高三光学,原子物理复习讲座

南京市2005~2006届高三光学原子物理讲座
南京市
本讲座内容包括几何光学、物理光学、原子物理 直线传播是几何光学的基础，反射定律的应用较为普遍，但近年来对这类知识的传统题有所减小，多注重于解决日常生活中的实际问题，日食、月食等常识，不能忽略，今后有可能成为考查重点，近几年高考对折射、全反射现象的分析命题较高，解答这类问题需进行推理判断、作图、运用。

光的干涉、衍射只要求定性掌握，能区分光的干涉和衍射现象及条纹的区别，高考对这些知识的考查，总以选择和填空的形式出现，属于容易题。

另一方面，要注意这些知识的实际应用，如增透膜、等厚干涉、光谱分析等。

一、几何光学
〖基本概念与基本规律〗
1.光的直线传播
(1)光源的理想模型:点光源、线光源、面光源。

(2)光直线传播的条件（同种均匀介质且障碍物的尺寸b 与波长的关系满足b<<λ）(3)光线的理想模型(4)光的传播速度 (5)光线传播的应用：小孔成像：（条件--孔要足够小,光屏到孔距离很近）和影的形成：本影、半影、伪本影
如：日食的形成
地球1 地球2
太阳 半影
月球
伪本影 本影
半影
2.光的反射与折射
(1)光的反射定律（三线两角的含义）(2)光的折射定律(3)折射率 （光线从介质Ⅰ——介质Ⅱ
12122112211sin sin n v v v c v c n n r i n ＝＝＝＝＝
注意：
①折射率的物理意义：表示介质折射光的本领大小的物理量
②折射率大小的决定因素——介质、光源(频率)
某一频率的光在不同介质中传播时,频率不变但折射率不同,所以光速不同,波长也不同(与机械波相同);不同频率的光在同一介质中传播时,折射率不同,所以光速不同,波长也不同(与机械波的区别).
③反射现象与折射现象的光路可逆性 (3)全反射
全反射条件：①光从光密射到光疏②入射角大于临界角(同时满足)
全反射临界角 n
C 1s i n
1
-＝ 注意：
①临界角的含义：折射角为90︒时的入射角.②规律：一旦发生全反射,即符合光的反射定律③光密介质与光疏介质——两个不同的介质，折射率大的称为光密介质，折射率小的称为光疏介质，光密与光疏只具有相对意义。

〖例1〗地球上的人们观察日食时，下列说法中正确的是（ ） A ．在某地观察到日全食的同时，在另一地可以观察到日偏食 B ．在某地观察到日全食的同时，在另一地可以观察到日环食 C ．在某地观察到日环食的同时，在另一地可以观察到日偏食 D ．可以同时观察到日全食、日偏食与日环食 答案： （ AC ）
〖例2〗如图所示，ＭＮ是竖直放置的长为L=0.5m 的平面镜，观察者
在Ａ处观察，有一小球从某处自由下落，小球下落的轨道与平面镜
相距为d=0.25m ，观察者能在镜中看到小球像的时间为s t 2.0=∆，
已知观察者的眼睛到平面镜的距离为Ｓ=0.40m ，求小球从静止开始
下落经多长时间，观察者才能在镜中看到小球的像？
〖例3〗（2004海南高考）如图所示，S 为一在xy 平面内的点光源，一平面镜垂直于xy 平面放置，它与xy 平面的交线为MN ，MN 与x 轴的夹角为0
30=θ，现保持S 不动，令平面镜以速率v 沿x 轴正方向运动，则S
A 、 以速率v 沿x 轴正向运动
B 、 以速率v 沿y 轴正向运动
C 、 以速率2/v 沿像与S 连线方向向S 运动
D 、 以速率v 沿像与S 连线方向向S 运动 答案：D
〖例4〗（1998年高考全国卷）如图所示，一储油圆桶，底面直径与桶高均为d 。

当桶内无油时，从某点A 恰能看到桶底边缘上的某点B 。

当桶内油的深度等于桶高的一半时，在A 点沿AB 方向看去，看到桶底上的C 点，C 、B 相距
4
d
，由此可得油的折射率n = ；光在油中传播的速度v = m/s 。

（结果可用根式表示）
答案：
2
10
；610×107 〖例5〗（1997年高考全国卷）光线在玻璃和空气的分界面上发生全反射的条件是（ ）
A ．光从玻璃射到分界面上，入射角足够小
M
N x
B ．光从玻璃射到分界面上，入射角足够大
C ．光从空气射到分界面上，入射角足够小
D ．光从空气射到分界面上，入射角足够大 答案：B 〖例6〗（2003全国高考）如图所示，一玻璃柱体的横截面为半圆形，细的单色光束从空气射向柱体的O 点（半圆的圆心）产生反射光束1和2，已知玻璃折射率为3，入射角为450（相应的折射角为240）,现保持入射光不变，将半圆柱绕通过O 点垂直于图面的轴线顺时针转过150，如图中虚线所示，则：
A ． 光束１转过150
B ． 光束1转过300
C ． 光束2转过的角度小于150
D ． 光束2转过的角度大于150 答案：B 、C
〖例7〗（2004全国高考），如图所示，一玻璃棱镜的横截面是等腰abc ∆，其中ab 面是镀银的，现有一光线垂直于ab 面入射，在棱镜内经过两次反射后垂直于bc 面射出，则： A ．0
75,30=∠=∠b a B ． 0
74,32=∠=∠b a C ．0
73,34=∠=∠b a D ．0
72,36=∠=∠b a
〖例8
A ．波长变长、波速变小
B ．波长变短、波速变大
C ．波长变长、波速变大
D ．波长变短、波速变小 答案：D 〖例9〗（2000年春季高考北京、安徽卷）（1）用简明的语言表述临界角的定义。

