北京古城中学物理导学案
高三单元复习
第十四章 光学 复习
课型：复习课 执笔：黎周 审核：刘芳
【课题】光的折射 全反射现象 【目标】
1、了解光的折射现象，理解光的折射定律。
2、了解光的全反射现象，掌握全反射的重要条件和应用。 【导入】
一、光的折射定律
折射光线在入射光线和法线所在的平面上，折射光线和入射光线分居在法线两侧，入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一常数sin i /sin r =n 。 二、折射率
1、光从真空射入某种介质时，入射角的正弦跟折射角的正弦之比n=sin i /sin r
2、折射率等于光在真空中的速度c 跟光在这种介质中的速度v 之比，n= c/v ． 三、全反射
1、当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫做全反射。
2、全反射临界角：光从光密介质射向光疏介质，当折射角变为90°时的入射角叫临界角；光从折射率为n 的介质射向真空时临界角的计算公式：sinA=1/n 。 四、光导纤维
利用光的全反射，可制成光导纤维。光从光导纤维一端射入后，在传播过程中经过多次全反射，最终从另一端射出。由于发生的是全反射，因此传播过程中的能量损耗非常小。用光导纤维传输信息，既经济又快捷。
【导研】
[例1] 单色光在真空中的传播速度是c ，波长为λ0，在水中的传播速度是v ，波长为λ，水对这种单色光的折射率为n 。当这束单色光从空气斜射入水中时，入射角为θ1，折射角为θ2，下列说法中正确的是（ ） A ．v=n
c v
c 0
λλ= B ．n λλ=0 1
2sin sin θθc v =
C ．v=cn λ=λ0c
v
D ．n λλ
=
2
1sin sin θθc
v =
[例2] 一束光从空气射向折射率为2的一种玻璃表面，其入射角为 i ，下列说法正确的是（ ） A ．i ＞450时，会发生全反射 B ．增大入射角i ，折射角会大于450 C ．欲使折射角r ＝300，则 i 应为600
D ．当i ＝arctan 2时，反射光线恰好与折射光线垂直
折射率为2的玻璃柱体，其横截而
[例3]（2010·重庆·２0）如题20图所示，空气中有一
是圆心角为90o,、半径为R 的扇形OAB 、一束平行光平行于横截面，以45o 入射角射到OA 上，OB 不透光，若考虑首次入射到圆弧AB 上的光，则AB 弧上有光透出的部分的弧长为（ ） A. 1/6 πR B. 1/4πR
C. 1/3 πR
D. 5/12 πR
[例4]（通州市2008届高三第四次调研测试）光纤通信是一种现代化的通讯工具，为了研究问题的方便，我们将光导纤维简化为一根长直的玻璃管，如图所示为玻璃管沿轴线的横截面，若光从左端以与端面成300入射，玻璃管长为L ，折射率为n
c ．
（1）通过计算分析光能否从玻璃管的侧面射出； （2）求出光通过玻璃管所需的时间．
[例5] (江苏省拼茶中学2008届高三物理五月份模拟试卷)如图直角三角形ABC ，角A=300，BC=2cm ，n=3，平行光与AB 平行射向AC ，在BC 的右侧有光屏P ，P 与BC 平行，在光屏上有一光带. （1）作出在P 上形成光带的光路。
（2）屏离BC 之距多大，可使连续光带最宽。
[例6]（1）（2008年高考物理模拟试卷）如图所示，将刻度尺直立在装满某种透明液体的宽口瓶中（液体未漏出），从刻度尺上A 、B 两点射出的光线AC 和BC 在C 点被折射和反射后都沿直线CD 传播，已知刻度尺上相邻两根长刻度线间的距离为1 cm ，刻度尺右边缘与宽口瓶右内壁间的距离d=2.5 cm ，由此可知，瓶内液体的折射率n= （可保留根号）．
（2）(南京市2008届高三第一次模拟考试)如图所示，
某同学用插针法测定一半
P P
2P
圆形玻璃砖的折射率．在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线，并让入射光线过圆心O，在玻璃砖（图中实线部分）另一侧垂直纸面插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，连接O P3．图中MN为分界面，虚线半圆与玻璃砖对称，B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点，AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点．设AB的长度为l
，AO的长度为l2，CD的长度为l3，DO的长度为l4，为较方便地表示出玻璃砖的折射
1
率，需用刻度尺测量（用上述给出量的字母表示），则玻璃砖的折射率可表示为．
【导练】
1、太阳光照射在平坦的大沙漠上，我们在沙漠中向前看去，发现前方某处射来亮光，好像太阳光从远处水面反射来的一样，我们认为前方有水。但走到该处仍是干燥的沙漠，这现象在夏天城市中太阳光照射沥青路面时也能观察到。对这种现象正确的解释是（）
A．越靠近地面，空气的折射率越大B．这是光的干涉形成的
C．越靠近地面，空气的折射率越小D．这是光的衍射形成的
