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高中物理人教版 (新课标)选修3选修3-4第十三章 光1 光的反射和折射复习ppt课件
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这是一份高中物理人教版 (新课标)选修3选修3-4第十三章 光1 光的反射和折射复习ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了可逆的，图11－3－1，等于或大于，亮条纹，偏振片，答案A，答案D，图11－3－5，答案C，答案B等内容，欢迎下载使用。
2．全反射(1)发生条件：①光从 介质射入 介质；②入射角 临界角．(2)现象：折射光完全消失，只剩下 光．(3)临界角：折射角等于90°时的入射角，用C表示，sinC＝ .(4)应用：①全反射棱镜；②光导纤维，如图11－3－2所示．
3．光的色散(1)光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为 光的现象．(2)色散规律：由于n红＜n紫，所以以相同的入射角射到棱镜界面时，红光和紫光的折射角不同，即紫光偏折得更明显．当它们射到另一个界面时， 光的偏折最大， 光的偏折最小．
(3)光的色散现象说明：①白光为复色光；②同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率 ；③不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速 ．
[特别提醒] (1)光由一种介质进入另一种介质时，光的频率不变，波速和波长发生变化．(2)光在介质中的速度由介质和光的频率共同决定，而机械波的传播速度只由介质决定．
二、光的波动性1．光的干涉(1)杨氏双缝干涉①原理如图11－3－3所示．②明、暗条纹的条件
(2)薄膜干涉①概念：由薄膜的前后表面反射的两列光相互叠加而成．劈形薄膜干涉可产生平行 条纹．②应用：检查工件表面的平整度，还可以做增透膜．
2．光的衍射(1)发生明显衍射现象的条件：当孔或障碍物的尺寸比光波波长小，或者跟波长差不多时，光才能发生明显的衍射现象．
(2)各种衍射图样的特点①单缝衍射：中央为 ，两侧有明暗相间的条纹，但间距和 不同．用白光做衍射实验时，中央条纹仍为 ，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光．②圆孔衍射：明暗相间的不等距 ．③泊松亮斑(圆盘衍射)：光照射到一个半径很小的圆盘后，在圆盘的阴影中心出现的亮斑，这是光能发生衍射的有力证据之一．
3．光的偏振现象(1)偏振光：在 于传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光．(2)自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光包含沿一切方向振动的光，而且在各个方向上的光波强度都相等．(3)光的偏振现象说明光是 波．(4)获得偏振光的方法有两种：让自然光经过 或使反射光与折射光垂直．
1．光导纤维的结构如图 11－3－4所示，其内 芯和外套材料不同， 图11－3－4 光在内芯中传播，以下关于光导纤维的说法正确的是( )
A．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的 界面上发生全反射 B．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的 界面上发生全折射 C．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的 界面上发生折射 D．内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可 以起保护作用
2．下述现象哪个不是由于全反射造成的 ( ) A．露水珠或喷泉的水珠，在阳光照耀下格外明亮 B．口渴的沙漠旅行者，往往会看到前方有一潭晶莹的 池水，当他们喜出望外地奔向那潭池水时，池水却 总是可望而不可及 C．用光导纤维传输光信号、图像信号 D．肥皂泡呈现彩色条纹
3．如图11－3－5所示，一束白光从左侧 射入肥皂液膜，下列说法正确的是 ( )①人从右侧向左看，可以看到彩色条纹 ②人从左侧向右看，可以看到彩色条纹 ③彩色条纹水平排列④彩色条纹竖直排列A．①③ B．②④C．②③ D．①④
4．两个偏振片紧靠在一起，将它们放在一盏灯的前面以至 于没有光通过，如果将其中的一片旋转180°，在旋转 过程中，将会产生下述的哪一种现象 ( ) A．透过偏振片的光强先增强，然后又减小到零 B．透过偏振片的光强先增强，然后减小到非零的最小值 C．透过偏振片的光强在整个过程中都增强 D．透过偏振片的光强先增强，再减弱，然后又增强
