(共79张PPT)
1 光的折射(共14张PPT)
光的折射
内
容
1.
光的折射定律Ⅱ
2.
折射率Ⅰ
一、折射现象
1.定义：光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向改变的现象．
2.
折射定律
(1)内容：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的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比．
(2)表达式：
＝
n，式中n是比例常数．
二、
折射率
(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的比值．
(2)物理意义：折射率仅反映介质的光学特性，折射率大，说明光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小．
(3)定义式：n＝
.
计算公式：n＝
对折射率的理解
(1)公式n＝
中，不论是光从真空射入介质，还是从
介质射入真空，θ1总是真空中的光线与法线间的夹角，θ2总是介质中的光线与法线间的夹角．
(2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关．在同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小，与入射角的大小无关．
(3)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同．在光的折射现象中，光路是可逆的．
B
练习
解析：首先作出鸟看鱼的光路图，如图所示．由于是在竖直方向上看，所以入射角很小，即图中的i和γ均很小，故有tan
i＝sin
i，tan
γ＝sin
γ.
由图可得：h1tan
γ＝h′tan
i，
h′＝h1tan
γ/tan
i＝h1sinγ/sin
i=h1/n
＝3
m
则鸟看水中的鱼离它：
H1＝3
m＋3
m＝6
m
D
例2.一半圆柱形透明物体横截面如图所示，底面AOB镀银(图中粗线)，O表示半圆截面的圆心，一束光线在横截面内从M点入射，经过AB面反射后从N点射出，已知光线在M点的入射角为30°，∠MOA＝60°，∠NOB＝30°．求：
(1)光线在M点的折射角；
(2)透明物体的折射率．
(1)如图，透明物体内部的光路为折线MPN，Q、M点相对于底面EF对称，Q、P、N三点共线．
设在M点处，光的入射角为i，
折射角为r，
∠OMQ＝α，∠MQN＝β，
根据题意有
α＝30°
①
由几何关系得，∠MON＝2∠MQN=
90°
，于是
α＋r＝β
②
由①②式得r＝15°
一、确定光线的方法
1．先确定光线在界面上的入射点，然后再找光线通过的另外一个点，通过两点确定光线．
2.
根据折射定律计算折射角，确定折射线．当光由光密介质射向光疏介质时，应注意是否发生全反射．
二、光的折射问题的一般解题步骤：
①根据题意准确作出光路图，注意作准法线．
②利用数学知识找到入射角和折射角．
③利用折射定律列方程．(共61张PPT)
2 全反射(共13张PPT)
全反射
晶莹剔透的露珠
美丽的光纤装饰
在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的。
折射定律：
1.折射光线位于入射光线与法线所决定的平面内，折射光线和入射光线分别位于法线两侧。
2.数学表达式：入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即
提问：折射定律的内容是什么？
1.光疏介质：
折射率较小的介质
（1）光疏介质与光密介质是相对的。
2.光密介质：折射率较大的介质
介
质
空
气
水
酒
精
金刚石
折射率
1.00028
1.33
1.36
2.42
（2）光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的小。
一、光疏介质和光密介质
3.光由光疏介质射入光密介质，折射角小于入射角
4.光由光密介质射入光疏介质，折射角大于入射角
一、光疏介质和光密介质
n1
n2
思考与讨论：既然光由光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角。可以预料，当入射角增大到一定程度，但还没有达到90°时，折射角就会增大到90°。如果入射角再增大，会出现什么现象？
一、光疏介质和光密介质
n1
n2
