2026届高考物理一轮复习课件：光学

光学 1. 定义： 光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比， 叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率。 折射率 2. 公式： 或 3. n反映介质的光学性质，只与介质有关： ①任何介质的折射率均 > 1 （无单位） ②n越大，光线偏折 越大 ③当光从折射率小的介质斜射入折射率大的介质时，入射角 折射角；反之 大于 例1. 如图一个储油桶的底面直径与高均为d，当桶内没有油时，从某点A恰能看到桶底边缘的某点B。当桶内油的深度等于桶高的一半时，仍沿AB方向看去，恰好看到桶低上的点C，CB两点距离d/4。求油的折射率和光在油中传播的速度(用c表示)。 Ｂ Ａ d C O M N θ2 一、光的折射 2 例1. 如图一个储油桶的底面直径与高均为d，当桶内没有油时，从某点A恰能看到桶底边缘的某点B。当桶内油的深度等于桶高的一半时，仍沿AB方向看去，恰好看到桶低上的点C，CB两点距离d/4。求油的折射率和光在油中传播的速度(用c表示) 。 Ｂ Ａ d C O D M N θ2 解决光的反射、折射问题的方法： ①画出光路图，确定好界面和法线 ②找入射角、反射角和折射角，利用几何关系确定光路图中的边、角关系， 与折射定律中 的各量准确对应 ③必要时可利用光路可逆原理辅助解题 3 1. 定义： 当光从光密介质射入光疏介质，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。 全反射 2. 临界角： 刚好发生全反射时的入射角，用C表示。 3. 条件： ①光从光密介质射入光疏介质 ②入射角θ1 ≥临界角C 思考：怎样计算光从折射率为n的某种介质射入空气（真空）发生全反射时的临界角C？ 4. 关系式： sinC = （n越大，临界角C越小，越容易全反射！） 二、光的全反射 1. 定义： 当光从光密介质射入光疏介质，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。 全反射 2. 临界角： 刚好发生全反射时的入射角，用C表示。 3. 条件： ①光从光密介质射入光疏介质 ②入射角θ1 ≥临界角C 4. 关系式： sinC = （n越大，临界角C越小，越容易全反射！） 思考：为什么水中的气泡看起来特别明亮呢？ 因为水中的光射入气泡时相当于光密到光疏，一部分光在水和气泡界面发生了全反射，所以看起来很亮。 5 例1. 在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里，为什么？这个圆锥的顶角是多大？（水的折射率为1.33） 光路是可逆的！ 根据光路是可逆的，贴着水面射入的光线，对于潜水员来看是从折射角为C的方向射来的。 6 光导纤维 ②内芯的折射率大于外套的折射率，光传播 时在内芯与外套的界面上发生全反射 ①光导纤维由内心和外套两层组成 1. 特点： 2. 用途： ①医学上将其制成内窥镜，用来检查人体内脏的内部 ②光纤通信，优点是容量大、衰减小、抗干扰性强 光的干涉 双缝干涉 实验装置：双缝干涉仪 干涉条件：频率相同、振动情况相同的光 干涉图样：单色光是明暗相间、等间距的条纹 明暗条件 n=0、1、2、3…… 明条纹： 暗条纹： n=0、1、2、3…… 条纹间距： 薄膜干涉及应用：①照相机镜头的增透膜 ②检查工件表面平整度 三、光的干涉 薄膜干涉 由于重力的作用，肥皂薄膜将形成上薄下厚的楔形： 光从薄膜的前后两个表面反射出来两个光波，这两列 光波的频率相同，发生干涉。 前表面 后表面 1. 薄膜干涉成因： 光程差为半波长的偶数倍——亮条纹 光程差为半波长的奇数倍——暗条纹 因为出现明暗条纹的原因是薄膜厚度的差异，在实验中，由于重力原因，它只会产生垂直方向的厚度差，而同一厚度的地方会产生一条连续的条纹。 9 薄膜干涉 1. 薄膜干涉成因： 光程差为半波长的偶数倍——亮条纹 光程差为半波长的奇数倍——暗条纹 前表面 后表面 2. 应用： 照相机的增透膜 增透膜 薄膜厚度 从薄膜前后两表面反射回来的光路差恰好等于半波长，干涉相消，减小了反射光的能量，增加透射光的能量。 在透镜表面涂上一层薄膜，当薄膜的厚度等于入射光的在薄膜中的波长的1/4时，从薄膜前后两表面反射回来的光的路程差恰好等于半个波长。它们干涉相消，减小了反射光的能量，增强了透射光的能量，称为增透膜。 10 增反膜? 薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的1/2 2. 应用： 薄膜干涉 透明标准样板 待检部件 空气薄层 检查表面的平整程度 被检测表面平整，则干涉条纹与底线平行； 这种测量精度可达10-6cm。 取一个透明的标准样板，放在待检查的部件表面并在一端垫一薄片，使样板的平面与被检查的平面间形成一个楔形空气膜，用单色光从上面照射，入射光从空气层的上下表面反射出两列光形成相干光，从反射光中就会看到干涉条纹。 若某处凹下，则对应的亮（暗）条纹提前出现，如图甲所示； 若某处凸起,则对应的亮（暗）条纹延后出现，如图乙所示。 