2014届高三物理第一轮复习光学提纲.doc

2014届高三物理第一轮复习光学提纲
课时1 光的折射
内容
1． 光的反射定律：光从一种介质射到另一种介质的分界面时发生反射。反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光分别位于法线的两侧。
2． 光的折射现象：光从一种介质斜射入另一种介质，传播方向发生改变的现象．
3． 光的折射定律：折射光线与入射光线、法线处于同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。
Ⅰ

Ⅱ

注意两角三线的含义
折射率 （光线从光疏介质Ⅰ——光密介质Ⅱ）
折射现象的光路可逆性
4．折射率：
（1）．定义：光从真空射入某种介质,入射角的正弦跟折射角的正弦之比,叫做介质的折射率．注意：指光从真空射入介质．
（2）折射率的物理意义：表示介质折射光的本领大小的物理量
（3）折射率大小的决定因素——介质、光源(频率)
（4）．公式：n=sini/sinγ，折射率总大于1．即n＞1，故v<c（真空与空气n=1）
（5）.各种色光性质比较：红光的n最小，ν最小，在同种介质中（除真空外）v最大，λ最大，从同种介质射向真空时全反射的临界角C最大，以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小（注意区分偏折角和折射角）。
（6）．两种介质相比较，折射率较大的叫光密介质，折射率较小的叫光疏介质．
注意：（1）介质的折射率是反映介质光学性质的物理量，它的大小由介质本身决定，同时光的频率越高，折射率越大，而与入射角、折射角的大小无关。
（2）某一频率的光在不同介质中传播时,频率不变但折射率不同,所以光速不同,波长也不同(与机械波相同);不同频率的光在同一介质中传播时,折射率不同,所以光速不同,波长也不同(与机械波的区别).频率越高，折射率越大。
5、棱镜与光的色散
1） 光的色散（折射时的色散）：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫光的色散。
2）.棱镜对光的偏折作用
一般所说的棱镜都是用光密介质制作的。入射光线经三棱镜两次折射后，射出方向与入射方向相比，向底边偏折。(若棱镜的折射率比棱镜外介质小则结论相反。)
作图时尽量利用对称性(把棱镜中的光线画成与底边平行)。
由于各种色光的折射率不同，因此一束白光经三棱镜折射后发生色散现象，在光屏上形成七色光带（称光谱）（红光偏折最小，紫光偏折最大。）在同一介质中，七色光与下面几个物理量的对应关系如表所示。
光学中的一个现象一串结论
色散现象
n
v
λ(波动性)
衍射
C临
干涉间距
γ (粒子性)
E光子

红
黄
紫
小

大
大

小
大 (明显)

小 (不明显)
容易

难
小

大
大

小
小 (不明显)

大 (明显)
小

大

结论：(1)折射率n、；
(2)全反射的临界角C；
(3)同一介质中的传播速率v；
(4)在平行玻璃块的侧移△x
(5)光的频率γ,频率大,粒子性明显.；
(6)在真空中光的波长λ,波长大波动性显著；
(7)在相同的情况下，双缝干涉条纹间距x越来越窄
(8)在相同的情况下，衍射现象越来越不明显
3）.全反射棱镜
横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。选择适当的入射点，可以使入射光线经过全反射棱镜的作用在射出后偏转90o（右图1）或180o（右图2）。要特别注意两种用法中光线在哪个表面发生全反射。
4）.玻璃砖
所谓玻璃砖一般指横截面为矩形的棱柱。当光线从上表面入射，从下表面射出时，其特点是：
⑴射出光线和入射光线平行；
⑵各种色光在第一次入射后就发生色散；
⑶射出光线的侧移和折射率、入射角、玻璃砖的厚度有关；
⑷可利用玻璃砖测定玻璃的折射率。
5）.光导纤维
全反射的一个重要应用就是用于光导纤维（简称光纤）。光纤有内、外两层材料，其中内层是光密介质，外层是光疏介质。光在光纤中传播时，每次射到内、外两层材料的界面，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射。这样使从一个端面入射的光，经过多次全反射能够没有损失地全部从另一个端面射出。
6）．光的全反射现象、反射条件、临界角
全反射产生的条件是：（1）光从光密介质射向光疏介质；（2）入射角大于或等于临界角．
两条件必须同时存在，才发生全反射。
临界角是一种特殊的入射角．当光线从某介质射入真空(或空气)时，其临界角的正弦值为。
注意：（1）临界角的含义：折射角为90°时的入射角。（2）规律：一旦发生全反射,即符合光的反射定律。（3）光密介质与光疏介质——两个不同的介质。
7．应用（一般方法）：分析光的折射时，一般需作出光路图，以便应用折射规律及光路图中提供的几何关系来解答。在实际应用中，常见方法是：①三角形边角关系法；②近似法，即利用小角度时，θ≈tanθ≈sinθ的近似关系求解。记住光路是可逆的原理。（1）折射率的测定（2）利用折射定律结合几何知识解答的折射问题（3）多向思维方式理解、应用关键物理量n ①像似深度h/=H/n②全反③折射率与波速度的关系

