2019版高中物理第十三章光本章整合课件新人教版选修3_4201909211366
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了折射的缘故。试证明在垂直入射时的折射率等于实际深度跟视
深的比值。
点拨：垂直入射时入射光跟折射光在一条直线上,好像不能用角
度的正弦直接求解了,因为其入射角和折射角都是0°,但要证明命题,
还必须由此入手。
专题一
专题二
专题三
证明:因为两条光线才能确定物体的位置,除了画一条垂直入射
的光线,还要再画一条辅助光线,只是让该光线的入射角也很小罢
中学阶段,一般都是沿着界面的法线方向去观察,在计算时,由于入
射角很小,折射角也很小,故有
sin
sin
≈
tan
tan
≈ , 这是在视深问题中经
常用到的几个关系式。
1
2.当沿竖直方向看水中物体时,“视深”是实际深度的 。
专题一
专题二
专题三
【例1】 垂直水面向下看,水里的物体看起来变浅了,这是光发生
正切,
所以 n=
tan∠
tan∠1
=
2
1
=
1
2
=
ℎ
实
ℎ
视
。
专题一
专题二
专题三
专题二 折射率的测定方法
折射率的计算与测定是几何光学中的重要内容,其测定方法较多,
有成像法、插针法、视深法、全反射法等。成像法利用了水面的
反射成像和水的折射成像的原理;插针法利用了光的折射定律,即
公式 n=
sin
sin
ℎ
; 视深法利用了视深公式h'= ; 全反射法则利用了全反
射现象的原理。在测定介质折射率时, 应灵活选用这些方法。
专题一
专题二
专题三
【例2】在一个圆形轻木塞的中心插上一根大头针,然后把它倒
放在水面上,调节针插入的深度,使观察者不论在什么位置都刚好
不能看到水面下的大头针,如图所示,测出大头针从木塞露出的长
求出为30°,30°<45°,故可从BD面射出,根据折射定律可求出出
射光线与界面法线的夹角为45°,光路图如图所示。
答案：见解析
度d,木塞的半径为r,求水的折射率。
点拨：画出符合题意的光路图是处理此类几何光学问题的关键。
专题一
专题二
专题三
解析：产生全反射的条件有两条:(1)光从光密介质射向光疏介
质;(2)入射角θ1大于或等于临界角C。
当光从某种物质射向真空(或空气)时,
1
1
其临界角 C 符合 sin C= ,C=arcsin (n 为介质对光的折射率),
2.光的折射与光速、频率、波长关系的综合分析。
先由折射光路判断光的折射率大小关系,进而得出光的频率关系,
然后再根据 n= 和 = 判断出光速和波长的关系。
专题一
专题二
专题三
【例3】如图所示,两平面平行玻璃砖的截面图,一束平行于CD边
的单色光入射到AC界面上,a、b是其中的两条平行光线。光线a在
1.光路分析与计算。
(1)确定光是由光密介质进入光疏介质,还是由光疏介质进入光密
1
介质,并根据 sin C= 确定临界角, 判断是否发生全反射。
(2)画出光线发生折射、反射的光路图(全反射问题中关键要画
出入射角等于临界角的“临界光路”)。
(3)结合光的反射定律、折射定律、全反射理论及相关几何关系
进行分析与计算。
解析：根据a光线在AC面上的入射角和折射角可知其折射率
sin45 °
n= sin30 ° = 2。
1
1
设此玻璃砖的临界角为 C,则 sin C= ,C=arcsin = 45°。
b光线在CD面上的入射角由几何关系可知为75°,75°>45°,故
b光线在CD面上发生全反射,射至BD面上的入射角可由几何关系
玻璃砖中的光路已给出。画出光线b从玻璃砖中首次出射的光路
图,并标出出射光线与界面法线夹角的角度。
点拨：根据光线a的偏折情况可以求出玻璃砖的折射率,也就能
求出这种介质的临界角,进而判断b光线射到CD面上时是否发生全
反射,然后再根据光的反射或折射定律作出光线b从玻璃砖中首次