5．对于光的衍射的定性分析，下列说法中正确的是( ) A．只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比甚至比 光的波长还要小的时候，才能明显地产生光的衍射 现象 B．光的衍射现象是光波相互叠加的结果 C．光的衍射现象否定了光的直线传播的结论 D．光的衍射现象说明了光具有波动性
(1)这束入射光线的入射角是多大？(2)光在棱镜中的波长是多大？(3)该束光线第一次从CD面出射时的折射角．
[答案] (1)45° (2)4.0×10－7 m (3)45°
[归纳领悟]分析解决光的折射问题的一般方法：(1)根据题意画出正确的光路图；(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角均以法线为标准；(3)利用折射定律、折射率公式求解．
[题组突破]1．(2010·湖南高考)如图11－3－9，一个三棱镜的截面为等腰直角△ABC，∠A为直角．此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边，进入棱镜后直接射到AC边上，并刚好能发生全反射．该棱镜材料的折射率为 ( )
[典例启迪][例2] abc为一全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形，如图11－3－11所示．一束白光垂直入射到ac面上，在ab面上发生全反射，若光线入射点O的位置保持不变，改变光线的入射方向(不考虑自bc面反射的光线) ( )
A．使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab面，则红光将首先射出B．使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab面，则紫光将首先射出C．使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，红光将首先射出ab面D．使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，紫光将首先射出ab面
[思路点拨] 不同频率的光在同种介质中的折射率不同，临界角也不同，分析白光转动时各色光折射角和各光在ab面上入射角的变化即可得出结论．
[解析] 白光垂直入射后直射到ab面，入射角为45°，发生全反射说明棱镜的临界角C≤45°，这是对从红光到紫光的所有色光说的．当入射光顺时针偏转时，在ac面上发生色散，不同色光折射率不同，红光偏折小，紫光偏折大，如图所示，射到ab面上时红光入射角小，紫光入射角大，但它们都小于45°.另一方面，棱镜对红光的临界角比紫光的临界角大，因此，入射光顺时针逐渐偏转时，在ab面上红光的入射角将首先
小于临界角而折射出ab面．如果入射光逆时针偏转，则经ac面上的红光、紫光的入射角都大于45°，都发生全反射而不可能从ab面射出．
[归纳领悟](1)在同种介质中频率越高的光折射率越大，对应的临界角越小．(2)光由介质射出时，要发生全反射，必须有i≥C，此时最易射出的是频率较小的光．
[题组突破]3．白光通过三棱镜发生色散，这说明 ( )A．不同颜色的光在真空中的光速不同B．在同一介质中红光的折射率比紫光大C．在同一介质中各种色光的折射率不同D．每种颜色的光通过三棱镜都会分成几种颜色的光
解析：色散现象表明，棱镜对不同色光的偏折情况不同，反映了同种介质中不同色光的折射率不同，且紫光最大，红光最小，C正确，B错；各种色光在真空中的传播速度相同，A错；一种色光通过棱镜时偏折情况相同，不会再分成几种颜色的光，D错．
4．一束白光从顶角为θ的一边以比较大的入射角i射入并通过三棱镜后，在屏P上可得到彩色光带，如图11－3－12所示，在入射角i逐渐减小到零的过程中，假如屏上的彩色光带先后全部消失，则 ( )A．红光最先消失，紫光最后消失B．紫光最先消失，红光最后消失C．紫光最先消失，黄色最后消失D．红光最先消失，黄光最后消失
5．如图11－3－13所示，一束细光线a射到Ⅰ、Ⅱ两种介质的界面后，反射光束只有b，折射光束只有c.下列说法正确的是 ( )A．若a是复色光，则b、c都一定是复色光B．若a是单色光，则b、c都一定是单色光C．若b是复色光，则a、c都一定是复色光D．若b是单色光，则a、c都一定是单色光
解析：光射到两种介质界面上，一定有反射，但不一定有折射；不同频率的光入射角相同时，折射角一定不同．若a是复色光，b一定是复色光，而折射光线只有c，c一定是单色光，而且只有这种频率的光发生了折射，其余频率的光都发生了全反射．若b是复色光，说明a是复色光，但c只能是单色光．若c是单色光，说明a可能是单色光(或复色光)，因此c也可能是单色光(或复色光)．
[典例启迪][例3] 如图11－3－14所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1、S2距离之差为2.1×10－6 m，分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？
