第十二講光學第十二講光學重點知識歸納重點知識歸納一、幾何光學的常見現(xiàn)象一、幾何光學的常見現(xiàn)象項目項目內(nèi)容內(nèi)容折射率折射率決定式?jīng)Q定式:n物理意義物理意義:描述透明介質(zhì)對光線的偏折作描述透明介質(zhì)對光線的偏折作用用,n越大越大,折射光線偏離入射方向的夾角折射光線偏離入射方向的夾角越大越大全反射全反射發(fā)生條件發(fā)生條件:(1)從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)(2)入射角大于或等于臨界角入射角大于或等于臨界角,即即1C臨界角：臨界角：sin C項目項目內(nèi)容內(nèi)容光的光的色散色散產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：(1)太陽光是復色光；太陽光是復色光；(2)不同的色光折射率不同不同的色光折射率不同規(guī)律規(guī)律:光的頻率越大光的頻率越大,折射率越大折射率越大紅光紅光紫光紫光:折射率逐漸增大折射率逐漸增大,在介質(zhì)中在介質(zhì)中的速度逐漸減小的速度逐漸減小;(3)臨界角逐漸減小臨界角逐漸減小;波長逐漸減小波長逐漸減小項目項目內(nèi)容內(nèi)容常見光常見光學元件學元件的特點的特點平行玻璃板平行玻璃板:(1)出射光線與入射光線平行出射光線與入射光線平行; (2)出射光線發(fā)生側(cè)移出射光線發(fā)生側(cè)移棱鏡棱鏡:(1)光線向底邊偏折光線向底邊偏折;(2)能發(fā)生色散能發(fā)生色散全反射棱鏡全反射棱鏡:(1)垂直于直角邊射入垂直于直角邊射入,出射光出射光線方向改變線方向改變90;(2)垂直于斜邊射入垂直于斜邊射入,出射出射光線方向改變光線方向改變180二、光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象二、光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象項目項目內(nèi)容內(nèi)容光的光的干涉干涉雙縫雙縫干涉干涉產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件:兩光源頻率相等兩光源頻率相等,相位差恒定相位差恒定出現(xiàn)明暗條紋的條件出現(xiàn)明暗條紋的條件:路程差路程差sn,明條紋明條紋;s(n ),暗條紋暗條紋相鄰條紋間距相鄰條紋間距:x 項目項目內(nèi)容內(nèi)容光的光的干涉干涉薄膜薄膜干涉干涉產(chǎn)生原因：同一束光分別經(jīng)薄膜的產(chǎn)生原因：同一束光分別經(jīng)薄膜的前后表面反射的光疊加而成前后表面反射的光疊加而成規(guī)律規(guī)律:經(jīng)薄膜上厚度相等的位置反射經(jīng)薄膜上厚度相等的位置反射的光疊加后在同一干涉條紋上的光疊加后在同一干涉條紋上,相鄰相鄰條紋間距與波長成正比條紋間距與波長成正比,與斜面傾角與斜面傾角成反比成反比應用應用:(1)光干涉法檢查平面的平整度光干涉法檢查平面的平整度(2)在光學鏡頭上涂增透膜在光學鏡頭上涂增透膜d 項目項目內(nèi)容內(nèi)容光的光的衍射衍射明顯衍明顯衍射條件射條件障礙物或孔的尺寸跟光的波長障礙物或孔的尺寸跟光的波長差不多或者比光的波長小差不多或者比光的波長小衍射現(xiàn)象衍射現(xiàn)象單縫衍射單縫衍射:中間條紋亮、寬中間條紋亮、寬;兩側(cè)兩側(cè)條紋暗、窄條紋暗、窄;波長越長波長越長,條紋越寬條紋越寬,間距越大間距越大圓孔衍射圓孔衍射:明暗相間的圓形條紋明暗相間的圓形條紋圓板衍射圓板衍射:圓形陰影的外側(cè)是明圓形陰影的外側(cè)是明暗相間的圓