高二理化生選修3-4-光學(xué)全部課件

第十二章光的傳播1/18/20231光從空氣到玻璃1/18/20232第一節(jié)光的反射和折射1/18/20233一、反射、平面鏡成像1、反射定律：①反射光線、法線、入射光線共面；②反射光線與入射光線分居法線兩側(cè)③反射角等于入射角，即θ1=θ2

2．平面鏡成像的特點(diǎn)：

正立等大的虛像，像與物關(guān)于鏡面對稱。

1/18/20234二、光的折射1、折射定律：

①

折射光線、法線、入射光線共面；

②

折射光線與入射光線分居法線兩側(cè)；

③

入射角的正弦與折射角的正弦之比等于常數(shù)，留意：折射現(xiàn)象光路可逆1/18/20235二.折射率（n）：2.定義：光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時，入

射角θ1的正弦與折射角θ2的正弦之比。3.公式：1.物理意義：描述介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)1/18/202364.光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)：兩種介質(zhì)相比較折射率較大的介質(zhì)：光密介質(zhì)折射率較小的介質(zhì)：光疏介質(zhì)光從光疏進(jìn)入光密，入射角大于折射角；從光密進(jìn)入光疏，入射角小于折射角1/18/20237

幾種介質(zhì)的折射率金剛石2.42巖鹽1.55二硫化碳1.63酒精1.36玻璃1.5~1.9水1.33水晶1.55空氣1.000281/18/20238三.光的折射的應(yīng)用1.折射成像：看到物體變淺1/18/202392.關(guān)于“視深”問題有人在游泳池邊上豎直向下視察池水的深度，水的實際深度為h，則看上去池水的視深約為h？（已知水的折射率n）1/18/2023103.光線經(jīng)過平行透亮體：4.光線經(jīng)過圓形透亮體1/18/202311第二節(jié)光的全反射1/18/202312一、全反射2、臨界角C1.全反射現(xiàn)象：光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，當(dāng)入射角增大到確定角度時，折射光線將消逝，只剩下反射光線。這種現(xiàn)象稱為全反射現(xiàn)象（2）公式：(1)定義：光從真空到介質(zhì)，當(dāng)折射角等于

90°時的入射角1/18/202313⑴光從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)⑵入射角大于或等于臨界角3、發(fā)生全反射條件：1/18/202314三、光的折射的應(yīng)用1.全反射說明現(xiàn)象：玻璃中氣泡，光導(dǎo)纖維,空中樓閣，沙漠蜃景。2.全反射棱鏡:截面為等腰直角三角形1/18/2023151/18/2023163.如圖，水下點(diǎn)光源發(fā)出的光在水面上區(qū)域？↑↑↑↑↑↑↑S1/18/2023174.關(guān)于“視深”問題例有人在游泳池邊上豎直向下視察池水的深度，看上去池水的視深約為h，已知水的折射率n=4/3，那么，水的實際深度約為多少？1/18/2023185光線經(jīng)過平行玻璃板①確定能夠射出，不會發(fā)生全反射②方向與原來平行，只發(fā)生側(cè)移。6.光線經(jīng)過玻璃球①確定能夠射出，不會發(fā)生全反射②出射光相對于入射光向圓心側(cè)偏折。1/18/202319四、三棱鏡2.棱鏡對光有偏折作用：向底邊偏折1、棱鏡：橫截面為三角形的三棱鏡，簡稱棱鏡1/18/202320【例8】一束光從空氣射向折射率為n=的某種玻璃的表面，如圖所示，i代表入射角，則()A.當(dāng)i＞45°時會發(fā)生全反射現(xiàn)象B.無論入射角是多大，折射角都不會超過45°C.欲使折射角r=30應(yīng)以i=45°的角度入射D.當(dāng)入射角i=arctan時，反射光線跟折射光線恰好互相垂直【例9】直角三棱鏡的頂角α=15°，

棱鏡材料的折射率n=1.5，一細(xì)束單色光如圖所示垂直于左側(cè)面射入，試用作圖法求出該入射光第一次從棱鏡中射出的光線。

α1/18/202321【例10】如圖所示，在厚度為d、折射率為n的大玻璃板的下表面緊貼著一個半徑為r的圓形發(fā)光面，為了在玻璃板的上方看不到發(fā)光面，可以在玻璃板的上表面貼一塊紙片，所貼紙片的最小面積為多大？ndr【例11】如圖所示，某折射率為2的玻璃透明體，其橫截面為1/4圓，圓弧半徑為R，ao⊥bo，bo面被涂黑，使其完全吸收光，現(xiàn)有一束寬度為R的平行光垂直ao面入射，從外側(cè)面看ab弧外表面只有一部分是光亮的，求光亮部分的弧長為多少？1/18/2023223、光的色散現(xiàn)象：含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象叫做光的色散現(xiàn)象色散光路圖↑↑→↓→1/18/2023234、光的色散說明1）白光是由各種單色光組成的復(fù)色光光的顏色紅橙黃綠藍(lán)靛紫通過三棱鏡的偏向角在同種介質(zhì)中的折射率在同種介質(zhì)中的傳播速度由同種介質(zhì)射向空氣的臨界角小大小大大小大小光的頻率小大1/18/202324【例14】一束復(fù)色光由空氣射向一塊平行平面玻璃磚，經(jīng)折射分成兩束單色光a．b。已知a光的頻率小于b光的頻率。下列哪個光路圖可能是正確的？

