2019-2020学年高中物理 第十三章 光 章末优化总结课件 新人教版选修3-4

章末优化总结01核心素养规律归纳02热点素养分类聚焦章末过关检测核心素养构建物理观念：光的反射现象、光的折射现象、折射率、光疏介质、光密介质、全反射、临界角、光的干涉现象、光的衍射现象、光的偏振现象、偏振光、色散、光谱、薄膜干涉、激光、全息照相科学思维：(1)光的反射定律、光的折射定律、折射率与光速的关系(2)应用数学关系进行全反射规律的分析(3)产生干涉现象的条件及双缝干涉的分析(4)薄膜干涉的成因科学探究：(1)用双缝干涉测量光的波长(2)明显衍射现象的条件科学态度与责任：(1)光导纤维在生产、生活中的应用(2)衍射现象及偏振现象的应用，增透膜、激光的应用规律总结归纳1.光的反射(1)定义：光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质的现象．(2)反射定律：反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角．2.光的折射(1)定义：光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时，一部分光进入第2种介质的现象．(2)折射定律：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即sinθ1sinθ2＝n12.3.折射率的定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，简称折射率，即n＝sinθ1sinθ2.4.折射率与光速的关系：某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝cv.5.全反射及发生条件(1)全反射：光从光密介质射入光疏介质时，若入射角增大到某一角度，折射光线就会消失，只剩下反射光线的现象．(2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90°时的入射角．用字母C表示．sinC＝1n.6.光的干涉(1)光产生干涉的条件：两束光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同．杨氏双缝干涉实验是靠“一分为二”的方法获得两个相干光源的．(2)明暗条纹条件①若满足路程差为波长的整数倍，即Δr＝kλ(其中k＝0,1,2,3，…)，则出现亮条纹．②若满足路程差为半波长的奇数倍，即Δr＝2k＋12λ(其中k＝0,1,2,3，…)，则出现暗条纹．7.光的衍射：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了直线传播的方向，在屏上应该出现阴影的区域出现明条纹或亮斑，应该属于亮区的地方也会出现暗条纹或暗斑的现象．8.偏振光：自然光垂直透过某一偏振片后，其振动方向沿着偏振片的透振方向，即在垂直于传播方向的平面上，只沿着某一特定方向振动，这样的光称为偏振光．9.光的色散：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象．10.激光的特点：相干性好、平行度好、亮度高.素养1物理观念——光学中基本概念的形成、提炼及升华[典例1]下列光学现象的说法正确的是()A．用光导纤维束传送图像信息，这是光的衍射的应用B．太阳光通过三棱镜形成彩色光谱，这是光的干涉的结果C．在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时的景物可使景象更清晰D．透过平行于日光灯的窄缝看正常发光的日光灯时能观察到彩色条纹，这是光的色散现象[解析]用光导纤维束传送图像信息，这是光的全反射的应用，选项A错误；太阳光通过三棱镜形成彩色光谱，这是光的色散现象，是光的折射的结果，选项B错误；在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时的景物，可减弱反射光，从而使景象更清晰，选项C正确；透过平行于日光灯的窄缝看正常发光的日光灯时能观察到彩色条纹，这是光的衍射现象，选项D错误．[答案]C1．光射到两种不同介质的分界面，分析其后的传播情形可知()A．折射现象的出现说明光是纵波B．光总会分为反射光和折射光C．光的反射光线、折射光线与入射光线不可能共线D．发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同解析：光的折射不能反映光是纵波还是横波，由光的偏振现象可知光是横波，选项A错误；当光从光密介质射入光疏介质，且入射角大于等于临界角时，发生全反射现象，没有折射光，选项B错误；当光线垂直于界面入射时，反射光线、折射光线与入射光线同线，选项C错误；发生折射是因为光的传播速度在不同介质中不同，选项D正确．答案：D素养2科学思维——光学中模型构建及数学方法的应用[典例2]如图所示，△ABC为一直角三棱镜的截面，其顶角α＝30°，P为垂直于直线BCO的光屏，现有一宽度等于AB的单色平行光束垂直射向AB面，结果在屏P上形成一宽度等于23AB的光谱带，求棱镜对该单色光的折射率．若是宽度等于AB的白光垂直射向AB面，则屏上被照亮的部分有何变化？说明理由．[解析]如图所示，当单色平行光束垂直射向AB面时，入射光线在AC面上折射，折射角γ＝α＋θ，而tanθ＝DEAD，因为EC＝23AB，所以DE＝13AB，AD＝BC＝ABtanα，所以tanθ＝13ABABtanα＝13tanα＝33.由以上各式解得θ＝30°，γ＝60°，n＝sinγsinα＝3.若是白光垂直射向AB面，光线在AC面上发生折射产生色散现象，红光偏折角最小，紫光偏折角最大，所以光屏P上被照亮部分变宽，且上边缘为红色，下边缘为紫色．[答案]3见解析[点评]有关光学与数学结合问题的解题思路：(1)画出正确的光路图．