形條紋暗相間的圓形條紋,中間是亮斑中間是亮斑(泊松亮斑泊松亮斑)項目項目內(nèi)容內(nèi)容光的光的偏振偏振偏振片有特定的透振方向偏振片有特定的透振方向,自然光通過后成為偏振光自然光通過后成為偏振光,兩偏振光片平行時透過的光最強兩偏振光片平行時透過的光最強,垂直時最弱垂直時最弱特別提醒：特別提醒：(1)光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有波動性光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有波動性,光光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波的偏振現(xiàn)象說明光是橫波.(2)光的干涉條紋和光的衍射條紋的最大區(qū)別光的干涉條紋和光的衍射條紋的最大區(qū)別是研究條紋間距是否均勻是研究條紋間距是否均勻,中央條紋和兩側(cè)條中央條紋和兩側(cè)條紋的亮度是否相同紋的亮度是否相同.三、光電效應及光的波粒二象性三、光電效應及光的波粒二象性項目項目內(nèi)容內(nèi)容光電光電效應效應概念概念金屬在光金屬在光(包括不可見光包括不可見光)的照射下發(fā)的照射下發(fā)射電子的現(xiàn)象射電子的現(xiàn)象規(guī)律規(guī)律(1)每種金屬都有一個極限頻每種金屬都有一個極限頻率率,0時才會發(fā)生光電效應時才會發(fā)生光電效應(2)光電子的最大初動能與光強無關光電子的最大初動能與光強無關,隨隨的增大而增大的增大而增大(3)光電效應的產(chǎn)生幾乎是瞬時的光電效應的產(chǎn)生幾乎是瞬時的(4)飽和光電流與光強成正比飽和光電流與光強成正比項目項目內(nèi)容內(nèi)容光電光電效應效應解釋解釋光子說光子說:(1)光在傳播時是一份一份的光在傳播時是一份一份的,每份叫一個光子每份叫一個光子;(2)光子能量光子能量Eh, h6.631034 Js逸出功逸出功:電子脫離金屬時克服原子核電子脫離金屬時克服原子核引力做功的最小值引力做功的最小值Wh光強光強:Pnh光電效應方程光電效應方程:EkhW項目項目內(nèi)容內(nèi)容物質(zhì)波物質(zhì)波每個實物粒子對應一種波每個實物粒子對應一種波,叫物質(zhì)波叫物質(zhì)波物質(zhì)波的波長物質(zhì)波的波長波粒二波粒二象性象性概率波概率波:只能預測粒子在某區(qū)域出現(xiàn)只能預測粒子在某區(qū)域出現(xiàn)的概率的概率,概率符合波動規(guī)律概率符合波動規(guī)律熱點題型示例熱點題型示例光的折射和全反射的應用光的折射和全反射的應用1確定研究的光線確定研究的光線2找入射點，確認界面，并畫出法線找入射點，確認界面，并畫出法線3明確兩介質(zhì)折射率的大小關系明確兩介質(zhì)折射率的大小關系(1)若光疏若光疏光密：定有反射、折射光線光密：定有反射、折射光線(2)若光密若光密光疏：如果入射角大于或等于臨界光疏：如果入射角大于或等于臨界角，一定發(fā)生全反射角，一定發(fā)生全反射4.根據(jù)反射定律、折射定律作出光路圖根據(jù)反射定律、折射定律作出光路圖,結(jié)合幾何結(jié)合幾何關系關系,具體求解具體求解.圖圖121例例1圖圖122【答案】【答案】B強化訓練強化訓練1(2011年高考福建卷年高考福建卷)如圖如圖123,半半圓形玻璃磚置于光屏圓形玻璃磚置于光屏PQ的左下方的左下方.一束白光沿半一束白光沿半徑方向從徑方向從A點射入玻璃磚點射入玻璃磚,在在O點發(fā)生反射和折射點發(fā)生反射和折射,折射光在光屏上呈現(xiàn)七色光帶折射光在光屏上呈現(xiàn)七色光帶.