(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7 m.(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°.(3)若让A光照射S1，B光照射S2，试分析光屏上能观察到的现象．
[答案] (1)暗条纹 (2)亮条纹(3)屏上出现衍射条纹的叠加
[题组突破]6．在利用游标卡尺两脚之间形成的狭缝观察光的衍射总结出的以下几点中，正确的是 ( )A．若狭缝与灯丝平行，则衍射条纹与狭缝平行B．衍射条纹的疏密程度与狭缝的宽度有关，狭缝越窄，衍射条纹越窄C．衍射条纹的间距与光的波长有关，光的波长越长，衍射条纹越宽D．衍射条纹的间距与光的频率有关，光的频率越大，衍射条纹越宽
解析：观察光的衍射现象时，狭缝必须与灯丝平行，而衍射条纹与狭缝平行，A正确；衍射现象明显与否与缝宽和光波长有关．狭缝越窄，光波长越长，现象越明显，故B错误，C正确；由c＝λν知，频率越高则光波长越短，衍射现象越不明显，故D错误．
7．奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量．偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了．如图11－3－15所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间．
(1)偏振片A的作用是什么？(2)偏振现象证明了光是一种________．
(3)以下说法中正确的是 ( )A．到达O处光的强度会明显减弱B．到达O处光的强度不会明显减弱C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片B转过的角度等于αD．将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α
解析：(1)自然光源发出的光不是偏振光，但当自然光经过偏振片后就变成了偏振光，因此偏振片A的作用是把自然光变成偏振光．(2)偏振现象证明了光是一种横波．(3)因为A、B的透振方向一致，故A、B间不放糖溶液时，自然光通过偏振片A后变成偏振光，通过B后到O.当在A、B间加上糖溶液时，由于溶液的旋光作用，使通过A的偏振光的振动方向转动了一定角度，不能再通过B，但当B转过一个角度，恰好使透振方向与经过糖溶液后的偏振
光的振动方向一致时，O处光强又为最强，故B的旋转角度即为糖溶液的旋光度．若偏振片B不动而将A旋转一个角度，再经糖溶液旋光后光的振动方向恰与B的透振方向一致，则A转过的角度也为α，故选项A、C、D正确．
(8分)据报道，2008年北京奥运会为保证奥运通信达到世界一流水平，成功建设了六大通信工程，其中的奥运光纤通信网覆盖所有奥运相关场所，为各项比赛提供了安全、可靠、迅捷的通信服务．光纤通信是利用光的
[自主尝试] (试一试，能否做到正确解答)
2．全反射(1)发生条件：①光从 介质射入 介质；②入射角 临界角．(2)现象：折射光完全消失，只剩下 光．(3)临界角：折射角等于90°时的入射角，用C表示，sinC＝ .(4)应用：①全反射棱镜；②光导纤维，如图11－3－2所示．
3．光的色散(1)光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为 光的现象．(2)色散规律：由于n红＜n紫，所以以相同的入射角射到棱镜界面时，红光和紫光的折射角不同，即紫光偏折得更明显．当它们射到另一个界面时， 光的偏折最大， 光的偏折最小．
(3)光的色散现象说明：①白光为复色光；②同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率 ；③不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速 ．
[特别提醒] (1)光由一种介质进入另一种介质时，光的频率不变，波速和波长发生变化．(2)光在介质中的速度由介质和光的频率共同决定，而机械波的传播速度只由介质决定．
二、光的波动性1．光的干涉(1)杨氏双缝干涉①原理如图11－3－3所示．②明、暗条纹的条件
(2)薄膜干涉①概念：由薄膜的前后表面反射的两列光相互叠加而成．劈形薄膜干涉可产生平行 条纹．②应用：检查工件表面的平整度，还可以做增透膜．
2．光的衍射(1)发生明显衍射现象的条件：当孔或障碍物的尺寸比光波波长小，或者跟波长差不多时，光才能发生明显的衍射现象．
(2)各种衍射图样的特点①单缝衍射：中央为 ，两侧有明暗相间的条纹，但间距和 不同．用白光做衍射实验时，中央条纹仍为 ，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光．②圆孔衍射：明暗相间的不等距 ．③泊松亮斑(圆盘衍射)：光照射到一个半径很小的圆盘后，在圆盘的阴影中心出现的亮斑，这是光能发生衍射的有力证据之一．
3．光的偏振现象(1)偏振光：在 于传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光．(2)自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光包含沿一切方向振动的光，而且在各个方向上的光波强度都相等．(3)光的偏振现象说明光是 波．(4)获得偏振光的方法有两种：让自然光经过 或使反射光与折射光垂直．
