高中物理第2輪復(fù)習(xí) 專題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 專題五波與粒子 一 光的直線傳播1 光沿直線傳播的條件 在同一均勻介質(zhì)中傳播2 光線 用來代表光束傳播方向的直線 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)來說 n 1 故v c 4 光沿直線傳播的實(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 b 常用作圖法 對(duì)稱法 先根據(jù)對(duì)稱性作出物體的像 再作反射光線 反射光線好像是從像直接發(fā)出的 c 注意 1 保持入射光線方向不變 平面鏡繞沿鏡表面的軸轉(zhuǎn)過角時(shí) 反射光線轉(zhuǎn)過2角 2 作圖時(shí)要分清光線 光線的延長(zhǎng)線 法線的虛實(shí) 有無箭頭 三 光的折射 4 光的色散 白光通過三棱鏡后發(fā)生色散現(xiàn)象 說明白光是復(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)于過單縫的軸線對(duì)稱時(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)象說明光波是橫波 4 光的電磁說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 類型一 光的直線傳播規(guī)律及應(yīng)用光在同一均勻介質(zhì)中沿直線傳播 這一知識(shí)往往與物體的其他運(yùn)動(dòng)形式相結(jié)合 在解決此類問題時(shí) 關(guān)鍵在于畫出示意圖 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)與光的直線傳播結(jié)合在一起 先應(yīng)作出矮墻在高墻上恰好沒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 利用光的直線傳播和幾何知識(shí) 往往還可以求解影子的大小等問題 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 類型二 光的反射及平面鏡成像問題光的反射及平面鏡成像問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)等問題結(jié)合起來 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 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題的關(guān)鍵 40 130 圖5 3 4 類型三 平面鏡成像作圖法平面鏡成像作圖 主要有以下兩種類型 1 要求畫出某一特定光線 2 要求畫出邊界光線 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p點(diǎn)的光線 圖5 3 5 解析 如答圖所示 先由對(duì)稱性 畫出s的像s 再連接s p 注意在鏡面之下為虛線 鏡面之上為實(shí)線 交鏡面于o點(diǎn) 再連接so 即為入射光線 規(guī)律方法總結(jié) 作圖時(shí) 利用對(duì)稱性 先作出像點(diǎn) 再作出特定的光線 或者利用障礙物作出邊界光線 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和遠(yuǎn)離平面鏡的反射光線均應(yīng)為實(shí)線 要在線的中間用箭頭表示方向 而反射光線的反向延長(zhǎng)線只能用虛線表示 且不能標(biāo)箭頭 作出反射光線后 反射光線與平面鏡的交點(diǎn)即為對(duì)應(yīng)光線的入射點(diǎn) 就可以補(bǔ)畫出入射光線了 另外 有時(shí)也可以利用光路可逆原理來作圖 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 最后一定要把光路逆回來 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 試通過作圖確定觀察者通過平面鏡看到bc右邊的地面范圍 圖5 3 6 解析 如圖所示 利用對(duì)稱性作出a的像點(diǎn)a 再分別作出邊界光線 注意ef和hg恰好不被物體bc擋住 就可確定觀察者通過平面鏡看到bc右邊的地面范圍 類型四 光的折射及全反射問題光的折射和全反射問題 往往伴隨繁難的計(jì)算 在解決這類問題時(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中的圓代表水滴過球心的截面 入射光線在過此截面的平面內(nèi) a b c d代表四條不同顏色的出射光線 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 類型五 光的波動(dòng)性問題在高考中 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