若入射點由若入射點由A向向B緩慢移動緩慢移動,并保持白光沿半徑方向入射到并保持白光沿半徑方向入射到O點點,觀觀察到各色光在光屏上陸續(xù)消失察到各色光在光屏上陸續(xù)消失.在光帶未完全消在光帶未完全消失之前失之前,反射光的強度變化以及光屏上最先消失反射光的強度變化以及光屏上最先消失的光分別是的光分別是()A減弱，紫光減弱，紫光 B減弱，紅光減弱，紅光C增強，紫光增強，紫光 D增強，紅光增強，紅光圖圖123光的干涉現(xiàn)象分析光的干涉現(xiàn)象分析1光的干涉要分析的幾個問題光的干涉要分析的幾個問題(1)干涉條件：頻率相同、相差恒定、振動方向干涉條件：頻率相同、相差恒定、振動方向在同一直線上在同一直線上(2)明暗條紋形成條件：明暗條紋形成條件：k，k1,2，亮條紋亮條紋(2k1)/2，k1,2，暗條紋暗條紋(3)條紋間距條紋間距xl/d，用雙縫干涉測光的波長的，用雙縫干涉測光的波長的原理：原理：dx/l.2關于薄膜干涉要弄清的幾個問題關于薄膜干涉要弄清的幾個問題(1)哪兩列光波發(fā)生干涉；哪兩列光波發(fā)生干涉；(2)應該從哪個方向去觀察干涉圖樣；應該從哪個方向去觀察干涉圖樣；(3)條紋會向哪個方向側(cè)移；條紋會向哪個方向側(cè)移；(4)同一亮紋光程差相同同一亮紋光程差相同(為什么劈尖干涉的條為什么劈尖干涉的條紋是直線，而牛頓環(huán)是圓形紋是直線，而牛頓環(huán)是圓形) (8分分)1801年年,托馬斯托馬斯楊用雙縫干涉實驗研楊用雙縫干涉實驗研究了光波的性質(zhì)究了光波的性質(zhì).1834年年,洛埃利用平面鏡同樣得洛埃利用平面鏡同樣得到了楊氏干涉的結(jié)果到了楊氏干涉的結(jié)果(稱洛埃鏡實驗稱洛埃鏡實驗)例例2圖圖124(1)洛埃鏡實驗的基本裝置如圖洛埃鏡實驗的基本裝置如圖124所示所示,S為單為單色光源色光源,M為一平面鏡為一平面鏡.試用平面鏡成像作圖法畫試用平面鏡成像作圖法畫出出S經(jīng)平面鏡反射后的光與直接發(fā)出的光在光屏經(jīng)平面鏡反射后的光與直接發(fā)出的光在光屏上相交的區(qū)域上相交的區(qū)域.(2)設光源設光源S到平面鏡的垂直距離和到光屏的垂直到平面鏡的垂直距離和到光屏的垂直距離分別為距離分別為a和和L,光的波長為光的波長為,在光屏上形成干在光屏上形成干涉條紋涉條紋.寫出相鄰兩條亮紋寫出相鄰兩條亮紋(或暗紋或暗紋)間距離間距離x的的表達式表達式【規(guī)范解答規(guī)范解答】 (1)先作出先作出S的平面鏡像點的平面鏡像點S,然然后作出后作出S經(jīng)平面鏡成像的邊界光線經(jīng)平面鏡成像的邊界光線,其重疊區(qū)域其重疊區(qū)域如圖如圖125所示所示.(4分分)圖圖125強化訓練強化訓練2(2011年浙江模擬年浙江模擬)登山運動員在登山運動員在登雪山時要注意防止紫外線的過度照射，尤其登雪山時要注意防止紫外線的過度照射，尤其是眼睛更不能長時間被紫外線照射，否則將會是眼睛更不能長時間被紫外線照射，否則將會嚴重地損傷視力有人想利用薄膜干涉的原理嚴重地損傷視力有人想利用薄膜干涉的原理設計一種能大大減小紫外線對眼睛傷害的眼設計一種能大大減小紫外線對眼睛傷害的眼鏡他選用的薄膜材料的折射率為鏡他選用的薄膜材料的折射率為n1.5，所，所要消除的紫外線的頻率為要消除的紫外線的頻率為8.11014 Hz，(1)他設計的這種他設計的這種“增反膜增反膜”所依據(jù)的原理是所依據(jù)的原理是_.(2)這種這種“增反膜增反膜”的厚度是多少？的厚度是多少？(3)請判斷以下有關薄膜干涉的說法正確的是請判斷以下有關薄膜干涉的說法正確的是_.A.薄膜干涉說明光具有波動性薄膜干涉說明光具有波動性B.