人教版(新教材)高中物理選擇性必修1第四章光章末總結(jié)

人教版（新教材）高中物理選擇性必修第一冊PAGEPAGE1章末總結(jié)突破一光學元件的特點及對光線的作用1.棱鏡對光有偏折作用：一般所說的棱鏡都是用光密介質(zhì)制作的。入射光線經(jīng)三棱鏡兩次折射后，射出方向與入射方向相比，向底邊偏折(若棱鏡的折射率比棱鏡外介質(zhì)的折射率小，則結(jié)論相反)。由于各種色光的折射率不同，因此一束白光經(jīng)三棱鏡折射后發(fā)生色散現(xiàn)象(紅光偏折最小，紫光偏折最大)。

2.全反射棱鏡：橫截面是等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡。選擇適當?shù)娜肷潼c可以使入射光線經(jīng)過全反射棱鏡的作用后偏轉(zhuǎn)90°或180°，如圖所示。要特別注意兩種用法中光線在哪個表面發(fā)生全反射。3.玻璃磚：玻璃磚一般指橫截面為矩形的棱鏡。當光線從上表面入射，從下表面射出時，其特點是：(1)射出光線和入射光線平行。(2)各種色光在第一次入射后就發(fā)生色散。(3)射出光線的側(cè)移與折射率、入射角及玻璃磚的厚度有關。(4)可利用玻璃磚測定玻璃的折射率?！祭?〗如圖所示，真空有一個下表面鍍反射膜的平行玻璃磚，其折射率n＝eq\r(2)，一束單色光與界面成θ＝45°角斜射到玻璃磚表面上，最后在玻璃磚的右側(cè)豎直平面光屏上出現(xiàn)兩個光點A和B，A和B相距h＝4.0cm。(1)畫出光路圖；(2)求玻璃磚的厚度?！冀馕觥?1)光路如圖所示(2)設第一次折射的入射角為i，折射角為r由折射定律n＝eq\f(sini,sinr)解得r＝30°由幾何關系d＝hcos30°，代入數(shù)據(jù)得d＝2eq\r(3)cm〖答案〗(1)圖見〖解析〗(2)2eq\r(3)cm〖針對訓練1〗如圖，某同學在一張水平放置的白紙上畫了一個小標記“·”(圖中O點)，然后用橫截面為等邊三角形ABC的三棱鏡壓在這個標記上，小標記位于AC邊上。D位于AB邊上，過D點作AC邊的垂線交AC于F。該同學在D點正上方向下順著直線DF的方向觀察，恰好可以看到小標記的像；過O點作AB邊的垂線交直線DF于E；DE＝2cm，EF＝1cm。求三棱鏡的折射率。(不考慮光線在三棱鏡中的反射)

〖解析〗過D點作AB邊的法線NN′，連接OD，則∠ODN＝α為O點發(fā)出的光線在D點的入射角；設該光線在D點的折射角為β，如圖所示。根據(jù)折射定律有nsinα＝sinβ①式中n為三棱鏡的折射率，由幾何關系可知β＝60°②∠EOF＝30°③在△OEF中有EF＝OEsin∠EOF④由③④式和題給條件得OE＝2cm⑤根據(jù)題給條件可知，△OED為等腰三角形，有α＝30°⑥由①②⑥得n＝eq\r(3)⑦〖答案〗eq\r(3)突破二光的折射、全反射現(xiàn)象的分析計算1.幾何光學是以光線為工具研究光的傳播規(guī)律的，所以解決幾何光學問題的關鍵是根據(jù)“光的傳播規(guī)律”畫出光路圖，然后再利用幾何學知識，尋找相應的邊角關系。(1)幾何光學主要包括四條原理：①光的直線傳播規(guī)律；②光的反射定律；③光的折射定律；④光路可逆原理。(2)解題時常用的三個公式：①折射定律公式：n12＝eq\f(sinθ1,sinθ2)；②折射率與光速的關系n＝eq\f(c,v)；③全反射的臨界角sinC＝eq\f(1,n)。(3)注意法線的畫法：法線畫成虛線；法線垂直于界面，如果界面是圓面，則法線垂直于圓的切線，即法線沿半徑所在的直線。2.測折射率的方法測折射率常見的方法有成像法、插針法及全反射法，不同方法的實質(zhì)都相同，由折射定律n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)知，只要確定出入射角θ1及折射角θ2即可測出介質(zhì)的折射率?！祭?〗如圖所示，△ABC為某透明介質(zhì)的橫截面，O為BC邊的中點，位于截面所在平面內(nèi)的一束光自O以角i入射，第一次到達AB邊恰好發(fā)生全反射。已知θ＝15°，BC邊長為2L，該介質(zhì)的折射率為eq\r(2)。求：(1)入射角i；(2)光從入射到發(fā)生第一次全反射所用的時間(設光在真空中的速度為c，可能用到sin75°＝eq\f(\r(6)＋\r(2),4)或tan15°＝2－eq\r(3))?！冀馕觥?1)根據(jù)全反射規(guī)律可知，光在AB面上P點的入射角等于臨界角C，由折射定律得sinC＝eq\f(1,n)①代入數(shù)據(jù)得C＝45°②設光在BC面上的折射角為r，由幾何關系得r＝30°③由折射定律得n＝eq\f(sini,sinr)④聯(lián)立③④式，代入數(shù)據(jù)得i＝45°。⑤(2)在△OPB中，根據(jù)正弦定理得eq\f(OP,sin75°)＝eq\f(L,sin45°)⑥設所用時間為t，光在介質(zhì)中的速度為v，得OP＝vt⑦v＝eq\f(c,n)⑧聯(lián)立⑥⑦⑧式，代入數(shù)據(jù)得t＝eq\f(\r(6)＋\r(2),2c)L?！即鸢浮?1)45°(2)eq\f(\r(6)＋\r(2),2c)L〖針對訓練2〗如圖所示，內(nèi)徑為R、外徑為R′＝eq\r(2)R的環(huán)狀玻璃磚的圓心為O，折射率為n＝eq\r(2)。一束平行于對稱軸OO′的光線由A點進入玻璃磚，到達B點(未標出)剛好發(fā)生全反射。求：(1)玻璃磚的臨界角；(2)A點處光線的入射角和折射角。