光由光密介质射入光疏介质时，同时发生反射和折射，折射角大于入射角，随着入射角的增大，反射光线越来越强，折射光线越来越弱，当折射角增大到90°时，折射光线完全消失，只剩下反射光线，这种现象叫做全反射。
二、全反射
1.全反射：
2.临界角（C）：折射角等于90°时的入射角
3.发生全反射的条件：
︶
C
空气
介质
O
（1）光由光密介质射入光疏介质；
（2）入射角等于或大于临界角。
二、全反射
4.光从介质射入空气（真空）的临界角：
︶
C
空气
介质
O
介
质
水
各种玻璃
金刚石
折射率
1.33
1.5～1.8
2.42
临界角Ｃ
48.8°
32°～42°
24.5°
5.全反射遵从反射定律。
【例题】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？
1.全反射棱镜：截面是等腰直角三角形
2.优点：
（1）反射率高，几乎可达100%；
（2）因反射面不必涂敷任何反射物质，故反射时失真小。
三、全反射棱镜
1.应用：精密光学仪器中，如显微镜、单反相机、望远镜……
三、全反射棱镜
1.光导纤维：
四、光导纤维
1.光导纤维：
四、光导纤维
（2）内窥镜：
2.应用：作为载体，传递信息
（1）光纤通信：容量大、衰减小、抗干扰性强(共15张PPT)
光的干涉
肥皂膜上的彩色条纹
1.干涉必要条件：
两列波的频率相同。
机械波的干涉
2.干涉现象：
有的地方振动加强，有的地方振动减弱；且振动加强的地方与振动减弱的地方相间隔出现。
3.振动加强点的位置：
机械波的干涉
4.振动减弱点的位置：
一切波都能发生干涉和衍射现象。
干涉和衍射是波特有的现象。
光？
一、光的双缝干涉
光的双缝干涉
一、光的双缝干涉
激光束
双缝
屏
S1
S2
结论：光是一种波
思考：为什么有的地方亮一些有些地方暗一些？
振动加强的地方出现亮条纹，
振动减弱的地方出现暗条纹。
一、光的双缝干涉
P
ΔS
S1
S2
波程差：
ΔS=
PS2－PS1
P0
中央亮纹：ΔS=0
P1
第一亮纹：ΔS=λ
λ
P1
第一亮纹：ΔS=λ
2λ
P2
第二亮纹:
ΔS=2λ
P2
第二亮纹:
ΔS=2λ
←第一暗纹：ΔS=λ/2
←第一暗纹：ΔS=λ/2
←第二暗纹：ΔS=3λ/2
←第二暗纹：ΔS=3λ/2
←第三暗纹：ΔS=5λ/2
←第三暗纹：ΔS=5λ/2
一、光的双缝干涉
S1
S2
二、干涉条纹和光的波长之间的关系
而形成亮纹的条件：
激光束
挡板
屏
则亮纹到中心的距离：
一、光的双缝干涉
红光
蓝光
三、薄膜干涉
用肥皂膜做薄膜干涉实验
平滑度检测
镀了增透膜的镜片
三、薄膜干涉
1．用两个红灯照射白墙，在墙上会看到（
）
A.明暗相间的条纹
B.彩色条纹
C.一片红光
D.晃动的条纹
C
2.在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差△s=0.6μm；若分别用频率为f1=5.0×1014Hz和频率为f2=7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝隙，则P点出现条纹的情况是以下哪种（
）
A.用频率f1的单色光照射时，P点出现明条纹
B.用频率f2的单色光照射时，P点出现明条纹
C.用频率f1的单色光照射时，P点出现暗条纹
D.用频率f2的单色光照射时，P点出现暗条纹
AD
1.产生稳定的干涉条纹的条件：两光频率相同。
2.（1）半波长的偶数倍时出现亮条纹；
（2）半波长的奇数倍时出现暗条纹。
S1
S2
P1
P
4.单色光干涉条纹的特点是等间距的，明暗相间的。
3.同样条件的双缝实验，用不同的色光得到的相邻亮（暗）条纹间的宽度不等。(共42张PPT)
3 光的干涉(共49张PPT)
4 实验：用双缝干涉测量光的波长(共10张PPT)
实验：用双缝干涉测量光的波长
1.产生稳定的干涉条纹的条件：两光频率相同。
2.（1）半波长的偶数倍时出现亮条纹；
（2）半波长的奇数倍时出现暗条纹。
S1
S2
P1
P
4.单色光干涉条纹的特点是等间距的，明暗相间的。
3.同样条件的双缝实验，用不同的色光得到的相邻亮（暗）条纹间的宽度不等。
实验原理式
光源
滤光片
双缝
遮光筒
毛玻璃
目镜
单缝
透镜
双缝干涉实验装置示意图
一、实验装置
二、实验步骤
安装遮光筒与光源，使之在一条直线直线上
在光源前加个凸透镜，以便得到平行光
加上单缝与双缝，使缝平行
调整单缝筒与遮光筒同轴，使屏上得到清晰的干涉条纹
红光
双缝间距0.18
mm
红光
双缝间距0.36
mm
蓝光
双缝间距0.36
mm
三、物理量的测量
三、物理量的测量
三、物理量的测量
用公式求出光的波长：
1.
