2024-2025學(xué)年高中物理第四章光本章專題整合提升教案新人教版選擇性必修第一冊

PAGE9-本章專題整合提升——本章學(xué)問網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建————專題整合提升——專題一折射率、光速、波長之間的關(guān)系1．正確、敏捷地理解、應(yīng)用折射率公式教材中給出的折射率公式為n＝eq\f(sini,sinr)(i為真空中的入射角，r為某介質(zhì)中的折射角)．依據(jù)光路可逆原理，入射角、折射角是可以隨光路的逆向而“換位”的．我們可以這樣來理解、記憶：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質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)和入射光的頻率(1)折射率越大，說明介質(zhì)對(duì)光的偏折作用越大，光線偏離原來傳播方向的程度越厲害．(2)介質(zhì)對(duì)光的折射率越大，說明該光在介質(zhì)中的傳播速度越?。?3)相對(duì)于同一介質(zhì)，折射率越大的光，說明其頻率越大．1．直線P1P2過勻稱玻璃球球心O，細(xì)光束a、b平行且關(guān)于P1P2對(duì)稱，由空氣射入玻璃球的光路如圖所示．a(chǎn)、b光相比(C)A．玻璃對(duì)a光的折射率較大B．玻璃對(duì)a光的臨界角較小C．b光在玻璃中的傳播速度較小D．b光在玻璃中的傳播時(shí)間較短解析：對(duì)a、b兩細(xì)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項(xiàng)錯(cuò)誤；設(shè)臨界角為C，由sinC＝eq\f(1,n)知Ca>Cb，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由v＝eq\f(c,n)知va>vb，C項(xiàng)正確；設(shè)s為光束在玻璃中的路程，因sb>sa，vb<va，由t＝eq\f(s,v)知ta<tb，D項(xiàng)錯(cuò)誤．2.如圖所示，一個(gè)半徑為R、折射率為eq\r(3)的透亮玻璃半球體，O為球心，軸線OA水平且與半球體的左邊界垂直，位于軸線上O點(diǎn)左側(cè)eq\f(R,3)處的點(diǎn)光源S發(fā)出一束與OA夾角θ＝60°光線射向半球體，已知光在真空中傳播的速度為c.求：光線第一次從玻璃半球體出射時(shí)的方向以及光線在玻璃半球體內(nèi)傳播的時(shí)間．答案：出射光線方向與OA平行，時(shí)間為eq\f(R,c)解析：作如圖所示的光路圖．由幾何關(guān)系有l(wèi)OB＝eq\f(R,3)tanθ＝eq\f(\r(3)R,3)由折射定律有n＝eq\f(sinθ,sinα)則得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°即出射光線CD方向與OA平行．光在玻璃半球體中傳播的距離lBC＝lOB光線在玻璃半球體中的速度v＝eq\f(c,n)故光線在玻璃半球體中的時(shí)間t＝eq\f(lBC,v)＝eq\f(R,c).專題二全反射現(xiàn)象的理解與應(yīng)用1．全反射現(xiàn)象理解要點(diǎn)(1)光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對(duì)而言的．同一種介質(zhì)，相對(duì)于其他不同的介質(zhì)，可能是光密介質(zhì)，也可能是光疏介質(zhì)．(2)光從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時(shí)，入射角大于折射角；光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，入射角小于折射角．(3)假如光線從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，則無論入射角多大，都不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象．