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1、第十二章 光考纲要览主题内 容要求说 明光光的折射定律折射率全反射 光导纤维光的干涉、衍射和偏振实验与探究测定玻璃的折射率用双缝干涉测光波的波长考向预测纵观历年考题和新课改区域的考题，一般与本章内容相关的考题知识较简单，学习过程中识记内容较多.光的直线传播、反射定律、折射定律，全反射出题率较高；光的干涉、衍射、偏振和光电效应与大学物理联系紧密，容易出现应用能力强的新颖题，平时要注重光学与现代科技密切结合，注重理论联系实际能力的培养.本章内容一般可能会以选择、填空题，作图题出现在高考题中；折射率的计算可能会与其它章节综合以计算题出现.第1课时 光的折射、全反射30基础知识回顾1光的直线传播 （1
2、）光在同一种均匀介质中是沿直线传播的前提条件是：在同一种均匀介质中传播.否则，可能发生偏折，如光从空气斜射入水中（不是同一种介质）；“海市蜃楼”现象（介质不均匀）；当障碍物或孔的尺寸和波长可以相比或者比波长小时，将发生明显的衍射现象，光线将可能偏离原来的传播方向.（2）解光的直线传播方面的计算题（包括日食、月食、本影、半影问题）关键是画好示意图，利用数学中的相似形等几何知识计算.2光的反射 平面镜成像（1）光的反射定律光从一种介质射到另一种介质的分界面时发生反射.反射光线、入射光线、法线处在同一平面内，反射光线、入射光位于法线的两侧，反射角等于入射角.（2）平面镜成像的特点平面镜成的像是正立等
3、大的虚像，像与物关于镜面对称.（3）平面镜成像光路图作法利用光的反射定律；根据平面镜成像的特点.在作光路图时，一般常常根据平面镜成像的特点可以先画像，后补光路图.（4）光的反射光路是可逆的在平面镜的计算和作图中要充分利用光路可逆.（眼睛在某点A通过平面镜所能看到的范围和在A点放一个点光源，该点光源发出的光经平面镜反射后照亮的范围是完全相同的.）（5）利用边缘光线作图确定视场范围3.光的折射（1）折射定律折射光线与入射光线、法线处于同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦的比值是定值(注意两角三线的含义) .(2)折射率 折射率定义：光从真空或空气中射入介质中发
4、生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的折射率.折射率反映介质折射光的本领大小的一个物理量折射率的定义表达式： n=（其中1为真空或空气中的角度）折射率的其它各种计算表达形式：n= = = （其中c、为光在真空或空气中的光速、波长；v、为介质中的光速、波长；为光发生全反射时的临界角）.折射率大小的决定因素：介质、光源(主要是频率)，注意：介质的折射率 n1，（3）折射光路是可逆的.4光的全反射 （1）光疏介质和光密介质：两种介质比较，折射率小的介质叫光疏介质，折射率大的介质叫光密介质；“光疏”和“光密”具有相对性.（2）全反射现象：光从光密介质入射到光疏介质的分界面上时，当入射
5、角增大到一定程度时，光全部反射回光密介质，这一现象叫全反射现象.（3）临界角：折射角等于90时对应的入射角叫做临界角.用C表示，C=.（4）发生全反射的条件：光从光密介质入射到光疏介质；入射角大于等于临界角.（5）光导纤维：实际用的光导纤维是非常细的特质玻璃丝，直径只有几微米到一百微米之间，在内芯和外套的界面上发生全反射.其中内芯是光密介质，外套是光疏介质.5光的色散（1）三棱镜：横截面为三角形的三棱柱透明体称三棱镜.三棱镜对光线的作用： 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. 光疏三棱镜：当光线从一侧面射入，从另一侧面射出时，光线两次均向顶角偏折. 全反射棱
6、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，在两直角边都发生全反射后又垂直于斜边射出.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：白光通过三棱镜后，出射光束变为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光束。由七色光组成的光带叫做光谱.这种现象叫做光的色散.色散的实质是由于各种色光在同一介质中传播的速率不同，或同一介质对不同色光的折射率不同而引起的.各种色光性质比较：可见光中红光的折射率n最小，频率最小，在同种介质中（除真空外）传播速度v最大，波长最大，从同种介质射向
7、真空时发生全反射的临界角C最大，以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小（注意区分偏折角和折射角）.重点难点例析一、影、本影和半影的理解由于光的直线传播、当光遇到不透明物体时，物体向光的表面被照明，在背光面的后方形成一个光线照不到的黑暗的区域，形成影，影分本影和半影，光源是点光源时只形成本影，非点光源将形成本影区和半影区，影的形成可以很好的解释日食和月食的形成.图12-1-1【例1】如图12-1-1所示为月球影子的分布情况示意图，在A、B、C、D四个区域内，在哪些区域能看到日全食、日环食、日偏食.【解析】从图12-1-1上可以看出，B区域为月球的本影区，人在B区域看不到从太阳射来的任何光线，
