章末核心素养整合

章末核心素养整合知识体系构建专题归纳突破知识体系构建光疏介质

临界角相干小横波平行度亮度专题归纳突破专题一

光的折射和全反射

【典型例题1】如图所示,半径为R的半球形玻璃体置于水平桌面上,半球的上表面水平,球面与桌面相切于A点。一细束单色光经球心O从空气中射入玻璃体内(入射面即纸面),入射角为45°,出射光线射在桌面上B点处。测得AB之间的距离为

。现将入射光束在纸面内向左平移,求射入玻璃体的光线在球面上恰好发生全反射时,光束在上表面的入射点到O点的距离。不考虑光线在玻璃体内的多次反射。在玻璃体球面上光线恰好发生全反射时,光路图如图乙所示。设此时光线入射点为E,折射光线射到玻璃体球面的D点。由题意有∠EDO=C规律总结解答全反射类问题的技巧1.解答全反射类问题时,要抓住发生全反射的两个条件。

(1)光必须从光密介质射入光疏介质。

(2)入射角大于或等于临界角。

2.利用好光路图中的临界光线,准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键,且在作光路图时尽量与实际相符。【跟踪训练1】如图所示,一救生艇停在平静的水面上,艇前部上端有一标记P,在其正前方A处有一浮标,测得PA连线与竖直方向的夹角为53°。潜水员下潜至水下B点时,看到P刚好被浮标挡住,且恰好看到艇尾端后方水面上的景物,已知水的折射率

,B点到艇尾部的水平距离l=6m,忽略救生艇的吃水深度。(1)求光在水中的传播速度的大小v。(2)求B点到水面的竖直距离h。(3)若潜水员从B点竖直上升至B'时(图中未标出),水面上方所有的景物都出现在顶角为2∠AB'D的圆锥里,求B'点到水面的竖直距离h'。答案:(1)2.25×108

m/s(3)3.5m专题二

光学元件的特点及对光线的作用

1.棱镜对光有偏折作用: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的折射率小,则结论相反)。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(红光偏折最小,紫光偏折最大)。2.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后偏转90°或180°,如图所示。要特别注意两种用法中光线在哪个表面发生全反射。3.玻璃砖:所谓玻璃砖一般指横截面为矩形的棱镜。当光线从上表面入射,从下表面射出时,其特点如下。(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)射出光线的侧移与折射率、入射角及玻璃砖的厚度有关。(4)可利用玻璃砖测量玻璃的折射率。【典型例题2】如图所示,某三棱镜的截面是一直角三角形,棱镜材料的折射率为n,底面BC涂黑,入射光沿平行于底面BC的方向射向AB面,经AB和AC折射后射出。为了使上述入射光线能从AC面射出,求折射率n的取值范围。解析:设第一次发生折射时入射角和折射角分别为α和β,第二次发生折射时的入射角为γ则sin

α=nsin

β规律总结光学元件对光线的作用,体现在光由一种介质入射到另一种介质的界面上时,光路发生了变化,其解题流程为:

(1)找入射点;

(2)画垂直于界面的法线;

(3)找出入射角和折射角;

(4)运用折射定律公式解题。

如果折射光线又入射到另一界面,需要再次重复上述步骤,题目可解。【跟踪训练2】如图所示,玻璃棱镜的截面为等腰三角形,顶角A为30°,一束光线垂直于AB面射入棱镜,又从AC面射出。出射光线与入射光线之间的夹角为30°,则此棱镜材料的折射率是(

)答案:D解析:过AC面作出法线,如图所示,可知θ2=30°,θ1=60°,专题三

光的干涉和衍射的比较

1.两者的产生条件不同:产生干涉的条件是两列光频率相同,振动方向相同,相位差恒定;产生明显衍射现象的条件是障碍物或狭缝的尺寸足够小。2.图样特点不同:单色光双缝干涉产生的是等间距、明暗相间且亮度基本相同的条纹;单缝衍射产生的是中央最宽、最亮,其他窄且暗的明暗相间条纹,并且各相邻条纹间距不等。3.波长对条纹间距的影响:无论是双缝干涉还是单缝衍射,所形成的条纹间距和宽度都随波长增加而增大。双缝干涉中相邻亮条纹或暗条纹间距为【典型例题3】下列说法正确的是(

)

A.甲图肥皂泡呈现彩色是光的干涉现象B.乙图是沙漠上海市蜃楼的图像C.丙图是圆孔衍射的图样D.丁图为杨氏双缝实验观察到的图样,应保持测量头不动,转动双缝片直至图样正常答案:A解析:题图甲肥皂泡呈现彩色图样是光的薄膜干涉,选项A正确。根据全反射产生条件可知,题图乙观察者看到正立的像是海面上海市蜃楼的图像,选项B错误。题图丙中暗影中心有亮斑为圆盘衍射图样,选项C错误。题图丁中,仅旋转双缝片,会导致条纹消失,选项D错误。规律总结光的干涉与光的衍射的比较

【跟踪训练3】(多选)关于波的干涉和衍射,下列说法正确的是(

)A.衍射是一切波特有的现象B.两列波发生干涉时,振动加强区域的质点的位移一定始终最大C.声波容易发生衍射是因为声波的波长较长D.观察薄膜干涉时,应该在入射光的同一侧答案:ACD解析:衍射是一切波特有的现象,选项A正