2．光導(dǎo)纖維(1)結(jié)構(gòu)：光導(dǎo)纖維(簡稱光纖)，是一種透亮的玻璃纖維絲，由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率，即內(nèi)芯是光密介質(zhì)，外套是光疏介質(zhì)．(2)原理：光在光纖的內(nèi)芯中傳播，每次射到內(nèi)、外層的界面上時(shí)，都要求入射角大于臨界角，從而發(fā)生全反射．3．一個(gè)半圓柱形玻璃磚，其橫截面是半徑為R的半圓，AB為半圓的直徑，O為圓心，如圖所示．玻璃的折射率為n＝eq\r(2).(1)一束平行光垂直射向玻璃磚的下表面，若光線到達(dá)上表面后，都能從該表面射出，則入射光束在AB上的最大寬度為多少？(2)一細(xì)束光線在O點(diǎn)左側(cè)與O相距eq\f(\r(3),2)R處垂直于AB從下方入射，求此光線從玻璃磚射出點(diǎn)的位置．答案：(1)eq\r(2)R(2)見解析解析：(1)在O點(diǎn)左側(cè)，設(shè)從E點(diǎn)射入的光線進(jìn)入玻璃磚后在上表面的入射角恰好等于全反射的臨界角θ，則OE區(qū)域的入射光線經(jīng)上表面折射后都能從玻璃磚射出，如圖．由全反射條件有sinθ＝eq\f(1,n)①由幾何關(guān)系有OE＝Rsinθ②由對(duì)稱性可知，若光線都能從上表面射出，光束的寬度最大為l＝2OE③聯(lián)立①②③式，代入已知數(shù)據(jù)得l＝eq\r(2)R.④(2)設(shè)光線在距O點(diǎn)eq\f(\r(3),2)R的C點(diǎn)射入后，在上表面的入射角為α，由幾何關(guān)系及①式和已知條件得α＝60°>θ⑤光線在玻璃磚內(nèi)會(huì)發(fā)生三次全反射，最終由G點(diǎn)射出，如圖．由反射定律和幾何關(guān)系得OG＝OC＝eq\f(\r(3),2)R⑥射到G點(diǎn)的光有一部分被反射，沿原路返回到達(dá)C點(diǎn)射出．4.一湖面上有一伸向水面的混凝土觀景臺(tái)，圖示是其截面圖，觀景臺(tái)下表面恰好和水面相平，A為觀景臺(tái)右側(cè)面在湖底的投影，水深h＝4m．在距觀景臺(tái)右側(cè)面x＝4m處有一可沿豎直方向移動(dòng)的單色點(diǎn)光源S，在該光源從距水面高3m處向下移動(dòng)到接近水面的過程中，觀景臺(tái)水下被照亮的最遠(yuǎn)距離為AC，最近距離為AB，且AB＝3m．求：(1)該單色光在水中的折射率；(2)AC的距離．答案：(1)eq\f(4,3)(2)eq\f(12\r(7),7)m(或4.5m)解析：(1)如圖所示，點(diǎn)光源S在距水面高3m處發(fā)出的光在觀景臺(tái)右側(cè)面與水面交接處折射到水里時(shí)，被照亮的距離為最近距離AB，則：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)點(diǎn)光源S接近水面時(shí)，光在觀景臺(tái)右側(cè)面與水面交接處折射到水里時(shí)，被照亮的距離為最遠(yuǎn)距離AC，此時(shí)，入射角為90°，折射角為臨界角C則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)．專題三光的干涉、衍射與偏振1．光的干涉(1)產(chǎn)生條件：兩列頻率相同，相位差恒定的單色光在相互覆蓋的區(qū)域發(fā)生疊加，會(huì)出現(xiàn)明暗相間的條紋，產(chǎn)生亮條紋的條件是雙縫到光屏某點(diǎn)的路程差等于光波半波長的偶數(shù)倍，產(chǎn)生暗條紋的條件是雙縫到光屏某點(diǎn)的路程差等于光波半波長的奇數(shù)倍．(2)條紋間距：明紋之間或暗紋之間的距離總是相等的，依據(jù)公式Δx＝eq\f(l,d)λ，在狹縫間距離和狹縫與屏距離都不變的條件下，條紋的間距跟波長成正比．(3)薄膜干涉：薄膜干涉的明暗條紋由薄膜的前后兩個(gè)表面反射的兩列光波疊加而成．劈形薄膜干涉可產(chǎn)生等間距的條紋．2．