出射的光路图。
专题一
专题二
专题三
如图,当针尖 A 发出的光到达水面 B 点时恰以临界角 C 入射,因此
1
sin C= 。在△AOB 中:tan C= , 而tan C=
由此求得 n=
答案：
2 + 2
2 + 2
。
sin
1-si n 2
=
1
2 -1
,
专题一
专题二
专题三
专题三 光的反射、折射、全反射等综合问题分析
条件:相干光源
明:Δ = ( = 0,1,2,…)
明、暗条纹的判断
光的干涉
双缝干涉
光
2
暗:Δ = (2 + 1)· ( = 0,1,2,…)
干涉图样
条纹间距:Δ =
实验:用双缝干涉仪测光的波长
发生明显衍射现象的条件
单缝衍射(注意与双缝干涉图样的区别)
光的衍射 三种衍射图样 圆孔衍射
了,如图所示。
从水中物体P1发出的光经水面折射进入人的眼睛,光线反向延长
线的交点P2即眼睛看到的物体的位置,OP1表示实际深度h实,OP2表
示看到的深度h视,以在N点折射的光线研究,由折射率公式
n=
sin
sin
=
sin∠
,
sin∠1
专题一
专题二
专题三
由于上式中的角度很小,由相应的近似关系:小于5°时的正弦等于
本章整合
光的反射:反射定律
折射定律
光的折射 折射率: =
sin
0
, = =
sin
实验:用“插针法”测玻璃砖的折射率
光密介质→光疏介质
光的全反射
条件
入射角 ≥ 临界角 sin =
1
现象及应用:(1)全反射棱镜 (2)光导纤维
薄膜干涉
干涉图样
现象及应用:(1)增透膜 (2)检查平面的平整度
圆板衍射(泊松亮斑)
现象及应用
区分偏振光与自然光
光的偏振 偏振现象说明光是横波Байду номын сангаас
应用:立体电影、液晶显示器
光的干涉产生的色散
光的色散 光的衍射产生的色散
光的折射产生的色散
激光
特点:相干性好、平行度好、亮度高
应用:传播信息、激光测距、光储存、医疗、全息照相
专题一
专题二
专题三
专题一 “视深”问题
1.视深是人眼看透明物质内部某物点时像点离界面的距离。在
深的比值。
点拨：垂直入射时入射光跟折射光在一条直线上,好像不能用角
度的正弦直接求解了,因为其入射角和折射角都是0°,但要证明命题,
还必须由此入手。
专题一
专题二
专题三
证明:因为两条光线才能确定物体的位置,除了画一条垂直入射
的光线,还要再画一条辅助光线,只是让该光线的入射角也很小罢
中学阶段,一般都是沿着界面的法线方向去观察,在计算时,由于入
射角很小,折射角也很小,故有
sin
sin
≈
tan
tan
≈ , 这是在视深问题中经
常用到的几个关系式。
1
2.当沿竖直方向看水中物体时,“视深”是实际深度的 。
专题一
专题二
专题三
【例1】 垂直水面向下看,水里的物体看起来变浅了,这是光发生
正切,
所以 n=
tan∠
tan∠1
=
2
1
=
1
2
=
ℎ
实
ℎ
视
。
专题一
专题二
专题三
专题二 折射率的测定方法
折射率的计算与测定是几何光学中的重要内容,其测定方法较多,
有成像法、插针法、视深法、全反射法等。成像法利用了水面的
反射成像和水的折射成像的原理;插针法利用了光的折射定律,即
公式 n=
sin
sin
ℎ
; 视深法利用了视深公式h'= ; 全反射法则利用了全反
射现象的原理。在测定介质折射率时, 应灵活选用这些方法。
专题一
专题二
专题三
【例2】在一个圆形轻木塞的中心插上一根大头针,然后把它倒
放在水面上,调节针插入的深度,使观察者不论在什么位置都刚好
不能看到水面下的大头针,如图所示,测出大头针从木塞露出的长
求出为30°,30°<45°,故可从BD面射出,根据折射定律可求出出
射光线与界面法线的夹角为45°,光路图如图所示。
答案：见解析
度d,木塞的半径为r,求水的折射率。
点拨：画出符合题意的光路图是处理此类几何光学问题的关键。
