【學海導航】高中物理第2輪復習 專題5 第3講 光的傳播及波動性課件

第講3光的傳播及波動性專題五波與粒子

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，光在其他介質中光速可由v=c/n求得，式中n是指介質的折射率，對所有介質來說，n＞1，故v＜c.

4．光沿直線傳播的實例：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：等大、正立、虛像、物像關于鏡面對稱．

b．常用作圖法：對稱法——先根據對稱性作出物體的像，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過

角時，反射光線轉過2

角．(2)作圖時要分清光線、光線的延長線、法線的虛實、有無箭頭．

三、光的折射

4．光的色散①白光通過三棱鏡后發(fā)生色散現象，說明白光是復色光，是由七種色光組成的．②光的顏色由頻率決定，光從一種介質進入另一種介質時顏色不變，是因為頻率沒有發(fā)生改變．③相關結論

5.光的折射中，光路也是可逆的

四、光的波動性

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(雙縫關于過單縫的軸線對稱時)(1)白光發(fā)生雙縫干涉時，光屏中央為白色條紋，兩邊為多級彩紋，且每一級紅色在外，紫色在內．(2)單色光發(fā)生雙縫干涉，光屏上出現明暗相間的等距條紋．①產生明暗條紋的條件：屏上某點到雙縫的距離之差為光波波長的整數倍時，該點處為明紋；屏上某點到雙縫的距離之差為半波長的奇數倍時，該點處為暗紋．②條紋間距：

，各級相等．

c．薄膜干涉(1)相干光波的獲得：薄膜兩個面的反射光滿足相干條件．(2)現象：單色光照射薄膜，出現明暗相間的條紋；白光照射薄膜，出現彩色條紋．(3)應用：①檢測表面平整度；②增透膜：其厚度為光在膜中波長的四分之一．

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小或差不多．

b．常見的幾種衍射現象(1)單縫衍射：單色光入射單縫時，出現明暗相間的不等距條紋，中間條紋較亮較寬，兩側條紋漸暗漸密．白光入射單縫時，出現彩色條紋，中央為白色條紋．(2)圓孔衍射：光入射微小圓孔時，出現明暗相間的不等距環(huán)紋．(3)泊松亮斑：當光照到不透明的小圓板上時，在圓板的陰影中心出現的亮斑(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)射向介質的界面上，使反射光和折射光垂直時，反射光和折射光都是偏振光．

