选修3-4《光学重点题型突破例析》复习课件市公开课一等奖百校联赛优质课金奖名师赛课获奖课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,光学重点题型突破例析,热点解读,光折射定律是光学中唯一,级要求知识点，属高频考点，另外尽管全反射属,级要求，但它与折射定律能很好地综合在一起，而且全反射与生产、生活亲密相关，轻易出联络实际题目,.,如年山东理综第,37,（,2,）题，年浙江理综第,18,题，年天津理综第,7,题，年宁夏理综第,32,（,2,）题，年山东理综第,37,（,2,）题,.,光本性在高考中也时常出现，如年福建理综第,13,题，上述考题主要包括四种题型，下面做简明分析,.,章末总结,1/34,专题讲座,专题一 光折射问题求解方法,依据光折射定律和折射率公式解答问题时，首先依据题意画出光路图，找出入射角和折,射角，并确定其大小，再应用 和,列式求解,.,注意利用相关几何知识列出辅助方程,.,【,例,1,】,如图,1,所表示，真空中有,一个半径为,R,=0.1,m,、质,量分布均匀玻璃球，频,率为,f,=5.010,14,Hz,细,激光束在真空中沿直线,BC,传输，在玻璃球表面,C,点经折射进入小球，,并在玻璃球表面,D,点又经折射进入真空中,.,已,图,1,2/34,知,COD120,玻璃球对该激光束折射率为,.,求：,（,1,）此激光束在真空中波长；,（,2,）此激光束进入玻璃时入射角,1,；,（,3,）此激光束穿越玻璃球时间,.,解析,（,1,）,(2),设激光束在玻璃球中折射角为,2,则,由图知,2,=30,，所以,3/34,答案,（,1,）,6.010,-7,m,(2)60,(3)1.010,-9,s,点评,本题考查折射定律利用，解答这类问题基本方法：（,1,）结合题意准确作出光路图，注意要作准法线；（,2,）利用平面几何知识找到入射角和其对应折射角，以及找到边角间三角函数关系；（,3,）应用折射定律（或折射率公式）更方程求解,.,4/34,专题二 全反射和临界角求解方法,在解答相关全反射问题时，应依据公式,先求出临界角，然后画出光路图，结合相关知识列式求解，或者是先画光路图，再利用相关公式求解未知量,.,【,例,2,】,如图,2,所表示，,AB,为一,直光导纤维，,AB,之间距离为,l,，,使一光脉冲信号从光导纤维中,间入射，射入后在光导纤维与,空气界面上恰好发生全反射，,由,A,点传输到,B,点所用时间为,t,，求光导纤维所,用材料折射率,n,.,图,2,5/34,解析,光信号由,A,点进入光导纤维后，沿,AO,方向照射到,O,点，此时入射角,恰好等于临界角,.,光在此介质中速度为,v,，而沿水平方向分速度为,v,sin,沿水平方向传输距离为,l,.,设介质折射率为,n,则有,sin,=,sin,C,=,由以上三式解得,答案,6/34,点评,联络实际全反射问题通常需要建立一定物理模型，这么能将看似极难处理实际问题转化为熟悉情境，所以读懂题意、获取有效信息，是处理这类问题关键,.,7/34,专题三 几个测量折射率方法,折射率、折射率测量是几何光学中重点，折射率测量试验是一个能够充分发挥学生想像力试验,.,现介绍几个测量玻璃和透明液体折射率方法，以拓宽学生视野，加深对折射率、折射率测量等知识了解和掌握,.,1,、利用 测折射率,n,8/34,测定透明液体折射率,试验器材：圆柱形杯（或桶）,一个，细直铁丝一根，直尺一,根，短尺一根（小于杯子截,面内直径）,.,试验方法：把细直铁丝,PA,一,端斜插入桶内底面边缘，另一端置于桶上边,缘，把短尺沿底面直径,AC,方向放于桶内底,面上，使铁丝和底面直径,AC,在同一竖直平面,内，如图,3.,铁丝位置固定，把待测液体装,满杯子，眼睛沿铁丝,PA,方向,图,3,9/34,定，把待测液体装满杯子，眼睛沿铁丝,PA,方向观察，能够看到底面短尺,B,点,.,用尺子量出,AC,、,OC,、,OA,，从短尺上读出,AB,，算出,BC,、,OB,.,则,sin,1,=,AC,/,OA,，,sin,2,=,BC,/,OB,，由,