2010届高三物理一轮复习学案： 光学。
教学目标。1．使学生掌握三个概念——折射率、全反射临界角和光的色散；两个规律——反射定律、折射定律；两个作图法——反射、折射光路图和成像作图；一个思想——光路可逆思想。
2．加强学生对概念、作图、规律的分析应用能力和在光线的动态中分析、推理解决几何光学问题的综合能力。
3．让学生了解电磁波谱和光谱的种类及其应用。
4．让学生知道光电效应的产生条件和规律；了解电子说，渗透辩证唯物主义的观点和方法。
教学重点、难点分析。
1．重点：反射定律，平面镜成像作图法，折射定律，折射率，全反射和临界角。
2．难点：折射定律，全反射和临界角，光的色散。
3．复习相干光源的获得及光波的干涉和衍射的条件，双缝干涉中为什么能形成明暗相间的条纹及明暗条纹的计算方法，从而确切地理解光的干涉和衍射现象的形成。在新的情景下能够运用波的分析方法解决问题。对光电效应四条基本规律的理解及对光电效应现象的解释。
教学过程设计。
一、光的直线传播。
1．光在同一种均匀介质中是沿直线传播的。
前提条件是在同一种介质，而且是均匀介质。否则，可能发生偏折。如光从空气斜射入水中（不是同一种介质）；“海市蜃楼”现象（介质不均匀）。
解光的直线传播方面的计算题（包括日食、月食、本影、半影问题）关键是画好示意图，利用数学中的相似形等几何知识计算。
例1】如图所示，在a点有一个小球，紧靠小球的左方有一个点光源s。现将小球从a点正对着竖直墙平抛出去，打到竖直墙之前，小球在点光源照射下的影子在墙上的运动是。
a．匀速直线运动 b．自由落体运动 c．变加速直线运动 d．匀减速直线运动。
解：小球抛出后做平抛运动，时间t后水平位移是vt，竖直位移是，根据相似形知识可以由比例求得，因此影子在墙上的运动是匀速运动。
2．光速。光在真空中的转播速度为c=3.00×108m/s。
1）光在不同介质中的传播速度是不同的。根据爱因斯坦的相对论光速不可能超过c。
2）近年来（1999—2023年）科学家们在极低的压强（10-9pa）和极低的温度（10-9k）下，得到一种物质的凝聚态，光在其中的速度降低到17m/s，甚至停止运动。
也有报道称在实验中测得的光速达到1011m/s，引起物理学界的争论。
二、光的反射平面镜成像。
1．平面镜对光线的控制作用。
平面镜对光线的作用是：只改变光束的传播方向，不改变光束的散聚性质。
1）一个平面镜对光线的控制作用。
平面镜对光线有反射作用，反射光与入射光遵循反射定律。
一束平行光的情况：入射光方向不变，平面镜转动α角，反射光转动2α角。
一束发散光的情况：经平面镜反射后，仍是发散光，且发散程度不变。
2）两平面镜的夹角决定了对光线方向的控制。
3）一个重要的应用：直角镜使光线按原路返回。
例2】若使一束光先后经两平面镜反射后，反射光线与入射光线垂直，这两平面镜应如何放置？
如图所示，两平面镜的夹角为θ，光线经两平面镜反射后，反射光线与入射光线的夹角为α，讨论α与θ的关系。
学生解答，作出两平面镜的法线，可以证明：α=180°-2θ
讨论：①一般情况θ<90°，α180°-2θ，若θ=45°，则α=90°，（反射光与入射光垂直）
若θ=90°，则α=0°（反射光与入射光平行）
若θ>90°，则α=2θ-180°
两平面镜的夹角决定反射光与入射光的夹角，与这两平面镜的放置位置（这两平面镜是否接触和如何放置）和是否转动无关。
结论：两平面镜的夹角决定了对光线方向的控制。
2．平面镜成像。
1）像的特点：平面镜成的像是正立等大的虚像，像与物关于镜面为对称。
2）光路图作法：根据平面镜成像的特点，在作光路图时，可以先画像，后补光路图。实际光线画实线并加箭头，镜后的反向延长线要画虚线，虚线不加箭头。
3）充分利用光路可逆。
在平面镜的计算和作图中要充分利用光路可逆。（眼睛在某点a通过平面镜所能看到的范围和在a点放一个点光源，该电光源发出的光经平面镜反射后照亮的范围是完全相同的。）
例3】如图所示，两平面镜夹一定角度，光线a、b是一点光源发出经两平面镜反射后的两条光线。在图中确定点光源的位置。
叙述作图过程，如图所示。
a、b光线的反向延长线交于一点，这一点为点光源在平面镜n中的像s″，根据平面镜的成像特点，延长镜n，找到s″的对称点s′，s′是s″的物，是点光源s在平面镜m中的像，再找到s′对平面镜m的对称点s，从而确定了点光源s的位置。完成光路。
上面的问题是两个平面镜的二次成像问题，s′是物s在镜m中的虚像，s″是虚像s′在镜n中再次成的虚像。根据光路可逆原理，如果光线a、b的方向反过来，那么会如何呢？
根据光路的可逆性，经两次反射两束光会聚到一点s，由实像定义，s应为实像。
4）利用边缘光线作图讨论通过平面镜看到的范围。
例4】（2023年全国高考题）如图所示，ab表示一平面镜，p1p2是水平放置的米尺（有刻度的一面朝着平面镜），mn是屏，三者互相平行，屏mn上的ab表示一条竖直的缝（即a、b之间是透光的）。某人眼睛紧贴米尺上的小孔s（其位置见图），可通过平面镜看到米尺的一部分刻度。试在本题的图上用三角板作图求出可看到的部位，并依次写出作图步骤。
作图步骤可如下：（右图所示）
分别作米尺p1p2、屏ma、bn对于平面镜ab的对称线（即它们对于平面镜ab的像）p′1p′2、m′a′、b′n′。
连接s、a并延长交p′1p′2于某一点，作这一点对于ab在p1p2上的对称点，即为通过平面镜看到米尺刻度的左端。
