一、光的折射、全反射和棱鏡 1. 光的折射規(guī)律： 折射光線、法線、入射光線共面； 折射光線與入射光線分居法線兩側(cè)； 入射角的正弦與折射角的正弦成正比折射現(xiàn)象中光路是可逆的 2. 對(duì)兩種介質(zhì)來(lái)說(shuō)，n 較大( 即v較小 )的介質(zhì)稱 光密 介質(zhì)光從光密介質(zhì)光疏介質(zhì)，折射角 大于 入射角 注意：(1)光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一介質(zhì)時(shí)頻率 不變，光速和波長(zhǎng)都改變. (2)同一介質(zhì)對(duì)頻率較大（速度較?。┑纳獾恼凵渎瘦^ 大 3 1 3 (2()()s .)i4nnnCCnn 光的顏色由決定全反射：當(dāng)光從介質(zhì)射向 介質(zhì)，且入射角臨界角時(shí)，折射光線將消失，這一現(xiàn)象叫做光的全反射現(xiàn)象應(yīng)用全反射現(xiàn)象舉例： 光導(dǎo)纖維 全反射棱鏡若光從光密介質(zhì) 折射率為射向光疏介質(zhì) 折射率為時(shí)，發(fā)生全反射的臨界角 可由如下公頻率光密光疏式不求得：小于當(dāng)(11)sinCn光從光密介質(zhì)射向空氣 折射率為 時(shí)，求得全反射的臨界角的公式又可表為： 5玻璃制成的三棱鏡，其光學(xué)特性是： (1)單色光從棱鏡的一個(gè)側(cè)面入射而從另一側(cè)面射出時(shí)，將向棱鏡的底面偏折隔著棱鏡看到物體的虛像比實(shí)際位置向頂角方向偏移 (2)復(fù)色光通過(guò)棱鏡，由于各種單色光的折射率不同而出現(xiàn)色散現(xiàn)象，白光色散后形成由紅到紫按一定次序排列的光譜紅光通過(guò)棱鏡時(shí)偏折角較小(因?qū)t光折射率較小)，紫光偏折射角較大. 二、光的波動(dòng)性光的偏振光的電磁波學(xué)說(shuō) 1 十七世紀(jì)，關(guān)于光的本性形成了兩種學(xué)說(shuō),一種是牛頓主張的微粒說(shuō)，另一種是惠更斯提出的波動(dòng)說(shuō)。光的干涉證實(shí)光具有波動(dòng)性.麥克斯韋首先從理論上提出光是一種電磁波赫茲用實(shí)驗(yàn)加以證實(shí). 2兩列波長(zhǎng)相同的單色光在相互覆蓋的區(qū)域發(fā)生疊加，會(huì)出現(xiàn)明暗相間的條紋，如果是白光，則會(huì)出現(xiàn)彩色條紋，這種現(xiàn)象稱為光的干涉.相干光源的條件是兩光源頻率相同獲得相干光的辦法是：把一個(gè)點(diǎn)光源(或線光源)發(fā)出的光分為兩列光 3明紋之間或暗紋之間的距離總是相等的，相鄰明紋之間或暗紋之間的距離Dx= l .Ld 4光離開(kāi)直線路徑繞到障礙物陰影里去的現(xiàn)象，叫光的衍射.產(chǎn)生明顯衍射的條件：障礙物或孔的尺寸可以跟光的波長(zhǎng)相同甚至比光的波長(zhǎng)還要小 5橫波只沿著某一特定的方向振動(dòng)，稱為波的偏振，光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光是橫波.通過(guò)偏振片的光波，在垂直于傳播方向的平面上，只沿著一個(gè)特定的方向振動(dòng)，稱為偏振光. 6麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論：恒定的電(磁)場(chǎng)不能產(chǎn)生磁(電)場(chǎng)，均勻變化的電(磁)場(chǎng)產(chǎn)生恒定的磁(電)場(chǎng)，周期性變化的電(磁)場(chǎng)產(chǎn)生周期性變化的磁(電)場(chǎng) 7電磁波是橫波：E與B的方向彼此垂直，而且都跟波速方向垂直電磁波的傳播不需要靠別的物質(zhì)作介質(zhì)，在真空中也能傳播在真空中的波速為c=3.0 108m/s. 8按頻率從大到小的順序組成的電磁波譜，其產(chǎn)生機(jī)理與主要作用如下表： 電磁波產(chǎn)生機(jī)理主要作用無(wú)線電波 電路中 自由電子 周期性振蕩而產(chǎn)生 廣播、電視紅外線原子的外層電子受激而產(chǎn)生熱作用可見(jiàn)光原子的外層電子受激而產(chǎn)生視覺(jué)作用，色彩效應(yīng)紫外線原子的外層電子受激而產(chǎn)生化學(xué)作用、生理作用、熒光效應(yīng)倫琴射線原子的內(nèi)層電子受激而產(chǎn)生醫(yī)用透視射線原子核受激而產(chǎn)生穿透作用 