【例15】圖示為始終角棱鏡的橫截面，∠bac=90°，∠abc=60°。一平行細(xì)光束從O點(diǎn)沿垂直于bc面的方向射入棱鏡。已知棱鏡材料的折射率n=，若不考慮原入射光在bc面上的反射光，則有光線（）A．從ab面射出 B．從ac面射出C．從bc面射出，且與bc面斜交 D．從bc面射出，且與bc面垂直bcao1/18/202325第十三四章光的波動性1/18/202326牛突然代關(guān)于光的本質(zhì)的兩種觀點(diǎn)：牛頓為代表的微粒說觀點(diǎn)：光是光源發(fā)出的一種物質(zhì)微粒依據(jù)：光的直線傳播、反射與微粒的直線運(yùn)動、彈性碰撞相像惠更斯為代表的波動說觀點(diǎn)：光是在空間傳播的某種波證據(jù)：光的干涉與衍射1/18/202327一、光的干涉1、干涉的條件：兩個相干波源（頻率相同）2、英國物理學(xué)家托馬斯·楊視察到光的干涉現(xiàn)象楊氏雙縫干涉試驗：條紋亮暗的實質(zhì)：兩列相干波相遇時形成的干涉圖樣中的加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)1/18/2023283.產(chǎn)生亮、暗條紋的條件：屏上某點(diǎn)到雙縫的光程差等于波長的整數(shù)倍，即δ=nλ（n=0，1，2，……）亮紋：暗紋：屏上某點(diǎn)到雙縫的光程差等于半波長的奇數(shù)倍，即δ=（n=0，1，2，……）1/18/2023294.雙縫干涉條紋特點(diǎn)①中心為亮紋,明紋寬度相同，暗紋寬度相同。③白光試驗:中心條紋為白色,兩側(cè)出現(xiàn)彩色條紋。②條紋間距公式:1/18/2023305、薄膜干涉

★生活中的干涉現(xiàn)象：七彩肥皂泡、水坑中彩色油膜★光的干涉的應(yīng)用：檢查平面的平整度、增透膜1/18/202331小孔衍射圖樣二、光的衍射1、發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件障礙物（或孔）的尺寸可以跟波長相比，甚至比波長還小

※發(fā)生衍射是不須要條件的2、光的波長可知光的波長，大約在400—600納米3、視察衍射現(xiàn)象※衍射圖樣的特點(diǎn)：明暗相間的不等間距條紋※白光衍射圖樣：彩色小孔衍射圖樣1/18/202332※縫寬、光的波長對衍射圖樣的影響同種色光通過不同寬度的縫，縫越窄中心亮紋越寬不同色光通過相同寬度的縫，波長越長中心亮紋越寬1/18/202333三、光的偏振1、光的偏振也證明白光是一種波，而且是橫波2、自然光：包含垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，且沿各個方向振動的光波的強(qiáng)度都相同。如太陽、電燈等一般光源干脆發(fā)出的光，

3、偏振光：自然光通過偏振片后，在垂直于傳播方向的平面上，只沿一個特定的方向振動，叫偏振光

1/18/202334激光的特點(diǎn)及應(yīng)用：激光是一種人工產(chǎn)生的相干光。進(jìn)行調(diào)制后用來傳遞信息光纖通信1/18/2023352.激光的平行度特殊好。激光的特點(diǎn)及應(yīng)用：激光測距、激光讀盤等1/18/202336激光的特點(diǎn)及應(yīng)用：3.激光的亮度高。對各種物質(zhì)切割、焊接、打孔，醫(yī)院可用來做手術(shù)刀1/18/202337第十四章電磁波1/18/202338一、麥克斯韋的電磁場理論1、變更的磁場（電場）能夠在四周產(chǎn)生電場（磁場）2、勻整變更的磁場（電場）能夠在四周空間產(chǎn)生穩(wěn)定的電場（磁場）3、周期性變更的磁場（電場）能夠在四周空間產(chǎn)生同頻率的周期性電場（磁場）1/18/202339二.電磁波1.定義：電磁場由近及遠(yuǎn)向外傳播2.描述物理量：（1）頻率（周期）：（2）波長：波在一個周期內(nèi)傳播的距離（3）波速：（4）公式：1/18/202340（3）電磁波的傳播不須要介質(zhì)（1）電磁波是橫波4.試驗證明：赫茲（2）電磁波的傳播實際是電磁能的傳播3.特點(diǎn)（4）電磁波能發(fā)生反射，折射，干涉，衍射。1/18/2023414、光的電磁說1、麥克斯韋依據(jù)電磁波與光在真空中的傳播速度相同，提出光在本質(zhì)上是一種電磁波——這就是光的電磁說，赫茲用試驗證明白光的電磁說的正確性。2、電磁波譜1/18/202342四、電磁波的放射1、有效地放射電磁波的條件①頻率足夠高②形成開放電路2、無線電波的放射：①調(diào)制：使電磁波隨各種信號而變更②調(diào)幅和調(diào)頻1/18/202343③檢波：從接收到的高頻振蕩中“檢”出所攜帶的信號。六、電磁波的應(yīng)用廣播、電視、雷達(dá)、無線通信等3、無線電波的接收①電諧振：當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)，這種現(xiàn)象叫做電諧振②調(diào)諧：使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程。調(diào)諧1/18/202344電視信號及其伴音的發(fā)送和接收1/18/202345三.電磁振蕩一.電磁振蕩1.振蕩電流：大小和方向都隨時間做周期性變更的電流叫做振蕩電流；3.電磁振蕩：在振蕩電路產(chǎn)生振蕩電流的過程中，電容器電量和相關(guān)電場；電路中的電流和相關(guān)磁場都在做周期性的變更2.振蕩電路：能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路（LC振蕩電路）1/18/2023461.變更規(guī)律：二.LC振蕩電路變更規(guī)律放電過程：Q,U,E,電場能削減I,B，磁場能增加放電結(jié)束：Q,U,E,電場能為零I,B，磁場能最大充電過程：Q,U,E,電場能增加I,B，磁場能削減充電結(jié)束：Q,U,E,電場能最大