课时2 光的干涉、用双缝干涉测波长、衍射现象
内容 一、光的干涉
一、光的干涉现象
两列波在相遇的叠加区域，某些区域使得“振动”加强，出现亮条纹；某些区域使得振动减弱，出现暗条纹。振动加强和振动减弱的区域相互间隔，出现明暗相间条纹的现象。这种现象叫光的干涉现象。
二、产生稳定干涉的条件：
两列波频率相同，振动步调一致(振动方向相同)，相差恒定。两个振动情况总是相同的波源，即相干波源
1.产生相干光源的方法（必须保证相同）。
⑴利用激光 (因为激光发出的是单色性极好的光)；
⑵分光法(一分为二)：将一束光分为两束频率和振动情况完全相同的光。(这样两束光都来源于同一个光源,频率必然相等)
2．双缝干涉的定量分析
·
·
1）①若S1、S2光振动情况完全相同，则符合，（n=0、1、2、3…）时，出现亮条纹；
②若符合，（(n=0，1，2，3…)时， 出现暗条纹。。
2）条纹特点：中央为明条纹，两边等间距对称分布明暗相间条纹。
2． 用双缝干涉测量光的波长
原理：两个相邻的亮纹或暗条纹的中心间距是Δx＝lλ/d 测波长为：λ＝d·Δx /l
用白光作双缝干涉实验时,由于白光内各种色光的波长不同,干涉条纹间距不同,所以屏的中央是白色亮纹,两边出现彩色条纹。
结论：由同一光源发出的光经两狭缝后形成两列光波叠加产生．
①当这两列光波到达某点的路程差为波长的整数倍时，即δ=kλ，该处的光互相加强，出现亮条纹；
②当到达某点的路程差为半波长奇数倍时，既δ=，该点光互相消弱，出现暗条纹；
③条纹间距与单色光波长成正比． (∝λ)，
所以用单色光作双缝干涉实验时，屏的中央是亮纹，两边对称地排列明暗相同且间距相等的条纹
用白光作双缝干涉实验时，屏的中央是白色亮纹，两边对称地排列彩色条纹，离中央白色亮纹最近的是紫色亮纹。
原因：不同色光产生的条纹间距不同，出现各色条纹交错现象。所以出现彩色条纹。
将其中一条缝遮住：将出现明暗相间的亮度不同且不等距的衍射条纹
三、薄膜干涉现象：光照到薄膜上，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，两列反射波的路程差Δδ,等于薄膜厚度d的两倍，即Δδ=2d。 由于膜上各处厚度不同，故各处两列反射波的路程差不等。 若：Δδ=2d=nλ(n=1,2…)则出现明纹。 Δδ=2d=(2n-1)λ/2(n=1,2…)则出现暗纹。
应注意：干涉条纹出现在被照射面(即前表面)。后表面是光的折射所造成的色散现象。
单色光明暗相间条纹，彩色光出现彩色条纹。
四、薄膜干涉例子及应用：
1）薄膜干涉例子：肥皂膜干涉、两片玻璃间的空气膜干涉、浮在水面上的油膜干涉、牛顿环、蝴蝶翅膀的颜色等。
2）应用
（1）照相机、望远镜的镜头表面及眼镜表面的增透膜。
(1)透镜增透膜(氟化镁)：透镜增透膜的厚度应是透射光在薄膜中波长的1／4倍。使薄膜前后两面的反射光的光程差为半个波长，(ΔT=2d=½λ，得d=¼λ)，故反射光叠加后减弱。大大减少了光的反射损失，增强了透射光的强度，这种薄膜叫增透膜。光谱中央部分的绿光对人的视觉最敏感，通过时完全抵消，边缘的红、紫光没有显著削弱。所有增透膜的光学镜头呈现淡紫色。
从能量的角度分析E入=E反+E透+E吸。 在介质膜吸收能量不变的前提下，若E反=0，则E透最大。增强透射光的强度。 （2）（2）检查工件表面是否平整。
(2)“用干涉法检查平面”：如图所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等间距的。 如果某处凸起来，则对应明纹(或暗纹)提前出现，如图甲所示；如果某处凹下，则对应条纹延后出现，如图乙所示。 (注：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左向右的顺序位置上。 )
注意：由于发光物质的特殊性，任何独立的两列光叠加均不能产生干涉现象。只有采用特殊方法从同一光源分离出的两列光叠加才能产生干涉现象。
五、光的波长、波速和频率的关系v＝λf。光在不同介质中传播时，其频率f不变，其波长λ与光在介质中的波速v成正比．色光的颜色由频率决定，频率不变则色光的颜色也不变。
六、光的衍射现象
（1）定义：光偏离直线传播绕过障碍物继续向前传播的现象。
（2）产生明显衍射的条件：障碍物或孔（缝）的尺寸与波长可比（相差不多）或更小。
（3）单色光单缝衍射图象特点：中央条纹最宽最亮，两侧条纹宽度越来越小的明暗相间的条纹。
课时3 光 的 偏 振 激光
内容
1、自然光和偏振光的定义
（1）光的偏振
偏振光：自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定的方向振动，叫偏振光。
①光的偏振也证明了光是一种波，而且是横波。各种电磁波中电场E的方向、磁场B的方向和电磁波的传播方向之间，两两互相垂直。
②光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度E引起的，因此将E的振动称为光振动。
③自然光。太阳、电灯等普通光源直接发出的光，包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫自然光。
自然光射到两种介质的界面上，如果光的入射方向合适，使反射和折射光之间的夹角恰好是90°，这时，反射光和折射光就都是偏振光，且它们的偏振方向互相垂直。我们通常看到的绝大多数光都是偏振光。
2、偏振光的产生方式：
（1）偏振光的理论意义（2）应用：利用偏振滤光片摄影、观看立体电影等。
光振动垂直纸面

光振动在纸面
3、 激光
（1）激光的定义：
（2）激光的特点及应用：
①频率单一；
②相干性好；
③平行度好（方向性好）；
④亮度高（能在很小空间、很短时问内集中很大的能量）。

5