(2)找出入射角、反射角和折射角的关系．(3)利用折射定律求解问题时，若涉及全反射问题首先找出临界角C，再通过反射定律和几何关系求解．2.如图所示，三角形ABC是由折射率为2的某种透明物质制成的直角三棱镜的横截面(O为AB的中点)，∠A＝30°.一束光线在纸面内从O点射入棱镜，光线与AB面间的夹角为α.若不考虑光线在AB和BC面上的反射，则：(1)若α＝45°，请作出光路图并标明相应角度．(2)要使射入O点的光线能从AC面射出，夹角α(0°＜α＜90°)应满足什么条件？结果可用反三角函数表示．解析：(1)光线射向AB面的入射角θ1＝45°，由折射定律有sinθ1sinθ2＝2，解得θ2＝30°，设该透明物质的临界角为C，则sinC＝12，解得C＝45°，光线射向AC面的入射角θ3＝90°－θ2＝60°＞C，故发生全反射．而θ4＝θ3，故反射光线垂直于BC面从棱镜射出，光路图如图所示．(2)由几何关系可知，射向AC面的光线恰好发生全反射时θ′2＝15°，设此时光线与AB面的夹角为α1，则有sin90°－α1sin15°＝2，解得α1＝arccos3－12.当α角为90°时，射向AC的光线入射角为30°，不会发生全反射，故要使射入O点的光线能从AC面射出，夹角α应满足arccos3－12＜α90°.答案：(1)图见解析(2)arccos3－12＜α90°素养3科学探究——光学中设计对光的波长的测量或玻璃折射率的计算实验[典例3]在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，若已知双缝间的距离d.(1)若测定绿光的波长，应选用________色的滤光片．实验时需要测定的物理量有________和________．(2)已知双缝到光屏之间的距离L＝500mm，双缝之间的距离d＝0.50mm，单缝到双缝之间的距离s＝100mm，某同学在用测量头测量时，调整手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准A条亮纹的中心，然后他继续转动，使分划板中心刻线对准B条亮纹的中心，前后两次游标卡尺的读数如图所示．则入射光的波长λ＝________m(结果保留两位有效数字)．(3)实验中发现条纹太密，难以测量，可以采用的改善办法有________．A．改用波长较长的光(如红光)作为入射光B．增大双缝到屏的距离C．增大双缝到单缝的距离D．增大双缝间距[解析](1)由于测量绿光的波长，因此应用绿色滤光片．由Δx＝ldλ可知要想测λ必须测定双缝到屏的距离l和相邻条纹间距Δx.(2)游标卡尺读数精确度为0.1mm，A位置主尺读数为11mm，游标尺读数为1×0.1mm＝0.1mm，读数为x1＝11mm＋0.1mm＝11.1mm，同理B位置读数为x2＝15.6mm，则条纹间距Δx＝x2－x17≈0.64mm.利用λ＝dLΔx＝6.4×10－7m.(3)由Δx＝ldλ可知，要增大条纹间距，可用波长更长的入射光或增大双缝到屏的距离，故选项A、B正确．[答案](1)绿双缝到屏的距离相邻条纹间距(2)6.4×10－7(3)AB3．某同学用插针法测定一半圆柱形玻璃砖的折射率，实验后留下的痕迹如图所示，设AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长度为l3，DO的长度为l4，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，只需用刻度尺测量________和________(均选填l1、l2、l3或l4)，则玻璃砖的折射率可表示为n＝________.解析：根据光的折射定律可知，玻璃的折射率为n＝sinisinr，由题图可知，sini＝ABOB，sinr＝CDOC，显然OB、OC为圆半径，有OB＝OC，解得n＝ABCD，所以需要用刻度尺测量l1和l3，即n＝l1l3.答案：l1l3l1l3素养4科学态度与责任——光学现象在生活、生产、科技中的应用[典例4]登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力．有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减少紫外线对眼睛伤害的眼镜．他选用的薄膜材料的折射率为n＝1.5，所要消除的紫外线的频率为f＝8.1×1014Hz，那么他设计的这种“增反膜”的厚度至少是()A．9.25×10－8mB．1.85×10－7mC．1.23×10－7mD．6.18×10－8m[解析]为了减少进入眼睛的紫外线，应使入射光分别从该膜的前后两个表面反射出来形成的光叠加后加强，则光程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)应等于光在薄膜中的波长λ′的整数倍，即2d＝Nλ′(N＝1,2，…)因此，薄膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的12.紫外线在真空中的波长是λ＝cf≈3.7×10－7m，在膜中的波长是λ′＝λn≈2.467×10－7m，故膜的厚度至少是1.23×10－7m.[答案]C4.如图所示，为了观察门外情况，可在门上开一小圆孔，将一块圆柱形玻璃嵌入其中，圆柱体轴线与门面垂直．从圆柱底面中心看出去，可以看到的门外入射光线与轴线间的最大夹角称为视场角．已知该玻璃的折射率为n，圆柱长为l，底面半径为r，则视场角是()A．arcsinnlr2＋l2B．arcsinnrr2＋l2C．arcsinrnr2＋l2D．arcsinlnr2＋l2解析：门外光线经圆柱形玻璃折射后进入眼睛，其光路如图．据折射定律得n＝sinθ1sinθ2①据几何关系得sinθ2＝rr2＋l2②解得sinθ1＝nrr2＋l2则θ1＝arcsinnrr2＋l2，故B选项正确．答案：B