1、北京英才苑网站 http:/wwwycycom cn 版权所有盗版必究1子 新课标高三物理（人教版）第一轮复习单元讲座物理 33 选修教材（选考内容）第十五章 光 电磁场 电磁波课时安排：2 课时教学目标：1掌握光的折射定律，应用折射定律解决光的传播问题2理解折射率的概念，掌握折射率和光速的关系3知道光的全反射、干涉、衍射、偏振等现象 本讲重点：光的折射定律及其应用本讲难点：1光的折射定律及其应用2折射率公式即应用考点点拨：1折射定律及其应用2光的色散 全反射3光的干涉、衍射、偏振第一课时一、考点扫描（一）知识整合1光的折射：（1）定义：光传播到两种介质的分界面上，一部分光进入另一种介质中，并
2、且 了原来的方向，这种现象叫光的折射。（2）光的折射定律：折射光线跟 光线和 在同一平面内， 光线和 分别位于 的两侧， 的正弦跟 的正弦成 比。（3）在折射现象中光路也是可逆的。2折射率（1）折射率：光 射入 发生折射时， 的正弦与 北京英才苑网站 http:/wwwycycom cn 版权所有盗版必究2的正弦之比，叫做这种介质的折射率。（2）表达式： n21si（3）折射率和光在介质中传播的速度有关，用 c 表示真空中的光速，v 表示介质中的光速则： 。式中，c= ，n 为介质折射率，光在介质中的速度_光在真vcnsm80.3空中的速度。3全反射（1）光疏介质和光密介质：两种介质比较，折射
3、率小的介质叫_介质，折射率大的介质叫_介质；“光疏”和“光密”具有相对性。（2）全反射现象：光从_介质入射到_介质的分界面上时，当入射角增大到一定程度时，光全部反射回_介质，这一现象叫全反射现象。（3）临界角：折射角等于_时的_叫做临界角。用 C 表示， n1arcsi（4）发生全反射的条件：光从_介质入射到_介质；入射角_临界角。（5）光导纤维：实际用的光导纤维是非常细的特质玻璃丝，直径只有几微米到一百微米之间，在内芯和外套的界面上发生全反射。4光的色散（1）三棱镜横截面为三角形的三棱柱透明体称三棱镜。三棱镜对光线的作用： 光密三棱镜：当光线从一侧面射入，从另一侧面射出时，光线两次均向底面偏
4、折。 光疏三棱镜：当光线从一侧面射入，从另一侧面射出时，光线两次均向顶角偏折。 全反射棱镜（等腰直角棱镜）：当光线从一直角边垂直射入时，在斜边发生全反射，从另一直角边垂直射出。当光线垂直于斜边射入时，在两直角边发生全反射后又垂直于斜边射出。三棱镜成像：当物体发出的光线从三棱镜的一侧面射入，从另一侧面射出时，逆着出射光线可以看到物体的虚像。（2）光的色散白光通过三棱镜后，出射光束变为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光束。由七色光组成的光带叫做光谱。这种现象叫做光的色散。色散的实质是由于各种色光在同一介质中传播的速率不同，或同一介质对不同色光的折射率不同而引起的。5光的干涉现象北京英才苑网站 htt
5、p:/wwwycycom cn 版权所有盗版必究3（1）现象：两列相干光波在相遇的区域内叠加干涉，形成“有明有暗，明暗相间”的干涉纹。（2）意义：光的干涉现象充分证实了光具有波动的特性。（3）相干条件：频率相同；相差恒定。（4）双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后获得的两列相干光波叠加而形成的干涉现象。若从双缝射出的是频率相同，相差为零的光波，则屏上到达双缝的路程差等于光的半波长的偶（奇）数倍处，将出现明（暗）纹。若双缝间距为 d，双缝屏到光屏的距离为 L，入射光波长为 ，则相邻明（暗）纹间距为x= dL上述关系式给出了一种“测量光波长”的方法。（5）薄膜干涉：由透明膜的前、后表面反射的相干光