2、（2010·全国卷Ⅱ·20）频率不同的两束单色光1和2 以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后，其光路如右图所示，下列说法正确的是（）
A.单色光1的波长小于单色光2的波长
B.在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2 的传播速度
C.单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间
D.单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角
3、现在高速公路上的标志牌都用“回归反光膜”制成，夜间行车时，它能把车灯射出的光逆
向返回，标志牌上的字特别醒目。这种“回归反光膜”是用球体反射元件制成的，如图所示，反光膜内均匀分布着直径为10μm的细玻璃珠，所用
玻璃的折射率为3，为使入射的车灯光线经玻璃珠折射→反射→再折射后恰好和入射光线平行，那么第一次入射的入射角应是（）
A．15°B．30°C．45°D．60°
4、（2008年苏、锡、常、镇四市调查二）一复色光中只含有a、b两种单色光，在真空中a光的波长大于b光的波长．
①在真空中，a光的速度▲（选填“大于”、“等于”或“小于”）b光的速度．
②若用此复色光通过玻璃半球且经球心O射向空气时，下列四个光路图中可能符合实际情况的是▲．
5、（福建省龙岩二中2010届高三摸底考试）如图所示，一束光从空气垂直射到直角棱镜的AB面上，已知棱镜材料的折射率为1.4，则这束光进入棱镜后的光路图应为下面四个图中的（）
【课题】光的干涉、衍射等现象 【目标】
1、了解光的干涉、衍射和偏振现象。知道产生干涉、衍射现象的条件。
2、学会用双缝干涉测定光的波长。 【导入】 一、光的干涉
频率相同、振动情况相同的两列光波相叠加，某些区域的光得到加强，另一些区域的光得到减弱，并且光被加强和减弱的区域互相间隔的现象称为光的干涉现象．
1、双缝干涉
当两列相干光波到达某点的路程差为半波长的偶数倍时，该处的光互相加强，出现明条纹，当到达某点的路程差为半波长的奇数倍时，该处的光互相削弱，出现暗条
纹；在狭缝间距d 和狭缝与
屏间的距离l 不变的条件下，相邻两明（或暗）条纹间距△x 与单色光波长λ成正比．即△x=l λ/d 。
2、薄膜干涉
由薄膜前、后表面反射的两列光波叠加而成，劈形薄膜干涉可产生平行相间条纹，应用于“干涉法检查平面”；透镜增透膜的最小厚度是透射光在薄膜中波长的1/4倍．
二、光的衍射现象
1、产生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸可以跟光的波长相比或比光的波长小．
2、干涉现象与衍射现象的区别与联系：
（1）产生的条件不同：干涉是两束相干光的叠加，衍射是无数束光的叠加．
（2）出现的现象不同，单色光双缝干涉图样是以中央明纹为中心在两边对称等距排列的条纹，亮度比较均匀；单缝衍射的图样是间距不等的明暗条纹，中央最宽最亮，两旁的亮条纹强度递减。
三、光的偏振
1、定义：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿一个特定方向振动的光，叫做
偏振光．
2、偏振光的理论意义和实际应用
（1）、理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能确定光波是横波还是纵波．光的偏振现象说明光波是一种横波
（2）、应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等等．
四、激光的特性及其应用：激光是同种原子在同样的两个能级间发生跃迁生成的，其特性是：
（1）是相干光。由于是相干光，所以和无线电波一样可以调制，因此可以用来传递信息。光纤通信就是激光和光导纤维结合的产物。
（2）平行度好。
传播很远距离之后仍能保持一定强度，因此可以用来精确测距。激光雷达不仅能测距，还能
激光
P 1
P P 2
根据多普勒效应测出目标的速度，对目标进行跟踪。还能用于在VCD或计算机光盘上读写数据。
（3）亮度高。能在极小的空间和极短的时间内集中很大的能量。可以用来切割各种物质，焊接金属，在硬材料上打孔，利用激光作为手术刀切开皮肤做手术，焊接视网膜。利用激光产生的高温高
压引起核聚变。
【导研】
[例1] (2008年镇江市高三年级教学调研测试)某同学自己动手利用如图所示的装置观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双缝屏，整个装置位于一暗箱中，实验过程如下：
（A）该同学用一束太阳光照射A屏时，屏C上没有出现干涉条纹；移去B后，在屏上出现不等间距条纹；此条纹是由于产生的；
（B）移去A后，遮住缝S1或缝S2中的任一个，C上均出现一窄亮斑．出现以上实验结果的主要原因是．
[例2] 如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平薄凸透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是（）
