高中物理光学知识总结及习题

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➢ 光的折射、全反射和色散 1.光密介质不是指密度大的介质,折射率的大小与介质的密度无关.

2.由n =

v c 知,当光从真空射向其他透明介质时,频率不变,波速和波长都发生改变. 1.光的折射

(1)折射现象:光从一种介质斜射进入另一种介质时,传播方向发生 的现象.

(2)折射定律:

①内容:折射光线与入射光线、法线处在 ,折射光线与入射光线分别位

于 的两侧,入射角的正弦与折射角的正弦成 .

②表达式:2

1sin sin θθ=n 12,式中n 12是比例常数. ③在光的折射现象中,光路是 .

(3)折射率:

①定义:光从真空射入某介质时, 的正弦与 的正弦的比值.

②定义式:n =2

1sin sin θθ (折射率由介质本身和光的频率决定). ③计算式:n =

v

c (c 为光在真空中的传播速度,v 是光在介 质中的传播速度,由此可知,n >1). 2.全反射 (1)发生条件:①光从 介质射入 介质;②入射角 临界角.

(2)现象:折射光完全消失,只剩下 光.

(3)临界角:折射角等于90°时的入射角,用C 表示,sin C =

n 1 . (4)应用: ①全反射棱镜; ②光导纤维,如图所示.

3.光的色散

(1)光的色散现象:含有多种颜色的光被分解为 光的现象.

(2)色散规律:由于n 红<n 紫,所以以相同的入射角射到棱镜界面时,红光和紫光的折射角不同,即紫

光偏折得更明显.当它们射到另一个界面时, 光的偏折最大, 光的偏最小.

(3)光的色散现象说明:

①白光为复色光;

②同一介质对不同色光的折射率不同,频率越大的色光折射率 ;

③不同色光在同一介质中的传播速度不同,波长越短,波速 .

➢ 光的波动性 1.光的干涉

(1)产生干涉的条件:两列光的 相同, 恒定.

(2)杨氏双缝干涉①原理如图所示.②产生明、暗条纹的条件

a .单色光:若路程差r 2-r 1=kλ(k =0,1,2…),光屏上出现 ;

若路程差r 2-r 1= (2k +1)

2

λ (k =0,1,2…),光屏上出现 . b .白光:光屏上出现彩色条纹.③相邻明(暗)条纹间距:Δx =λd l . (3)薄膜干涉

①概念:由薄膜的前后表面反射的两列光相互叠加而成.劈形薄膜干涉可产生平行 条

纹.

②应用:检查工件表面的平整度,还可以做增透膜.

2.光的衍射

(1)光的衍射现象:光在遇到障碍物时,偏离直线传播方向而照射到 区域的现象.

(2)发生明显衍射现象的条件:当孔或障碍物的尺寸比光波波长小,或者跟波长差不多时,光才能发

生明显的衍射现象.

(3)各种衍射图样

①单缝衍射:中央为 ,两侧有明暗相间的条纹,但间距和 不同.用白

光做衍射实验时,中央条纹仍为 ,最靠近中央的是紫光,最远离中央的是红光.

②圆孔衍射:明暗相间的不等距 .

③泊松亮斑(圆盘衍射):光照射到一个半径很小的圆盘后,在圆盘的阴影中心出现的亮斑,这是光

能发生衍射的有力证据之一.

(4)衍射与干涉的比较

➢ 对折射率的理解

.对于某单( )

B .其速度比在水中大,其波长比在水中短

C .其速度比在水中小,其波长比在水中短

D .其速度比在水中小,其波长比在水中长

[答案] C

[解析] 由光在介质中的波速与折射率的关系式v = n

c 可知,n 玻>n 水,所以v 玻<v 水,光的频率与介质无关,只由光源决定,即光在玻璃及水中传播时ν不变,据v =λν,知λ玻<λ水.C 项正确.

➢ 对全反射的理解

1.在光的反射和全反射现象中,均遵循光的反射定律;光路均是可逆的.

2.当光射到两种介质的界面上时,往往同时发生光的折射和反射现象,但在全反射现象中,只发

生反射,不发生折射.当折射角等于90°时,实际上就已经没有折射光了.

3.全反射现象可以从能量的角度去理解:当光由光密介质向光疏介质时,在入射角逐渐增大的过

程中,反射光的能量逐渐增强,折射光的能量逐渐减弱,当入射角等于临界角时,折射光的能量已经减

弱为零,这时就发生了全反射.

2.(2009·浙江高考)如图11-3-4所示,有一束平行于等边三棱镜截面ABC 的单色光从空气射向E 点,

并偏折到F 点.已知入射方向与边AB 的夹角为θ= 30°,E 、F 分别为边AB 、 BC 的中点,则 ( )

A .该棱镜的折射率为3

B .光在F 点发生全反射

C .光从空气进入棱镜,波长变小

D .从F 点出射的光束与入射到

E 点的光束平行

[答案] AC

[解析] 由几何关系可知,入射角θ1=60°,折射角θ2=30°.由折射定律n=2

1sin sin θθ=2

123

=3, A 正确;在BC 界面上,入射角为30°,根据计算所得折射率,由折射定律易知,出射角度为60°,不会发

生全反射,B 错误;光从空气进入棱镜,频率f 不变,波速v 减小,所以λ=f

v 减小,C 正确;由上述计算结果,作出光路图,可知D 错误.

【题型1】折射定律及折射率的应用

【例1】(2008·宁夏高考)一半径为R 的1/4球体放置在水平桌面上,球体由折射率为3的透明材料制成.现

有一束位于过球心O 的竖直平面内的光线,平行于桌面射到球体表面上,折射入球体后再从竖直表面射出,如图所示.已知入射光线与桌面的距离为求出射角θ.

[答案] 60°

[解析] 如图所示,设入射光线与1/4球体的交点为C ,连接OC ,OC 即为

入射点的法线.因此,图中的角α为入射角.过C 点作球体水平表面的垂线,

垂足为B .依题意,∠COB =α.

又由△OBC 知sin α=2

3① 设光线在C 点的折射角为β,由折射定律得

β

αsin sin =3② 由①②两式得β=30° ③

1.无论是应用折射定律,还是应用全反射分析问题,都应准确作出光路图,个别问题还要注意找

出符合边界条件或恰好发生全反射的对应光线.

2.光学题目经常涉及到日常生活或高科技中的光学元件,如光纤通信、照像机镜头等.

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