6、波叠加而形成的干涉现象。利用薄膜干涉可以检验工件平面是否平整，还可以作为光学镜头上的增透膜。6光的衍射现象（1）现象：光绕过障碍物的现象。（2）意义：光的衍射现象进一步表明光是波。（3）条件：从理论上讲衍射是无条件的，但需发生明显的衍射现象，其条件是阻碍物（或孔）的尺寸与光波可比（接近光波长或小于光波长） 。（4）单缝衍射：光通过单缝照射到屏上时，屏上将出现“有明有暗，明暗相间”的衍射条纹，与双缝干涉的干涉条纹不同的是：干涉条纹均匀分布，而衍射条纹的中央明纹较宽，较亮。（5）泊松亮斑：光照射到不透光的小圆板上时，在圆板阴影中心处出现的衍射亮斑。7光的偏振现象（1）自然光与偏振光：沿着各个方向振
7、动的强度均相同的光称自然光；只沿某一特定方向振动的光称偏振光。（2）偏振现象：自然光经过某一偏振片（起偏器）A 后即变为偏振光；若再使光经过另一偏振片（检偏器）B 并逐渐转动偏振片 B 使 A 与 B 的偏振化方向相互垂直，则光就完全不能透过偏振片 B。这样的现象叫做光的偏振现象。（3）意义：光的偏振现象充分表明光波是横波。因为偏振现象是横波所特有的现象。（二）重难点阐释1视深问题分析光的折射时，一般需作出光路图，以便于应用折射定律及光路图中提供的几何关系来解答。在实际应用中，常见的方法是三角形边角关系。近似法，即利用小角度时，北京英才苑网站 http:/wwwycycom cn 版权所有盗版
8、必究4 tan sin 的近似关系求解。2全反射现象全反射现象要记住产生全反射的条件，光从光密介质射入光疏介质，且入射角大于等于临界角。3光的色散问题光的色散问题常与光的折射现象相关联。关键物理量是 n（n=c/v）分析计算时，要掌握好 n 的应用及有关数学知识。着重应用以下几点 ：（1）光的频率（颜色）由光源决定，与介质无关；（2）同一介质中，频率越大的光折射率越大；（3）n=c/v。正确应用以上几点就能准确地判断有关色光在介质中的传播速度、波长、折射光线的偏折程度等问题。4关于“微粒说”和“波动说” 。“微粒说”和“波动说”都是对光的本性的认识过程中所提出的某种假说，都是建立在一定的实验基
9、础之上的。以牛顿为代表的“微粒说”认为光是从光源发出的物质微粒，这种假说很容易解释光的直进现象，光的反射现象，光的折射现象，但在解释一束光射到两种介质界面处会同时发生反射与折射现象时，发生了很大的困难。以惠更斯为代表的“波动说”认为光是某种振动以波的形式向周围传播，这种假说很容易解释反射与折射同时存在的现象，但由于波应能绕过障碍物，所以在解释光的直进现象时遇到了困难。5杨氏双缝干涉的定量分析如图所示，缝屏间距 L 远大于双缝间距 d，O 点与双缝 S1 和 S2 等间距，则当双缝中发出光同时射到 O 点附近的 P 点时，两束光波的路程差为 =r2r 1.由几何关系得r12=L2+（x ） 2，
10、dr22=L2+（x+ ） 2.考虑到 Ld 和 Lx， 可得 = .Ld若光波长为 ，则当 =k （k=0，1，2，）时，两束光叠加干涉加强；当 =（2k1） （k=1，2，3，）时，两束光叠加干涉减弱，据此不难推算出（1）明纹坐标 x=k ， （k=0，1，2，）dL北京英才苑网站 http:/wwwycycom cn 版权所有盗版必究5（2）暗纹坐标 x=（2k1） （k=1，2，）dL（3）条纹间距 x= .上述条纹间距表达式提供了一种测量光波长的方法。二、高考要点精析（一）折射定律及其应用考点点拨介质的折射率 ，与光速的关系：21sinvcn解题的关键：根据题意画出光路图，挖掘几何关
11、系，由数学知识求解。【例 1】 如图所示，一束光线以 60的入射角射到一水平放置的平面镜上，反射后在正上方与平面镜平行的光屏上留下一光点 P 。现将一块上下两面平行的透明体平放在平面镜上，如图中虚线所示，则进入透明体的光线经平面境反射后再从透明体的上表面射出，打在光屏上的光点 P与原来相比向左平移了3.46cm ，已知透明体对光的折射率为 。3（1）作出后来的光路示意图，标出 P 位置；（2）透明体的厚度为多大？ （3）光在透明体里运动的时间多长？解析 （1）光路示意图如图所示（注意出射光线平行，各处光线的箭头）（2）由 sin = n sin ， 得 =30设透明体的厚度为 d ，由题意及光
