高中新教材人教版物理课件 选择性必修第一册 第四章 光 本章整合.pptx

本章整合本章整合 第四章第四章 内容索引 01 02 知识网络知识网络 系统构建系统构建 重点题型重点题型 归纳剖析归纳剖析 知识网络知识网络 系统构建系统构建 本章知识可分为三个组成部分。第一部分,光的折射与全反射;第二部分,光的干涉;第三部分,光的衍射、偏振和激光。一、光的折射与全反射 光的反射:反射定律、光路可逆光的折射 折射定律 入射角1、折射角2、折射率=折射定律:=sin 1sin 2实验:测量玻璃的折射率全反射 条件:光从光密介质射向光疏介质;入射角大于或等于临界角临界角的计算公式:sin=1 光的 折射 与全 反射 二、光的干涉 双缝干涉 实验装置:双缝干涉仪条件:两列频率相同、相位差恒定、振动情况相同的光干涉图样:单色光是明暗相间、间隔均匀的条纹明暗条纹的产生条件 亮条纹:=(=0,1,2,3,)暗条纹:=(2+1)2(=0,1,2,3,)条纹间距:=实验:用双缝干涉测量光的波长薄膜干涉及应用 光 的 干 涉 三、光的衍射、偏振和激光 光的衍射 发生明显衍射的条件:孔或障碍物的尺寸足够小衍射图样:单色光是明暗相间、间隔不均匀的条纹(与干涉图样进行区分)实例:单缝衍射、圆孔衍射、泊松亮斑 光的偏振 偏振光与自然光的区别偏振光获得方法:用偏振片;使反射光与折射光垂直,它们都成为偏振光偏振现象说明光是横波 激光 特点:相干性强、平行度好、亮度高应用:光纤通信、激光测距、医疗“光刀”、切割金属等 重点题型重点题型 归纳剖析归纳剖析 一、光的折射、全反射的综合应用 几何光学是以光线为工具研究光的传播规律,所以解决几何光学问题的关键是根据“光的传播规律”画出光路图,然后再利用几何学知识,寻找相应的边角关系。1.几何光学主要包括四条原理(1)光的直线传播规律;(2)光的反射定律;(3)光的折射定律;(4)光路可逆原理。2.解题时常用的三个公式 (1)折射定律公式:n12=sin 1sin 2;(2)折射率与光速的关系 n=;(3)全反射的临界角 sin C=1。3.注意法线的画法 法线画成虚线;法线垂直于界面,如果界面是圆面,那应该垂直于圆的切线,即法线沿半径通过圆心。【例题1】右图是某种玻璃材料制成的空心圆柱 体的截面图,玻璃圆柱体的半径为2R,空心部分是半 径为R的圆,两圆同心。一束单色光(平行于截面)从 圆柱体外表面上的A点以入射角i射入玻璃材料中,光束经折射后恰好与内圆面相切于B点,已知该玻 璃材料对此单色光的折射率为 。(1)求入射角i。(2)欲使该光束从A点入射后,恰好在内圆面上发生全反射,则入射角i是多少?答案:(1)45(2)30 2 解析:(1)由题意,设折射角为 r,由几何关系知,sin r=0.5 根据折射定律得 n=sinsin 解得i=45。(2)设在A点的入射角为i时,光束经折射后到达内圆面上的C点,并恰好在C点发生全反射,则光束在内圆面上的入射角ACD恰等于临界角,如图所示,则 sin=1 解得ACD=45 根据正弦定理得sin=sin 解得 sin CAO=24 根据折射定律:n=sinsin 解得 i=30。【变式训练1】用某种透明材料制成的一块柱体形棱镜的水平截面图如图所示,左侧ABOD为长方形,右侧DOF为以O为圆心的 圆。光线从真空以入射角1=60射到棱镜AB面,经折射后,光线到达BF面上的O点并恰好不从BF面射出。(1)画出光路图。(2)求该棱镜的折射率n和光线在棱镜中传播的速度大小v(光在真空中的传播速度c=3108 m/s)。14 答案:(1)见解析图(2)72 6 77 108 m/s 解析:(1)光路图如图所示。(2)设光线在AB面的折射角为2,折射光线与OD的夹角为C,则 n=sin 1sin 2 由题意可知,光线在 BF 面恰好发生全反射 sin C=1 由图可知,2+C=90 联立以上各式解得 n=72,又 n=,可解得 v=6 77 108 m/s。二、光的干涉 衍射和偏振 1.干涉与衍射的比较(1)光的干涉与衍射现象是光的波动性的表现,也是光具有波动性的证据。两者的区别是光的干涉现象只有在符合一定条件下才发生,而光的衍射现象却总是存在的,只有明显与不明显之分。(2)光的干涉现象和衍射现象在屏上出现的都是明暗相间的条纹,但双缝干涉时条纹间隔均匀,从中央到两侧的明纹亮度不变化,而单缝衍射的条纹间隔不均匀,中央明纹又宽又亮,从中央向两侧,条纹宽度减小,明纹亮度显著减弱。2.光的偏振(1)横波的振动矢量垂直于波的传播方向振动时,偏于某个特定方向的现象叫偏振。纵波只能沿着波的传播方向振动,所以不可能有偏振,光的偏振现象证明光是横波。(2)光的偏振现象在科技、生活中的应用有:照相机镜头上的偏振片、立体电影等。【例题2】利用图甲所示的装置,观察光的干涉、衍射现象,在光屏上得到如图乙中A和B两种图样。下列关于P处放置的光学元件说法正确的是()A.A对应单缝,B对应双缝 B.A对应双缝,B对应单缝 C.都是单缝,A对应的缝宽较大 D.都是双缝,A对应的双缝间距较大 答案:A 解析:单缝衍射条纹中间亮条纹最宽、最亮,双缝干涉条纹中央亮条纹与两侧亮条纹等宽、等亮,由此可以判断A对应为单缝、B对应为双缝,故只有选项A正确。【变式训练2】光的偏振现象说明光是横波。下列现象中不能反映光的偏振特性的是()A.一束自然光相继通过两个偏振片,以光束为轴旋转其中一个偏振片,透射光的强度发生变化 B.一束自然光入射到两种介质的分界面上,当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90时,反射光是偏振光 C.日落时分,拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰 D.通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹 答案:D 解析:在垂直于传播方向的平面上,沿着某个特定方向振动的光是偏振光,A、B选项反映了光的偏振特性,C是偏振现象的应用,D是光的衍射现象。