1．光导纤维的结构如图 11－3－4所示，其内 芯和外套材料不同， 图11－3－4 光在内芯中传播，以下关于光导纤维的说法正确的是( )
A．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的 界面上发生全反射 B．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的 界面上发生全折射 C．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的 界面上发生折射 D．内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可 以起保护作用
2．下述现象哪个不是由于全反射造成的 ( ) A．露水珠或喷泉的水珠，在阳光照耀下格外明亮 B．口渴的沙漠旅行者，往往会看到前方有一潭晶莹的 池水，当他们喜出望外地奔向那潭池水时，池水却 总是可望而不可及 C．用光导纤维传输光信号、图像信号 D．肥皂泡呈现彩色条纹
3．如图11－3－5所示，一束白光从左侧 射入肥皂液膜，下列说法正确的是 ( )①人从右侧向左看，可以看到彩色条纹 ②人从左侧向右看，可以看到彩色条纹 ③彩色条纹水平排列④彩色条纹竖直排列A．①③ B．②④C．②③ D．①④
4．两个偏振片紧靠在一起，将它们放在一盏灯的前面以至 于没有光通过，如果将其中的一片旋转180°，在旋转 过程中，将会产生下述的哪一种现象 ( ) A．透过偏振片的光强先增强，然后又减小到零 B．透过偏振片的光强先增强，然后减小到非零的最小值 C．透过偏振片的光强在整个过程中都增强 D．透过偏振片的光强先增强，再减弱，然后又增强
5．对于光的衍射的定性分析，下列说法中正确的是( ) A．只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比甚至比 光的波长还要小的时候，才能明显地产生光的衍射 现象 B．光的衍射现象是光波相互叠加的结果 C．光的衍射现象否定了光的直线传播的结论 D．光的衍射现象说明了光具有波动性
(1)这束入射光线的入射角是多大？(2)光在棱镜中的波长是多大？(3)该束光线第一次从CD面出射时的折射角．
[答案] (1)45° (2)4.0×10－7 m (3)45°
[归纳领悟]分析解决光的折射问题的一般方法：(1)根据题意画出正确的光路图；(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角均以法线为标准；(3)利用折射定律、折射率公式求解．
[题组突破]1．(2010·湖南高考)如图11－3－9，一个三棱镜的截面为等腰直角△ABC，∠A为直角．此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边，进入棱镜后直接射到AC边上，并刚好能发生全反射．该棱镜材料的折射率为 ( )
[典例启迪][例2] abc为一全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形，如图11－3－11所示．一束白光垂直入射到ac面上，在ab面上发生全反射，若光线入射点O的位置保持不变，改变光线的入射方向(不考虑自bc面反射的光线) ( )
A．使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab面，则红光将首先射出B．使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab面，则紫光将首先射出C．使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，红光将首先射出ab面D．使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，紫光将首先射出ab面
[思路点拨] 不同频率的光在同种介质中的折射率不同，临界角也不同，分析白光转动时各色光折射角和各光在ab面上入射角的变化即可得出结论．
[解析] 白光垂直入射后直射到ab面，入射角为45°，发生全反射说明棱镜的临界角C≤45°，这是对从红光到紫光的所有色光说的．当入射光顺时针偏转时，在ac面上发生色散，不同色光折射率不同，红光偏折小，紫光偏折大，如图所示，射到ab面上时红光入射角小，紫光入射角大，但它们都小于45°.另一方面，棱镜对红光的临界角比紫光的临界角大，因此，入射光顺时针逐渐偏转时，在ab面上红光的入射角将首先
小于临界角而折射出ab面．如果入射光逆时针偏转，则经ac面上的红光、紫光的入射角都大于45°，都发生全反射而不可能从ab面射出．
[归纳领悟](1)在同种介质中频率越高的光折射率越大，对应的临界角越小．(2)光由介质射出时，要发生全反射，必须有i≥C，此时最易射出的是频率较小的光．