12、路有2 d tan60 2 d tan30 = s解得 d =1.5cm （3）光在透明体里运动的速度v = nc光在透明体里运动的路程 cos2dPPP北京英才苑网站 http:/wwwycycom cn 版权所有盗版必究6 光在透明体里运动时间 s = 21010 scos2dnvt23105.82点评：本题考查光的反射和折射。题中有一个难点，就是通过做光路图挖掘几何关系，从而求解透明体的厚度以及光在透明体里运动的时间。做光路图也是解此类题的关键所在。【例 2】一条光线从空气射入某介质中，已知入射角为 45，折射角为 30，求光在此介质中的速度。解析：n= 230sin45ir又 n= ，
13、所以 v = = m/scc8810.【例 3】某水池实际深度是 h，垂直于水面往下看视深度为多少？（水的折射率为 n）解析：设入射角 i，折射角 r，由几何关系可知， hAOitantanA因为 i、r 很小，所以 sini=tani， tanr=tanr由折射定律 ： tsihr所以： nh考点精炼1半径为 R 的半圆形玻璃砖横截面如图所示，O 为圆心，光线a 沿半径方向射入玻璃砖后，恰在 O 点发生全反射，已知aOM =45，求：（1）玻璃砖的折射率 n；（2）另一条与 a 平行的光线 b 从最高点入射玻璃砖后，折射到MN 上的 d 点，则这根光线能否从 MN 射出?Od 为多少?2如图
14、所示为安全门上的观察孔，直径 ab 为 4cm，门的厚度 ac 为 3.464cm，为了扩大向外观察的范围，将孔中完全嵌入折射率为 的玻璃。求（1）嵌入玻璃后向外观察视野的最3大张角；（2）要视野扩大到 180时，嵌入玻璃的折射率。（二）光的色散 全反射考点点拨（1）色散的实质是由于各种色光在同一介质中传播的速率不同，或同一介质对不同色光abO dM N北京英才苑网站 http:/wwwycycom cn 版权所有盗版必究7的折射率不同而引起的。光的频率越大，折射率越大。红光折射率最小，紫光折射率最大。（2）全反射的条件是，光从光密介质进入光疏介质，且入射角达到临界角。【例 4】某棱镜顶角 =
15、41.30，一束白光以较大的入射角从棱镜的一个侧面射入，通过棱镜后从另一个侧面射出，在光屏上形成由红到紫的彩色光带如右图所示，当入射角 i 逐渐减小到零的过程中，彩色光带变化情况是（ ） 色光 紫 蓝 绿 黄 橙 红折射率 1.532 1.528 1.519 1.517 1.514 1.513临界角 40.75 40.88 41.17 41.23 41.34 41.37A紫光最先消失，最后只剩下橙光、红光B紫光最先消失，最后只剩下黄光、橙光和红光C红光最先消失，最后只剩下紫光、靛光和蓝光D红光最先消失，最后只剩下紫光、靛光和蓝光和绿光解析：屏上的彩色光带最上端为红色，最下端为紫色，当入射角 i
16、 减小时，光线在棱镜右侧面的入射角变大，因紫光临界角最小，所以紫光最先达到临界而发生全反射，故紫色最先在屏上消失，当入射角减小到 i =0 时，仅剩下红光和橙光未达到临界角而射出，到达光屏，故选 A。【例 5】 在一个圆形轻木塞的中心插上一根大头针，然后把它倒放在水面上，调节针插入的深度，使观察者不论在什么位置都刚好不能看到水下的大头针，如图所示，量出针露出的长度为 d，木塞得半径为 r，求水的折射率。解析：当调节针插入的深度后，使观察者不论在什么位置都刚好 不能看到水下的大头针时，表明此时 A 点发出的光线发生了全反射。如图所示，从 A 点发出的光到达 B 点恰好以临界角 C 入射，因此 s
