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1、第十二讲光学第十二讲光学重点知识归纳重点知识归纳一、几何光学的常见现象一、几何光学的常见现象项目项目内容内容折射率折射率决定式决定式:n物理意义物理意义:描述透明介质对光线的偏折作描述透明介质对光线的偏折作用用,n越大越大,折射光线偏离入射方向的夹角折射光线偏离入射方向的夹角越大越大全反射全反射发生条件发生条件:(1)从光密介质进入光疏介质从光密介质进入光疏介质(2)入射角大于或等于临界角入射角大于或等于临界角,即即1C临界角：临界角：sin C项目项目内容内容光的光的色散色散产生原因：产生原因：(1)太阳光是复色光；太阳光是复色光；(2)不同的色光折射率不同不同的色光折射率不同规律规律:光的
2、频率越大光的频率越大,折射率越大折射率越大红光红光紫光紫光:折射率逐渐增大折射率逐渐增大,在介质中在介质中的速度逐渐减小的速度逐渐减小;(3)临界角逐渐减小临界角逐渐减小;波长逐渐减小波长逐渐减小项目项目内容内容常见光常见光学元件学元件的特点的特点平行玻璃板平行玻璃板:(1)出射光线与入射光线平行出射光线与入射光线平行; (2)出射光线发生侧移出射光线发生侧移棱镜棱镜:(1)光线向底边偏折光线向底边偏折;(2)能发生色散能发生色散全反射棱镜全反射棱镜:(1)垂直于直角边射入垂直于直角边射入,出射光出射光线方向改变线方向改变90;(2)垂直于斜边射入垂直于斜边射入,出射出射光线方向改变光线方向改
3、变180二、光的干涉、衍射和偏振现象二、光的干涉、衍射和偏振现象项目项目内容内容光的光的干涉干涉双缝双缝干涉干涉产生条件产生条件:两光源频率相等两光源频率相等,相位差恒定相位差恒定出现明暗条纹的条件出现明暗条纹的条件:路程差路程差sn,明条纹明条纹;s(n ),暗条纹暗条纹相邻条纹间距相邻条纹间距:x 项目项目内容内容光的光的干涉干涉薄膜薄膜干涉干涉产生原因：同一束光分别经薄膜的前产生原因：同一束光分别经薄膜的前后表面反射的光叠加而成后表面反射的光叠加而成规律规律:经薄膜上厚度相等的位置反射经薄膜上厚度相等的位置反射的光叠加后在同一干涉条纹上的光叠加后在同一干涉条纹上,相邻相邻条纹间距与波长成
4、正比条纹间距与波长成正比,与斜面倾角与斜面倾角成反比成反比应用应用:(1)光干涉法检查平面的平整度光干涉法检查平面的平整度(2)在光学镜头上涂增透膜在光学镜头上涂增透膜d 项目项目内容内容光的光的衍射衍射明显衍明显衍射条件射条件障碍物或孔的尺寸跟光的波长障碍物或孔的尺寸跟光的波长差不多或者比光的波长小差不多或者比光的波长小衍射现象衍射现象单缝衍射单缝衍射:中间条纹亮、宽中间条纹亮、宽;两侧两侧条纹暗、窄条纹暗、窄;波长越长波长越长,条纹越宽条纹越宽,间距越大间距越大圆孔衍射圆孔衍射:明暗相间的圆形条纹明暗相间的圆形条纹圆板衍射圆板衍射:圆形阴影的外侧是明圆形阴影的外侧是明暗相间的圆形条纹暗相间
5、的圆形条纹,中间是亮斑中间是亮斑(泊松亮斑泊松亮斑)项目项目内容内容光的光的偏振偏振偏振片有特定的透振方向偏振片有特定的透振方向,自然光通过后成为偏振光自然光通过后成为偏振光,两偏振光片平行时透过的光最强两偏振光片平行时透过的光最强,垂直时最弱垂直时最弱特别提醒：特别提醒：(1)光的干涉和衍射现象说明光具有波动性光的干涉和衍射现象说明光具有波动性,光光的偏振现象说明光是横波的偏振现象说明光是横波.(2)光的干涉条纹和光的衍射条纹的最大区别是光的干涉条纹和光的衍射条纹的最大区别是研究条纹间距是否均匀研究条纹间距是否均匀,中央条纹和两侧条纹中央条纹和两侧条纹的亮度是否相同的亮度是否相同.三、光电效
6、应及光的波粒二象性三、光电效应及光的波粒二象性项目项目内容内容光电光电效应效应概念概念金属在光金属在光(包括不可见光包括不可见光)的照射下发的照射下发射电子的现象射电子的现象规律规律(1)每种金属都有一个极限频率每种金属都有一个极限频率,0时才会发生光电效应时才会发生光电效应(2)光电子的最大初动能与光强无关光电子的最大初动能与光强无关,随随的增大而增大的增大而增大(3)光电效应的产生几乎是瞬时的光电效应的产生几乎是瞬时的(4)饱和光电流与光强成正比饱和光电流与光强成正比项目项目内容内容光电光电效应效应解释解释光子说光子说:(1)光在传播时是一份一份的光在传播时是一份一份的,每份叫一个光子每份
