、 在高考中,对光的波动性的考查,主要以干涉、衍射及电磁波谱知识为 要点,并往往以几何光学与波动光学综合的选择题或实验题出现 【例5】用氦氖激光器进行双缝干涉实验,已知使用的双缝间距d=0.1mm ,双缝到屏的距离L=6.0m,测得屏上干涉条纹中相邻亮纹的间距是 =3.8cm,氦氖激光器发出的红光的波长是多少?假如把整个装置放入折射 率为n=4/3的水中,这时屏上的条纹间距是多少? 【变式题】如图539 所示,一束由两种色光混合的复色光沿PO方向射向一上、下表 面平行的厚玻璃平面镜的上表面,得到三束反射光束、,则( ) A光束仍为复色光,光束、为单色光,且三束光一定相互平行 B增大 角且 90,
12、 光束、会远离光束 C光照射某金属表面能发生光电效应 现象,则光也一定能使该金属发生光电效应现象 D减小 角且 0,光束可能会从上表面消失 图539 A 【解析】光沿PO射到界面上时,同时发生了反射和折射,为直接反射的光, 为复色光;折射进入玻璃的光由于折射率不同而发生色散,然后在玻璃板的下 表面反射和进入空气的折射而成为、两束,如图所示,由图可知,光束 在玻璃中的折射率比光束大,所以光束、为单色光;由光路可逆可知, 三束光彼此平行,A正确;当 =90时,反射光与入射光重合,因此当 增大时 ,、 光束靠近光束,B错;由于光束在玻璃中的折射率比光束大,光的 频率比光高,所以光照射某金属表面能发生光电效应现象,则光不一定 能使该金属发生光电效应现象,C错;由于光路可逆,因此只要光能从上表面 射入,则一定能以原角度从上表面射入空气,不会发生全反射,D错