2020版新教材高中物理 主题3 光及其应用 阶段复习课4课件 新人教版必修第一册

主题3光及其应用阶段复习课巩固层整合知识[自我校对]①cv②sinisinr③光疏介质④临界角⑤1n⑥必须是相干光源⑦缝、孔的大小小于等于波长⑧横波提升层强化能力光的折射、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)首先判断是否为光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．【例1】Morpho蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒，这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉．电子显微镜下鳞片结构的示意图见图．一束光以入射角i从a点入射，经过折射和反射后从b点出射．设鳞片的折射率为n，厚度为d，两片之间空气层厚度为h.取光在空气中的速度为c，求光从a到b所需的时间t.解析：设光在鳞片中的折射角为r，折射定律sini＝nsinr在鳞片中传播的路程l1＝2dcosr，传播速度v＝cn，传播时间t1＝l1v解得t1＝2n2dcn2－sin2i同理，在空气中的传播时间t2＝2hccosi则t＝t1＋t2＝2n2dcn2－sin2i＋2hccosi答案：2n2dcn2－sin2i＋2hccosi(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)利用反射定律、折射定律求解．(4)注意在折射现象中，光路是可逆的．光学元件的特点及对光线的作用1.棱镜对光有偏折作用：一般所说的棱镜都是用光密介质制作的．入射光线经三棱镜两次折射后，射出方向与入射方向相比，向底边偏折(若棱镜的折射率比棱镜外介质的折射率小，则结论相反)．由于各种色光的折射率不同，因此一束白光经三棱镜折射后发生色散现象(红光偏折最小，紫光偏折最大)．2．全反射棱镜：横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜．选择适当的入射点可以使入射光线经过全反射棱镜的作用后偏转90°或180°，如图所示．要特别注意两种用法中光线在哪个表面发生全反射．3．玻璃砖：所谓玻璃砖一般指横截面为矩形的棱镜．当光线从上表面入射，从下表面射出时，其特点是：(1)射出光线和入射光线平行．(2)各种色光在第一次入射后就发生色散．(3)射出光线的侧移与折射率、入射角及玻璃砖的厚度有关．(4)可利用玻璃砖测定玻璃的折射率．【例2】如图所示，某三棱镜的截面是一直角三角形，棱镜材料的折射率为n，底面BC涂黑，入射光沿平行于底面BC的方向射向AB面，经AB和AC折射后射出．为了使上述入射光线能从AC面射出，求折射率n的取值范围．解析：设第一次发生折射时入射角和折射角分别为α和β，第二次发生折射时的入射角为γ则sinα＝nsinβ要在AC面上不发生全反射，要求sinγ＜1n同时由题可知：β＋γ＝90°，α＝60°因此有：n＜72.又n本身大于1，故n的取值范围：1＜n＜72答案：1＜n＜72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．波长对条纹间距的影响：无论是双缝干涉还是单缝衍射，所形成的条纹间距和宽度都随波长增加而增大．双缝干涉中相邻明纹或暗纹间距为Δx＝ldλ.【例3】表面附有油膜的透明玻璃片，当有阳光照射时，可在表面和玻璃片边缘分别看到彩色图样，则前者是________现象，后者是________现象．解析：附有油膜的玻璃片表面发生薄膜干涉而看到彩色图样，周围发生衍射也能看到彩色图样．两者原理不一样．答案：干涉衍射(1)产生干涉是有条件的，产生衍射只有明显不明显之说．(2)干涉与衍射的本质都是光波叠加的结果．拓展层链接典题1．中国古人对许多自然现象有深刻认识，唐人张志和在《玄真子·涛之灵》中写道：“雨色映日而为虹”．从物理学的角度看，虹是太阳光经过雨滴的两次折射和一次反射形成的．图是彩虹成因的简化示意图，其中a、b是两种不同频率的单色光，则两光()A．在同种玻璃中传播，a光的传播速度一定小于b光B．以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，b光侧移量小C．在同一介质中传播时两种光的频率相同D．以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是a光E．以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是b光解析：由题图可知，a光在同一介质中的折射率大，其频率大．选项C错误．根据n＝cv，知a光在玻璃中的传播速度小，选项A正确．当a、b光以相同的角度斜射到同一玻璃板上后，其光路图如右图所示，由图可知，a光的侧移量大，选项B正确．由sinC＝1n，可知a光的临界角小，即a光比b光容易发生全反射，因此在空气中只能看到一种光时，一定是b光，选项D错误，E正确．答案：ABE2．在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比，Δx1________Δx2(填“”、“”或“＝”)．若实验中红光的波长为630nm，双缝与屏幕的距离为1.00m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5mm，则双缝之间的距离为________mm.解析：由公式Δx＝Ldλ可知，Δx1＞Δx2.相邻亮条纹之间的距离为Δx＝10.55mm＝2.1mm，双缝间的距离d＝LλΔx，代入数据得d＝0.300mm.答案：＞0.3003．如图所示，玻璃球冠的折射率为3，其底面镀银，底面的半径是球半径的32倍；在过球心O且垂直于底面的平面(纸面)内，有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的M点，该光线的延长线恰好过底面边缘上的A点，求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角．解析：设球半径为R，球冠底面中心为O′，连接OO′，则OO′⊥AB.令∠OAO′＝α，有cosα＝O′AOA＝32RR①即α＝30°②由题意知MA⊥AB所以∠OAM＝60°③设图中N点为光线在球冠内底面上的反射点，所考虑的光线的光路图如图所示．设光线在M点的入射角为i，折射角为r，在N点的入射角为i′，反射角为i″，玻璃的折射率为n.由于△OAM为等边三角形，有i＝60°④由折射定律有sini＝nsinr⑤代入题给条件n＝3得r＝30°⑥作底面在N点的法线NE，由NE∥AM，有i′＝30°⑦根据反射定律，有i″＝30°⑧连接ON，由几何关系知△MAN≌△MON，故有∠MNO＝60°⑨由⑦⑨式得∠ENO＝30°⑩于是∠ENO为反射角，ON为反射光线．这一反射光线经球面再次折射后不改变方向．所以，射出玻璃球冠的光线相对于入射光线的偏角β为β＝180°－∠ENO＝150°⑪答案：150°4．如图所示，在注满水的游泳池的池底有一点光源A，它到池边的水平距离为3.0m．从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角，水的折射率为43.(1)求池内的水深；(2)一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到池面的高度为2.0m．当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45°.求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留1位有效数字)．解析：(1)如图，设到达池边的光线的入射角为i，依题意，水的折射率n＝43，光线的折射角θ＝90°.由折射定律有nsini＝sinθ①由几何关系有sini＝ll2＋h2②式中，l＝3.0m，h是池内水的深度．联立①②式并代入题给数据得h＝7m≈2.6m③(2)设此时救生员的眼睛到池边的距离为x.依题意，救生员的视线与竖直方向的夹角为θ′＝45°.由折射定律有nsini′＝sinθ′④式中，i′是光线在水面的入射角．设池底点光源A到水面入射点的水平距离为a.由几何关系有sini′＝aa2＋h2⑤x＋l＝a＋h′⑥式中h′＝2m．联立③④⑤⑥式得x＝3723－1m≈0.7m⑦答案：(1)2.6m(2)0.7m