高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第四章 光综合与测试学案

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第四章 光综合与测试学案，共8页。

知识体系·思维导图
考点整合·素养提升
考点 光的干涉
角度1双缝干涉(难度☆☆☆)
1．光能够发生干涉的条件：两束光的频率相同，振动步调相同。
2．亮暗条纹的判断方法：
如图所示，光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1。
当Δr＝±kλ(k＝0，1，2…)时，光屏上P′处出现亮条纹。
当Δr＝±(2k＋1) eq \f(λ,2) (k＝0，1，2…)时，光屏上P′处出现暗条纹。
3．用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白条纹，两侧为彩色条纹。
4．双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即Δx＝ eq \f(l,d) λ。
角度2薄膜干涉(难度☆☆☆)
1．形成原因：如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加。
2．亮暗条纹的判断方法：
两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr，等于薄膜厚度的2倍。
在P1、P2处，Δr＝±nλ(n＝1，2，3…)，薄膜上出现亮条纹。
在Q处，Δr＝±(2n＋1) eq \f(λ,2) (n＝0，1，2，3…)，薄膜上出现暗条纹。
3．条纹特点：
①单色光：亮暗相间的水平条纹；
②白光：彩色水平条纹。
4．应用：干涉法检查平面如图所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检平面是平整光滑的，会观察到平行且等间距的亮暗相间的条纹；若被检平面不平整，则干涉条纹发生弯曲。
1．如图甲所示，利用激光器发射出的激光照射到双缝上，在双缝后面的光屏上能呈现出明、暗相间的干涉条纹。若实验中仅改变某一个实验条件、而其他条件均不变的情况下，得到的干涉图样分别如图乙和丙所示。对于这两次实验，下列说法中正确的是( )
A.由于选用的激光器不同，乙图对应的激光的频率较高
B．双缝到光屏的距离l不同，乙图对应的l较大
C．双缝的间距不同，乙图对应的间距较大
D．激光器到双缝的距离不同，乙图对应的距离较大
【解析】选B。根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝ eq \f(l,d) λ知，波长λ大的干涉条纹间距Δx大，而乙图的干涉条纹间距较大，所以乙图对应的光波波长较长，频率较小，故A错误；根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝ eq \f(l,d) λ知，乙图对应的干涉条纹间距Δx较大，则乙图双缝到光屏的距离l较大，故B正确；根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝ eq \f(l,d) λ知，乙图的干涉条纹间距Δx较大，则可能是乙图对应的双缝间距d较小，故C错误；光源到双缝的距离不影响双缝干涉条纹的间距，故D错误。
2.(2021·扬州高二检测)竖直放置的肥皂膜在阳光照耀下，由于前后表面反射光通过的路程不同，形成两列相干光，薄膜上会呈现出彩色条纹。若一肥皂膜由于受重力和液体表面张力的共同影响，其竖直方向的截面如图所示，则光通过该肥皂膜产生的干涉条纹与下列哪个图基本一致( )
【解析】选B。薄膜干涉为前后两个面反射回来的光发生干涉形成干涉条纹，故从肥皂薄膜观察到水平干涉条纹，用复色光时出现彩色条纹，由于重力作用，肥皂膜前后表面的厚度从上到下逐渐增大，从而使干涉条纹的间距变密，故B正确，A、C、D错误。
考点1 折射定律和折射率(难度☆☆☆)
1．关于折射率的“五知道”：
(1)公式n＝ eq \f(sin θ1,sin θ2) 中，不论光是从真空射入介质，还是从介质射入真空，θ1总是真空中的光线与法线间的夹角，θ2总是介质中的光线与法线间的夹角。
(2)折射率的大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中传播速度的大小v＝ eq \f(c,n) 。
(3)折射率与入射角的大小无关，与介质的密度无关，光密介质不是指密度大的介质。
(4)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。
(5)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率不变。
2．光路的可逆性：在光的折射现象中，光路是可逆的。如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射。
3．解决光的折射问题的思路：
(1)根据题意画出正确的光路图。
(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角均以法线为标准。
(3)利用折射定律、折射率公式求解。
(4)注意：在折射现象中光路是可逆的。
考点2 全反射(难度☆☆☆☆)
1．解答全反射类问题的技巧：
(1)解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的两个条件。
①光必须从光密介质射入光疏介质。
②入射角大于或等于临界角。
(2)利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符。
2．求解光的折射、全反射问题的四点提醒：
(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)如果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。
(3)光的反射和全反射现象，均遵循光的反射定律，光路均是可逆的。
(4)当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射。
1．如图甲所示，为研究一半圆柱体透明新材料的光学性质，用激光由真空沿半圆柱体的径向射入，入射光线与法线成θ角，由光学传感器CD可以探测反射光的强度。实验获得从AB面反射回来的反射光的强度随θ角变化的情况如图乙所示。光在真空中传播速度为c，则该激光在这种透明新材料中( )
A.折射率为 eq \f(\r(3),2)
B．传播速度为 eq \f(\r(3),2) c
C．θ＝0°时，反射光强度为0
D．反射光的强度随θ角的增大而增大
【解析】选B。根据图像可得当θ＝60°时激光发生全反射，根据折射定律得n＝ eq \f(1,sin θ) ＝ eq \f(2\r(3),3) ，故A错误；根据速度公式v＝ eq \f(c,n) ＝ eq \f(\r(3),2) c，故B正确；θ＝0°时大量的激光从O点射出，少量激光反射经过C点，故C错误；根据图像可得当θ＝60°时激光发生全反射，反射光的强度不变，故D错误。
2.如图所示，某种透明介质的截面图由直角三角形AOC和圆心为O、半径为R的四分之一圆弧BC组成，其中∠A＝60°。一束单色光从D点垂直AB面射入透明介质中，射到圆弧BC上时恰好发生全反射。已知D点与O点之间的距离为 eq \f(R,\r(2)) ，光在真空中的传播速度为c。求：
(1)单色光在介质中的传播速度v；
(2)单色光第一次射出介质时折射角θ。
【解析】(1)设介质的临界角为∠1，则
sin ∠1＝ eq \f(1,n)
sin ∠1＝ eq \f(OD,OE) ＝ eq \f(\r(2),2)
解得∠1＝45°，n＝ eq \r(2)
根据折射率与速度的关系有
n＝ eq \f(c,v)
解得v＝ eq \f(c,\r(2))
(2)EF与AB平行
∠3＝90°－∠EFC＝90°－ ∠A＝30°
根据折射定律有n＝ eq \f(sin θ,sin ∠3)
解得θ＝45°
答案：(1) eq \f(c,\r(2)) (2)45°