[题组突破]3．白光通过三棱镜发生色散，这说明 ( )A．不同颜色的光在真空中的光速不同B．在同一介质中红光的折射率比紫光大C．在同一介质中各种色光的折射率不同D．每种颜色的光通过三棱镜都会分成几种颜色的光
解析：色散现象表明，棱镜对不同色光的偏折情况不同，反映了同种介质中不同色光的折射率不同，且紫光最大，红光最小，C正确，B错；各种色光在真空中的传播速度相同，A错；一种色光通过棱镜时偏折情况相同，不会再分成几种颜色的光，D错．
4．一束白光从顶角为θ的一边以比较大的入射角i射入并通过三棱镜后，在屏P上可得到彩色光带，如图11－3－12所示，在入射角i逐渐减小到零的过程中，假如屏上的彩色光带先后全部消失，则 ( )A．红光最先消失，紫光最后消失B．紫光最先消失，红光最后消失C．紫光最先消失，黄色最后消失D．红光最先消失，黄光最后消失
5．如图11－3－13所示，一束细光线a射到Ⅰ、Ⅱ两种介质的界面后，反射光束只有b，折射光束只有c.下列说法正确的是 ( )A．若a是复色光，则b、c都一定是复色光B．若a是单色光，则b、c都一定是单色光C．若b是复色光，则a、c都一定是复色光D．若b是单色光，则a、c都一定是单色光
解析：光射到两种介质界面上，一定有反射，但不一定有折射；不同频率的光入射角相同时，折射角一定不同．若a是复色光，b一定是复色光，而折射光线只有c，c一定是单色光，而且只有这种频率的光发生了折射，其余频率的光都发生了全反射．若b是复色光，说明a是复色光，但c只能是单色光．若c是单色光，说明a可能是单色光(或复色光)，因此c也可能是单色光(或复色光)．
[典例启迪][例3] 如图11－3－14所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1、S2距离之差为2.1×10－6 m，分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？
(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7 m.(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°.(3)若让A光照射S1，B光照射S2，试分析光屏上能观察到的现象．
[答案] (1)暗条纹 (2)亮条纹(3)屏上出现衍射条纹的叠加
[题组突破]6．在利用游标卡尺两脚之间形成的狭缝观察光的衍射总结出的以下几点中，正确的是 ( )A．若狭缝与灯丝平行，则衍射条纹与狭缝平行B．衍射条纹的疏密程度与狭缝的宽度有关，狭缝越窄，衍射条纹越窄C．衍射条纹的间距与光的波长有关，光的波长越长，衍射条纹越宽D．衍射条纹的间距与光的频率有关，光的频率越大，衍射条纹越宽
解析：观察光的衍射现象时，狭缝必须与灯丝平行，而衍射条纹与狭缝平行，A正确；衍射现象明显与否与缝宽和光波长有关．狭缝越窄，光波长越长，现象越明显，故B错误，C正确；由c＝λν知，频率越高则光波长越短，衍射现象越不明显，故D错误．
7．奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量．偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了．如图11－3－15所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间．
(1)偏振片A的作用是什么？(2)偏振现象证明了光是一种________．
(3)以下说法中正确的是 ( )A．到达O处光的强度会明显减弱B．到达O处光的强度不会明显减弱C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片B转过的角度等于αD．将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α
解析：(1)自然光源发出的光不是偏振光，但当自然光经过偏振片后就变成了偏振光，因此偏振片A的作用是把自然光变成偏振光．(2)偏振现象证明了光是一种横波．(3)因为A、B的透振方向一致，故A、B间不放糖溶液时，自然光通过偏振片A后变成偏振光，通过B后到O.当在A、B间加上糖溶液时，由于溶液的旋光作用，使通过A的偏振光的振动方向转动了一定角度，不能再通过B，但当B转过一个角度，恰好使透振方向与经过糖溶液后的偏振
光的振动方向一致时，O处光强又为最强，故B的旋转角度即为糖溶液的旋光度．若偏振片B不动而将A旋转一个角度，再经糖溶液旋光后光的振动方向恰与B的透振方向一致，则A转过的角度也为α，故选项A、C、D正确．
(8分)据报道，2008年北京奥运会为保证奥运通信达到世界一流水平，成功建设了六大通信工程，其中的奥运光纤通信网覆盖所有奥运相关场所，为各项比赛提供了安全、可靠、迅捷的通信服务．光纤通信是利用光的
[自主尝试] (试一试，能否做到正确解答)
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