得出折射率,n,.,注意：,利用细直铁丝观察，是为了较准确确实定出射光线,OP,和折射角,1,提升测量准确度,.,10/34,2,、利用全反射测折射率,（,1,）测定半圆形玻璃砖,折射率,.,试验器材：半圆形玻璃砖，激,光器，量角器，白纸,.,试验方法：如图,4,，把半圆形,玻璃砖平放于白纸上，激光垂直于玻璃砖弧,形侧面水平射入玻璃砖，在圆心,O,所在直边,界面上发生反射和折射,.,逐步增大光在该界,面上入射角（保持入射点在圆心,O,处不变）,.,直至折射光消失，发生全反射,.,用量角器量,出此时入射角,C,（即临界角），由,n,=1/sin,C,得玻璃折射率,n,.,图,4,11/34,（,2,）测定水折射率,.,试验器材：装满水脸盆,一个，圆木塞，大头针，尺子,.,试验方法：量出圆木塞,半径,r,，在圆木塞圆心处垂直于圆木塞插,一枚大头针，让木塞浮于水面上,.,调整大头,针插入深度，直至从液面上方各个方向观,察，恰好看不到大头针，如图,5.,量出大头,针高度,h,，算出,OA,，临界角,C,正弦,sin,C,=,r,/,OA,由,n,=1/sin,C,得水折射率,.,图,5,12/34,3,、用视深法估测折射率,（,1,）水垂直视深度,与实际深度关系：,如图,6,，水下物,S,成像于,S,，物,S,实际深度为,h,，垂直视深度为,h,，,物,S,发出光线在水与空气界面上,入射角和折射角分别为,1,和,2,.,tan,1,=,x,/,h,tan2,=,x,/,h,得,h,/,h,=tan,1,/tan,2,，因垂直于水面向下观,图,6,13/34,察，,1,和,2,很小，所以有,tan,1,sin,1,tan,2,sin,2,得,h,/,h,=tan,1,/tan,2,sin,1,/sin,2,=,n,所以,S,垂直视深度为,h,=,h,/,n,我们能够经过测定水实际深度和垂直视深度代入式，求得水折射率,.,14/34,（,2,）估测水折射率,.,试验器材：装满水透明圆,柱形玻璃杯一只，尺子，两,枚相同硬币,.,试验方法：把一枚硬币投,入杯底右侧，如图,7,，双眼垂直向下观察该枚,硬币像，同时手持另一枚硬币紧靠杯右侧,外壁，上下慢慢移动，直至二者无水平视差,.,用直尺测出硬币垂直视深度,h,和实际深,度,h,.,由,n,=,h,/,h,式求出水折射率,.,图,7,15/34,专题四 光干涉问题,在应用条纹间距离公式 解答问题时，要注意同一色光在不一样介质中波长不一样；不一样色光在同一介质中波长不一样，结合,等公式进行求解,.,【,例,3,】,用氦氖激光器进行双缝干涉试验，已,知使用双缝间距离,d,=0.1,mm,，双缝到屏,距离,L,=6.0,m,，测得屏上干涉条纹中亮纹,间距是,3.8,cm,，氦氖激光器发出红光波,长,是多少？假如把整个装置放入折射率是,4/3,水中，这时屏上条纹间距是多少？,16/34,解析,由条纹间距,x,、双缝间距,d,、双缝到屏距离,L,及波长,关系，可测光波波长，同理知道水折射率，可知该波在水中波长，然后由,x,、,d,、,L,、,关系，可计算条纹间距,.,由 ，能够得出红光波长为,激光器发出红光波长是,6.310,-7,m,.,假如整个装置放入水中，激光器发出红光在水,中波长为,17/34,这时屏上条纹间距是,答案,6.310,-7,m,2.810,-2,m,点评,试验装置放在哪种介质中就要用哪种介质中波长进行计算，不可张冠李戴,.,本题中装置是放在空气中，故要求出在空气中波长,.,要明确同种色光在不一样介质中传输时，频率不变，但波,长随波速改变而改变，要注意,18/34,素能提升,1.,（,上海，,16,）用如图,8,所,示试验装置观察光薄膜干,涉现象,.,图,4a,是点燃酒精灯,（在灯芯上洒些盐），图,8b,是,竖立附着一层肥皂液薄膜,金属丝圈,.,将金属丝圈在其所在竖直平面内迟缓旋转，观察到现象是 （）,图,8,19/34,A.,当金属丝圈旋转,30,时干涉条纹同方向旋转,30,B.,当金属丝圈旋转,45,时干涉条纹同方向旋转,90,C.,当金属丝圈旋转,60,时干涉条纹同方向旋转,30,D.,干涉条纹保持原来状态不变,20/34,解析,因为重力作用，薄膜形成上薄下厚楔形，薄膜干涉是等厚干涉，厚度相同点在一条水平线上,.,将金属丝圈在其所在竖直平面内迟缓旋转厚度相同点仍在原水平线上，故干涉条,纹保持原来位置不变,.,答案,D,21/34,2.,如图,9,所表示，由红、紫两种单色光组成光束,a,，以入射角,1,从平行玻璃板上表面,O,点入射,.,已知平行玻璃板厚度为,d,，红光和紫光折射率分别为,n,1,和,n,2,，真空中光速为,c,.,试求：,（,1,）红光在玻璃中传输速度；,（,2,）红光和紫光在下表面出射点之间距离,.,图,9,22/34,解析,（,1,）由题意知，红光在此玻璃中传输速度,（,2,）如图所表示，设红光折射,角为,2,，紫光折射角为,2,，,依据折射定律有：红光,故,23/34,答案,（,1,）,(2),24/34,3.,如图,10,所表示，玻璃球半径为,R,，,折射率,n,=3,，今有一束平行光沿,直径,AB,方向照射在玻璃球上，试,求离,AB,多远入射光线最终射出,后沿原方向返回,.,解析,作出光路图，如图，由光路图知,1,=2,2,图,10,25/34,解式得：,即,2,=30,1,=60.,设离,AB,距离为,d,入射光线最终射出后沿原方向返回，则,d,=,R,sin,1,，,即,答案,26/34,4.,如图,11,所表示，,ABC,是折射率,n,=1.5,棱镜，用于某种光学,仪器中，现有一束光线沿,MN,方向射到棱镜,AB,面上，入,射角大小,1,=arcsin 0.75,，求：,（,1,）光在棱镜中传输速度；,（,2,）画出此束光线射出棱镜后方向，要求写出简明分析过程,.,（不考虑返回到,AB,和,BC,面上光线）,图,11,27/34,解析,（,1,）光在棱镜中传输速度,（,2,）由折射率 求,得,AB,面上折射角,2,=30.,由,几何关系得，,BC,面上入射角,=75-,2,=45,而,n,=1.52,故全反射临界角,所以光在,BC,面上发生全反射，光路图如图所表示,.,答案,（,1,）,210,8,m/s,(2),看法析,28/34,阅卷现场,阅卷手记,本章内容主要考查光折射、全反射、色散、,衍射、干涉、电磁波谱、电磁场和电磁波以及相,对论基本原理等内容.包括方法主要是数学知,识在物理中利用.对用数学知识处理物理问题,能力要求较高.,本章中错误主要表现在：解题操作过程不,规范造成计算错误；将几何光学与物理光学综合,时概念不准确；不善于用光路图对动态过程作分,析.,29/34,易错点实例分析,35.,不能正确利用折射定律和全反射规律产生错误,试题回放,据报道,年北京奥运会为确保奥运通信到达世,界一流水平,成功建设了六大通信工程,其中奥,运光纤通信网覆盖全部奥运相关场所,为各项比赛,提供了安全、可靠、迅捷通信服务,.,光纤通信是,利用光全反射将大量信息高速传输,其工作原理,如图所表示,假如有一条圆柱形光导纤维,长为,L,它玻璃芯折射率为,n,1,外层材料折射率为,n,2,30/34,光在空气中传输速度为,c,图,1,中所标,为全反射临界角,其中,sin,=,则光从它一端射入后从另一端射出所需最长时间,t,为多少？,图,1,31/34,错解分析,有学生没有真正明白题目所求时间“最长”含义,简单地认为光在玻璃芯中传输旅程即是,L,因为光在其中传输速度 所以传输时,间有学生即使在图示提醒下考虑对了最长路,程,但又忽略了光速改变,得到,32/34,正确答案,光从光导纤维一端射入、从另一端射出,必须确保光在玻璃芯中能够全反射,设入射角为,则,由几何关系知光在纤维中传输旅程,故当,=,时,即当光线恰好发生全反射时射出另一端走过旅程最长,对应时间也最长,此时传输旅程为 ,光在玻璃芯中传输速度满足关系式,33/34,已知 ,光在光导纤维中匀速传输最长时间,联立可得,题目要求时间最长,也就是要求旅程最长,这必须是在确保能够发生全反射前提下,.,发生全反射必须满足两个条件,一是入射角大于临界角,二是从光密介质射向光疏介质,.,同时要尤其注意速度改变是发生折射根本原因,.,34/34,