c．光的偏振現象說明光波是橫波4．光的的電磁磁說a．光是是一種種電磁磁波b．不同同電磁磁波的的產生生機理理及應應用類型一一：光光的直直線傳傳播規(guī)規(guī)律及及應用用光在同同一均均勻介介質中中沿直直線傳傳播，，這一一知識識往往往與物物體的的其他他運動動形式式相結結合，，在解解決此此類問問題時時，關關鍵在在于畫畫出示示意圖圖，并并能利利用數數學中中的相相似等等相關關規(guī)律律．【例1】如圖5-3-1所示，，P為一面面高墻墻，M為高h=0.8m的矮墻墻，S為一點點光源源，三三者水水平距距離如如圖所所示，，S以速度度v0=10m/s豎直向向上拋拋出，，求在在落回回地面面前，，矮墻墻在高高墻上上的影影子消消失的的時間間．(g=10m/s2)圖5-3-1【規(guī)律方方法總總結】本題把把豎直直上拋拋運動動與光光的直直線傳傳播結結合在在一起起，先先應作作出矮矮墻在在高墻墻上恰恰好沒沒有影影子的的臨界界情況況的圖圖示，，再利利用三三角形形相似似得到到S應達到到的高高度，，再利利用豎豎直上上拋運運動的的規(guī)律律求時時間．．另外外，利利用光光的直直線傳傳播和和幾何何知識識，往往往還還可以以求解解影子子的大大小等等問題題．【變式題題】如圖5-3-2，A是直徑徑為10cm的發(fā)光光圓，，B是直徑徑為5cm的遮光光圓板板，C為光屏屏，三三者中中心共共軸，，AB間相距距200cm，當C離B為多遠遠時正正好屏屏上本本影消消失，，只有有半影影？這這時光光屏上上的半半影的的半徑徑是多多少？？本影影可取取的最最大直直徑是是多少少？圖5-3-2類型二二：光光的反反射及及平面面鏡成成像問問題光的反反射及及平面面鏡成成像問問題往往往與與可以以把平平面鏡鏡成像像的特特點、、物體體的運運動、、光束束的旋旋轉、、光斑斑的移移動等等問題題結合合起來來，考考查考考生綜綜合運運用知知識的的能力力．【例2】如圖激激光液液面控控制儀儀的原原理是是：固固定的的一束束激光光AO以入射射角i照射到到水平平液面面上，，反射射光OB射到水水平放放置的的光屏屏上，，屏上上用光光電管管將光光訊號號轉換換為電電訊號號，電電訊號號輸入入控制制系統(tǒng)統(tǒng)來控控制液液面的的高度度，若若發(fā)現現光點點在屏屏上向向右移移動了了Δs距離，，射到到B′點，則則液面面的高高度變變化是是()【答案】D【規(guī)律方方法總總結】正確畫畫出光光路圖圖并運運用平平面鏡鏡成像像規(guī)律律(物、像像關于于鏡面面對稱稱)結合幾幾何知知識是是分析析和解解決光光的反反射及及平面面鏡成成像等等問題題的關關鍵．．40°°130°圖5-3-4類型三三：平平面鏡鏡成像像作圖圖法平面鏡鏡成像像作圖圖，主主要有有以下下兩種種類型型：1.要求畫畫出某某一特特定光光線；；2.要求畫畫出邊邊界光光線，，確定定某一一特定定范圍圍．【例3】如圖5-3-5，在平平面鏡鏡MN上方有有一個個點光光源S，試作作出S發(fā)出的的經平平面鏡鏡反射射后過過P點的光光線．．圖5-3-5【解析】如答圖圖所示示，先先由對對稱性性，畫畫出S的像S′，再連連接S′P(注意在在鏡面面之下下為虛虛線，，鏡面面之上上為實實線)，交鏡鏡面于于O點，再再連接接SO，即為為入射射光線線．【規(guī)律方方法總總結】作圖時時，利利用對對稱性性，先先作出出像點點，再再作出出特定定的光光線，，或者者利用用障礙礙物作作出邊邊界光光線，，從而而確定定觀察察范圍圍．同同時，，要注注意到到射向向平面面鏡的的入射射光線線和遠遠離平平面鏡鏡的反反射光光線均均應為為實線線，要要在線線的中中間用用箭頭頭表示示方向向，而而反射射光線線的反反向延延長線線只能能用虛虛線表表示，，且不不能標標箭頭頭．作作出反反射光光線后后，反反射光光線與與平面面鏡的的交點點即為為對應應光線線的入入射點點，就就可以以補畫畫出入入射光光線了了．另另外，，有時時也可可以利利用光光路可可逆原原理來來作圖圖，例例如把把“眼眼睛””視為為“光光源””，作作出““照亮亮”的的區(qū)域域，即即為可可觀察察到的的范圍圍，不不過，，最后后一定定要把把光路路逆回回來．．【變式題題】如圖5-3-6所示，，A為觀察察者的的眼睛睛，BC為不透透明的的物體體，MN為與地地面平平行的的平面面鏡，，三者者位置置保持持不變變，試試通過過作圖圖確定定觀察察者通通過平平面鏡鏡看到到BC右邊的的地面面范圍圍．