2018山东科技版物理高考第一轮复习——光学(学案)

一. 教学内容：

光学

二. 本章的知识点

1、光的折射，折射定律，折射率 （1）光的折射：光由一种媒质进入另一种媒质或在同一种不均匀媒质中传播时，方向发生偏折的现象叫做光的折射。

（2）折射定律： ①内容：折射光线位于入射光线与法线所决定的平面内，折射光线和入射光线分别位于法线两侧。

②数学表达式：入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即r i n sin sin =。

（3）折射率

相对折射率：光从一种媒质斜射入第二种媒质发生折射时，入射角i 的正弦与折射角r

的正弦之比，对于给定的两种媒质来说是一个常数，用21n 表示，21n r i sin sin =。常数21n 称为

第二种媒质对第一种媒质的相对折射率。

绝对折射率：任意一种媒质对真空的相对折射率称为这种媒质的绝对折射率，简称这种媒质的折射率，用n 表示.通常说某种媒质的折射率即是指它的绝对折射率，也就是它对真空的相对折射率。

相对折射率与绝对折射率的关系：

实验表明：第二种媒质对第一种媒质的相对折射率等于光在第一种媒质中的传播速度V 1与光在第二种媒质中的传播速度V 2之比，即21

n 21V V =. 由此可得某种媒质的折射率V C n

=，C 为真空中的光速。进而可得：21n 21V V =21/V C V C =12n n =，即第二种媒质对第一种媒质的相对折射率等于第二种媒质的绝对折率与

第一种媒质的绝对折射率之比。光在任何媒质中的速度都小于光在真空中的速度，即V ＜C ，

所以任何媒质的折射率n=V C 都大于1。光在空气中的速度与光在真空中的速度相差很小，

故空气的折射率n=V C 1≈。若把真空也看作一种媒质，则真空的折射率为1=n 。 2、全反射和临界角

（1）全反射：当光从光密媒质进入光疏媒质时，折射角大于入射角.当入射角增大到某一角度时，折射角等于90°，此时，折射光完全消失，入射光全部返回原来的媒质中，这种现象叫做全反射。

（2）临界角：

①定义：光从光密媒质射向光疏媒质时，折射角等于90°时的入射角，叫做临界角.用字母C 表示.临界角是指光由光密媒质射向光疏媒质时，发生全反射形象时的最小入射角，是发生全反射的临界状态.当光由光密媒质射入光疏媒质时：

若入射角i

若入射角i ≥C ，则发生全反射现象。

②临界角的计算：

A 、任意两种媒质：n 密、n 疏，n 密对疏=疏密n n C o

=sin 90sin ，故临界角C=)(sin 1密疏n n -=arcsin （密疏n n ）。 其中，n 密、n 疏分别为光密媒质和光疏媒质的绝对折射率。

B 、当光由某种媒质射入真空或空气时：n 1

C sin 90sin arcsin C n =⇒=︒

。

（3）发生全反射的条件：

①光从光密媒质射向光疏媒质；

②入射角大于或等于临界角，即i ≥C 。以上两个条件必须同时满足，缺一不可。

3、光导纤维

全反射的一个重要应用就是用于光导纤维（简称光纤）。光纤有内、外两层材料，其中内层是光密介质，外层是光疏介质。光在光纤中传播时，每次射到内、外两层材料的界面，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射。这样使从一个端面入射的光，经过多次全反射能够没有损失地全部从另一个端面射出。

4、光的色散

（1）棱镜对光路的改变作用

如下图左图所示，玻璃三棱镜放在空气中，光从一个侧面AB 射入，通过棱镜后的光线向棱镜底面偏折，θ角叫做偏向角，隔着棱镜看点光源S ，则看到点光源的虚像S /，且S /偏向棱镜的顶角，如下图中间图示

（2）光的色散

一束白光通过三棱镜后，光散开在光屏上形成一个彩色光带．这种彩色光带叫做光谱，光带中色光的排列顺序依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，产生色散的原因是同一介质对不同色光的折射率不同，因而不同色光经棱镜两次折射后偏向角不同，由上图右图可看出：紫光的折射率最大，红光的最小．由n ＝c ／ｖ得：紫光在介质中的传播速度最小，红光最8