〖解析〗(1)由題給條件畫出光路圖，如圖所示，因在B點剛好發(fā)生全反射則sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(\r(2),2)得C＝45°(2)在△AOB中，OA＝eq\r(2)R，OB＝R，由正弦定理得eq\f(sin（180°－C）,\r(2)R)＝eq\f(sinr,R)得sinr＝eq\f(1,2)，r＝30°，由eq\f(sini,sinr)＝n，得i＝45°?！即鸢浮?1)45°(2)45°30°〖例3〗如圖所示，半球形玻璃磚的平面部分水平，底部中點有一小電珠。利用游標卡尺(或直尺)測量出有關數(shù)據(jù)后，可計算玻璃的折射率。試完成以下實驗步驟：(1)若S發(fā)光，則在玻璃磚平面上方看到平面中有一圓形亮斑，用游標卡尺測出____________________和____________________(寫出對應字母和其表示的意義)。(2)寫出玻璃折射率的表達式：________(用上述測量的物理量的字母表示)?！冀馕觥?1)略。(2)如圖，由幾何關系和全反射知識，sinC＝eq\f(1,n)，解得n＝eq\f(\r(deq\o\al(2,1)＋deq\o\al(2,2)),d1)或n＝eq\f(\r(req\o\al(2,1)＋req\o\al(2,2)),r1)?！即鸢浮?1)圓形亮斑的直徑d1(或半徑r1)半球形玻璃磚的直徑d2(或半徑r2)(2)n＝eq\f(\r(deq\o\al(2,1)＋deq\o\al(2,2)),d1)(或n＝eq\f(\r(req\o\al(2,1)＋req\o\al(2,2)),r1))〖針對訓練3〗在“測量玻璃的折射率”實驗中，某同學經(jīng)正確操作插好了4枚大頭針，如圖甲所示。(1)在圖中畫出完整的光路圖；(2)對你畫出的光路圖進行測量和計算，求得該玻璃磚的折射率n＝________(保留3位有效數(shù)字)。(3)為了觀測光在玻璃磚不同表面的折射現(xiàn)象，某同學做了兩次實驗，經(jīng)正確操作插好了8枚大頭針，如圖乙所示。圖中P1和P2是同一入射光線上的2枚大頭針，其對應出射光線上的2枚大頭針是P3和________(填“A”或“B”)?！冀馕觥?1)分別連接玻璃磚兩側(cè)的大頭針所在的點，并延長與玻璃磚邊界分別相交，標出傳播方向，然后連接玻璃磚邊界的兩交點，即為光線在玻璃磚中傳播的方向。光路如圖所示。(2)設方格紙上小正方形的邊長為1，光線的入射角為i，折射角為r，則sini＝eq\f(5.3,\r(5.32＋42))≈0.798，sinr＝eq\f(2.2,\r(2.22＋3.62))≈0.521。所以玻璃的折射率n＝eq\f(sini,sinr)＝eq\f(0.798,0.521)≈1.53。(3)由題圖乙可知，光線P1P2入射到玻璃磚上時，相當于光線射到了一個三棱鏡上，因此出射光線將向底邊偏折，所以出射光線過P3和A?！即鸢浮?1)如〖解析〗圖所示(2)1.53(1.53±0.03均可)(3)A突破三光的干涉、衍射的理解及應用1.兩者的產(chǎn)生條件不同產(chǎn)生干涉的條件是兩列光波頻率相同，振動方向相同，相位差恒定；產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是障礙物或小孔的尺寸可以跟光的波長相比，甚至比光的波長還要小。2.圖樣特點不同雙縫干涉產(chǎn)生的是等間距、等寬度、明暗相間且亮度基本相同的條紋；單縫衍射產(chǎn)生的是中央最寬、最亮，其他地方窄且暗的明暗相間條紋，并且各相鄰條紋間距不等。3.波長對條紋間距的影響無論雙縫干涉還是單縫衍射，所形成的條紋間距和寬度都隨波長增加而增大。對于雙縫干涉，相鄰亮紋或暗紋間距為Δx＝eq\f(l,d)λ。4.兩者的相同點兩者成因相同，都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊加。對于雙縫干涉，如圖所示。屏上某點到雙縫的路程差為波長的整數(shù)倍時，該點為加強點，該處為亮紋，即|r2－r1|＝kλ(k＝0，1，2，…)某點到雙縫的路程差為半波長的奇數(shù)倍時，該點為減弱點，該處為暗紋，即|r2－r1|＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2k＋1))eq\f(λ,2)(k＝0，1，2，…)〖例4〗(多選)楊氏雙縫干涉實驗中，下列說法正確的是(k為自然數(shù)，λ為光波波長)()A.在距雙縫的路程相等的點形成暗條紋B.在距雙縫的路程差為kλ的點形成亮條紋C.在距雙縫的路程差為keq\f(λ,2)的點形成亮條紋D.在距雙縫的路程差為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(k＋\f(1,2)))λ的點形成暗條紋〖解析〗在雙縫干涉實驗中，當某處距雙縫距離之差Δr為波長的整數(shù)倍時，即