如果薄膜的厚度不同如果薄膜的厚度不同,產(chǎn)生的干涉條紋一定不平產(chǎn)生的干涉條紋一定不平行行C干涉條紋一定是彩色的干涉條紋一定是彩色的D利用薄膜干涉也可以利用薄膜干涉也可以“增透增透”(3)干涉和衍射都證明光具有波動性，如果薄膜干涉和衍射都證明光具有波動性，如果薄膜厚度均勻變化，則干涉條紋一定平行，白光的厚度均勻變化，則干涉條紋一定平行，白光的干涉條紋為彩色條紋，單色光的干涉條紋則為干涉條紋為彩色條紋，單色光的干涉條紋則為該色光顏色，當膜的厚度為四分之一波長時，該色光顏色，當膜的厚度為四分之一波長時，兩反射光疊加后減弱則會兩反射光疊加后減弱則會“增透增透”答案：答案：(1)兩反射光疊加后加強兩反射光疊加后加強(2)1.23107 m(3)AD光電效應的應用光電效應的應用1.光電效應方程中的光電效應方程中的Ek圖線圖線.(如圖如圖126)(1)縱截距：縱截距：W；(2)橫截距：橫截距：0；(3)斜率：斜率：h.圖圖1262.掌握兩條線索掌握兩條線索,明確各概念間的對應關系明確各概念間的對應關系由上圖可知兩條線索由上圖可知兩條線索:一是光的頻率線一是光的頻率線,二是光的強度線二是光的強度線兩條線索對應關系是：兩條線索對應關系是：(1)光強光強光子數(shù)目多光子數(shù)目多發(fā)射光電子多發(fā)射光電子多光電流大；光電流大；(2)光子頻率高光子頻率高光子能量大光子能量大產(chǎn)生光電子產(chǎn)生光電子的最大初動能大的最大初動能大 (2010年高考江蘇卷年高考江蘇卷)(1)研究研究光電效應的電路如圖光電效應的電路如圖127所示所示.用用頻率相同、強度不同的光分別照射頻率相同、強度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板密封真空管的鈉極板(陰極陰極K),鈉極鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極板發(fā)射出的光電子被陽極A吸收吸收,在在電路中形成光電流電路中形成光電流.下列光電流下列光電流I與與A、K之間的電之間的電壓壓UAK的關系圖象中的關系圖象中,正確的是正確的是_.例例3圖圖127圖圖128(2)鈉金屬中的電子吸收光子的能量鈉金屬中的電子吸收光子的能量,從金屬表面從金屬表面逸出逸出,這就是光電子這就是光電子.光電子從金屬表面逸出的過光電子從金屬表面逸出的過程中程中,其動量的大小其動量的大小_(選填選填“增大增大”、“減小減小”或或“不變不變”),原因是原因是_ _.【答案】【答案】(1)C(2)減小減小光電子受到金屬表面層中力的阻礙作用光電子受到金屬表面層中力的阻礙作用強化訓練強化訓練3(2011年高考福建卷年高考福建卷)愛因斯坦因提出了光量子概念并愛因斯坦因提出了光量子概念并成功地解釋光電效應的規(guī)律而獲成功地解釋光電效應的規(guī)律而獲得得1921年諾貝爾物理學獎某種年諾貝爾物理學獎某種金屬逸出光電子的最大初動能金屬逸出光電子的最大初動能Ekm與入射光頻率與入射光頻率的關系如圖的關系如圖129所示，其中所示，其中0為為極限頻率從圖中可以確定的是極限頻率從圖中可以確定的是()圖圖129A逸出功與逸出功與有關有關BEkm與入射光強度成正比與入射光強度成正比C當當0時，會逸出光電子時，會逸出光電子D圖中直線的斜率與普朗克常量有關圖中直線的斜率與普朗克常量有關解析：選解析：選D.由愛因斯坦的光電效應方程由愛因斯坦的光電效應方程hEkmW得得:EkmhW,因此因此Ekm圖象的圖象的斜率為斜率為h,故故D正確正確;Ekm隨入射光頻率的增大而增隨入射光頻率的增大而增大大,B錯錯;逸出功是由金屬自身決定的逸出功是由金屬自身決定的,與與無關無關,A錯錯,當當0,無光電子逸出無光電子逸出,C錯錯.知能優(yōu)化訓練知能優(yōu)化訓練本部分內(nèi)容講解結(jié)束本部分內(nèi)容講解結(jié)束按按ESC鍵退出全屏播放鍵退出全屏播放