17、inC=1/n，在 AOB 中 tanC=r/d，而 ，1sin1ta22所以 n= rd北京英才苑网站 http:/wwwycycom cn 版权所有盗版必究8第二课时（三）光的干涉、衍射、偏振考点点拨光的干涉、衍射和偏振现象说明光是电磁波。光的干涉有双缝干涉和薄膜干涉两种，现象是观察到明暗相间的条纹，条纹间距离与波长成正比，红光波长最长，条纹间距离最大。双缝干涉实验中，条纹间的距离 x 与双缝间的距离 d、双缝到屏的距离 L 间的定量关系是：，利用此关系式可以测定光的波长。光的偏振现象说明光是横波。dLx【例 6】能产生干涉现象的两束光是（ ）A频率相同、振幅相同的两束光B频率相同、相位差
18、恒定的两束光C两只完全相同的灯光发出的光D同一光源的两个发光部分发出的光解析：只有频率相同、相差恒定、振动方向相同的光波，在它们相遇的空间里能够产生稳定的干涉，观察到稳定的干涉图样，但是，光波并不是一列连续波，它是由一段段不连续的具有有限长度的所谓“波列”组合而成的，并且波动间的间歇也是不规则的。两个独立光源发出的光，即使是“频率相同的单色光（实际上严格的单色光并不存在） ，也不能保持有恒定的相差。因此，为了得到相干光波，通常是把同一光源发出的一束光分成两束。杨氏双缝干涉实验中，所以在光源和双缝间设置一个狭缝，就是让点光源发出的一束光，先经第一个缝产生衍射，使得由双缝得到的两束光成为相干光波。
19、光源发光是以原子为发光单位的，由前面分析可知，我们无法使两只完全相同的灯泡、同一光源的两个发光部分发出频率相同、相差恒定的光。这样的光源不会产生稳定的干涉现象，无法观察到干涉图样。所以应选 B。【例 7】如图所示是双缝干涉实验装置，屏上 O 点到双缝 S1、S 2 的距离相等。当用波长为 0.75m 的单色光照射时，P 是位于 O 上方的第二条亮纹位置，若换用波长为 0.6m 的单色光做实验， P 处是亮纹还是暗纹？在 OP 之间共有几条暗纹？S1S2SOr1r2P北京英才苑网站 http:/wwwycycom cn 版权所有盗版必究9解：当用波长为 1=0.75m 单色光时 P 为 O 上方
20、第二条亮纹，所以 P 到双缝 S1、S 2 的距离差r=2 1=20.75m=1.5m.改用 2=0.6m.的单色光时，路程差r= 2，所以5P 为暗纹，从 O 到 P 路程差由零逐渐增大，必有路程差为 和 2 的两点，即 OP 之间还23有两条暗纹。【例 8】用红光做光的双缝干涉实验，光屏上出现明、暗相间直间距均匀的红色的干涉条纹，今用不透光的障碍物堵起一条缝，则屏上（ ）A一片黑暗； B一片红色；C仍然是红色的干涉条纹，只是亮相减弱；D仍然是明、暗相间的红色条纹，但条纹间距不相同解：堵起一条缝后红光只能透过单缝而射到屏上发生单缝衍射现象，也应将在屏上产生明、暗相间的红色条纹，只是单缝衍射所
21、产生的衍射条纹间距不均匀，由此知：此例应选D。考点精炼3用包括红、绿、紫三种色光的复色光做光的双缝干涉实验，在所产生的干涉条纹中离中心条纹最近的干涉条纹是（ ）A红色条纹； B绿色条纹；C紫色条纹； D三种条纹中心条纹的距离相等4如图所示，让白炽灯发出的光通过偏振片 P 和 Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P 和 Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象。这个实验表明（ ）A. 光是电磁波B. 光是一种横波C. 光是一种纵波D. 光是概率波考点精炼参考答案1解析：（1） 。2sin1C（2）设 b 光在玻璃砖中折射角为 ，则由折射定律可得 ，2145sini所以 =30光源p Q明