用如图所示的实验装置观察双缝干涉图样，双缝之间的距离是0.2mm，用的是绿色滤光片，从目镜中可以看到绿色干涉条纹。
（1）如果把毛玻璃屏向远离双缝的方向移动，相邻两亮条纹中心的距离如何变化？
（2）把绿色滤色片换成红色，相邻两个亮条纹中心的距离增大了。这说明哪种色光的波长较长？
（3）如果改用间距为0.3mm的双缝，相邻两个亮条纹中心的距离会有什么变化？
2.
在用双缝干涉测量光的波长的实验中，为什么不直接测Δx，而要通过测n个条纹的间距求出Δx？
3.
某同学在用双缝干涉测量光的波长的实验中，已知两缝间的间距为0.3mm，以某种单色光照射双缝时，在离双缝1.2m远的屏上，用测量头测量条纹间的宽度：先将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图甲所示；然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，此时手轮上的示数如图乙所示。根据以上实验，测得的这种光的波长是多少？(共22张PPT)
光的衍射
红光波长最大，紫光波长最小
1、光的干涉图样有何特征？
2、不同颜色的光相邻条纹间距有何不同？
3、光的颜色由什么决定的呢？
干涉复习:
1、光的颜色是由电磁波的频率决定的．
2、不同频率的色光在真空中波速相同，在介质中波速不同．
3、同一色光在不同介质中，频率（颜色）不变，波长和波速都要改变．
4、在同一介质中，频率越高，波速越小．
规律归纳:
光的干涉现象反映了光的波动性，而波动性的另一特征是波的衍射现象，光是否具有衍射现象呢？如果有衍射现象，为什么在日常生活中我们没有观察到光的衍射现象呢？
水波、声波都会发生衍射现象，它们发生衍射的现象特征是什么？
一、光的衍射：
一切波都能发生衍射，通过衍射把能量传到阴影区域，能够发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多．
取一个不透光的屏，在它的中间装上一个宽度可以调节的狭缝，用平行的单色光照射，在缝后适当距离处放一个像屏
．
激光束
像屏
1、衍射的条件：
2、单缝衍射：
单缝衍射条纹的特征
（1）中央亮纹宽而亮．
（2）两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗．
3、图样特征：
观察下列衍射图样，分析衍射规律：
不同缝宽的单缝衍射
白光的单缝衍射
1、波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大．
2、单缝不变时，光波越长的（红光）中央亮纹越宽，条纹间隔越大．
3、白炽灯的单缝衍射条纹为中央白色条纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色．
单缝衍射规律
4、图样分析：
各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，
致使影的轮廓模糊不清，出现明暗相间的条纹。
对于单缝衍射现象，以下说法正确的是
(
)
A．缝的宽度d越小，衍射条纹越亮
B．缝的宽度d越小，衍射现象越明显
C．缝的宽度d越小，光的传播路线越接近直线
D．入射光的波长越短，衍射现象越明显
B
［例1］
在做单缝衍射实验中，下列说法中正确的是(
)
A．将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄
B．使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄
C．换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽
