高中物理第2輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題5 第3講 光的傳播及波動(dòng)性課件.ppt

第講 3 光的傳播及波動(dòng)性 專(zhuān)題五波與粒子 一 光的直線(xiàn)傳播1 光沿直線(xiàn)傳播的條件 在同一均勻介質(zhì)中傳播2 光線(xiàn) 用來(lái)代表光束傳播方向的直線(xiàn) 是光束的抽象3 光速 真空中光速為c 3 0 108m s 光在其他介質(zhì)中光速可由v c n求得 式中n是指介質(zhì)的折射率 對(duì)所有介質(zhì)來(lái)說(shuō) n 1 故v c 4 光沿直線(xiàn)傳播的實(shí)例 小孔成像 影的形成 日食和月食 二 光的反射1 反射定律2 平面鏡a 平面鏡成像的特點(diǎn) 等大 正立 虛像 物像關(guān)于鏡面對(duì)稱(chēng) b 常用作圖法 對(duì)稱(chēng)法 先根據(jù)對(duì)稱(chēng)性作出物體的像 再作反射光線(xiàn) 反射光線(xiàn)好像是從像直接發(fā)出的 c 注意 1 保持入射光線(xiàn)方向不變 平面鏡繞沿鏡表面的軸轉(zhuǎn)過(guò)角時(shí) 反射光線(xiàn)轉(zhuǎn)過(guò)2角 2 作圖時(shí)要分清光線(xiàn) 光線(xiàn)的延長(zhǎng)線(xiàn) 法線(xiàn)的虛實(shí) 有無(wú)箭頭 三 光的折射 4 光的色散 白光通過(guò)三棱鏡后發(fā)生色散現(xiàn)象 說(shuō)明白光是復(fù)色光 是由七種色光組成的 光的顏色由頻率決定 光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)顏色不變 是因?yàn)轭l率沒(méi)有發(fā)生改變 相關(guān)結(jié)論 5 光的折射中 光路也是可逆的四 光的波動(dòng)性1 光的干涉a 條件 兩光的頻率相同是干涉的必要條件 b 雙縫干涉 雙縫關(guān)于過(guò)單縫的軸線(xiàn)對(duì)稱(chēng)時(shí) 1 白光發(fā)生雙縫干涉時(shí) 光屏中央為白色條紋 兩邊為多級(jí)彩紋 且每一級(jí)紅色在外 紫色在內(nèi) 2 單色光發(fā)生雙縫干涉 光屏上出現(xiàn)明暗相間的等距條紋 產(chǎn)生明暗條紋的條件 屏上某點(diǎn)到雙縫的距離之差為光波波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí) 該點(diǎn)處為明紋 屏上某點(diǎn)到雙縫的距離之差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí) 該點(diǎn)處為暗紋 條紋間距 各級(jí)相等 c 薄膜干涉 1 相干光波的獲得 薄膜兩個(gè)面的反射光滿(mǎn)足相干條件 2 現(xiàn)象 單色光照射薄膜 出現(xiàn)明暗相間的條紋 白光照射薄膜 出現(xiàn)彩色條紋 3 應(yīng)用 檢測(cè)表面平整度 增透膜 其厚度為光在膜中波長(zhǎng)的四分之一 2 光的衍射a 發(fā)生明顯衍射的條件 障礙物或小孔的尺寸比波長(zhǎng)小或差不多 b 常見(jiàn)的幾種衍射現(xiàn)象 1 單縫衍射 單色光入射單縫時(shí) 出現(xiàn)明暗相間的不等距條紋 中間條紋較亮較寬 兩側(cè)條紋漸暗漸密 白光入射單縫時(shí) 出現(xiàn)彩色條紋 中央為白色條紋 2 圓孔衍射 光入射微小圓孔時(shí) 出現(xiàn)明暗相間的不等距環(huán)紋 3 泊松亮斑 當(dāng)光照到不透明的小圓板上時(shí) 在圓板的陰影中心出現(xiàn)的亮斑 陰影之外是明暗相間的不等距環(huán)紋 3 光的偏振a 偏振光與自然光的區(qū)別b 自然光通過(guò)偏振片后成為偏振光 光以特定的角度 布儒斯特角 射向介質(zhì)的界面上 使反射光和折射光垂直時(shí) 反射光和折射光都是偏振光 c 光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光波是橫波 