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1、专题十六 光 学,1.光的折射定律 2.折射率 3.全反射、光导纤维 4.光的干涉、衍射和偏振现象 实验二：测定玻璃的折射率 实验三：用双缝干涉测光的波长,1.掌握光的折射定律，理解折射率，掌握折射率与光速的关系. 2.掌握全反射的概念及发生全反射的条件，能运用全反射解释有关光学现象. 3.理解光的干涉现象产生的条件，掌握双缝干涉条纹间距公式. 4.掌握光发生明显衍射的条件和各种衍射图样.,光的折射和反射现象的应用 【典例1】(2011浙江高考)“B超”可用 于探测人体内脏的病变状况.如图是超声 波从肝脏表面入射，经折射与反射，最后 从肝脏表面射出的示意图.超声波在进入 肝脏发生折射时遵循的规
2、律与光的折射规律类似.可表述为 (式中1是入射角，2是折射角，v1、v2分别是超声,波在肝外和肝内的传播速度)，超声波在肿瘤表面发生反射时遵循的规律与光的反射规律相同.已知v2=0.9v1,入射点与出射点之间的距离是d，入射角为i，肿瘤的反射面恰好与肝脏表面平行，则肿瘤离肝脏表面的深度h为( ),【审题视角】解答本题可按以下程序分析:,【精讲精析】超声波沿如图所示路线传播，根据 又因为v2=0.9v1,可得sin=0.9sini. 又因为在直角三角形中， 所以： D正确. 答案：D,【命题人揭秘】解决光的折射和反射问题的关键 (1)正确作出光路图. (2)确定出折射角、反射角和入射角. (3)
3、根据光的反射定律和折射定律求解.,光的折射和全反射现象的应用 【典例2】(2010重庆高考)如图所示，空 气中有一折射率为 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，则弧AB上有光透出部分的弧长为( ),【审题视角】解答本题时，应注意以下三点： 【关键点】 (1)利用临界角公式求临界角. (2)根据折射定律求出折射角并画出光路图. (3)确定能从弧AB射出的边界光线.,【精讲精析】光路图如图所示，设在E点恰 好发生全反射，由sinC= 可求得C=45， 又由折射定律 得2=3
4、0，故 AOE=180-120-45=15.弧AB上 有光透出的部分弧长ED为 故B正确. 答案：B,【命题人揭秘】应用光的折射定律解题的一般思路 (1)画出比较准确的光路图，分析边界光线或临界光线，找出入射角和折射角. (2)利用几何关系和光的折射定律求解. (3)注意在折射现象中，光路是可逆的.,光的折射和色散现象 【典例3】(2011福建高考)如图，半圆 形玻璃砖置于光屏PQ的左下方.一束白光 沿半径方向从A点射入玻璃砖，在O点发生 反射和折射，折射光在光屏上呈现七色光 带.若入射点由A向B缓慢移动，并保持白光沿半径方向入射到O点，观察到各色光在光屏上陆续消失.在光带未完全消失之前，反射
5、光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是( ),A.减弱、紫光 B.减弱、红光 C.增强、紫光 D.增强、红光 【审题视角】解答本题时，可按以下思路分析： 【精讲精析】由于入射点由A向B缓慢移动，入射角增大，因此反射光增强，折射光减弱，A、B错.紫光折射率大，临界角小，由此可知在光屏上最先消失的是紫光，C对D错.故选C. 答案：C,【命题人揭秘】不同色光在介质中的传播规律,光的干涉现象 【典例4】(2012福建高考)在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图)：,(1)下列说法哪一个是错误的_.(填选项前的字母) A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,应放上单 缝和双缝 B.测量
6、某条干涉亮纹位置时,应使测微目镜分划板中心刻线与 该亮纹的中心对齐 C.为了减少测量误差,可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a,求 出相邻两条亮纹间距,(2)测量某亮纹位置时,手轮上的示数如图,其示数为_mm.,【审题视角】解答本题时应明确以下三点： 【关键点】 (1)实验操作步骤及目的. (2)亮条纹间距的理解. (3)螺旋测微器主刻度半毫米刻度是否露出.,【精讲精析】(1)应先调节光源高度、遮光筒中心及光屏中心 后再放上单、双缝，A选项不正确.目镜分划板中心应与亮纹中 心对齐，使得移动过程测出的条纹间距较为准确，B选项正确. 目镜移过n条亮纹，则亮条纹间距 C选项正确，故选A. (2)主尺读
7、数是1.5 mm，螺旋读数是47.00.01 mm，因此示数 为1.970 mm. 答案：(1)A (2)1.970,【命题人揭秘】单缝衍射与双缝干涉的区别,光的波动性和粒子性 【典例5】(2011新课标全国卷)甲、乙两单色光分别通过同一双缝干涉装置得到各自的干涉图样，设相邻两个亮条纹的中心距离为x，若x甲x乙，则下列说法正确的是( ) A.甲光能发生偏振现象，则乙光不能 B.真空中甲光的波长一定大于乙光的波长 C.甲光的光子能量一定大于乙光的光子能量 D.在同一均匀介质中甲光的传播速度大于乙光,【审题视角】解答本题时，应注意以下两点： 【关键点】 (1)明确干涉现象发生的条件. (2)明确光
8、子的能量与光子的频率有关. 【精讲精析】偏振现象是横波特有的现象，甲、乙两单色光都 可以有偏振现象发生，A错；由x甲x乙，x= 可知甲光 的波长大于乙光，B正确；光子能量取决于光子的频率，而光 子频率与波长成反比，C错；波速与波长之间同步变化，D正确. 答案：B、D,【命题人揭秘】 本题考查光的波动性和粒子性，综合考查光的偏振、干涉、不同频率的光在同一介质中的传播速度以及光子的能量问题，在备考时要对知识点进行全面复习.,光的干涉、折射和全反射现象 【典例6】(2009福建高考)光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是( ) A.用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用