D．增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽
ACD
［例2］
二、衍射光栅：
它是由许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学元件。
透射光栅
单缝衍射的条纹比较宽，而且距离中央条纹较远处的条纹亮度也很低；增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度将变窄，亮度将增加。
如果在高反射率的金属上刻痕，可以做成反射光栅
做一做：
找一根鸡翅膀上的羽毛，鹅、鸭的翎毛也可以，最好是白色的。白天隔着羽毛观太阳，或在晚上拿羽毛去看1m外的白炽灯，可以观察到衍射图样。羽毛上细密的羽丝充当了衍射光栅栏。
下列现象属于干涉现象的是______，属于衍射现象的是_______，属于色散现象的是______．
A．雨后彩虹
B．蝉翼翅膀上的彩色
C．用力压紧玻璃板可看到彩色花纹
D．透过绸布看灯光可看到花纹
E．眯起眼睛看灯丝，灯丝被拉长
F．通过放大镜看物体，物体的边缘是彩色的
B、C
D、E
A、F
［例1］
使太阳光垂直照射到一块遮光板上，板上有可以自由收缩的正方形孔，孔的后面放置一个光屏，在正方形孔逐渐变小直至闭合的过程中，光屏上依次可以看到几种不同的现象，试把下列现象依次排列：
A．圆形光斑
B．明暗相间的彩色条纹
C．变暗消失
D．正方形光斑
E．正方形光斑由大变小
答案
:正确的顺序是：D、E、A．D．C
点拨:弄清光的直线传播规律，小孔成像的原理，
光波发生明显衍射现象的条件。
［例2］
小结：
1、产生明显衍射的条件：
障碍物（或孔）的尺寸比波长小或和波长差不多。
注：障碍物（或孔）的尺寸越小衍射现象越明显，但亮度减小。
2、单缝衍射图样：
中央亮条纹（最亮最宽）、两侧条纹窄
、关于中央对称
4、白光的衍射
中央白色（较宽），两边彩色条纹
3、光栅衍射
【同步练习】
1．下面哪些现象属于光的衍射现象（
）
A．雨后美丽的彩虹
B．对着日光灯从两铅笔的缝中看到的色彩条纹
C．阳光下肥皂膜上的彩色条纹
D．光通过三棱镜产生的色彩条纹
答案：B
解析：雨后的彩虹和光通过三棱镜产生的彩色条纹都是由于光的色散而形成的，是光的折射现象；阳光下肥皂膜上的彩色条纹是光的薄膜干涉现象；对着日光灯从两铅笔的缝中看到的彩色条纹是单缝衍射现象。
2．以下关于光现象的说法正确的是（
）
A．一个面光源发出的光经较大的障碍物后在屏上的影有本影和半影，这是光发生衍射的结果
B．把两支铅笔捏紧，通过中央的细缝去观察日光灯，会看到彩色条纹，这是光发生衍射的结果
C．白光通过单缝衍射时，偏离中央亮纹最远的是红光
D．一束平行白光经凸透镜折射后，在其后的屏上也会看到彩色的亮环，这是光发生衍射的结果
答案：BC
解析：选项A是由光的直线传播产生的；选项B是光的衍射产生的；选项C是因为白光中红色光的波长最长，亮纹最宽，故偏离中央亮纹最远；选项D是色散现象。
3．点光源照射到一个障碍物，屏上所形成
的阴影的边缘部分模糊不清，产生的原因是
（
）
A．光的反射
B．光的折射
C．光的干涉
D．光的衍射
答案：D
解析：光在传播过程中遇到障碍物，要发生衍射，进到阴影部分去，只是障碍物太大时，衍射现象不明显，所以只在障碍物影子边缘出现不太显著的衍射现象，使影子边缘的轮廓模糊不清。
4．关于衍射下列说法正确的是（
）
A．衍射现象中衍射花样有暗条纹的出现是光的叠加的结果
B．双缝干涉中也存在着光的衍射现象
C．影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实
D．一切波都可以产生衍射
答案：ABD