4 光的電磁說(shuō)a 光是一種電磁波b 不同電磁波的產(chǎn)生機(jī)理及應(yīng)用 類(lèi)型一 光的直線(xiàn)傳播規(guī)律及應(yīng)用光在同一均勻介質(zhì)中沿直線(xiàn)傳播 這一知識(shí)往往與物體的其他運(yùn)動(dòng)形式相結(jié)合 在解決此類(lèi)問(wèn)題時(shí) 關(guān)鍵在于畫(huà)出示意圖 并能利用數(shù)學(xué)中的相似等相關(guān)規(guī)律 例1 如圖5 3 1所示 p為一面高墻 m為高h(yuǎn) 0 8m的矮墻 s為一點(diǎn)光源 三者水平距離如圖所示 s以速度v0 10m s豎直向上拋出 求在落回地面前 矮墻在高墻上的影子消失的時(shí)間 g 10m s2 圖5 3 1 規(guī)律方法總結(jié) 本題把豎直上拋運(yùn)動(dòng)與光的直線(xiàn)傳播結(jié)合在一起 先應(yīng)作出矮墻在高墻上恰好沒(méi)有影子的臨界情況的圖示 再利用三角形相似得到s應(yīng)達(dá)到的高度 再利用豎直上拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律求時(shí)間 另外 利用光的直線(xiàn)傳播和幾何知識(shí) 往往還可以求解影子的大小等問(wèn)題 變式題 如圖5 3 2 a是直徑為10cm的發(fā)光圓 b是直徑為5cm的遮光圓板 c為光屏 三者中心共軸 ab間相距200cm 當(dāng)c離b為多遠(yuǎn)時(shí)正好屏上本影消失 只有半影 這時(shí)光屏上的半影的半徑是多少 本影可取的最大直徑是多少 圖5 3 2 類(lèi)型二 光的反射及平面鏡成像問(wèn)題光的反射及平面鏡成像問(wèn)題往往與可以把平面鏡成像的特點(diǎn) 物體的運(yùn)動(dòng) 光束的旋轉(zhuǎn) 光斑的移動(dòng)等問(wèn)題結(jié)合起來(lái) 考查考生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力 例2 如圖激光液面控制儀的原理是 固定的一束激光ao以入射角i照射到水平液面上 反射光ob射到水平放置的光屏上 屏上用光電管將光訊號(hào)轉(zhuǎn)換為電訊號(hào) 電訊號(hào)輸入控制系統(tǒng)來(lái)控制液面的高度 若發(fā)現(xiàn)光點(diǎn)在屏上向右移動(dòng)了 s距離 射到b 點(diǎn) 則液面的高度變化是 答案 d 規(guī)律方法總結(jié) 正確畫(huà)出光路圖并運(yùn)用平面鏡成像規(guī)律 物 像關(guān)于鏡面對(duì)稱(chēng) 結(jié)合幾何知識(shí)是分析和解決光的反射及平面鏡成像等問(wèn)題的關(guān)鍵 40 130 圖5 3 4 類(lèi)型三 平面鏡成像作圖法平面鏡成像作圖 主要有以下兩種類(lèi)型 1 要求畫(huà)出某一特定光線(xiàn) 2 要求畫(huà)出邊界光線(xiàn) 確定某一特定范圍 例3 如圖5 3 5 在平面鏡mn上方有一個(gè)點(diǎn)光源s 試作出s發(fā)出的經(jīng)平面鏡反射后過(guò)p點(diǎn)的光線(xiàn) 圖5 3 5 解析 如答圖所示 先由對(duì)稱(chēng)性 畫(huà)出s的像s 再連接s p 注意在鏡面之下為虛線(xiàn) 鏡面之上為實(shí)線(xiàn) 交鏡面于o點(diǎn) 再連接so 即為入射光線(xiàn) 規(guī)律方法總結(jié) 作圖時(shí) 利用對(duì)稱(chēng)性 先作出像點(diǎn) 再作出特定的光線(xiàn) 或者利用障礙物作出邊界光線(xiàn) 從而確定觀察范圍 同時(shí) 要注意到射向平面鏡的入射光線(xiàn)和遠(yuǎn)離平面鏡的反射光線(xiàn)均應(yīng)為實(shí)線(xiàn) 要在線(xiàn)的中間用箭頭表示方向 而反射光線(xiàn)的反向延長(zhǎng)線(xiàn)只能用虛線(xiàn)表示 且不能標(biāo)箭頭 作出反射光線(xiàn)后 反射光線(xiàn)與平面鏡的交點(diǎn)即為對(duì)應(yīng)光線(xiàn)的入射點(diǎn) 