8、在该区域看到的是日全食；当人在A区域时只能看到从太阳上半部分射来的光线，即只能看到太阳的上半部分，而看不到太阳的下半部分，在A区域看到是日偏食；同理，人在C区域看到的也是日偏食；而人在D区域内，只能看到太阳边缘射来的光线，而看不到太阳中间的光线，故在D区域看到的是日环食.【答案】A、C：日偏食B：日全食；D：日环食【点拨】本题关键是确定月球形成的本影区和半影区以及知道太阳是本身发光的天体，本题易出错就在D区域和A、C区域一样，认为是日偏食.l 拓展关于日食和月食下列说法正确的是（ ）A在月球的本影区里可以看到日全食B在月球的本影区里可以看到日偏食C在月球进入地球的半影区时可以看到月偏食D在月球
9、完全进入地球的本影区时可以看到月全食【解析】月球的影里只能形成日食，地球的影里只能形成月食，太阳本身发光，故月球的本影里形成日全食，月球的半影里形成日偏食；而月球靠反射太阳光，只要有光线照射月球就不会形成月食，而地球的半影里虽然只有部分太阳光照射月球，但是还是看得到月球，只是较暗，只有月球部分进入地球本影区，才形成月偏食，全部进入本影区里才形成月全食.【答案】AD二、视深问题的处理分析光的折射时，一般需作出光路图，以便于应用折射定律及光路图中提供的几何关系来解答。在实际应用中，常见的方法是三角形边角关系.近似法，即利用小角度时，tansin的近似关系求解.【例2】位于水面下深H=1.2 m处的
10、鱼，从正上方观察时，看到鱼的视深度是多少？（水的折射率n= ）【解析】解法1：如图12-1-2所示.位于S的鱼（漫反射）发出的光由水和空气的界面折射后进入眼睛，折射光线好像由S发出，S是S的视深位置.已知，设.由图可知图12-1-2得因为从近正上方观察，i和r都很小，由数学知识有由上面的近似关系及折射定律可得：图12-1-3解法2：这个问题可以从一般的情况着手分析，如图12-1-3所示.从空气中观察池水深度时，池底S处发出的光线中有一小束（SA、SB范围内）经水面折射后进入观察者的眼睛，AA、BB的延长线交于S点，这就是S的虚像.由图12-1-3可知：由折射定律可得：从正上方观察时，相当于d等
11、于零，则有解得 【点拨】比较两种解法，解法2更具有推广的意义.上式（其中n为介质的折射率，H为物深，h为视深，d为折射点至通过S的竖直线的距离）可作为经验公式，对一般“物深、视深”问题进行推广使用.解本题的关键就是近视处理.l 拓展有一圆柱形水桶高16cm，直径12cm，人在某处向桶内看能看到桶边缘下方9cm处，若桶内装满水，则刚好能看到桶底边缘，求水的折射率n.【解析】桶内装满水时，桶底边缘任一点S发出的光线折射，其反向延长线交桶边缘下方9cm处，故H=16cm，h=9cm，,d=12 cm,。根据推论公式可得：三、折射定律、折射率的理解及其应用介质的折射率，与光速的关系：解题的关键：根据题
12、意画出光路图，挖掘几何关系，由数学知识求解.P图12-1-4【例3】 如图12-1-4所示，一束光线以60的入射角射到一水平放置的平面镜上，反射后在正上方与平面镜平行的光屏上留下一光点P 。现将一块上下两面平行的透明体平放在平面镜上，如图中虚线所示，则进入透明体的光线经平面境反射后再从透明体的上表面射出，打在光屏上的光点P与原来相比向左平移了3.46cm ，已知透明体对光的折射率为.（1）作出后来的光路示意图，标出P的位置；（2）透明体的厚度为多大？ （3）光在透明体里运动的时间多长？PP图12-1-5【解析】（1）光路示意图如图12-1-5所示（注意出射光线平行，各处光线的箭头）（2）由折射
13、定律得 sin = n sin得 =30设透明体的厚为d ，由题意及光路有2 d tan60 2 d tan30 = s解得 d =1.5cm （3）光在透明体里运动的速度v = 光在透明体里运动的路程所以：光在透明体里运动时间s = 21010 s【点拨】本题考查光的反射和折射。题中有一个难点，就是通过做光路图挖掘几何关系，从而求解透明体的厚度以及光在透明体里运动的时间.作出光路图也是解此类题的关键所在.l 拓展一条光线从空气射入某介质中，已知入射角为45，折射角为30，求光在此介质中的速度.【解析】n=又n=，所以v =m/s四、全反射、全反射棱镜及其应用1全反射现象要记住产生全反射的条件
14、：光从光密介质射入光疏介质，且入射角大于等于临界角.在解题时要把计算和作图有机地结合起来，根据数据计算反射角、折射角，算一步画一步，画一步再根据需要算一步.作图要依据计算结果，力求准确.2. 全反射的一个重要应用就是用于光导纤维（简称光纤）.光在光纤中传播时，每次射到内、外两层材料的界面，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射.这样使从一个端面入射的光，经过多次全反射能够没有损失地全部从另一个端面射出.图14-1-63.棱镜对光的偏折作用：一般所说的棱镜都是用光密介质制作的.入射光线经三棱镜两次折射后，射出方向与入射方向相比，向底边偏折.（若棱镜的折射率比棱镜外介质小则结论相反.）作图时尽量利用对称性，由于各种色光的折射率不同，因此一束白光经三棱镜折射后发生色散现象（红光偏折最小，紫光偏折最大.）【例4】如图14-1-6所示，abc为一全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形.一束白光垂直入射到ac面上，在ab面上发生全反射.若光线入射点O的位置保持不变，改变光线的入射方向（不考虑自bc面反射的光线），则（ ）A使入射光按图中的顺时针方向逐渐偏转，则红光首先射出ab面B使入射光按图中的顺时针方向逐渐偏转，则紫光首先射出ab面C使入射光按图中的逆时针方向逐渐偏转，则红光首先射出ab面D使入射光按图中的逆时针方向逐渐偏转，则紫光首先射出ab面【解析】当入射光按顺时针方向逐渐偏