7、叫一个光子;(2)光子能量光子能量Eh, h6.631034 Js逸出功逸出功:电子脱离金属时克服原子核电子脱离金属时克服原子核引力做功的最小值引力做功的最小值Wh光强光强:Pnh光电效应方程光电效应方程:EkhW项目项目内容内容物质波物质波每个实物粒子对应一种波每个实物粒子对应一种波,叫物质波叫物质波物质波的波长物质波的波长波粒二波粒二象性象性概率波概率波:只能预测粒子在某区域出现只能预测粒子在某区域出现的概率的概率,概率符合波动规律概率符合波动规律热点题型示例热点题型示例热点热点一一光的折射和全反射的应用光的折射和全反射的应用1确定研究的光线确定研究的光线2找入射点，确认界面，并画出法线找
8、入射点，确认界面，并画出法线3明确两介质折射率的大小关系明确两介质折射率的大小关系(1)若光疏若光疏光密：定有反射、折射光线光密：定有反射、折射光线(2)若光密若光密光疏：如果入射角大于或等于临界光疏：如果入射角大于或等于临界角，一定发生全反射角，一定发生全反射4.根据反射定律、折射定律作出光路图根据反射定律、折射定律作出光路图,结合几何结合几何关系关系,具体求解具体求解.图图121例例1图图122【答案】【答案】B强化训练强化训练1(2011年高考福建卷年高考福建卷)如图如图123,半半圆形玻璃砖置于光屏圆形玻璃砖置于光屏PQ的左下方的左下方.一束白光沿半一束白光沿半径方向从径方向从A点射入
9、玻璃砖点射入玻璃砖,在在O点发生反射和折射点发生反射和折射,折射光在光屏上呈现七色光带折射光在光屏上呈现七色光带.若入射点由若入射点由A向向B缓慢移动缓慢移动,并保持白光沿半径方向入射到并保持白光沿半径方向入射到O点点,观观察到各色光在光屏上陆续消失察到各色光在光屏上陆续消失.在光带未完全消在光带未完全消失之前失之前,反射光的强度变化以及光屏上最先消失反射光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是的光分别是()A减弱，紫光减弱，紫光 B减弱，红光减弱，红光C增强，紫光增强，紫光 D增强，红光增强，红光图图123热点二热点二光的干涉现象分析光的干涉现象分析1光的干涉要分析的几个问题光的干涉要分析的
10、几个问题(1)干涉条件：频率相同、相差恒定、振动方向干涉条件：频率相同、相差恒定、振动方向在同一直线上在同一直线上(2)明暗条纹形成条件：明暗条纹形成条件：k，k1,2，亮条纹亮条纹(2k1)/2，k1,2，暗条纹暗条纹(3)条纹间距条纹间距xl/d，用双缝干涉测光的波长的，用双缝干涉测光的波长的原理：原理：dx/l.2关于薄膜干涉要弄清的几个问题关于薄膜干涉要弄清的几个问题(1)哪两列光波发生干涉；哪两列光波发生干涉；(2)应该从哪个方向去观察干涉图样；应该从哪个方向去观察干涉图样；(3)条纹会向哪个方向侧移；条纹会向哪个方向侧移；(4)同一亮纹光程差相同同一亮纹光程差相同(为什么劈尖干涉的
11、条纹为什么劈尖干涉的条纹是直线，而牛顿环是圆形是直线，而牛顿环是圆形) (8分分)1801年年,托马斯托马斯杨用双缝干涉实验研杨用双缝干涉实验研究了光波的性质究了光波的性质.1834年年,洛埃利用平面镜同样得洛埃利用平面镜同样得到了杨氏干涉的结果到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验称洛埃镜实验)例例2图图124(1)洛埃镜实验的基本装置如图洛埃镜实验的基本装置如图124所示所示,S为单为单色光源色光源,M为一平面镜为一平面镜.试用平面镜成像作图法画试用平面镜成像作图法画出出S经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域上相交的区域.(2)设光源设光源S到
12、平面镜的垂直距离和到光屏的垂直到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为距离分别为a和和L,光的波长为光的波长为,在光屏上形成干在光屏上形成干涉条纹涉条纹.写出相邻两条亮纹写出相邻两条亮纹(或暗纹或暗纹)间距离间距离x的的表达式表达式【规范解答规范解答】 (1)先作出先作出S的平面镜像点的平面镜像点S,然然后作出后作出S经平面镜成像的边界光线经平面镜成像的边界光线,其重叠区域其重叠区域如图如图125所示所示.(4分分)图图125强化训练强化训练2(2011年浙江模拟年浙江模拟)登山运动员在登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长
