教科版高中物理选择性必修第一册精品课件 第四章 本章整合.ppt

本课结束本章整合第四章内容索引知识网络系统构建重点题型归纳剖析知识网络系统构建光光从光密介质射向光疏介质入射角大于或等于临界角相同恒定相同明暗相间间隔均匀kλ(k=0,1,2,3,…)相间不均匀单缝衍射圆孔衍射泊松亮斑横波相干性好平行度好亮度高重点题型归纳剖析一、几何光学的基本原理及应用1.光的折射定律折射光线与入射光线、法线在同一平面内,折射光线、入射光线分居在法线两侧;入射角的正弦与折射角的正弦成正比。公式:n12=,其中θ1为入射光线与法线的夹角,θ2为折射光线与法线的夹角。2.光的全反射规律发生全反射的条件:(1)由光密介质射向光疏介质;3.光的可逆原理在反射、折射和直线传播中,光路都是可逆的。【例题1】如图所示,一棱镜的截面为直角三角形ABC,∠A=30°,斜边AB=a。棱镜材料的折射率为。在此截面所在的平面内,一条光线以45°的入射角从AC边的中点M射入棱镜。画出光路图,并求光线从棱镜射出的点的位置(不考虑光线沿原路返回的情况)。答案:见解析由已知条件及①式得θ2=30°②如果入射光线在法线的右侧,光路图如图(a)所示。设出射点为F,由θ2=30°得(a)如果入射光线在法线的左侧,光路图如图(b)所示。设折射光线与AB边的交点为D。由几何关系可知,在D点的入射角θ=60°④由⑤式和已知条件得C=45°⑥因此,光在D点发生全反射。设此光线的出射点为E,由几何关系得∠DEB=90°,BD=a-2AF⑦BE=BDsin30°⑧(b)求解几何光学的题目首先要画出光路图,然后利用相应的公式结合几何知识分析边、角关系。而光从光密介质射到光疏介质时,首先要判断是否发生了全反射。【变式训练1】如图所示,一个三棱镜的截面为等腰直角三角形ABC,腰长为a,∠A=90°。一束细光线沿此截面所在平面且平行于BC边的方向从真空射到AB边上的中点M,光在M点发生折射后射到AC边上,并刚好在AC边上发生全反射。已知真空中的光速为c,试求:(1)该棱镜材料的折射率n;(2)光从AB边到AC边的传播时间t。解析:(1)设光从AB边射入时入射角为i,折射角为α,射到AC边上N点时入射角为β,作出光路图如图所示。二、全反射和临界角的综合问题分析光的全反射、临界角问题的一般思路(1)确定光是由光疏介质进入光密介质,还是由光密介质进入光疏介质。(2)若光是由光密介质进入光疏介质,根据公式sinC=确定临界角。(3)画出恰好发生全反射的光路图,利用几何知识分析边、角关系,找出临界角。(4)以恰好发生全反射的光线为比较对象来判断其他光线是否发生全反射,从而画出其他光线的光路图。【例题2】如图所示,△ABC是一直角三棱镜的横截面,∠A=90°,∠B=60°。一细光束从BC边的D点折射后,射到AC边的E点,发生全反射后经AB边的F点射出。EG垂直于AC交BC于G,D恰好是CG的中点。不计多次反射。(1)求出射光相对于D点的入射光的偏角。(2)为实现上述光路,棱镜折射率的取值应在什么范围?答案:(1)60°解析:(1)光线在BC面上发生折射,由折射定律有sini1=nsinr1①式中,n为棱镜的折射率,i1和r1分别是该光线在BC面上的入射角和折射角。光线在AC面上发生全反射,由反射定律有i2=r2②式中i2和r2分别是该光线在AC面上的入射角和反射角。光线在AB面上发生折射,由折射定律有nsini3=sinr3③式中i3和r3分别是该光线在AB面上的入射角和折射角。由几何关系得i2=r2=60°,r1=i3=30°④F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为δ=(r1-i1)+(180°-i2-r2)+(r3-i3)⑤由①②③④⑤式得δ=60°。⑥(2)光线在AC面上发生全反射,光线在AB面上不发生全反射,有nsini2≥nsinCnsini3⑦式中C是全反射临界角,满足nsinC=1⑧【变式训练2】如图所示,ABC为一透明材料制成的柱形光学元件的横截(1)从P点射出的光线的折射角;(2)AB和BC横截面上没有光线射出部分的总长度。答案:(1)60°解析:(1)设射向P点的光线入射角为θ1,折射角为θ2,如图所示。三、测折射率的方法测折射率常见的方法有成像法、插针法、视深法及全反射法,不管哪种方法,其实质相同,由折射定律n=知,只要确定出入射角i及折射角r即可测出介质的折射率。1.成像法原理:利用水面的反射成像和水的折射成像。方法:如图(a)所示,在一盛满水的烧杯中