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1、,第 讲,3,光的传播及波动性,专题五 波与粒子,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
2、时，反射光线转过2 角,(2)作图时要分清光线、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
3、差为光波波长的整数倍时，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
4、明暗相间的不等距环纹 (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
5、=0.8m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？这时光屏上的半影的半径
6、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反射及平面镜成像等问
7、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线均应为实线，要在线的中间用箭头
8、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，就可确定观察者通过平面镜看到BC右边的地面范围,
9、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、蓝光和紫光,图537,【解析】由折射定律可知，光由空气射入水滴
10、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 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，
11、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， 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
12、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,