专题一
专题二
专题三
解析：产生全反射的条件有两条:(1)光从光密介质射向光疏介
质;(2)入射角θ1大于或等于临界角C。
当光从某种物质射向真空(或空气)时,
1
1
其临界角 C 符合 sin C= ,C=arcsin (n 为介质对光的折射率),
2.光的折射与光速、频率、波长关系的综合分析。
先由折射光路判断光的折射率大小关系,进而得出光的频率关系,
然后再根据 n= 和 = 判断出光速和波长的关系。
专题一
专题二
专题三
【例3】如图所示,两平面平行玻璃砖的截面图,一束平行于CD边
的单色光入射到AC界面上,a、b是其中的两条平行光线。光线a在
1.光路分析与计算。
(1)确定光是由光密介质进入光疏介质,还是由光疏介质进入光密
1
介质,并根据 sin C= 确定临界角, 判断是否发生全反射。
(2)画出光线发生折射、反射的光路图(全反射问题中关键要画
出入射角等于临界角的“临界光路”)。
(3)结合光的反射定律、折射定律、全反射理论及相关几何关系
进行分析与计算。
解析：根据a光线在AC面上的入射角和折射角可知其折射率
sin45 °
n= sin30 ° = 2。
1
1
设此玻璃砖的临界角为 C,则 sin C= ,C=arcsin = 45°。
b光线在CD面上的入射角由几何关系可知为75°,75°>45°,故
b光线在CD面上发生全反射,射至BD面上的入射角可由几何关系
玻璃砖中的光路已给出。画出光线b从玻璃砖中首次出射的光路
图,并标出出射光线与界面法线夹角的角度。
点拨：根据光线a的偏折情况可以求出玻璃砖的折射率,也就能
求出这种介质的临界角,进而判断b光线射到CD面上时是否发生全
反射,然后再根据光的反射或折射定律作出光线b从玻璃砖中首次
出射的光路图。
专题一
专题二
专题三
如图,当针尖 A 发出的光到达水面 B 点时恰以临界角 C 入射,因此
1
sin C= 。在△AOB 中:tan C= , 而tan C=
由此求得 n=
答案：
2 + 2
2 + 2
。
sin
1-si n 2
=
1
2 -1
,
专题一
专题二
专题三
专题三 光的反射、折射、全反射等综合问题分析
条件:相干光源
明:Δ = ( = 0,1,2,…)
明、暗条纹的判断
光的干涉
双缝干涉
光
2
暗:Δ = (2 + 1)· ( = 0,1,2,…)
干涉图样
条纹间距:Δ =
实验:用双缝干涉仪测光的波长
发生明显衍射现象的条件
单缝衍射(注意与双缝干涉图样的区别)
光的衍射 三种衍射图样 圆孔衍射
了,如图所示。
从水中物体P1发出的光经水面折射进入人的眼睛,光线反向延长
线的交点P2即眼睛看到的物体的位置,OP1表示实际深度h实,OP2表
示看到的深度h视,以在N点折射的光线研究,由折射率公式
n=
sin
sin
=
sin∠
,
sin∠1
专题一
专题二
专题三
由于上式中的角度很小,由相应的近似关系:小于5°时的正弦等于
本章整合
光的反射:反射定律
折射定律
光的折射 折射率: =
sin
0
, = =
sin
实验:用“插针法”测玻璃砖的折射率
光密介质→光疏介质
光的全反射
条件
入射角 ≥ 临界角 sin =
1
现象及应用:(1)全反射棱镜 (2)光导纤维
薄膜干涉
干涉图样
现象及应用:(1)增透膜 (2)检查平面的平整度
圆板衍射(泊松亮斑)
现象及应用
区分偏振光与自然光
光的偏振 偏振现象说明光是横波Байду номын сангаас
应用:立体电影、液晶显示器
光的干涉产生的色散
光的色散 光的衍射产生的色散
光的折射产生的色散
激光
特点:相干性好、平行度好、亮度高
应用:传播信息、激光测距、光储存、医疗、全息照相
专题一
专题二
专题三
专题一 “视深”问题
1.视深是人眼看透明物质内部某物点时像点离界面的距离。在