12 补：“冷光灯 ”照射物品时能使被照物品处产生的热效应大大降低。这种灯是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜（例如氟化镁），这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线。以λ表示此红外线在真空中的波长，n 为薄膜对该光的折射率，不计半波损失，则所镀薄膜的厚度最小应为（　　） 补：“半波损失”是指反射光在离开反射点时的振动方向相对于入射光到达入射点时的振动方向相反的现象，这种现象仅存在于光从光疏介质射向光密介质的反射光中，折射光没有“半波损失”。某种防蓝光眼镜，从眼镜前面观察，发现镜片呈蓝色，这是因为镜片前表面镀膜增强了蓝光的反射。已知膜的折射率大于镜片的折射率，膜的最小厚度为d，蓝光在膜中的波长为λ。下列说法正确的是（　　） A A 消反膜 增反膜 1. 定义： 光离开直线路径绕过障碍物阴影里去的现象叫做光的衍射现象。 2. 明显衍射的条件： d＜ λ或d ≈ λ 3. 物理意义： 光的衍射 证明光是一种波 4. 单缝衍射条纹特征： ①中央亮纹最宽最亮 ②两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗 5. 衍射规律： 不同缝宽的单缝衍射 不同色光的单缝衍射 ①波长一定时，单缝越窄的中央条纹越宽，各条纹间距越大 ②单缝不变时，光波波长越大，中央亮纹越宽，条纹间距越大 ③白光的单缝衍射条纹为中央亮，两侧为彩色条纹，且外红内紫 四、光的衍射 单缝衍射 双缝干涉 不同点 条纹 亮度 相同点 d与Δx λ与Δx 颜色 等间距明暗相间的条纹 中央亮纹最宽最亮，两边条纹对称明暗相间 亮条纹的亮度向两边减弱得较慢 亮条纹的亮度向两边减弱得很快 双缝间距越小，条纹间距越大 单缝宽度越小，条纹间距越大 单色光波长越小，条纹间距越小 单色光形成明暗条纹，白光形成彩色条纹 泊松亮斑实验 相同波长，单缝越窄,中央条纹越宽，各条纹间距越大． 相同单缝，波长越长，中央亮纹越宽，条纹间隔越大. 补：波的衍射图案，可以得到障碍物或者小孔的相关信息。这方面的一个著名案例就是DNA双螺旋结构的确定。如图甲，现将单缝衍射实验装置中的单缝替换成一个四边形小孔（限于矩形或平行四边形，但都能保证发生衍射），在光屏上可以得到如图乙所示的衍射图案，根据图案特点，猜想小孔的形状可能是（　　） B 缝变窄，亮条纹的亮度有所降低，宽度反而增大；条纹水平更宽，所以水平窄。 什么是横波？什么是纵波？ 横波：质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波。 纵波：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波。 振动方向与传播方向可相同、可相反 五、光的偏振 甲图：横波可以穿过狭缝 乙图：横波不能穿过狭缝 丙图：无论狭缝方向如何，纵波均能穿过 2. 偏振方向： 不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是不同的。 偏振 思考：以下情况波能否穿过狭缝？ 1. 定义： ③既不∥也不⟂时，可部分通过 横波的振动方向 3. 透振方向： 狭缝的方向 ①二者∥时，横波可完全通过 ②二者⟂时，横波完全不能通过 ——横波特有的现象 2. 偏振方向： 不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是不同的。 偏振 思考：光的干涉和衍射说明光具有波动性，那么如何判断光是横波还是纵波呢？ 1. 定义： ③既不∥也不⟂时，可部分通过 横波的振动方向 3. 透振方向： 狭缝的方向 ①二者∥时，横波可完全通过 ②二者⟂时，横波完全不能通过 ——横波特有的现象 用光学“狭缝”——偏振片来检验，只有振动方向与透振方向平行的 光波才能通过偏振片。 1. 偏振片：一种由高分子薄膜制成的光学器件，每个偏振片都有一个特定的方向， 只有沿着这个方向振动的光波才能通过偏振片，这个方向叫做透振方向。 光的偏振 2. 自然光和偏振光 ①自然光：太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光包含在垂直于传 播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。 ②偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光。 实物 箭头表示透振方向 示意图 3. 光的偏振现象说明光是一种横波 4. 两种获得偏振光的方法 ①让自然光通过偏振片 ②自然光在玻璃、水面等表面的反射光和折射光都是偏振光 光的偏振 5. 应用 ①拍水下、玻璃橱窗内等物体时，在镜头前安装消除反射光的偏振滤光片，转动滤光片，使透振方向与水面和玻璃表面的反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使水下和玻璃后的景象清晰。 使用偏振片 未使用偏振片 使反射光与折射光之间的夹角恰好是90°时，偏振方向互相垂直 3. 光的偏振现象说明光是一种横波 4. 