2024-2025学年高中物理第四章光本章专题整合提升教案新人教版选择性必修第一册

PAGE9-本章专题整合提升——本章学问网络构建————专题整合提升——专题一折射率、光速、波长之间的关系1．正确、敏捷地理解、应用折射率公式教材中给出的折射率公式为n＝eq\f(sini,sinr)(i为真空中的入射角，r为某介质中的折射角)．依据光路可逆原理，入射角、折射角是可以随光路的逆向而“换位”的．我们可以这样来理解、记忆：n＝eq\f(sini空,sinr介)或eq\f(1,n)＝eq\f(sini介,sinr空).2．折射率的大小反映了介质的光学性质和入射光的频率(1)折射率越大，说明介质对光的偏折作用越大，光线偏离原来传播方向的程度越厉害．(2)介质对光的折射率越大，说明该光在介质中的传播速度越小．(3)相对于同一介质，折射率越大的光，说明其频率越大．1．直线P1P2过匀称玻璃球球心O，细光束a、b平行且关于P1P2对称，由空气射入玻璃球的光路如图所示．a、b光相比(C)A．玻璃对a光的折射率较大B．玻璃对a光的临界角较小C．b光在玻璃中的传播速度较小D．b光在玻璃中的传播时间较短解析：对a、b两细光束，入射角αa＝αb，折射角γa>γb，由折射率公式n＝eq\f(sinα,sinγ)知na<nb，A项错误；设临界角为C，由sinC＝eq\f(1,n)知Ca>Cb，B项错误；由v＝eq\f(c,n)知va>vb，C项正确；设s为光束在玻璃中的路程，因sb>sa，vb<va，由t＝eq\f(s,v)知ta<tb，D项错误．2.如图所示，一个半径为R、折射率为eq\r(3)的透亮玻璃半球体，O为球心，轴线OA水平且与半球体的左边界垂直，位于轴线上O点左侧eq\f(R,3)处的点光源S发出一束与OA夹角θ＝60°光线射向半球体，已知光在真空中传播的速度为c.求：光线第一次从玻璃半球体出射时的方向以及光线在玻璃半球体内传播的时间．答案：出射光线方向与OA平行，时间为eq\f(R,c)解析：作如图所示的光路图．由几何关系有lOB＝eq\f(R,3)tanθ＝eq\f(\r(3)R,3)由折射定律有n＝eq\f(sinθ,sinα)则得α＝30°在△OBC中，有eq\f(lOB,sinβ)＝eq\f(R,sin90°＋α)解得β＝30°由n＝eq\f(sinγ,sinβ)解得γ＝60°即出射光线CD方向与OA平行．光在玻璃半球体中传播的距离lBC＝lOB光线在玻璃半球体中的速度v＝eq\f(c,n)故光线在玻璃半球体中的时间t＝eq\f(lBC,v)＝eq\f(R,c).专题二全反射现象的理解与应用1．全反射现象理解要点(1)光密介质和光疏介质是相对而言的．同一种介质，相对于其他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质．(2)光从光疏介质射入光密介质时，入射角大于折射角；光从光密介质射入光疏介质时，入射角小于折射角．(3)假如光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象．2．光导纤维(1)结构：光导纤维(简称光纤)，是一种透亮的玻璃纤维丝，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，即内芯是光密介质，外套是光疏介质．(2)原理：光在光纤的内芯中传播，每次射到内、外层的界面上时，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射．3．一个半圆柱形玻璃砖，其横截面是半径为R的半圆，AB为半圆的直径，O为圆心，如图所示．玻璃的折射率为n＝eq\r(2).(1)一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面，若光线到达上表面后，都能从该表面射出，则入射光束在AB上的最大宽度为多少？(2)一细束光线在O点左侧与O相距eq\f(\r(3),2)R处垂直于AB从下方入射，求此光线从玻璃砖射出点的位置．答案：(1)eq\r(2)R(2)见解析解析：(1)在O点左侧，设从E点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角θ，则OE区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出，如图．由全反射条件有sinθ＝eq\f(1,n)①由几何关系有OE＝Rsinθ②由对称性可知，若光线都能从上表面射出，光束的宽度最大为l＝2OE③联立①②③式，代入已知数据得l＝eq\r(2)R.④(2)设光线在距O点eq\f(\r(3),2)R的C点射入后，在上表面的入射角为α，由几何关系及①式和已知条件得α＝60°>θ⑤光线在玻璃砖内会发生三次全反射，最终由G点射出，如图．由反射定律和几何关系得OG＝OC＝eq\f(\r(3),2)R⑥射到G点的光有一部分被反射，沿原路返回到达C点射出．4.一湖面上有一伸向水面的混凝土观景台，图示是其截面图，观景台下表面恰好和水面相平，A为观景台右侧面在湖底的投影，水深h＝4m．