（2）玻璃和空气相接触，试画出入射角等于临界角时的光路图，并标明临界角。

（3）当透明介质处在真空中时，根据临界角的定义导出透明介质的折射率n 与临界角θc 的关系式。

答案：略
〖例10〗如图为用透明介质做成的空心球，其折射率为n 外半径分别为b a 和,用a b >>内表面涂上能完全吸光
的物质，当一束平行光射向此球时被内表面吸收掉的光 束在射进空心球前的横截面积是多少？ 答案：2
2
a n π
c
注意：
①光的色散现象：白光(或复色光)通过三棱镜后会出现由各单色光组成的按一定次序排列的彩色光带,这种现象叫色散,彩色光带叫光谱.
Ⅰ原理：棱镜对不同单色光的折射率不同,即红光折射率小,紫光折射率大,所以在入射角相同时,紫光比红光偏折得更利害一些.
Ⅱ光谱排列：(以偏折从小到大排)红橙黄绿青蓝紫 ②全反射三棱镜的原理及应用
③光导纤维
④大气中的光现象——蒙气差 ⑤大气中的光现象——海市蜃楼
〖例11〗如图所示，两个平面镜互成直角，入射光线AB 经两次反射后的光线为CD ，今以两平面镜的交线为轴，将镜转动10°，两平面镜仍保持直角，在入射光AB 保持不变的情况下，经过两次反射后，反向光线为C ＇D ＇，则C ＇D ＇与CD （ ）
A ．不相交，同向平行
B ．不相交，反向平行
C ．相交成20°
D ．相交成40° 答案：A 〖例12〗（1999年高考上海卷）一束复色可见光射到置于空气中的平板玻璃上，穿过玻璃后从下表面射出，变为a 、b 两束平行单色光，如图甲所示，对于两束单色光来说（ ）
A ．玻璃对a 光的折射率较大
B ．a 光在玻璃中传播的速度较大
C ．b 光每个光子的能量较大
D ．b 光的波长较大 答案：AD
〖例13〗（1999年高考全国卷）假设地球表面不存在大气层，那么人们观察到日出时刻与实际存在大气层的情况相比（ ）
A ．将提前
B ．将延后
C ．在某些地区将提前，在另一些地区将延后
D ．不变
甲 乙
答案：B
〖例14〗设λ1、λ2是两种单色可见光1，2在真空中的波长，若λ1＞λ2，则这两种单色光相比（ ）
A ．单色光1的频率较小
B ．玻璃对单色光1的折射率较大
C ．在玻璃中单色光1的传播速度较大
D ．单色光1的光子的能量较大 答案：AC 例15〗（2004江苏）、如图所示，只含黄光和紫光的复色光束PO ，
玻璃半圆柱内，被分成两光束，OA 和OB Ａ．O Ａ为黄色，OB 为紫色 Ｂ．OA 为紫色，OB 为黄色
Ｃ．OA 为黄色，OB 为复色 Ｄ．ＯA 为紫色，ＯB 为复色
答案C
〖例16〗（2000年高考全国卷）A 与B 是两束平行的单色光，它们从空气中射入水中的折射角分别为r A 、r B ，若r A ＞r B ，则（ ）
A ．在空气中A 的波长大于
B 的波长
B ．在水中A 的传播速度大于B 的传播速度
C ．A 的频率大于B 的频率
D ．在水中A 的波长小于B 的波长 答案：AB 〖例17〗（2003高考全国卷）如图所示，a 和b 都是厚度均匀的平玻璃板，它们之间的夹角为ϕ，一细光束以入射角θ从P 点射入，ϕθ>，已知此光束由红光和蓝光组成，则当光束透过b 板后：
A ． 传播方向相对于入射光方向向左偏转ϕ角
B ． 传播方向相对于入射光方向向右偏转ϕ角
C ． 红光在蓝光的左边
D ． 红光在蓝光的右边 答案：C 〖例18〗某三棱镜的横截面是一直角三角形，如图所示，∠A =90°,∠B =30°,∠C =60°，棱镜材料的折射率为n ，一束单色光与底面BC 的方向射向AB 在，经AB 面和AC 面折射后出射。

⑴求出射光线与入射光线延长线间的夹δ。

⑵为使上述入射光线能从AC 面出射，折射率n 的最大值为多少？
答案：2
7≤n。