三、狹義相對(duì)論基礎(chǔ) 1狹義相對(duì)論認(rèn)為一切運(yùn)動(dòng)物體相對(duì)于觀察者的速度都不能大于真空中的光速 2狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)是相對(duì)性原理和光速不變?cè)?3鐘慢 效應(yīng)與 尺縮 效應(yīng)是狹義相對(duì)論的基本觀點(diǎn)方法指導(dǎo)：解答幾何光學(xué)問(wèn)題的方法： 1解題關(guān)鍵：根據(jù)題意和物理規(guī)律畫出光路圖，找出幾何關(guān)系21sin1/sinsin2ninc vCrnn常用公式： 1光的折射現(xiàn)象及折射率的認(rèn)識(shí) 【例1】 (2011新課標(biāo)卷)一半圓柱形透明物體橫截 面如 圖所示，地面AOB鍍銀(圖中粗線)，O表示半 圓截面的圓心，一束光線在橫截面內(nèi)從M點(diǎn)入射， 經(jīng)過(guò)AB面反射后從O點(diǎn)射出已知光線在M點(diǎn)的入 射角為30，MOA=60，NOB=30.求： (1)光線在M點(diǎn)的折射角； (2)透明物體的折射率【切入點(diǎn)】首先畫好光路圖是解題關(guān)鍵，利用幾何關(guān)系找出折射角即可求解 【解析】(1)如圖，透明物體內(nèi)部的光路為折MPN，O、 M點(diǎn)相對(duì)于底面EF對(duì)稱，Q、P和N三點(diǎn)共線 設(shè)在M點(diǎn)處，光的入射角為i，折射角為，OMQ=a，PNF=b.根據(jù)題意有 a=30 由幾何關(guān)系得， PNO=PQO=，于是 b+=60 且a+=b 由式得 =15 (2)根據(jù)折射率公式有sini=nsin由式得【點(diǎn)評(píng)】 分析光的折射時(shí)，一般需作出光路圖，以便應(yīng)用 折射規(guī)律及光路圖中提供的幾何關(guān)系來(lái)解答，同一介質(zhì)中，頻率越大的光折射率越大再應(yīng)用 ，等知識(shí)，就準(zhǔn)確而迅速地判斷有關(guān)色光在介質(zhì)中的傳播速度、波長(zhǎng)、入射線與折射線偏折程度等問(wèn)題，光的頻率(顏色)由光源決定，與介質(zhì)無(wú)關(guān)；光的傳播速度由介質(zhì)決定；光的波長(zhǎng)由光源和介質(zhì)共同確定622n0cnvll 3全反射和臨界角的認(rèn)識(shí)【例3】如圖所示，空氣中有一折射率為的玻璃柱體，其橫截面是圓心角為90、半徑為R的扇形OAB、一束平行光平行于橫截面，以45入射角射到OA上，OB不透光，若只考慮首次入射到圓弧上的光，則上有光透出的部分的弧長(zhǎng)為()A. pR B. pRC. pR D. pR161413512【切入點(diǎn)】光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，當(dāng)入射角大于或等于臨界角時(shí)會(huì)發(fā)生全反射【解析】 根據(jù)折射定律， 可得光進(jìn)入玻璃后光線與豎直方向的夾角為30.過(guò) O 的光線垂sin452sinnr直入射到AB界面上由點(diǎn)C射出，C到B之間沒(méi)有光線射出；越 接近 A的光 線入射到AB界面上時(shí)的入射角越大，發(fā)生全反 射 的可能性越大，根據(jù)答案：B1sin4521801204515 903015451.4CABDAOEODEODADABRp 臨界角公式得臨界角為，如果界面上的臨界點(diǎn)為 ，此光線在界面上點(diǎn)入射，在三角形中可求得 與水平方向的夾角為，所以 到 之間沒(méi)有光線射出 由此可得有光線射出的圓弧對(duì)應(yīng)圓心角為，圓弧上有光透出部分的弧長(zhǎng)為【點(diǎn)評(píng)】 光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，在入射角增大到某一角度時(shí)，折射角達(dá)到90，折射光線完全消失，只剩下反射光線，這種現(xiàn)象叫做全反射 光在兩介質(zhì)界面發(fā)生反射、折射時(shí)的能量分析：入射角較小時(shí)，反射光的能量較少，折射光的能量較多；入射角增大，反射光的能量增加，折射光的能量減??