第四章 光【复习课件】-2022-2023学年高二物理单元复习一遍过(共47张PPT)

(共47张PPT)
第四章 光
2022-2023学年高二物理单元复习一遍过
（新教材人教版必修第一册）
光的折射定律
内容：当光从一种介质进入另一种介质时，在界面上光的传播方向发生了明显的改变，折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线两侧，入射角的正弦跟折射角的正弦成正比，这就是光的折射定律．
(2)公式：
3．折射率反映介质使光偏折的性质．某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝c/v.
同一种介质对不同频率的光发生折射时，折射率是不同的，折射率是随着光的频率的增大而增大的．
色散：当一束白光以某个角度入射介质时，由于各种色光的折射角不同，各种色光就分开了，这种现象叫光的色散．
测定材料的折射率的原理是折射定律，用插针法描绘光路.
折射定律
折射光线与入射光线和法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即
在折射现象中光路是可逆的，即如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射．
折射率
(1)定义式：
(2)决定式：n＝c/v，由此可知，任何介质的折射率n都大于1.
理解
①折射率n是反映介质光学性质的物理量，它的大小由介质本身及入射光的频率决定，与入射角、折射角的大小无关．
②各种介质的折射率是不同的．
测定玻璃的折射率
实验原理
如图所示，当光线AO以一定入射角i穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B，从而画出折射光线OO′，量出折射角r，再根据 算出玻璃的折射率．
实验器材
一块长方形的玻璃砖、白纸、木板、大头针(4枚)、量角器(或圆规、三角板)、刻度尺、激光笔、铅笔等．
实验步骤
1．把白纸铺在木板上．
2．在白纸上画一直线aa′作为界面，过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线．
3．把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa′重合，再用直尺画出玻璃的另一边bb′.
4．在直线AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2.
5．从玻璃砖bb′一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向直到P2的像挡住P1的像．再在bb′一侧插上大头针P3、P4，使P3能挡住P1、P2的像，P4能挡住P1、P2的像及P3本身．(若有激光笔，可用激光笔沿P1、P2方向入射一束激光，从另一边射出来的激光束上插上两枚大头针P3、P4)．
6．移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置，过P3、P4作直线O′B交bb′于O′.连接O、O′，OO′就是入射光线AO在玻璃砖内的折射光线．∠AON为入射角，∠O′ON′为折射角．
7．用量角器量出∠AON和∠O′ON′的度数．查出它们的正弦值，并把这些数据填入记录表格里．
8．用上述方法分别求出入射角是15°、30°、45°、60°和75°时的折射角，查出入射角i和折射角r的正弦值，记录在表格里．
9．算出不同入射角的 的值，比较一下，看它们是否接近一个常数．求出几次实验测得的 的平均值，这就是这块玻璃砖的折射率．
注意事项
1．轻拿轻放玻璃砖，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的光学面．严禁把玻璃砖当直尺用．
2．实验过程中，玻璃砖在纸面上的位置不可移动．
3．插针P1与P2、P3与P4的间距要适当地大些，以减小确定光线方向时出现的误差．
4．实验时入射角不能太小(接近零度)，否则会使测量误差加大；也不能太大(接近90°)，否则会不易观察到P1、P2的像．
5．本实验中如果采用的不是两面平行的玻璃砖，而是采用三棱镜、半圆形玻璃砖等，一样能测出折射率，只是出射光和入射光不再平行．
如果光以同一入射角从真空射入不同介质，则折射率越大的介质(　　)
A． 折射角越大，表示这种介质对光线的偏折程度越大
B． 折射角越大，表示这种介质对光线的偏折程度越小
C． 折射角越小，表示这种介质对光线的偏折程度越大