5、测定玻璃的折射率

实验原理：如例1图所示为两面平行的玻璃砖对光路的侧移，用插针法找出与入射光线

AO 对应的出射光线O ，B ，确定出O ，点，画出折射光线OO ，。量出入射角θ1和折射角θ2，

据2

1sin sin θθ=n 计算出玻璃的折射率。 实验注意事项：

（1）实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且P 1和P 2之间，P 2与O 之间，O ，与P 3

之间，P 3与P 4之间距离要稍大一些。

（2）入射角要稍大一些，但不可过大和过小。

（3）在操作时，手不能接触玻璃砖的光洁面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。

（4）在实验过程中玻璃砖与尺子的相对位置不能改变。

实验数据处理：多进行几组实验，运用2

1sin sin θθ=n 计算n 并求其平均值。 特别提示：

玻璃砖：所谓玻璃砖一般指横截面为矩形的棱柱。当光线从上表面入射，从下表面射出时，其特点是：⑴射出光线和入射光线平行；⑵各种色光在第一次入射后就发生色散；⑶射出光线的侧移和折射率、入射角、玻璃砖的厚度有关；⑷可利用玻璃砖测定玻璃的折射率。

6、双缝干涉 条纹间距与波长的关系

双缝干涉：一般用“一分为二”的办法获得相干光源，如S 1、S 2振动情况完全相同，

则：l >> d时：

δ= r2 – r1 = dx/l = nλ，

即x = nlλ/d处出现明条纹。

δ= r2 – r1 = dx/l = （2n + 1）λ/2，

即x = （2n + 1）lλ/2d处处出现暗条纹。（n = 0、1、2……）

条纹宽度或条纹间距：△x = lλ/d。

注意：l越大、d越小、λ越大，△x越大；可用于测量λ。λ红= 770—620nm；λ紫= 450—400nm。

图象特点：中央为明条纹，两边等间距对称分布明暗相间条纹。红光（λ最大）明、暗条纹最宽，紫光明、暗条纹最窄。白光干涉图象中央明条纹外侧为红色。

7、薄膜干涉

薄膜干涉（等厚干涉）：相干光源的由来：利用薄膜（如肥皂液膜）前后两表面的反射光束相遇而形成干涉现象。

图象特点：同一条亮（或暗）条纹上所对应薄膜厚度完全相等。不同λ的光做实验，条纹间距不同；单色光在肥皂膜上（上薄下厚）形成水平状明暗相间条纹，白光入射形成彩色条纹。

应用：检查工件平整度：检查精度非常高。乙图表示表面不平。

增透膜：镜头呈淡紫色，因为入射光为白光，增透膜只能使一定波长的光反射时相互抵消，不可能使白光中所有波长的光反射时抵消．在选增透膜时，一般是使对人眼灵敏的绿光在垂直入射时相互抵消，这时光谱边缘部分的红光和紫光并没有相互抵消，因此涂有增透膜的光学器件呈淡紫色。增透膜厚度d 等于光在氟化镁中波长的1/4。水面上的油膜，捏紧的玻璃在太阳光照射下呈彩色是薄膜干涉现象。

8、光的衍射

光的衍射：是波动特有的现象，指光绕过障碍物偏离直线传播的现象。本质是光的干涉现象。

产生条件：障碍物或孔的尺寸与波长可比（相差不多）。由于可见光波长较小，所以光的衍射需在特定的条件下才能被观察到。

单缝衍射图象特点：中央最宽最亮；两侧条纹不等间隔且较暗；条纹数较少。（白光入射为彩色条纹）。泊松亮斑是光的衍射现象，证明光具有波动性。

9、光的偏振

（1）光的偏振也证明了光的波动性，而且是横波。各种电磁波中电场E的方向、磁场B的方向和电磁波的传播方向之间，两两互相垂直。

（2）自然光。太阳、电灯等普通光源直接发出的光，包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫自然光。

（3）偏振光。自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定的方向振动，叫偏振光。自然光射到两种介质的界面上，如果光的入射方向合适，使反射和折射光之间的夹角恰好是90°，这时，反射光和折射光就都是偏振光，且它们的偏振方向互相垂直。我们通常看到的绝大多数光都是偏振光。

【典型例题】

例1、如图所示，用透明材料做成一长方体形的光学器材，要求从上表面射入的光线可能从右侧面射出，那么所选的材料的折射率应满足（）

A、折射率必须大于2

B、折射率必须小于2

C、折射率可取大于1的任意值

D、无论折射率是多大都不可能

解析：从图中可以看出，为使上表面射入的光线经两次折射后从右侧面射出，θ1和θ