人教课标版高中物理选修3-4：《光》复习教案-新版

第十三章 光复习课 教案
★教学目标：
1．知识目标
通过例题的讲解，使学生对本章的基本概念和基本规律有进一步地理解，并能熟练应用本章知识分析解决物理问题。

2．能力目标
在熟练掌握基本概念、基本规律的基础上，能够分析和解决一些实际问题。

3．物理方法教育目标
通过复习，培养学生归纳知识和进一步运用知识的能力，学习一定的研究问题的科学方法。

★复习重点：
对物理概念的深刻含义、对物理概念的综合性运用 ★教学方法：
复习提问，讲练结合，学案导学 ★教学过程
一、本章知识脉络
二、本章要点追踪及典题例析
（一）光的折射：光从一种介质进入另一种介质并改变了传播方向的现象。

1．光的折射定律：折射光线在入射光线和法线决定的平面内，且分居在法线的两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。

2．在折射现象中光路可逆。

3．介质的折射率：n =
21sin sin θθ=v
c
（对应光从真空进入介质）
（1）任何介质的折射率均大于1。

（2）n 由介质本身的特性及光的频率决定。

同种介质对不同频率的光，由于v 不同，n 就不同，对白光，v 红最大， n 红最小，所以出现色散现象，当光从一种介质进入另一种介质时f 不变，v 变。

（3）实验：测定玻璃的折射率
【例1】安全门上的观察孔，直径d=4 cm ，门的厚度L=3.464 cm ，为了扩大向外观察的范围，在孔中嵌入折射率为3的圆柱形玻璃，圆柱体轴线与门面垂直，如图所示。

从圆柱底面中心看出去，可以看到的门外入射光线与轴线间的夹角称做视场角。

求：嵌入玻璃后的视场角。

解析：由题中给出的视场角的定义，作出如图所示的光路，则图中θ角即为视场角。

由折射率公式得α
θ
sin sin =
n ，由几何关系得2
2)2
(2sin d
L d +=α
联立解得2
3
4sin 2
2=
+=
d L nd θ，所以视场角为60°。

【例2】某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器。

如图7所示，在一个圆盘上，过其圆心O 做两条互相垂直的直径BC 、EF 。

在半径OA 上，垂直盘面插上两枚大头针P 1、P 2并保持P 1、P 2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖
直进入液体中，而且总使夜面与直径BC 相平，EF 作为界面的法线，
而后在图中右上方区域观察P 1、P 2的像，并在圆周上插上大头针P 3，使P 3正好挡住P 1、P 2的像。

同学们通过计算，预先在圆周EC 部分刻好了折射率的值，这样只要根据P 3所插的位置，就可以直接读出液体折射率的值。

（1）在用此仪器测量液体的折射率时，下列说法正确的是_____________ （填字母代号） A ．大头针P 3插在M 位置时液体的折射率值大于插在N 位置时液体的折射率值 B ．大头针P 3插在M 位置时液体的折射率值小于插在N 位置时液体的折射率值 C ．对于任何液体，在KC 部分都能观察到大头针P 1、P 2的像 D ．可能有一种液体，在KC 部分观察不到大头针P 1、P 2的像
F
（2）若∠AOF =30°，OP 3与OC 的夹角为30°，则液体的折射率为 。

答案：（1）BD （2）3 （二）光的干涉和衍射 1．双缝干涉
产生稳定干涉的条件：两光源发出的光频率相同，相位差恒定 现象：屏上出现明暗相间的条纹
分析：路程差Δr =（2k +1）·2
λ
（k =0、1、2、3…）暗纹
Δr =2k ·2
λ
（k =0、1、2、3…）亮纹
相邻亮条纹间距：与单色光波长成正比，公式Δx =d
l
λ 应用：用双缝干涉测光波的波长。

【例3】在双缝实验中，双缝到光屏上P 点的距离之差d =0.6 μm.若分别用频率为f 1=5.0×1014 Hz 和频率为f 2=7.5×1014 Hz 的单色光垂直照射双缝，则P 点出现条纹的情况是
A ．用频率为f 1的单色光照射时，P 点出现明条纹
B ．用频率为f 2的单色光照射时，P 点出现明条纹
C ．用频率为f 1的单色光照射时，P 点出现暗条纹
D ．用频率为f 2的单色光照射时，P 点出现暗条纹 解析：本题主要考查学生对双缝干涉规律的理解和应用。

根据波的叠加规律，P 点出现条纹的情况决定于路程差d 与波长的关系。

由c =λf 知两种单色光的波长分别为：
λ1=1f c
=14
8105103⨯⨯ m=0.6 μm
λ2=2f c =148105.7103⨯⨯ m=0.4 μm 与d =0.6 μm 比较得：d =λ1
=2
3
λ2。