连接s、b′并延长交p′1p′2于某一点，作这一点对于ab在p1p2上的对称点，即为通过平面镜看到米尺刻度的右端。
讨论：（1）还可以用更简单的办法，即作出眼睛s的像s′，再由s′来确定看到的范围。
2）作出屏和尺的像，人眼看到像的范围即为人眼看到尺的范围。
两种解题思路：正向思维，尺发光经平面镜反射进入眼睛的范围即为眼睛所能看到的范围：逆向思维，眼睛相当于发光点，其光照射到尺上的范围即为能看到的范围。
确定边界光线的基本思想是：两点确定一条直线。在均匀介质中光是沿直线传播的，在非均匀介质中，光线发生弯曲，但人眼的感觉光仍是沿直线传播的。
所以确定尺和屏的像，由两点一线来确定边界光线。
例5】如图所示，画出人眼在s处通过平面镜可看到障碍物后地面的范围。
解：先根据对称性作出人眼的像点s′，再根据光路可逆，设想s处有一个点光源，它能通过平面镜照亮的范围就是人眼能通过平面镜看到的范围。图中画出了两条边缘光线。
例6】如图所示，用作图法确定人在镜前通过平面镜可看到ab完整像的范围。
解：先根据对称性作出ab的像a′b′，分别作出a点、b点发出的光经平面镜反射后能射到的范围，再找到它们的公共区域就是能看到完整像的范围。
三、光的折射。
1．折射定律。
折射定律：折射光线在入射光线和法线所在的平面上，折射光线和入射光线分居在法线的两侧；入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一常数。
折射率：①光从真空射入某种介质时，入射角的正弦跟折射角的正弦之比为，。
折射率等于光在真空中的速度c跟光在这种介质中的速度v之比，n=c/v。
折射定律的各种表达形式：（θ1为入折射角中的较大者）
2．平行玻璃砖的光路问题。
所谓平行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：（1）射出光线和入射光线平行；（2）各种色光在第一次入射后就发生色散；（3）射出光线的侧移和折射率、入射角、玻璃砖的厚度有关；（4）可利用玻璃砖测定玻璃的折射率。
例7】如图所示，平行玻璃板的厚度为d，折射率为n，光线ao以入射角i射到平行玻璃板的一个界面上。（1）画出光路图，（2）证明出射光线与入射光线平行，（3）计算出射光线相对入射光线的侧移量。
作光路图如图，证明从略。
侧移量δ的大小：折射定律有，由几何关系可得δ=oo′·sin（i-r）
所以：。例8】如图所示，两细束平行的单色光a、b射向同一块玻璃砖的上表面，最终都从玻璃砖的下表面射出。已知玻璃对单色光a的折射率较小，那么下列说法中正确的有。
a．进入玻璃砖后两束光仍然是平行的。
b．从玻璃砖下表面射出后，两束光不再平行。
c．从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离一定减小了。
d．从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离可能和射入前相同。
解：进入时入射角相同，折射率不同，因此折射角不同，两束光在玻璃内不再平行，但从下表面射出时仍是平行的。射出时两束光之间的距离根据玻璃砖的厚度不同而不同，在厚度从小到搭变化时，该距离先减小后增大，有可能和入射前相同（但左右关系一定改变了）。
例9】如图所示，ab为一块透明的光学材料左侧的端面。建立直角坐标系如图，设该光学材料的折射率沿y轴正方向均匀减小。现有一束单色光a从原点o以某一入射角θ由空气射入该材料内部，则该光线在该材料内部可能的光路是下图中的哪一个。
解：如图所示，由于该材料折射率由下向上均匀减小，可以设想将它分割成折射率不同的薄层。光线射到相邻两层的界面时，如果入射角小于临界角，则射入上一层后折射角大于入射角，光线偏离法线。
到达更上层的界面时入射角逐渐增大，当入射角达到临界角时发生全反射，光线开始向下射去直到从该材料中射出。
例10】如图所示，用透明材料做成一长方体形的光学器材，要求从上表面射入的光线可能从右侧面射出，那么所选的材料的折射率应满足。
a．折射率必须大于b．折射率必须小于。
c．折射率可取大于1的任意值 d．无论折射率是多大都不可能。
解：从图中可以看出，为使上表面射入的光线经两次折射后从右侧面射出，θ1和θ2都必须小于临界角c，即θ145°，n=1/sinc<，选b。
例11】如图所示，一束平行单色光a垂直射向横截面为等边三角形的棱镜的左侧面，棱镜材料的折射率是。试画出该入射光射向棱镜后所有可能的射出光线。
解：由折射率为得全反射临界角是45°。光线从左侧面射入后方向不发生改变，射到右侧面和底面的光线的入射角都是60°，大于临界角，因此发生全反射。
反射光线分别垂直射向底面和右侧面。在底面和右侧面同时还有反射光线。由光路可逆知，它们最终又从左侧面射出。
所有可能射出的光线如图所示。
九年级物理光学专题
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九年级物理光学作图专题训练
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九年级物理光学复习教案
课题 光现象 一 序号 03 九年级主备课人 吴先超审核 九年级物理备课组时间 2010 3 15 班级姓名。导学目标知识点 1 知道光在同种均匀介质中沿直线传播，及光在真空中的传播速度 2 理解光的反射定律 知道平面镜成像特点并能利用它们解决实际问题 3 知道光的折射现象及其规律并能解决实际问题。...