光的衍射(1)光離開直線路徑繞到障礙物陰影里去的現(xiàn)象，叫光的衍射．(2)產(chǎn)生明顯衍射的條件：障礙物或孔的尺寸跟光的波長差不多甚至比光的波長還要?。?．光的偏振光只沿著某一特定的方向振動(dòng)，稱為光的偏振，光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波．5．下列說法中正確的是(B)A．光的偏振現(xiàn)象說明光是縱波B．人耳能聽見的聲波比超聲波更易發(fā)生衍射C．光的雙縫干涉試驗(yàn)中，若僅將入射光由紅光改為紫光，則相鄰亮條紋間距肯定變大D．拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物體時(shí)，往往在鏡頭前加裝一個(gè)偏振片以增加透射光的強(qiáng)度解析：光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；人耳能聽見的聲波波長比超聲波波長長，所以人耳能聽見的聲波比超聲波更易發(fā)生衍射，選項(xiàng)B正確；光的雙縫干涉試驗(yàn)中，若僅將入射光由紅光改為紫光，則相鄰亮條紋間距肯定變小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物體時(shí)，往往在鏡頭前加裝一個(gè)偏振片是為了濾去玻璃反射的光，選項(xiàng)D錯(cuò)．6．(多選)英國物理學(xué)家托馬斯·楊奇妙地解決了相干光源問題，第一次在試驗(yàn)室視察到了光的干涉現(xiàn)象．右圖為試驗(yàn)裝置簡圖，M為豎直線狀光源，N和O均為有狹縫的遮光屏，P為像屏．現(xiàn)有四種刻有不同狹縫的遮光屏，試驗(yàn)時(shí)正確的選擇是(AC)A．N應(yīng)選用遮光屏1B．N應(yīng)選用遮光屏3C．O應(yīng)選用遮光屏2D．O應(yīng)選用遮光屏4解析：依據(jù)雙縫干涉的原理可知，N應(yīng)選用單縫遮光屏1，O應(yīng)選用雙縫遮光屏2，故A、C正確．專題四折射定律的應(yīng)用平行玻璃磚三棱鏡光路圖對(duì)光線的作用通過平行玻璃磚的光線不變更傳播方向，但要發(fā)生側(cè)移通過三棱鏡的光線經(jīng)過兩次折射后，出射光線向棱鏡底面偏折探討側(cè)移d的大小取決于平行玻璃磚的厚度h、平行玻璃磚對(duì)光線的折射率n和光線的入射角θ1，d＝hsinθ1·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(cosθ1,\r(n2－sin2θ1))))偏向角θ跟棱鏡的材料有關(guān)．折射率越大，偏向角越大．因同一介質(zhì)對(duì)各種色光的折射率不同，所以各種色光的偏向角也不同，形成色散現(xiàn)象(續(xù)表)平行玻璃磚三棱鏡應(yīng)用實(shí)例測定玻璃的折射率全反射棱鏡，變更光的行進(jìn)方向(90°、180°)7．半圓形玻璃磚的橫截面如圖所示，O點(diǎn)為圓心，OO′為直徑MN的垂線，足夠大的光屏PQ與直徑MN垂直并接觸于N點(diǎn)，已知半圓形玻璃磚的半徑R＝15cm，折射率n＝eq\r(3).一細(xì)束激光沿半徑方向射向圓心O點(diǎn)，入射光線與OO′夾角θ＝30°，光屏PQ上出現(xiàn)兩個(gè)光斑，則這兩個(gè)光斑之間的距離為(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：光線在MN面上發(fā)生反射和折射，在豎直光屏PQ上出現(xiàn)兩個(gè)光斑，依據(jù)折射定律結(jié)合幾何關(guān)系求出兩個(gè)光斑之間的距離．畫出光路圖如圖所示，設(shè)折射角為r，依據(jù)折射定律：n＝eq\f(sinr,sinθ)則得：sinr＝nsinθ＝eq\r(3)×sin30°＝eq\f(\r(3),2)解得：r＝60°依據(jù)幾何關(guān)系，兩個(gè)光斑之間的距離為：L＝Rtan60°＋Rtan30°＝15×eq\r(3)cm＋15×eq\f(\r(3),3)cm＝20eq\r(3)cm.故D正確．8．如圖所示，某三棱鏡的截面是始終角三角形，棱鏡材料的折射率