13、时间被紫外线照射，否则将会是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力有人想利用薄膜干涉的原理严重地损伤视力有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜他选用的薄膜材料的折射率为他选用的薄膜材料的折射率为n1.5，所要，所要消除的紫外线的频率为消除的紫外线的频率为8.11014 Hz，(1)他设计的这种他设计的这种“增反膜增反膜”所依据的原理是所依据的原理是_.(2)这种这种“增反膜增反膜”的厚度是多少？的厚度是多少？(3)请判断以下有关薄膜干涉的说法正确的是请判断以下有关薄膜干涉的说法正确的是_.A.薄膜干涉说明光具有波动
14、性薄膜干涉说明光具有波动性B.如果薄膜的厚度不同如果薄膜的厚度不同,产生的干涉条纹一定不平产生的干涉条纹一定不平行行C干涉条纹一定是彩色的干涉条纹一定是彩色的D利用薄膜干涉也可以利用薄膜干涉也可以“增透增透”(3)干干涉涉和和衍衍射射都都证证明明光光具具有有波波动动性性，如如果果薄薄膜膜厚厚度度均均匀匀变变化化，则则干干涉涉条条纹纹一一定定平平行行，白白光光的的干干涉涉条条纹纹为为彩彩色色条条纹纹，单单色色光光的的干干涉涉条条纹纹则则为为该该色色光光颜颜色色，当当膜膜的的厚厚度度为为四四分分之之一一波波长长时时，两反射光叠加后减弱则会两反射光叠加后减弱则会“增透增透”答案：答案：(1)两反射光
15、叠加后加强两反射光叠加后加强(2)1.23107 m(3)AD热点三热点三光电效应的应用光电效应的应用1.光电效应方程中的光电效应方程中的Ek图线图线.(如图如图126)(1)纵截距：纵截距：W；(2)横截距：横截距：0；(3)斜率：斜率：h.图图1262.掌握两条线索掌握两条线索,明确各概念间的对应关系明确各概念间的对应关系由上图可知两条线索由上图可知两条线索:一是光的频率线一是光的频率线,二是光的强度线二是光的强度线两条线索对应关系是：两条线索对应关系是：(1)光强光强光子数目多光子数目多发射光电子多发射光电子多光电流大；光电流大；(2)光子频率高光子频率高光子能量大光子能量大产生光电子产
16、生光电子的最大初动能大的最大初动能大 (2010年高考江苏卷年高考江苏卷)(1)研究研究光电效应的电路如图光电效应的电路如图127所示所示.用用频率相同、强度不同的光分别照射频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板密封真空管的钠极板(阴极阴极K),钠极钠极板发射出的光电子被阳极板发射出的光电子被阳极A吸收吸收,在在电路中形成光电流电路中形成光电流.下列光电流下列光电流I与与A、K之间的电之间的电压压UAK的关系图象中的关系图象中,正确的是正确的是_.例例3图图127图图128(2)钠金属中的电子吸收光子的能量钠金属中的电子吸收光子的能量,从金属表面从金属表面逸出逸出,这就是光电子这就是
17、光电子.光电子从金属表面逸出的过光电子从金属表面逸出的过程中程中,其动量的大小其动量的大小_(选填选填“增大增大”、“减小减小”或或“不变不变”),原因是原因是_ _.【答案】【答案】(1)C(2)减小减小光电子受到金属表面层中力的阻碍作用光电子受到金属表面层中力的阻碍作用强化训练强化训练3(2011年高考福建卷年高考福建卷)爱因斯坦因提出了光量子概念并爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获成功地解释光电效应的规律而获得得1921年诺贝尔物理学奖某种年诺贝尔物理学奖某种金属逸出光电子的最大初动能金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率与入射光频率的关系如图的关系如图129
18、所示，其中所示，其中0为为极限频率从图中可以确定的是极限频率从图中可以确定的是()图图129A逸出功与逸出功与有关有关BEkm与入射光强度成正比与入射光强度成正比C当当0时，会逸出光电子时，会逸出光电子D图中直线的斜率与普朗克常量有关图中直线的斜率与普朗克常量有关解析：选解析：选D.由爱因斯坦的光电效应方程由爱因斯坦的光电效应方程hEkmW得得:EkmhW,因此因此Ekm图象的图象的斜率为斜率为h,故故D正确正确;Ekm随入射光频率的增大而增随入射光频率的增大而增大大,B错错;逸出功是由金属自身决定的逸出功是由金属自身决定的,与与无关无关,A错错,当当0,无光电子逸出无光电子逸出,C错错.知能优化训练知能优化训练本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束按按ESC键退出全屏播放键退出全屏播放