答案：AD
【例4】用双缝干涉测光的波长。

实验装置如图14－4（甲）所示，已知单缝与双缝间的距离L 1=100mm ，双缝与屏的距离L 2=700mm ，双缝间距d =0.25mm 。

用测量头来测量亮纹中心的距离。

测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻线对准亮纹的中心（如图14-4（乙）所示），记下此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心，记下此时手轮上的读数。

（1）分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时，手轮上的读数如图14-4（丙）所示，则对准第1条时读数x 1=_______mm 、对准第4条时读数x 2=_______mm
（2）写出计算波长λ的表达式，λ=_________（用符号表示），λ=_____nm
解析：螺旋测微器读数特别注意半mm 刻度线是否漏出。

图（丙）中两个读数分别为2.190mm ，7.868mm 。

第一条与第四条之间有三个条纹间距的宽度，相邻条纹间的距离
312x x x -=
∆，由公式λd L x 2=∆，可得=λ2
123)
(L x x d -=6.76710-⨯m=676nm 。

答案：（1）2.190，7.868 （2）
2
123)
(L x x d -，676
2．薄膜干涉原理：利用薄膜前后表面反射光作为相干光波。

应用：检查平面平整程度。

3．光的衍射：光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象。

明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或者跟波长相差不多。

光源
滤光片
图（丙）
第1条时读数
第4条时读数
图（乙）
单缝衍射现象：明暗相间的条纹。

条纹宽度和亮度不等，中央亮纹最宽最亮。

泊松亮斑：影子中心一个很小的亮斑
（三）光的颜色色散
含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫做色散。

干涉、衍射、折射时都会发生色散。

色散现象表明：（1）白光是复色光；（2）当各种色光通过同一介质时，紫光的折射率最大，红光的折射率最小；（3）在同一介质中，红光的传播速度最大，紫光的传播速度最小。

折射率与波长之间的关系：波长越短，折射率越大。

（四）全反射
发生全反射的条件：（1）光从光密介质射向光疏介质（2）入射角大于临界角
1临界角：光从光密介质射入光疏介质时，折射角为90°时的入射角。

临界角C=arcsin
n Array【例5】如图所示，将半圆形玻璃砖放在竖直面内，它左方有较大
的光屏P，一光束SA总是射向圆心O，在光束SA绕圆心O逆时针转
动过程中，在P上先看到七色光带，然后各色光陆续消失，则此七色
光带从下到上的排列顺序以及最早消失的光是（）
A．红光→紫光，红光B．紫光→红光，红光
C．红光→紫光，紫光D．紫光→红光，紫光
解析：紫光折射角最大，最下面的是紫光，紫光也最容易发生全反射，因此，紫光最先消失。

答案：D
【例6】如图所示，在清澈平静的水底，抬头向上观察，会看到一个十分有趣的景象：（1）水面外的景物（蓝天、白云、树木、房屋）都呈现在顶角θ=97°的倒立圆锥底面的“洞”内；
（2）“洞”外是水底的镜像；
（3）“洞”边呈彩色，且七色的顺序为内紫外红。

试分析上述水下观天的奇异现象。

b
c
红
紫紫
0≤θ1＜90°的，都能折射入水中被人观察
到（图a ）。

根据折射定律，在θ1=90°的临界条件下
n =
21sin sin θθ，所以sin θ2=n
1sin θ=n 1
=sin C 。

因为水的临界角C =48.5°，所以倒立圆锥的顶角为θ=2θ2=2C =97°。

水底发出的光线，通过水面反射成虚像，也可以在水下观察到.但是由于“洞”内有很强的折射光，所以只有在“洞”外才能看到反射光（尤其是全反射光）造成的水底镜像（图b ）。

光线从空气中折射入水中时，要发生色散现象：红光的折射率最小，偏向角最小；紫光的折射率最大，偏向角最大.因为眼睛感觉光线是沿直线传播的，所以从水中看到的彩色“洞”边，是内紫外红（图c ）。

说明：本题所给的三种景象对应的三个不同的物理规律：折射、反射和色散.在简要解释物理现象时，首先要将现象和物理规律联系起来，要从规律入手，归纳总结出产生现象的原因。

（五）光的偏振 激光
1．光的偏振现象说明：光是一种横波。

2．激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性，平行度非常好，亮度非常高等特点。

应用：光纤通信、全息照像、控制核聚变等。

利用激光的这一特点可以用于等；激光的能够准确测量距离和速度；激光的，可以用于医疗上用做“光刀”进行手术。

【例7】利用旋光仪这种仪器可以用来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量。

其原理是：偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，这一角度称为“旋光角”，θ的值与糖溶液的浓度有关。

