教科版高中物理选择性必修第一册第4章章末综合提升学案

这是一份教科版高中物理选择性必修第一册第4章章末综合提升学案，共19页。

主题1　光的折射、全反射1．解决光的折射问题的常规思路(1)根据题意画出正确的光路图。(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、折射角均是光线与法线的夹角。(3)利用折射定律、折射率公式列式求解。2．有关全反射定律的应用技巧(1)首先判断光是否从光密介质进入光疏介质，如果是，下一步就要再利用入射角和临界角的关系进一步判断，如果不是则直接应用折射定律解题即可。(2)分析光的全反射时，根据临界条件找出临界状态是解决这类题目的关键。(3)当发生全反射时，仍遵循光的反射定律和光路可逆性。【典例1】　(2021·海南卷)如图，长方体玻璃砖的横截面为矩形MNPQ，MN＝2NP，其折射率为eq \r(2)。一束单色光在纸面内以α＝45°的入射角从空气射向MQ边的中点O，则该束单色光(　　)A．在MQ边的折射角为60°B．在MN边的入射角为45°C．不能从MN边射出D．不能从NP边射出C　[光线从O点入射，设折射角为β，由折射定律有sin α＝nsin β，解得β＝30°，即该束单色光在MQ边的折射角为30°，故A错误；作出光路图如图所示。由几何关系可知光在MN边的入射角为60°，故B错误；设光在玻璃砖与空气界面发生全反射的临界角为C，有sin C＝eq \f(1,n)＝eq \f(\r(2),2)，即C＝45°，而光在MN边的入射角大于45°，所以光在MN边发生全反射，不能从MN边射出，故C正确；根据几何关系可知光在A点发生全反射后到达NP边的B点时的入射角为30°，小于全反射临界角，所以光在B点折射出玻璃砖，故D错误。故选C。](1)根据题意画出正确的光路图。(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、折射角的确定。(3)利用折射定律求解。 主题2　两面平行的玻璃砖对光路的影响光从玻璃砖上表面处折射进入玻璃中，再从下表面折射出玻璃时，满足发生全反射的条件之一，即光由光密介质(玻璃)进入光疏介质(空气)，那么是否可能在玻璃砖下表面上发生全反射呢？答案是不可能。这是由于玻璃砖上、下两个表面是平行的，在下表面处的入射角等于上表面处的折射角，如图所示。由光路的可逆性可知在玻璃砖下表面处是不可能发生全反射现象的，但光线发生了侧移。两面平行的玻璃砖对光路的影响有以下几个方面：(1)不改变入射光的性质和方向，只使光线向偏折方向平行侧移，且入射角(i)、玻璃砖厚度(a)和折射率(n)越大，侧移越大。(2)平行光照射到平行玻璃砖上，入射光的宽度等于出射光的宽度，而玻璃砖中折射光的宽度随入射角的增大而减小。(3)从平行玻璃砖的正上方观察玻璃砖下面的发光体，观察到的位置比发光体实际位置更接近玻璃砖。【典例2】　如图所示，宽为a的平行光束从空气斜射到两面平行的玻璃板上表面，入射角i＝45°，光束中包含两种波长的光，玻璃板对这两种波长光的折射率分别为n1＝1.5，n2＝eq \r(3)。(1)求每种波长的光射入上表面后的折射角r1、r2；(2)为使光束从玻璃板下表面出射时能分成不交叠的两束，玻璃板的厚度d至少为多少？并画出光路示意图。[解析]　(1)由eq \f(sin i,sin r)＝n，得sin r1＝eq \f(sin i,n1)＝eq \f(\r(2),3)，sin r2＝eq \f(sin i,n2)＝eq \f(\r(6),6)，故r1＝arcsineq \f(\r(2),3)，r2＝arcsineq \f(\r(6),6)。(2)光路图如图所示，为使光束从玻璃板下表面出射时能分成不交叠的两束，玻璃板的最小厚度记为dmin，由图可得dmintan r1－dmintan r2＝eq \f(a,cos i)dmin＝eq \f(a,cos i（tan r1－tan r2）)其中tan r1＝taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(arcsin\f(\r(2),3)))＝eq \r(\f(2,7))tan r2＝taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(arcsin\f(\r(6),6)))＝eq \r(\f(1,5))解得dmin＝eq \f(（7\r(10)＋10\r(7)）a,3)。[答案]　(1)arcsineq \f(\r(2),3)　arcsineq \f(\r(6),6)(2)eq \f(（7\r(10)＋10\r(7)）a,3)　光路图见解析图所示 主题3　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波频率相同，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小孔的尺寸跟光的波长相差不多，甚至比光的波长还要小。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．单缝衍射与双缝干涉的比较【典例3】　(多选)如图所示的四种明暗相间的条纹，是红光、紫光分别通过同一个双缝干涉仪形成的干涉图样和通过同一个单缝形成的衍射图样。