两种获得偏振光的方法 ①让自然光通过偏振片 ②自然光在玻璃、水面等表面的反射光和折射光都是偏振光 光的偏振 5. 应用 ②偏振式3D技术是利用光线有“振动方向”的原理来分解原始图像的，通过在显示屏幕上加偏光板，可以向观看者输送两幅偏振方向不同的画面，当画面经过偏振眼镜时，由于偏振式眼镜的每只镜片只能接收一个偏振方向的画面，这样一来人的左右眼就会收到两组画面，最后经过大脑合成立体影像。 使反射光与折射光之间的夹角恰好是90°时，偏振方向互相垂直 24 3. 光的偏振现象说明光是一种横波 4. 两种获得偏振光的方法 ①让自然光通过偏振片 ②自然光在玻璃、水面等表面的反射光和折射光都是偏振光 光的偏振 5. 应用 ③液晶显示屏依靠偏振光成像。 使反射光与折射光之间的夹角恰好是90°时，偏振方向互相垂直 25 横波只沿着某个特定的方向振动，称为波的偏振。 横波的振动方向称为“偏振方向 ”，只有横波才有偏振现象。 六、激光的特点及其应用 1、相干性好：光纤通信、激光全息技术 2、平行度非常好：激光测距、测速，信息存储和阅读，为枪械、火炮、导弹等武器提供目标指引。 3、亮度高：激光束切割、焊接， 医学上可以用激光做“光刀”等。 七、实验：测定玻璃的折射率 注意事项 1．实验中，玻璃砖在纸上的位置不可移动． 2．不能用手触摸玻璃砖光洁的光学面，更不能把玻璃砖当尺子用． 3．大头钉应竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应适当大些，以减小确定光路方向时造成的误差． 4．实验中入射角不宜过小或过大，否则会使测量误差增大. 数据处理 1．计算法： 2．单位圆法 n=EH/E'H' 思考：如何确定在AB上的入射点？ θ θ A 3. 在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系分别如图甲、乙所示，其中甲同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖。他们的其他操作均正确，且均以aa′、bb′为界面画光路图。则 甲同学测得的折射率与真实值相比______(填“偏大”“偏小”“不变”或“三种情况都有可能出现”)； 乙同学测得的折射率与真实值相比______(填“偏大”“偏小”“不变”或“三种情况都有可能出现”)； 测折射率，只要操作正确，折射率与玻璃砖形状无关. 1、实验原理 L: d: Δx: 双缝到屏幕的距离 用刻度尺测量 双缝间的距离 无需测量，已标示在双缝上 相邻条纹的间距 用测量头测量 八、实验：用双缝干涉测量光的波长 2、各元件作用 滤光片：获得单色光 单缝：获得线光源 双缝：获得相干光源 光屏：在其上出现干涉条纹 3、条纹间距的测量：使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中心，记 下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹 的中心，记下此时手轮上的读数a2，将该条纹记为第n条亮条纹。 Δx = 4、常见问题原因： ①光很弱，一般是因为灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线所致. ②干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行. 4．某同学利用如图甲所示装置测量某种单色光的波长，该同学通过测量头的目镜观察到如图乙所示的图像，下列说法中正确的是（　　） A．凸透镜的作用是获得平行光 B．旋转测量头，可使分划板竖线与条纹平行 C．左右拨动拨杆，调节单缝可使条纹与分划板竖线平行 D．将屏向远离双缝的方向移动，可以增加从目镜中观察到的条纹个数 B 拨杆可以调节单缝的方向，条纹的方向要看双缝。 5.补：洛埃镜实验的基本装置如图，光线自空气射向平面镜并在平面镜上反射后有了量值为π的相位突变，相当于光程差突变了半个波长，我们称之为平面镜反射存在半波损失。关于洛埃镜实验，下面说法正确的是（　　） A．若a减小，相邻亮条纹的间距减小 B．若用频率更高的单色光，相邻亮条纹的间距将减小 C．若将平面镜向右移动一些，相邻亮条纹的间距减小 D．若用波长为λ的单色光，在屏上某点得到暗条纹，改用波长为1.5λ的单色光，该点一定是亮条纹 B 问：此时波程差为整数λ的点是亮还是暗条纹？ S' Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) 应用： 增透膜 在光学元件(透镜、棱镜)的表面涂上一层薄膜(如氟化镁)，当薄膜的厚 度是入射光在薄膜中波长的eq \f(1,4)时，在薄膜的两个面上的反射光的光程差恰好 等于半个波长，因而相互抵消，达到减小反射光、增大透射光强度的目的． Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 Lavf58.12.100 除了直接从光源发出的光外，日常生活中遇到的光大都是偏振光． (1) 自然光：在任意一个垂直于光传播方向上振动的光波的强度都相同． (2) 偏振光：在垂直于光波传播方向的平面内，只沿某一个特定方向振动的光． $