将θ的测量值与标准值相比较，就能
确定被测样品的含糖量了。

如图所示，S 是自然光源，A 、B 是偏振片，转动B ，使到达O 处
的光最强，然后将被测样品P 置于A 、B 之间，则下列说法中正确的是：（ ）
A ．到达O 处光的强度会明显减弱
B ．到达O 处光的强度不会明显减弱
C ．将偏振片B 转动一个角度，使得O 处光的强度最大，偏振片B 转过的角度等于θ
D ．将偏振片A 转动一个角度，使得O 处光的强度最大，偏振片A 转过的角度等于θ 答案：ACD
【例8】激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理。

用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度v 与二次曝光时间间隔t ∆的乘积等于双缝间距。

实验中可测得二次曝光时间间隔t ∆、双缝到屏之距离l 以及相邻两条亮纹间距x ∆。

若所用激光波长为λ，则该实验确定物体运动速度的表达式是（ ）
A.t
l x
v ∆∆=
λ B.t x l v ∆∆=
λ C.t x l v ∆∆=λ D. x
t
l v ∆∆=λ 解析：设双缝的距离为d ，则由题设有t v d ∆=，双缝到屏之距离l 以及相邻两条亮纹间距
x ∆、双缝距离d 、光波长为λ满足λd l x =
∆，解得t
x l v ∆∆=λ
，故选项B 正确。

答案：B 三、补充练习
1．如图所示，ABC 为等腰三棱镜，顶角A 的大小为60°。

一条光线由AB 面入射，折射光线与底边BC 平行，出射光线的偏向角δ=30°。

那么这个三棱镜材料的折射率是多少？
解析：要求三棱镜的折射率，由折射率公式n =21
sin sin θθ及几何关系可知θ2
而出射光线偏折角δ=θ2=30°，由对称性可知δ=2θ3，所以θ3=2
δ=15°，而入射角θ1=θ3＋θ2=45°，所
以n =2
1
sin sin θθ=2
122
=2。

说明：本题主要考查折射率定义及三棱镜对光线的偏折作用。

该题难点是不能看出对称性，继而不能由几何关系求出入射角θ1和折射角θ2.避免出错的方法是作图要规范.
θ
2．如图所示，在双缝干涉实验中，光源发出波长为6.0×10-7 m 的橙光时，在光屏上获得明暗相间的橙色干涉条纹。

在屏上的A 点恰是中央亮纹一侧的第二条亮条纹。

现改用频率为6.25×1014 Hz 的光，则在屏上A 点应出现明条纹还是暗条纹？
解析：双缝干涉实验中，中央亮纹是路程差d =0的第0条明条纹，
中央亮纹一侧第二条亮纹是d =2λ的点，所以对于A 点d =2λ=2×6.0×10
10-7
m 。

若改
用频率为6.25×1014
Hz 的光，由c =f ′λ′得λ′=f c '=1481025.6103⨯⨯ m=4.8×0-7m ，λ'd =7
7108.41012--⨯⨯=2.5，
即d =5×
2
λ'
，故A 点是暗条纹。

说明：此题考查干涉现象中出现明条纹条件d =n λ（n =0，1，2，3……），出现暗条纹条件d =（2n +1）
2λ（n =0，1，2，3，4……），第二条明条纹指d =2λ。

第一条暗条纹d =2
λ
，第二条暗条纹d =λ＋
2
λ
，依此类推。

3．发出白光的细线光源ab ，长度为l 0，竖直放置，上端a 恰好在水面以下，如图5。

现考虑线光源a b 发出的靠近水面法线（图中的虚线）的细光束经水面折射后所成的像，由于水对光有色散作用，若以l 1表示红光成的像的长度，l 2表示蓝光成的像的长度，则 （ ）
A. l 1< l 2<l 0
B.l 1> l 2>l 0
C.l 2> l 1>l 0
D.l 2< l 1<l 0
3．D （本题考查光的折射。

蓝光的折射角最大，蓝光的像点最靠近水面。

）
4．（2005年天津）现有毛玻璃屏A 、双缝B 、白光光源C 、单缝D 和透红光的滤光片E 等光学元件，要把它们放在图1所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。

（1）将白光光源C 放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C 、____________、A 。

（2）本实验的步骤有：
图5
图1
S S 2
A
屏
①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；
②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；
③用米尺测量双缝到屏的距离；
④用测量头（其读数方法与螺旋测微器相同）测量数条亮纹的间距。

在操作步骤②时还应注意___________________和______________________________。

（3）测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图2所示。

然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图3中手轮上
的示数
___________mm，求
得相邻亮纹的间距
△x为_______mm。

（4）已知双缝间
距d为2.0×10-4m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式λ=_____，求得所测红光波长为_____________nm。

答案：（1）E D B （2）单缝和双缝间距5～10cm 使单缝与双缝相互平行。

（3）13.870，
2.310 （4）d
l
x 6.6×10
2
图2 图3。