22、北京英才苑网站 http:/wwwycycom cn 版权所有盗版必究10这根光线在 MN 界面的入射角也为 30，能从 MN 射出。由几何关系得 。ROd30tan点评：解本题的关键是，作出光路图，挖掘几何关系，将光学问题化归为数学问题，由数学知识求解。2解析：（1）向外观察的张角最大时，在 cd 中点 e 点观察，b 为入射点，be 为折射线，求出 i 即可。由图可知：be= cm426.3)(22 edbsin r= ，1由 得 sini = nsinr= ，,sinr2即 i=60，最大张角 2i=120。（2）视野扩大到 180时，即入射角 90，求出此时的 r。30sin1i9r3
23、解析：双缝干涉现象中将在光屏上产生明、暗相间的干涉条纹，条纹间距与光波长成正比，中心处应该是三种单色光的干涉中央明纹叠加，形成的复色光条纹，考虑到紫光波长最短，紫光的干涉条纹间距最小，所以，靠中心条纹最近的应该是紫色条纹。比例应选 C。4B（光的偏振现象说名光是横波）三、考点落实训练1光在某种玻璃中的速度是 108m/s，要使光由空气射入这种玻璃，且使折射光线3与反射光线之间的夹角为 90，则入射角应是 A30 B60 C45 D902已知介质对某单色光的临界角为 ，则 A该介质对单色光的折射率等于 1sinB此单色光在该介质中的传播速度等于 csin （c 表示光在真空中的传播速度）C此单色
24、光在该介质中的波长是真空中波长的 倍siD此单色光在该介质中的频率是真空中频率的 倍北京英才苑网站 http:/wwwycycom cn 版权所有盗版必究113在水底同一深度处并排放着三种颜色的球，如果从水面上方垂直俯视色球，感觉最浅的是 A紫色球 B蓝色球 C红色球 D三种色球视深度相同4一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是 A各色光的波长不同，因而 各色光分别产生的干涉条纹间距不同B各色光的速度不同，造成条纹的间距不同C各色光的强度不同D各色光通过双缝的距离不同5对衍射现象的定性分析，不正确的是 A光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物发生弯曲传
25、播的现象B衍射花纹图样是光波相互叠加的结果C光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据D光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论6下列现象哪些是光衍射产生的A著名的泊松亮斑B阳光下茂密树荫中地面上的圆形亮斑C光照到细金属丝上后在其后面屏上的阴影中间出现亮线D阳光经凸透镜后形成的亮斑7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8有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有 A只有电磁波才能发生偏振，机械波不能发生偏振B只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振C
26、自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能变为偏振光D除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光 9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，好北京英才苑网站 http:/wwwycycom cn 版权所有盗版必究12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10有关光现象的下列说法中正确的是（ ）A在平静的湖面上出现岸边树的倒影是光的折
