人教版江苏专用高中物理选择性必修第一册第4章章末综合提升学案

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主题1　几何光学的基本原理及应用几何光学研究的是光线传播的规律，主要包括五条基本规律。1．光的直线传播规律。2．光的反射定律(1)反射光线与入射光线、法线在同一平面内，反射光线、入射光线分居在法线两侧。(2)反射角等于入射角。3．光的折射定律折射光线与入射光线、法线在同一平面内，折射光线、入射光线分居法线两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。公式：n12＝eq \f(sin θ1,sin θ2)。其中θ1为入射光线与法线的夹角，θ2为折射光线与法线的夹角。4．光的全反射规律 发生全反射的条件是：(1)由光密介质射向光疏介质； (2)入射角θ≥临界角C，其中sin C＝eq \f(1,n)。5．光的可逆原理在反射、折射和直线传播中，光路都是可逆的。【典例1】　如图所示，一棱镜的截面为直角三角形ABC，∠A＝30°，斜边AB＝a。棱镜材料的折射率为eq \r(2)。在此截面所在的平面内，一条光线以45°的入射角从AC边的中点M射入棱镜。画出光路图，并求光线从棱镜射出的点的位置(不考虑光线沿原路返回的情况)。[解析]　设入射角为θ1，折射角为θ2，由折射定律得eq \f(sin θ1,sin θ2)＝n　①由已知条件及①式得θ2＝30°　②如果入射光线在法线的右侧，光路图如图甲所示。设出射点为F，由θ2＝30°得光线垂直于AB射出，且由几何关系可得AF＝eq \f(3,8)a　③甲即出射点在AB边上离A点eq \f(3,8)a的位置。如果入射光线在法线的左侧，光路图如图乙所示。乙设折射光线与AB边的交点为D。由几何关系可知，在D点的入射角θ＝60°　④设全反射的临界角为C，则sin C＝eq \f(1,n)　⑤由⑤式和已知条件得C＝45°　⑥因此，光在D点发生全反射。设此光线的出射点为E，由几何关系得∠DEB＝90°，BD＝a－2AF　⑦BE＝BDsin 30°　⑧联立③⑦⑧式得BE＝eq \f(1,8)a即出射点在BC边上离B点eq \f(1,8)a的位置。[答案]　见解析[一语通关]　(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　全反射和临界角的综合问题分析光的全反射、临界角问题的一般思路(1)确定光是由光疏介质进入光密介质，还是由光密介质进入光疏介质。(2)若光是由光密介质进入光疏介质，根据公式sin C＝eq \f(1,n)确定临界角。(3)画出恰好发生全反射的光路图，利用几何知识分析边、角关系，找出临界角。(4)以恰好发生全反射的光线为比较对象来判断其他光线是否发生全反射，从而画出其他光线的光路图。【典例2】　如图所示，△ABC是一直角三棱镜的横截面，∠A＝90°，∠B＝60°。一细光束从BC边的D点折射后，射到AC边的E点，发生全反射后经AB边的F点射出。EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中点。不计多次反射。(1)求出射光相对于D点的入射光的偏角；(2)为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？[解析]　(1)光线在BC面上发生折射，由折射定律有sin i1＝nsin r1　①式中，n为棱镜的折射率，i1和r1分别是该光线在BC面上的入射角和折射角。光线在AC面上发生全反射，由反射定律有i2＝r2②式中i2和r2分别是该光线在AC面上的入射角和反射角。光线在AB面上发生折射，由折射定律有nsin i3＝sin r3　③式中i3和r3分别是该光线在AB面上的入射角和折射角。由几何关系得i2＝r2＝60°，r1＝i3＝30°　④F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为δ＝(180°－i2－r2)＋(r3－i3)－(i1－r1)　⑤由①②③④⑤式得δ＝60°。　⑥(2)光线在AC面上发生全反射，光线在AB面上不发生全发射，有sin i2≥sin C>sin i3　⑦式中C是全反射临界角，满足nsin C＝1　⑧由④⑦⑧式知，棱镜的折射率n的取值范围应为eq \f(2\r(3),3)≤n<2。[答案]　(1)60°　(2)eq \f(2\r(3),3)≤n<2 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】　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干涉形成的图样是(　　)A　　　　　　　　　BC　　　　　　　　　DA　[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选项是红光的干涉图样，C选项是紫光的干涉图样；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选项是紫光单缝衍射图样，D选项为红光单缝衍射图样。综上所述，选项A是红光干涉形成的图样。][一语通关]　(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。　　名称项目单缝衍射双缝干涉不同点产生条件只要狭缝足够小，任何光都能发生频率相同的两列光波相遇叠加条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相等 相同点成因都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或削弱的结果意义都是波特有的现象，表明光是一种波