D． 折射角越小，表示这种介质对光线的偏折程度越小
C
(多选)光从空气斜射进入介质中，比值 常数，这个常数(　　)
A． 与介质有关
B． 与光在介质中的传播速度有关
C． 与入射角的大小无关
D． 与入射角正弦成正比，跟折射角的正弦成反比
ABC
用a、b、c、d表示四种不同颜色的单色点光源，若：①将a、b、c放在水中相同深度处，有人在水面上方同等条件下观测发现，b在水下的像最深，c照亮水面的面积比a的大　②分别用b、c和d发出的单色光在相同条件下做双缝干涉实验，b光的亮条纹间距最大　③a、c和d发出的光在同种玻璃中传播，d光的传播速度最大；则推断同种介质对a、b、c、d发出的光的折射率正确的是(　　)
A． nb＜nd＜nc＜na B． nb＜na＜nd＜nc
C． na＝nb＝nc＝nd D． nb＝na＜nd＝nc
A
如图所示，P、Q是两种透明材料制成的两块直角梯形的棱镜，叠合在一起组成的一个长方体．某单色光沿与P的上表面成θ角的方向斜射向P，其折射光线正好垂直通过两棱镜的界面．已知材料的折射率nPA． 从Q的下表面射出的光线一定与入
射到P的上表面的光线在同一条直线上
B． 从Q的下表面射出的光线一定与入射到P的上表面的光线平行
C． 如果光线从Q的下表面射出，出射光线与下表面所夹的锐角一定大于θ
D． 如果光线从Q的下表面射出，出射光线与下表面所夹的锐角一定小于θ
D
如图所示为匀质玻璃圆柱体的横截面图，其中MN为过圆心O的水平直线．现有两单色细光束a、b相对MN对称且平行MN照射玻璃柱体，经玻璃折射后两束光相交于P点．则a、b两束光相比(　　)
A． 玻璃对a光的折射率比b光小
B． 在玻璃中a光的传播速度比b光小
C． 在玻璃中a光的传播时间比b光短
D． a光的频率比b光的频率小
B
光在两种介质的分界面发生反射时，反射角等于入射角，当发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦成正比．
光疏介质和光密介质：折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介质称为光密介质．光疏介质与光密介质是相对的．
全反射现象
(1)临界角：光由光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到一定程度时，折射角就会增大到90°，这时的入射角叫做临界角．
(2)全反射现象：当光线由光密介质射入光疏介质时，如果入射角大于临界角，就发生全反射现象，也叫做全内反射．
全反射的应用
(1)全反射棱镜：截面为等腰直角三角形的棱镜，利用全反射改变光路．
(2)光导纤维：由折射率较大的内层纤芯和折射率较小的外面包层组成，光传播时在内层纤芯与外面包层的界面上发生全反射．
激光的特点及应用
性质 应用
相干性：激光具有频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性 光纤通信
平行度：激光的平行度非常好，传播很远的距离后仍能保持一定的强度 激光会聚一点，读取光盘上记录的信息等
亮度高：它可以在很小的空间和很短的时间内聚集很大的能量 用激光束切割、焊接，医学上可以用激光做“光刀”，核工业中用激光激发核反应等
光疏介质和光密介质
名称项目 光疏介质 光密介质
定义 折射率较小的介质 折射率较大的介质
传播速度 光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度小． 折射特点 (1)光从光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角． (2)光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角． 备注 光疏和光密是从介质的光学特性来说的，并不是它的密度大． 光疏介质和光密介质是相对而言的，并没有绝对的意义. 全反射现象
临界角：
折射角为90°时的入射角称为全反射临界角，简称临界角，用C表示，C＝arcsin（1/n) .
全反射发生的条件：
①光从光密介质射入光疏介质．②入射角大于或等于临界角．
全反射现象中能量分配关系
①折射角随着入射角的增大而增大，折射角增大的同时，折射光线的强度减弱，即折射光线的能量减小，亮度减弱，而反射光线的强度增强，能量增大，亮度增强．
②当入射角增大到某一角度时(即临界角)，折射光能量减弱到零(即折射角为90°)，入射光的能量全部反射回来，这就是全反射现象．
全反射棱镜
构造：截面为等腰直角三角形的棱镜．