A、牛顿环是由透镜下表面的反射光和平面玻璃上表面的反射光发生干涉形成的
B、牛顿环是由透镜上表面的反射光和平面玻璃下表面的反射光发生干涉形成的
C、若透镜上施加向下的压力，当压力逐渐增大时，亮环将向远离圆心方向平移
D、若透镜上施加向下的压力，当压力逐渐增大时，亮环将向靠近圆心方向平移
[例3] 部分电磁波的大致波长范围如图所示，若
要利用缝宽与手指宽度相当的缝获得明显的衍
射现象，可选用_____波段的电磁波，其原因是
_______________________________________。
[例4]平行光通过小孔得到的衍射图样和泊松亮斑比较，下列说法中正确的有（）
A.在衍射图样的中心都是亮斑
B.泊松亮斑中心亮点，周围的暗环较宽
C.如图是小孔衍射的衍射图样
D.小孔衍射的衍射图样的中心是暗斑，泊松亮斑图样的中心是亮斑
[例5]（1）下列应用激光的实例中，正确的是( )
A．利用激光进行通信B．利用激光加工坚硬的材料
C．利用激光进行室内照明D．利用激光进行长距离精确测量
（2）激光技术是在1960年发明的，关于激光下列说法正确的是（）
A．激光应用于光纤通讯，是因为它的单色性好，是相干光，利于调制
B．激光用来控制核聚变，是因为它的方向性好，光源的能量就集中在很小一点上，可以在空间某个小区域内产生极高的温度
C．用激光拦截导弹，摧毁卫星，是因为激光在大气中传播不受大气的影响
D．能利用激光测量地、月的距离，是因为激光通过地球大气不会发生折射
【导练】
1、抽制高强度纤维细丝时可用激光监控其粗细，如图所示，观察激光束经过细丝时在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化( )
A．这主要是光的干涉现象 B．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗
C．这主要是光的衍射现象 D．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细
2、(2008届苏州五市三区教学调研测试卷)下列关于光的认识，正确的是（）
A．光的干涉和衍射不仅说明了光具有波动性，还说明了光是横波；
B．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度；
C．爱因斯坦提出的光子说否定了光的波动说；
D．全息照片往往用激光来拍摄，主要是利用了激光的相干性
3、（09·福建）光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是（）
A．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象
B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象
C．在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象
D．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
4、光的偏振现象说明光是横波，下列现象中不能反映光的偏振特性的是（）
A．一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化
B．一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光与折射光线之间的夹角恰好是90°时，反射光是偏振光C．日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振光片可以使景象更清晰
D.通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹
5、（1）光的干涉和衍射说明了光具有______性，露珠呈现彩色属于光的________现象，利用双缝干涉测光的波长原理表达式为________；全息照片往往用激光来拍摄，主要是利用了激光的________性；海豚定位利用了自身发射的________波。
（2）如图所示，分别是红光、蓝光通过同一双缝干涉仪器形成的双缝干涉图样和黄光、紫光通过同一单缝形成的单缝衍射图样．则（1）、（2）、（3）、（4）四个图样中的亮条纹的颜色依次是______________________
6、在一次观察光衍射的实验中，观察到如图所示的清晰的明暗相间的图样，那么障碍物应是（黑线为暗纹）A．很小的不透明的圆板
B．很大的中间有大圆孔的不透明的圆板
C．很大的不透明圆板
D．很大的中间有小圆孔的不透明圆板
7、以下说法正确的有（）
A、光的干涉、衍射和康普顿效应说明了光具有波动性
B、水面上油膜呈现彩色属于光的干涉现象
C、在双缝干涉测光的波长实验中，利用相同的装置测蓝光和绿光波长，绿光和条纹间隔比蓝光大。
D、全息照片往往用激光来拍摄，主要是利用了激光的平行性好
E、海豚定位利用了自身发射的超声波，雷达定位利用了自身发射的电磁波
F、光从折射率为1.3的水中，向折射率为2的玻璃中入射会发生全反射
G、光从折射率为1.3的水中，向折射率为2的玻璃中入射波长会变短