就可以補(bǔ)畫(huà)出入射光線(xiàn)了 另外 有時(shí)也可以利用光路可逆原理來(lái)作圖 例如把 眼睛 視為 光源 作出 照亮 的區(qū)域 即為可觀察到的范圍 不過(guò) 最后一定要把光路逆回來(lái) 變式題 如圖5 3 6所示 a為觀察者的眼睛 bc為不透明的物體 mn為與地面平行的平面鏡 三者位置保持不變 試通過(guò)作圖確定觀察者通過(guò)平面鏡看到bc右邊的地面范圍 圖5 3 6 解析 如圖所示 利用對(duì)稱(chēng)性作出a的像點(diǎn)a 再分別作出邊界光線(xiàn) 注意ef和hg恰好不被物體bc擋住 就可確定觀察者通過(guò)平面鏡看到bc右邊的地面范圍 類(lèi)型四 光的折射及全反射問(wèn)題光的折射和全反射問(wèn)題 往往伴隨繁難的計(jì)算 在解決這類(lèi)問(wèn)題時(shí) 作出正確的光路圖 注意挖掘隱藏在光路中的邊角幾何關(guān)系 根據(jù)折射定律 結(jié)合全反射條件進(jìn)行求解是解題的關(guān)鍵所在 有時(shí) 還需要掌握一定的運(yùn)算技巧 例4 2011 全國(guó)大綱卷 雨后太陽(yáng)光入射到水滴中發(fā)生色散而形成彩虹 設(shè)水滴是球形的 圖5 3 7中的圓代表水滴過(guò)球心的截面 入射光線(xiàn)在過(guò)此截面的平面內(nèi) a b c d代表四條不同顏色的出射光線(xiàn) 則它們可能依次是 a 紫光 黃光 藍(lán)光和紅光b 紫光 藍(lán)光 黃光和紅光c 紅光 藍(lán)光 黃光和紫光d 紅光 黃光 藍(lán)光和紫光 圖5 3 7 解析 由折射定律可知 光由空氣射入水滴時(shí) 入射角一定 折射角小的折射率大 故a光折射率最大 d光折射率最小 故b對(duì) a c d錯(cuò) 答案 b 變式題 2011 海南 一賽艇停在平靜的水面上 賽艇前端有一標(biāo)記p離水面的高度為h1 0 6m 尾部下端q略高于水面 賽艇正前方離賽艇前端s1 0 8m處有一浮標(biāo) 示意如圖5 3 8 一潛水員在浮標(biāo)前方s2 3 0m處下潛到深度為h2 4 0m時(shí) 看到標(biāo)記剛好被浮標(biāo)擋住 此處看不到船尾端q 繼續(xù)下潛h 4 0m 恰好能看見(jiàn)q 求 1 水的折射率n 2 賽艇的長(zhǎng)度l 可用根式表示 圖5 3 8 類(lèi)型五 光的波動(dòng)性問(wèn)題在高考中 對(duì)光的波動(dòng)性的考查 主要以干涉 衍射及電磁波譜知識(shí)為要點(diǎn) 并往往以幾何光學(xué)與波動(dòng)光學(xué)綜合的選擇題或?qū)嶒?yàn)題出現(xiàn) 例5 用氦氖激光器進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn) 已知使用的雙縫間距d 0 1mm 雙縫到屏的距離l 6 0m 測(cè)得屏上干涉條紋中相鄰亮紋的間距是 3 8cm 氦氖激光器發(fā)出的紅光的波長(zhǎng)是多少 假如把整個(gè)裝置放入折射率為n 4 3的水中 這時(shí)屏上的條紋間距是多少 變式題 如圖5 3 9所示 一束由兩種色光混合的復(fù)色光沿po方向射向一上 下表面平行的厚玻璃平面鏡的上表面 得到三束反射光束 則 a 光束 仍為復(fù)色光 光束 為單色光 且三束光一定相互平行b 增大角且 90 光束 會(huì)遠(yuǎn)離光束 c 光 照射某金屬表面能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象 則光 也一定能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象d 減小角且 0 光束 可能會(huì)從上表面消失 圖5 3 9 a 解析 光沿po射到界面上時(shí) 同時(shí)發(fā)生了反射和折射 為直接反射的光 為復(fù)色光 折射進(jìn)入玻璃的光由于折射率不同而發(fā)生色散 然后在玻璃板的下表面反射和進(jìn)入空氣的折射而成為 兩束 如圖所示 由圖可知 光束 在玻璃中的折射率比光束 大 所以光束