特点：①当光垂直于它的一个界面射入后，会在其内部发生全反射，比平面镜的反射率高，几乎可达100%；②反射面不必涂任何反光物质，反射失真小．
光导纤维
原理：利用了光的全反射．
构造：光导纤维由内层纤芯和外面包层两层组成．内层纤芯的折射率比外面包层的大．光传播时在内层纤芯与外面包层的界面上发生全反射．
特点：容量大，能量损耗小、抗干扰能力强，保密性好等．
已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分别为1.33、1.55、1.60和1.63，如果光按下面几种方式传播，可能发生全反射的是(　　)
A．从水晶射入玻璃
B．从水射入二硫化碳
C．从玻璃射入水中
D．从水射入水晶
C
(多选)如图所示，ABCD是平面平行的透明玻璃砖，AB面和CD面平行，它们分别是玻璃和空气的界面，设为界面Ⅰ和界面Ⅱ，光线从界面Ⅰ射入玻璃砖，再从界面Ⅱ射出，回到空气中，如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角，则(　　)
A．只要入射角足够大，光线在界面 Ⅰ 上可能发生全反射现象
B．只要入射角足够大，光线在界面 Ⅱ 上可能发生全反射现象
C．不管入射角多大，光线在界面 Ⅰ 上都不可能发生全反射现象
D．不管入射角多大，光线在界面 Ⅱ 上都不可能发生全反射现象
CD
打磨某剖面如图所示的宝石时，必须将OP、OQ边与轴线的夹角θ切磨在θ1＜θ＜θ2的范围内，才能使从MN边垂直入射的光线，在OP边和OQ边都发生全反射(仅考虑如图所示的光线第一次射到OP边并反射到OQ过后射向MN边的情况)，则下列判断正确的是(　　)
A． 若θ＞θ2，光线一定在OP边发生全反射
B． 若θ＞θ2，光线会从OQ边射出
C． 若θ＜θ1，光线会从OP边射出
D． 若θ＜θ1，光线会在OP边发生全反射
D
(多选)如图所示，半圆形玻璃砖放在空气中，三条同一颜色、强度相同的光线，均由空气沿半圆半径方向射入玻璃砖，到达玻璃砖的圆心位置．下列说法正确的是(　　)
A． 假若三条光线中只有一条在O点发生了全反射，那一定是aO光线
B． 假若光线bO能发生全反射，那么光线cO一定能发生全反射
C． 假若光线bO能发生全反射，那么光线aO一定能发生全反射
D． 假若光线aO恰能发生全反射，则光线bO的反射光线比光线cO的反射光线的亮度大
ACD
(多选)两束不同频率的平行单色光a、b分别由水射入空气发生如图所示的折射现象(α＜β)，下列说法正确的是(　　)
A． 随着a、b入射角度的逐渐增加，a先发生全反射
B． 水对a的折射率比水对b的折射率小
C． a、b在水中的传播速度va＞vb
D． a、b入射角为0°时，没有光线射入空气中
BC
如图所示，两束单色光a、b从水面下射向A点，光线经折射后合成一束光，则正确的是(　　)
A． 在水中a光的波速比b光的波速小
B． a光的频率比b光的频率低
C． a光的折射率大于b光的折射率
D． 当a、b两束光以相同的入射角从水中射到A点，入射角从0开始逐渐增大，最先消失的是a光
B
如图所示，AOCB是一块透明媒质的截面，该媒质的折射率在Y方向上随Y值的增大而减小，在X方向上不随X值变化而变化．今有一束单色光自AO端面上P点沿直线QP的方向进入此媒质中传播，则光的传播路径可能是图中的(　　)
A． 路径①B． 路径②
C． 路径③D． 路径④
A
杨氏双缝干涉实验
(1)史实：1801年，英国物理学托马斯·杨做了著名的光的双缝干涉实验，成功地观察到了光的干涉现象．
(2)双缝干涉图样：如图所示，用单色光去照射双缝，屏幕上就会出现明暗相间的等距离的条纹．
(3)干涉条件：两列光的频率相同，振动方向一致，且相位差恒定．
(4)能发生干涉的两束光称为相干光．
(5)意义：光的干涉现象充分表明光是一种波．
明暗条纹位置的判断方法
当两个光源与屏上某点的距离差等于半波长的偶数倍(即恰好等于波长的整数倍时)，两列光在这点相互加强，这里出现亮条纹；当两个光源与屏上某点的距离差等于半波长的奇数倍时，两列光在这点相互削弱，这里出现暗条纹．
奇妙的薄膜干涉
观察薄膜干涉：如图所示，把这层液膜当作一个平面镜，用它观察灯焰的像时会发现水平方向的明暗相间的条纹．
相干光源：液膜前后两表面反射的两列光波．
薄膜干涉的成因
光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同位置，前后两个面的反射光的光程差不同，在某些位置两列波叠加后相互加强，于是出现亮条纹；在另一些位置，两列波叠加后相互削弱，于是出现暗条纹.