；當(dāng)發(fā)生全反射時(shí)，折射光能量為零，反射光分得全部能量 4干涉和衍射是波特有的性質(zhì)【例4】 在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，以白光為光源，在屏上觀察到彩色干涉條紋，若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過(guò)紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過(guò)綠光)，這時(shí)在屏上()A只有紅色和綠色的干涉條紋，其他顏色的雙縫干 涉條紋消失B紅色和綠色的干涉條紋消失，其他顏色的干涉條 紋仍然存在C任何顏色的干涉條紋都不存在，但屏上仍有亮光D屏上無(wú)任何亮光【切入點(diǎn)】只有由相干波源(即振動(dòng)情況完全相同的光源) 發(fā)出的光，才能 產(chǎn)生光的干涉現(xiàn)象,在屏上出現(xiàn)穩(wěn)定的亮暗相間的條紋【解析】在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，白光通過(guò)單縫成為線光源，從單縫射出的光通過(guò)雙縫分成兩束光，它們?cè)诠馄辽闲纬刹噬母缮鏃l紋，現(xiàn)在兩個(gè)縫前分別放上紅色和綠色濾光片，紅光和綠光的頻率不同，不是相干光，所以屏上沒(méi)有干涉條紋 ，只有亮光，選項(xiàng)C正確 ()() ()lxlxldddllDD 單色光經(jīng)雙縫產(chǎn)生的干涉圖樣的亮紋或暗紋 的寬度相等，即干涉條紋是等間距的，并且亮度相同相鄰兩條亮紋 或暗紋 間的距離與光波波長(zhǎng) 的關(guān)系：其中為 兩條狹縫間的距離， 為擋板與屏間的距離雙縫干涉用白光，屏上則出現(xiàn)彩色條紋，中間為白色，兩側(cè)第一組亮紋從里到外由紫到紅依【點(diǎn)評(píng)】次排列【例5】用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置觀察光的薄膜干涉現(xiàn)象圖(a)是點(diǎn)燃酒精燈(在燈芯上灑些鹽)，圖(b)是豎立的附著一層肥皂液薄膜的金屬絲圈將金屬絲圈在其所在的豎直平面內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)，觀察到的現(xiàn)象是()A當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)30時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30B當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)45時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)90C當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)60時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30D干涉條紋保持原來(lái)狀態(tài)不變【切入點(diǎn)】 當(dāng)肥皂膜豎直放置，由于重力作用，膜上薄下厚 【解析】 金屬絲圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，改變不了肥皂液膜的上薄下厚的形狀，由干涉原理可知干涉條紋與金屬絲圈在該豎直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)關(guān)，仍然是水平的干涉條紋，D對(duì). 【點(diǎn)評(píng)】 光照射到肥皂膜上，經(jīng)前、后表面兩次反射，又疊加在一起，后表面反射光的路程比前表面反射多2倍膜厚若膜厚度 2倍等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍,兩列光波加強(qiáng)，呈現(xiàn)亮紋若某處膜厚度的2倍等于半波長(zhǎng)奇數(shù)倍，此處兩列波互相減弱，出現(xiàn)暗紋膜厚度變化是連續(xù)的，就出現(xiàn)亮暗相間的干涉條紋