9、光的偏振现象 B.用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象 C.在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象 D.光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象,【审题视角】深刻认识不同光学现象在实际生活中的应用，理解光的折射、全反射、干涉现象. 【精讲精析】用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度，是利用光的薄膜干涉现象，A错误；用三棱镜观察白光看到的彩色图样利用的是光的折射形成的色散现象，B错误；在光导纤维束内传送图像利用的是光的全反射现象，C错误；光学镜头上的增透膜利用的是光的薄膜干涉现象，D正确. 答案：D,【命题人揭秘】 研究光现象在实际生活中的应用时应注意： (1)光的干涉、衍射和光的
10、色散都可出现彩色条纹，但形成本质不同，干涉、衍射是光的叠加，色散是同一介质对不同色光的折射率不同形成的. (2)区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分. (3)自然光经反射后，就变成了偏振光，平时我们所见的光，除直接从光源射来的以外基本都是偏振光.,光的直线传播与圆周运动的结合 【典例7】(2010浙江高考)宇宙飞 船以周期T绕地球做圆周运动时，由 于地球遮挡阳光，会经历“日全食” 过程，如图所示.已知地球的半径为R，地球质量为M，引力常量为G，地球自转周期为T0.太阳光可看做平行光，宇航员在A点测出地球的张角为，则 ( ),A.飞船绕地球运动的
11、线速度为 B.一天内飞船经历“日全食”的次数为T/T0 C.飞船每次经历“日全食”过程的时间为T0/(2) D.飞船周期为 【审题视角】利用光的直线传播规律作出光路图以及明确飞船每次经历“日全食”时的运动情景和边界光线是解决本题的关键.,【精讲精析】设卫星到地心的距离为r,由几何关系知: sin(/2)= 解得: 所以 A正 确； 得 ，D正确.飞船每次经历“日全食”过 程的时间为飞船转过角所需的时间，即T/(2)，C错误； 一天内飞船经历“日全食”的次数为T0/T，B错误. 答案：A、D,【命题人揭秘】 本题将天体运动与光学问题综合在一起，是很新颖的一道题目.解答本题的关键是搞清圆周运动的运
12、动特征与受力特征，同时利用几何知识求出每次经历“日全食”时飞船转过的角度.,与折射率有关的计算 【典例8】(2011新课标全国卷)一半 圆柱形透明物体横截面如图所示，底 面AOB镀银(图中粗线)，O表示半圆横 截面的圆心.一束光线在横截面内从M 点入射,经过AB面反射后从N点射出,已知光线在M点的入射角为30，MOA=60，NOB=30.求： (1)光线在M点的折射角； (2)透明物体的折射率.,【审题视角】解答本题时，应注意以下两点： 【关键点】 (1)根据光的折射定律画出光路图. (2)运用几何知识和三角函数的知识进行求解.,(1)如图，透明物体内部的光路为折线MPN，Q、M点相对于底面A
13、OB对称，Q、P、N三点共线. 设在M点处，光的入射角为i，折射角为r，OMQ=， PNF=，根据题意有 =30 由几何关系得，PNO=PQO=r，于是 +r=60 且+r= 由式得r=15 ,(2)根据折射率公式有：n= 由式得n= 答案：(1)15 (2),【阅卷人点拨】,光的折射与全反射 高考指数: 1.(2011重庆高考)在一次讨论中，老师问道：“假如水中相同深度处有a、b、c三种不同颜色的单色点光源，有人在水面上方同等条件下观测发现，b 在水下的像最深，c照亮水面的面积比a的大.关于这三种光在水中的性质，同学们能做出什么判断？”有同学回答如下： c光的频率最大 a光的传播速度最小 b
14、光的折射率最大 a光的波长比b光的短,根据老师的假定，以上回答正确的是( ) A. B. C. D. 【解析】选C.根据视深公式 说明频率最小的光，水对 它的折射率最小，在水下的像最深，所以b的折射率最小，频 率最小，波长最大，传播速度最大，错误，正确；照亮水 面的圆面积的半径R与临界角C满足 又 c照亮 水面的面积比a的大，则c的临界角大，水对c的折射率小，所 以a的折射率最大，a的频率最大，a的传播速度最小，错 误，正确.所以正确的说法是和，故选C.,2.(2010全国卷)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
15、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,【解题指南】解答本题要注意以下两点： (1)理解不同光的颜色是由频率决定的. (2)明确同一介质对不同色光的折射率是不同的.,【解析】选A、D.由题图可知，光线1的折射率大，频率高，波 长小，在介质中传播速度小，因而产生全反射的临界角小.选 项A、D正确，B错误.设玻璃板的厚度为d，由 在玻璃 板中传播的距离 传播的速度 所以光在玻璃板 中传播的时间 光线1的折射角小， 所经历的时间应该长，选项C错误.,3.(2010新课标全国卷)如图所示，一个三棱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 ( ),【解析】选A.根据折射率定义有，sin1=nsin2，nsin3 =1，已知1=45,又2+3=90， 解得：n= .,4.(2011江苏高考