杨氏双缝干涉实验
杨氏双缝干涉实验示意图，如图所示．
单缝的作用：获得线光源．
双缝的作用：获得两个相干光源．
实验现象：在屏上出现一系列明暗相间的条纹．
实验结论：光具有波动性．
光屏上出现明暗条纹的条件
屏上某处出现亮、暗条纹的条件
1．出现亮条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍．即：
|PS1－PS2|＝k ＝2k·(k＝0,1,2,3，…)
2．出现暗条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍．即：
|PS1－PS2|＝(2k－1) (k＝1,2,3，…)
薄膜干涉的原理
与双缝干涉的情况相同，在膜上不同位置，来自前后两个面的反射光(用图中实线和虚线来代表)所走的路程差不同．路程差是光在介质中波长的整数倍的位置上时，叠加后加强，出现了亮条纹；路程差是光在介质中半波长的奇数倍的位置上时，叠加后相互削弱，于是出现了暗条纹．
薄膜干涉中应注意的问题
(1)观察的是从膜前、后两表面反射回来的光(眼睛与光源在膜的同一侧)
(2)用单色光照射时得到明暗相间的条纹，用白色光照射时得到彩色条纹．
波的衍射
产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多或比波长小．
(1)衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射．
(2)波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的差异，不会出现“不发生衍射现象”的说法．
(3)波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛是一个新波源，由它发出与原来同频率的波在孔(障碍物)后传播，就偏离了直线方向．因此，波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况．
多普勒效应
如果波源或观察者相对于介质运动时，使观察者所接收到的频率与波源的振动频率不同．这一效应称为多普勒效应．
(1)波源和观察者无相对运动时，观察者接收到的频率等于波源的频率；
(2)当波源与观察者相互靠近时，观察者接收到的频率大于波源的频率；
(3)当波源与观察者相互远离时，观察者接收到的频率小于波源的频率．
(多选)如图所示，一小型渔港的防波堤两端MN相距约60 m，在防波堤后A、B两处有两个小船进港躲避风浪．某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播，下列说法中正确的有(　　)
A． 假设波浪的波长约为10 m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响
B． 假设波浪的波长约为10 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响
C． 假设波浪的波长约为50 m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响
D． 假设波浪的波长约为50 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响
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(多选)如图所示是观察水面波衍射的实验装置．AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O是波源．图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长，则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是(　　)
A． 此时能观察到波的明显的衍射现象
B． 挡板前后波纹间距离相等
C． 如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象
D． 如果孔的大小不变，使波源频率增大，能观察到更明显的衍射现象
ABC
如图所示，圆形实线是波源O在水槽里产生的水波的波峰，下列说法正确的是 (　　)
A． 水波只要进入∠CAE和∠DBF区域就叫波的衍射
B． 水波只要进入∠CAA′和∠DBB′区域就叫波的衍射
C． 水波必须充满∠CAE和∠DBF区域才叫波的衍射
D． 水波必须充满∠CAA′和∠DBB′区域才叫波的衍射
B
甲、乙两列完全相同的横波，分别从波源A、B两点沿直线Ox相向传播，t＝0时的图象如图所示，若两列波的波速均为1 m/s，则(　　)
A． t＝0.2 s时，CD间E、F、G三点的位移最大
B． t＝0.2 s时，CD间只有F点的位移最大
C． t＝0.3 s时，CD间E、G两点的位移最大
D． t＝0.3 s时，CD间只有F点的位移最大
D
如图所示，S1、S2是两个步调完全相同的相干波源，其中实线表示波峰，虚线表示波谷．若两列波的振幅均保持5 cm不变，关于图中所标的a、b、c、d四点，下列说法中正确的是(　　)
A． d点始终保持静止不动
B． 图示时刻c点的位移为零
C． b点振动始终加强，c点振动始终减弱
D． 图示时刻，b、c两点的竖直高度差为10 cmE．a点振动介于加强点和减弱点之间
A
(多选)由两个完全相同的波源S1与S2发出的两列波在某时刻的情况如图所示，其中实线表示波峰，虚线表示波谷．下列说法正确的是(　　)
A． 处于波谷与波谷相遇处质点振动一定最强
B． 处于波峰与波峰相遇处的质点振动一定最强
C． 振动最强的质点的位移始终最大
D． 振动最弱的质点除了该时刻处于波峰与波谷的交点外，没有其他质点
AB
利用发波水槽得到的水面波形如图甲、乙所示，则(　　)
A． 图甲、乙均显示了波的干涉现象
B． 图甲、乙均显示了波的衍射现象
C． 图甲显示了波的干涉现象，图乙显示了波的衍射现象
D． 图甲显示了波的衍射现象，图乙显示了波的干涉现象
D
如图，S1、S2是振幅均为A的两个水波波源，某时刻它们形成的波峰和波谷分别由实线和虚线表示．则(　　)
A． 两列波在相遇区域发生干涉
B． a处质点振动始终减弱，b、c处质点振动始终加强
C． 此时a、b、c处各质点的位移是：xa＝0，xb＝－2A，xc＝2A
D． a、b、c处各质点随着水波飘向远处
C
(多选)一频率为600 Hz的声源以20 rad/s的角速度沿一半径为0.80 m的圆周做匀速圆周运动，一观察者站在离圆心很远的P点且相对于圆心静止，如图所示，下列判断正确的是(　　)
A． 观察者接收到声源在A点发出声音的频率大于600 Hz
B． 观察者接收到声源在B点发出声音的频率等于600 Hz
C． 观察者接收到声源在C点发出声音的频率等于600 Hz
D． 观察者接收到声源在D点发出声音的频率小于600 Hz
AB
(多选)如图所示是一波源O做匀速直线运动时在均匀介质中产生球面波的情况，则(　　)
A． 该波源正在移向a点
B． 该波源正在移向b点
C． 在a处观察，波的频率变低
D． 在b处观察，波的频率变低
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THANKS
谢谢聆听