图中黑色部分代表亮条纹，下列四幅图中由红光形成的图样是(　　)A　　　　　　　BC　　　　　　　DAD　[双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，故A、C是双缝干涉图样，根据双缝干涉条纹间距Δx＝eq \f(L,d)λ可知波长λ越大，Δx越大，故A是红光的干涉图样，C是紫光的干涉图样；单缝衍射条纹中间明亮且宽度大，越向两侧宽度越小越暗，且波长越大，中央亮条纹就越宽，故B是紫光单缝衍射图样，D为红光单缝衍射图样。综上所述，A、D是红光形成的图样。](1)根据条纹的宽度区分：双缝干涉的条纹是等宽的，条纹间的距离也是相等的；而单缝衍射的条纹，中央亮条纹最宽，两侧的条纹变窄。(2)根据亮条纹的亮度区分：双缝干涉条纹，从中央亮纹往两侧亮度变化很小；而单缝衍射条纹中央亮纹最亮，两侧的亮纹逐渐变暗。章末综合测评(四)　光及其应用1．光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列关于光的说法正确的是(　　)A．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象B．立体电影是应用了光的衍射现象C．在光导纤维束内传送图像是利用光的干涉现象D．光学镜头上的增透膜是利用光的偏振现象A　[用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象，故A正确；立体电影是应用了光的偏振现象，故B错误；在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象，故C错误；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，故D错误。]2．(2022·浙江6月选考)如图所示，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往大水球中央注入空气，形成了一个空气泡，气泡看起来很明亮，其主要原因是(　　)A．气泡表面有折射没有全反射B．光射入气泡衍射形成“亮斑”C．气泡表面有折射和全反射D．光射入气泡干涉形成“亮斑”C　[光线从水进入气泡时，是从光密介质进入光疏介质，满足发生全反射的条件，即气泡看起来很明亮的原因是气泡表面有折射和全反射，A错误，C正确；该现象与干涉和衍射无关，BD错误。]3．(2022·四川石室中学高二期中)如图所示，普通的DVD采用红色激光器作为读写光源，而蓝光光盘(BD－ROM)则采用蓝色激光器，由于读取激光的波长越短，则盘的记录层记录的最小凹坑长度越小，所以蓝光光盘单面最高容量比普通DVD存储量大得多，下列说法中正确的是(　　)A．红光频率高，蓝光频率低B．在光盘的透明光学传输介质层中，红光束比蓝光束传播速度更快C．若红蓝光束先后通过同一单缝衍射装置，红蓝光束的中央亮纹一样宽D．蓝光和红光的复合光经过三棱镜折射后，红光偏折程度较大B　[红光频率低，蓝光频率高，A错误；根据v＝eq \f(c,n)，在光盘的透明光学传输介质层中，红光束的折射率小，红光比蓝光束传播速度更快，B正确；若红蓝光束先后通过同一单缝衍射装置，红光的波长比蓝光长，红光的条纹宽，所以红蓝光束的中央亮纹不一样宽，红光的中央亮纹宽，C错误；蓝光和红光的复合光经过三棱镜折射后，红光的折射率较小，偏折程度较小，D错误。故选B。]4．如图所示，一束光从空气垂直射到直角棱镜的AB面上，已知棱镜材料的折射率为eq \r(2)，则这束光进入棱镜后的光路图应为下面四个图中的(　　)A　　　　　B　　　　　C　　　　　DD　[由sin C＝eq \f(1,n)可知全反射临界角为45°。光线与AC面交界处入射角为60°，大于临界角，因此在斜边会发生全反射，故A错误；光线与底面交界处入射角为30°，小于临界角，从底边射出，发生折射和反射现象，且折射角大于入射角。故B、C错误，D正确。]5．如图所示，发出白光的细线光源ab，长度为l0，竖直放置，上端a恰好在水面以下。现考虑线光源ab发出的靠近水面法线(图中的虚线)的细光束经水面折射后所成的像，由于水对光有色散作用，若以l1表示红光成的像的长度，l2表示蓝光成的像的长度，则(　　)A．l1＜l2＜l0　 B．l1＞l2＞l0C．l2＞l1＞l0 D．l2＜l1＜l0D　[由视深公式h′＝eq \f(h,n)，可知，细线光源ab的像长l＝eq \f(l0,n)。因为介质的折射率n大于1，所以像长l＜l0。由光的色散知识可知，水对红光的折射率n1小于水对蓝光的折射率n2，由l1＝eq \f(l0,n1)和l2＝eq \f(l0,n2)可得l1＞l2。]6.(2021·北京卷)如图所示的平面内，光束a经圆心O射入半圆形玻璃砖，出射光为b、c两束单色光。下列说法正确的是(　　)A．这是光的干涉现象B．在真空中光束b的波长大于光束c的波长C．玻璃砖对光束b的折射率大于对光束c的折射率D．在玻璃砖中光束b的传播速度大于光束c的传播速度C　[光束a经圆心O射入半圆形玻璃砖，出射光为b、c两束单色光，这是光的色散现象，A错误；由题图可知光束c的折射角大于光束b的折射角，根据折射定律可知ncλ2，M是波长为λ1的光出射位置D．λ1>λ2，N是波长为λ1的光出射位置D　[由双缝干涉条纹间距的公式Δx＝eq \f(λL,d)可知，当两种色光通过同一双缝干涉装置时，波长越长条纹间距越宽，由屏上亮条纹的位置可知λ1>λ2，反射光经过三棱镜后分成两束色光，由图可知M光的折射角大，又由折射定律可知，入射角相同时，折射率越大的色光折射角越大，由于λ1>λ2，则n1