在距观景台右侧面x＝4m处有一可沿竖直方向移动的单色点光源S，在该光源从距水面高3m处向下移动到接近水面的过程中，观景台水下被照亮的最远距离为AC，最近距离为AB，且AB＝3m．求：(1)该单色光在水中的折射率；(2)AC的距离．答案：(1)eq\f(4,3)(2)eq\f(12\r(7),7)m(或4.5m)解析：(1)如图所示，点光源S在距水面高3m处发出的光在观景台右侧面与水面交接处折射到水里时，被照亮的距离为最近距离AB，则：由于n＝eq\f(sini,sinr)，所以，水的折射率n＝eq\f(\f(x,\r(32＋x2)),\f(AB,\r(AB2＋h2)))＝eq\f(4,3).(2)点光源S接近水面时，光在观景台右侧面与水面交接处折射到水里时，被照亮的距离为最远距离AC，此时，入射角为90°，折射角为临界角C则n＝eq\f(sin90°,sinC)＝eq\f(\r(AC2＋h2),AC)＝eq\f(4,3).解得AC＝eq\f(12,7)eq\r(7)m(或AC≈4.5m)．专题三光的干涉、衍射与偏振1．光的干涉(1)产生条件：两列频率相同，相位差恒定的单色光在相互覆盖的区域发生叠加，会出现明暗相间的条纹，产生亮条纹的条件是双缝到光屏某点的路程差等于光波半波长的偶数倍，产生暗条纹的条件是双缝到光屏某点的路程差等于光波半波长的奇数倍．(2)条纹间距：明纹之间或暗纹之间的距离总是相等的，依据公式Δx＝eq\f(l,d)λ，在狭缝间距离和狭缝与屏距离都不变的条件下，条纹的间距跟波长成正比．(3)薄膜干涉：薄膜干涉的明暗条纹由薄膜的前后两个表面反射的两列光波叠加而成．劈形薄膜干涉可产生等间距的条纹．2．光的衍射(1)光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象，叫光的衍射．(2)产生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸跟光的波长差不多甚至比光的波长还要小．3．光的偏振光只沿着某一特定的方向振动，称为光的偏振，光的偏振现象说明光是横波．5．下列说法中正确的是(B)A．光的偏振现象说明光是纵波B．人耳能听见的声波比超声波更易发生衍射C．光的双缝干涉试验中，若仅将入射光由红光改为紫光，则相邻亮条纹间距肯定变大D．拍摄玻璃橱窗内的物体时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度解析：光的偏振现象说明光是横波，选项A错误；人耳能听见的声波波长比超声波波长长，所以人耳能听见的声波比超声波更易发生衍射，选项B正确；光的双缝干涉试验中，若仅将入射光由红光改为紫光，则相邻亮条纹间距肯定变小，选项C错误；拍摄玻璃橱窗内的物体时，往往在镜头前加装一个偏振片是为了滤去玻璃反射的光，选项D错．6．(多选)英国物理学家托马斯·杨奇妙地解决了相干光源问题，第一次在试验室视察到了光的干涉现象．右图为试验装置简图，M为竖直线状光源，N和O均为有狭缝的遮光屏，P为像屏．现有四种刻有不同狭缝的遮光屏，试验时正确的选择是(AC)A．N应选用遮光屏1B．N应选用遮光屏3C．O应选用遮光屏2D．O应选用遮光屏4解析：依据双缝干涉的原理可知，N应选用单缝遮光屏1，O应选用双缝遮光屏2，故A、C正确．专题四折射定律的应用平行玻璃砖三棱镜光路图对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不变更传播方向，但要发生侧移通过三棱镜的光线经过两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折探讨侧移d的大小取决于平行玻璃砖的厚度h、平行玻璃砖对光线的折射率n和光线的入射角θ1，d＝hsinθ1·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(cosθ1,\r(n2－sin2θ1))))偏向角θ跟棱镜的材料有关．折射率越大，偏向角越大．因同一介质对各种色光的折射率不同，所以各种色光的偏向角也不同，形成色散现象(续表)平行玻璃砖三棱镜应用实例测定玻璃的折射率全反射棱镜，变更光的行进方向(90°、180°)7．半圆形玻璃砖的横截面如图所示，O点为圆心，OO′为直径MN的垂线，足够大的光屏PQ与直径MN垂直并接触于N点，已知半圆形玻璃砖的半径R＝15cm，折射率n＝eq\r(3).一细束激光沿半径方向射向圆心O点，入射光线与OO′夹角θ＝30°，光屏PQ上出现两个光斑，则这两个光斑之间的距离为(D)A.eq\f(20\r(3),3)cm B．5eq\r(3)cmC.eq\f(40\r(3),3)cm D．20eq\r(3)cm解析：光线在MN面上发生反射和折射，在竖直光屏PQ上出现两个光斑，依据折射定律结合几何关系求出两个光斑之间的距离．画出光路图如图所示，设折射角为r，依据折射定律：n＝eq\f(sinr,sinθ)则得：sinr＝nsinθ＝eq\r(3)×sin30°＝eq\f(\r(3),2)解得：r＝60°依据几何关系，两个光斑之间的距离为：L＝Rtan60°＋Rtan30°＝15×eq\r(3)cm＋15×eq\f(\r(3),3)cm＝20eq\r(3)cm.故D正确．8．如图所示，某三棱镜的截面是始终角三角形，棱镜材料的折射率