解析：衍射条纹是叠加产生的，衍射条纹的范围远远超出了直线传播的区域，A、B正确。衍射是波特有的现象，D正确。
5．在用单色平行光照射单缝以观察衍射现象时，下面说法正确的是（
）
A．缝越窄，衍射现象越明显
B．缝越宽，衍射现象越明显
C．照射光的波长越短，衍射现象越明显
D．照射光的波长越长，衍射现象越明显
答案：AD
解析：由于可见光的波长非常短，一般为微米数量级，所以，当缝越窄时衍射现象越明显，对光波言，波长越长的光，其衍射越容易发生，现象越明显，故A、D是正确的。(共15张PPT)
光的偏振
激光
机械横波与纵波的区别
思考：光是横波还是纵波呢？
如何验证？
一、偏振
二、光的偏振
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”。
1.观察光的偏振现象要用偏振片
二、光的偏振
2.自然光特点：
包含着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。
1.自然光
太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，这种光叫自然光。
自然光
二、光的偏振
3.偏振光
在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动的光，这种光叫自然光。
P
Q
自然光
偏振光
P
叫起偏器
Q
叫检偏器
三、偏振现象的应用
三、偏振现象的应用
四、激光的特点及其应用
物体发光的微观机理
物质中的原子受到激发以后，原子能量增加，处于不稳定状态，要向低能态跃迁。在向低能态跃迁的过程中，会发出光。
普通光源（白炽灯、日光灯、高压水银灯）的发光过程为自发辐射。各原子自发辐射发出的光彼此独立，频率、振动方向、相位不一定相同——为非相干光。
四、激光的特点及其应用
激光及其产生
1.概念：激光准确内涵是“辐射的受激发射的光放大”。
2.产生机理：原子受激辐射后发生跃迁
某些物质的原子中的粒子受光或电刺激，使低能级的原子变成高能级原子，在向低能态跃迁时辐射出相位、频率、方向等完全相同的光，这种光叫做激光。
1958年，贝尔实验室的汤斯和肖洛发表了关于激光器的经典论文，奠定了激光发展的基础。
1960年，美国加利福尼亚州休斯航空公司实验室的研究员梅曼发明了世界上第一台红宝石激光器。
1965年，第一台可产生大功率激光的器件——二氧化碳激光器诞生。
1967年，第一台Ｘ射线激光器研制成功。
四、激光的特点及其应用
激光的发展史
梅曼（Theodore
Harold
Maiman
1927-2007）
激光的特性及应用
四、激光的特点及其应用
1.相干性应用：光纤通讯、激光全息技术
2.平行度好：测距、测速（激光雷达测速）、信息存储和阅读（DVD、CD唱机、计算机光盘
3.亮度高（能量高）：工业切割、焊接；医学“光刀”、焊接；利用强激光产生的高压引发核聚变
1．两个偏振片紧靠在一起，将它们放在一盏灯的前面以至没有光通过。如果将其中的一片偏振片旋转180°，在旋转过程中，将会产生下述的哪一种现象（
）
A.透过的光强先增强，然后又减少到零
B.透过的光强先增强，然后减少到非零的最小值
C.透过的光强在整个过程中都增强
D.透过的光强先增强，再减弱，然后又增强
A
2．下面说法正确的是（
）
A.自然光就是白光
B.自然光就是复色光
C.单色光不是自然光
D.自然光可以是单色光，也可以是复色光
D
3．激光全息照相技术主要是利用激光的哪一种优良特性（
）
A.亮度高
B.方向性好
C.相干性好
D.抗电磁干扰能力强
C
4．下面关于普通光和激光的特点叙述正确的是（
）
A.前者是相干光，后者是非相干光。
B.前者是非相干光，后者是相干光。
C.都是相干光。
D.都是非相干光。
B