27、射现象B在太阳光照射下，水面上的油膜上出现彩色花纹是光的干涉现象C光导纤维传递信号的基本物理原理是光的折射D在光的双缝干涉实验中，只将入射光由绿光改为黄光，则条纹间距变宽11某学生在观察双缝干涉现象的实验中，分别用红色、绿色、紫色三种单色光做实验，经同一干涉仪观察到如图所示的明显干涉条纹，那么甲、乙、丙依次表示的颜色是 （ ）A红色 绿色 紫色 B红色 紫色 绿色C紫色 绿色 红色 D绿色 紫色 红色12一个军事设施的观察孔如图所示，其宽度 L=30cm，厚度 d=30 cm，为了扩大向3外的观察视野，将折射率 n= 的某种玻璃砖完全嵌入观察孔内（图中为观察孔的俯视图） 。3（1）嵌入玻璃砖后
28、，视野的最大张角是_（2）如果要使视野的最大水平张角接近 180，则要求嵌入折射率至少_的玻璃砖。13某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器。如图所示，在一个圆盘上，过其圆心 O 做两条互相垂直的直径BC、EF 。在半径 OA 上，垂直盘面插上两枚大头针 P1、P 2 并保持 P1、P 2 位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使夜面与直径 BC 相平，EF 作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察 P1、P 2 的像，并在圆周上插上大头针 P3，使 P3 正好挡住 P1、P 2的像。同学们通过计算，预先在圆周 EC 部分刻好了折射率的值，这样只
29、要根据 P3 所插的位置，就可以直接读出液体折射率的值。（1）在用此仪器测量液体的折射率时，下列说法正确的是_ （填字母代号）甲 丙乙LdBCOAEFKMNP1P2北京英才苑网站 http:/wwwycycom cn 版权所有盗版必究13A大头针 P3 插在 M 位置时液体的折射率值大于插在 N 位置时液体的折射率值B大头针 P3 插在 M 位置时液体的折射率值小于插在 N 位置时液体的折射率值C对于任何液体，在 KC 部分都能观察到大头针 P1、P 2 的像D可能有一种液体，在 KC 部分观察不到大头针 P1、P 2 的像（2）若 AOF=30，OP 3 与 OC 的夹角为 30，则液体的折
30、射率为 。14用双缝干涉测光的波长。实验装置如图（甲）所示，已知单缝与双缝间的距离L1=100mm，双缝与屏的距离 L2=700mm，双缝间距 d=0.25mm。用测量头来测量亮纹中心的距离。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻线对准亮纹的中心（如图（乙）所示） ，记下此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心，记下此时手轮上的读数。（1）分划板的中心刻线分别对准第 1 条和第 4 条亮纹的中心时，手轮上的读数如图（丙）所示，则对准第 1 条时读数 x1=_mm、对准第 4 条时读数 x2=_mm（2）写出计算波长 的表达式，=
31、_（用符号表示） ，=_nm考点落实训练参考答案1B 2ABC 3A 4AB 5D 6AC 7D 8BD 机械能中的横波能发生偏振。自然光不一定非要通过偏振片才能变为偏振光。9C（这种现象是光在密度不均匀的空气中传播时发生全反射而产生的）10BCD （B 项叙述的是一个薄膜干涉现象，干涉条纹宽度只与波长有关，波长大、宽度就宽。光导纤维是利用全反射现象制成的）11D 光源滤光片 单缝 双缝 遮光筒 屏图（甲）L1 L215 205 100202515图（丙）第 1 条时读数 第 4 条时读数15 205 100 30354045图（乙）北京英才苑网站 http:/wwwycycom cn 版权所有盗版必究1412 （1）120， （2）213 （1）BD；（2） 314 （1）2.190，7.868（2） ， 67621)(Lxd