圖5-3-6【解析】如圖所所示，，利用用對稱稱性作作出A的像點點A′，再分分別作作出邊邊界光光線，，注意意EF和HG恰好不不被物物體BC擋住，，就可可確定定觀察察者通通過平平面鏡鏡看到到BC右邊的的地面面范圍圍．類型四四：光光的折折射及及全反反射問問題光的折折射和和全反反射問問題，，往往往伴隨隨繁難難的計計算，，在解解決這這類問問題時時，作作出正正確的的光路路圖，，注意意挖掘掘隱藏藏在光光路中中的邊邊角幾幾何關關系，，根據據折射射定律律，結結合全全反射射條件件進行行求解解是解解題的的關鍵鍵所在在，有有時，，還需需要掌掌握一一定的的運算算技巧巧．【例4】(2011·全國大大綱卷卷)雨后太太陽光光入射射到水水滴中中發(fā)生生色散散而形形成彩彩虹．．設水水滴是是球形形的，，圖5-3-7中的圓圓代表表水滴滴過球球心的的截面面，入入射光光線在在過此此截面面的平平面內內，a、b、c、d代表四四條不不同顏顏色的的出射射光線線，則則它們們可能能依次次是()A．紫光光、黃黃光、、藍光光和紅紅光B．紫光光、藍藍光、、黃光光和紅紅光C．紅光光、藍藍光、、黃光光和紫紫光D．紅光光、黃黃光、、藍光光和紫紫光圖5-3-7【解析】由折射射定律律可知知，光光由空空氣射射入水水滴時時，入入射角角一定定，折折射角角小的的折射射率大大，故故a光折射射率最最大，，d光折射射率最最小，，故B對，A、C、D錯．【答案】B【變式題題】(2011·海南)一賽艇艇停在在平靜靜的水水面上上，賽賽艇前前端有有一標標記P離水面面的高高度為為h1=0.6m，尾部部下端端Q略高于于水面面；賽賽艇正正前方方離賽賽艇前前端s1=0.8m處有一一浮標標，示示意如如圖5-3-8.一潛水水員在在浮標標前方方s2=3.0m處下潛潛到深深度為為h2=4.0m時，看看到標標記剛剛好被被浮標標擋住住，此此處看看不到到船尾尾端Q；繼續(xù)續(xù)下潛潛h=4.0m，恰好好能看看見Q.求(1)水的折折射率率n；(2)賽艇的的長度度l.(可用根根式表表示)圖5-3-8類型五五：光光的波波動性性問題題在高考考中，，對光光的波波動性性的考考查，，主要要以干干涉、、衍射射及電電磁波波譜知知識為為要點點，并并往往往以幾幾何光光學與與波動動光學學綜合合的選選擇題題或實實驗題題出現現．【例5】】用氦氦氖氖激激光光器器進進行行雙雙縫縫干干涉涉實實驗驗，，已已知知使使用用的的雙雙縫縫間間距距d=0.1mm，雙雙縫縫到到屏屏的的距距離離L=6.0m，測測得得屏屏上上干干涉涉條條紋紋中中相相鄰鄰亮亮紋紋的的間間距距是是=3.8cm，氦氦氖氖激激光光器器發(fā)發(fā)出出的的紅紅光光的的波波長長是是多多少少？？假假如如把把整整個個裝裝置置放放入入折折射射率率為為n=4/3的水水中中，，這這時時屏屏上上的的條條紋紋間間距距是是多多少少？？【變式式題題】如圖圖5--3--9所示示，，一一束束由由兩兩種種色色光光混混合合的的復復色色光光沿沿PO方向向射射向向一一上上、、下下表表面面平平行行的的厚厚玻玻璃璃平平面面鏡鏡的的上上表表面面，，得得到到三三束束反反射射光光束束Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，則則()A．光光束束Ⅰ仍為為復復色色光光，，光光束束Ⅱ、Ⅲ為單單色色光光，，且且三三束束光光一一定定相相互互平平行行B．增增大大角且且≤90°°，光束束Ⅱ、Ⅲ會遠遠離離光光束束ⅠC．光光Ⅱ照射射某某金金屬屬表表面面能能發(fā)發(fā)生生光光電電效效應應現象象，，則則光光Ⅲ也一一定定能能使使該該金金屬屬發(fā)發(fā)生生光光電電效效應應現現象象D．減減小小角且且>0°°，光光束束Ⅲ可能能會會從從上上表表面面消消失失圖5--3--9A【解析析】光沿沿PO射到到界界面面上上時時，，同同時時發(fā)發(fā)生生了了反反射射和和折折射射，，Ⅰ為直直接接反反射射的的光光，，為為復復色色光光；；折折射射進進入入玻玻璃璃的的光光由由于于折折射射率率不不同同而而發(fā)發(fā)生生色色散散，，然然后后在在玻玻璃璃板板的的下下表表面面反反射射和和進進入入空空氣氣的的折折射射而而成成為為Ⅱ、Ⅲ兩束束，，如如圖圖所所示示，，由由圖圖可可知知，，光光束束Ⅱ在玻玻璃璃中中的的折折射射率率比比光光束束Ⅲ大，，所所以以光光束束Ⅱ、Ⅲ為單單色色光光；；由由光光路路可可逆逆可可知知，，三三束束光光彼彼此此平平行行，，A正確確；當當=90°°時，，反反射射光光與與入入射射