第四章　光 章末素養(yǎng)提升 學案（含答案 學生版+教師版）

章末素養(yǎng)提升物理觀念光的幾種現象光的折射：(1)折射定律：n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，光從真空斜射入任何介質時，θ1>θ2(2)折射率與傳播速度的關系：n＝eq\f(c,v)光的全反射：(1)條件：光從________介質斜射向________介質、入射角__________臨界角(2)臨界角C計算公式：sinC＝eq\f(1,n)光的干涉：(1)雙縫干涉①條件：兩列____________、________________、_____________的光②條紋間距：Δx＝eq\f(l,d)λ③干涉圖樣：單色光是明暗相間、間隔______的條紋(2)薄膜干涉光的衍射：(1)發(fā)生明顯衍射的條件：障礙物或狹縫的尺寸____________(2)衍射圖樣：單色光是明暗相間、間隔____________的條紋(3)實例：單縫衍射、圓孔衍射、泊松亮斑光的偏振(1)偏振光與自然光的區(qū)別(2)偏振現象證明光是________波激光：(1)特點：__________________、________________、__________(2)應用：光纖通信、激光測距、激光雷達、醫(yī)療、全息照相等科學思維模型構建通過構建光路模型，解釋反射、折射等現象光的本性認識通過對光的衍射、干涉、偏振等現象的研究與理解，知道光具有波動性，對光的本性有了初步的認識科學探究1.測量玻璃的折射率；2.用雙縫干涉測量光的波長科學態(tài)度與責任通過了解光的衍射、干涉、光纖和激光技術的應用等，了解科學、技術和社會的關系例1(2022·江蘇省泰州中學期中)對下列四個有關光的實驗示意圖，分析正確的是()A．圖甲中若改變復色光的入射角，則b光先在水珠中發(fā)生全反射B．圖乙若只減小屏到擋板的距離L，則相鄰亮條紋間距離將減小C．圖丙中若得到明暗相間平行等距條紋，說明待測工件表面不平整D．若只旋轉圖丁中M或N一個偏振片，光屏P上的光斑亮度不發(fā)生變化例2(2023·江蘇南通市高二期中)一束復色光由空氣斜射向一塊平行玻璃磚(玻璃磚較厚)，經折射分成兩束單色光a、b，已知a光是紅光，b光是紫光。下列光路圖正確的是()例3如圖甲所示是由透明材料制成的半圓柱體，一束細光束由真空沿著徑向與AB成θ角射入，對射出的折射光線的強度隨θ角的變化進行記錄，得到的關系如圖乙所示。圖丙是這種材料制成的透明體，左側是半徑為R的半圓，右側是長為8R、高為2R的長方體，一束單色光從左側A′點沿半徑方向與長邊成37°角射入透明體。已知光在真空中的傳播速度為c，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，下列說法正確的是()A．該透明材料的臨界角為37°B．該透明材料的折射率為eq\f(4,3)C．光在透明體中傳播的速度為0.6cD．光在透明體中傳播的時間為eq\f(55R,4c)例4如圖所示，截面ABCD為放置在真空環(huán)境中的矩形透明設備，AB＝2a，AD＝eq\r(3)a。一束光從AD邊上距A點eq\f(\r(3),3)a處入射到上表面，與AD夾角為θ＝30°，折射光經過AB中點，光在真空中的傳播速度為c，求：(1)該透明設備材料的折射率(可用根號表示)；(2)試判斷這束光線在AB面是否發(fā)生了全反射，請做出合理的解釋；(3)請作出這束光線在透明設備內完整的光路圖；(4)求這束光在該透明材料中的傳播速度(可用根號表示)；(5)光從射入到第一次射出經歷的時間。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例5如圖，△ABC是一直角三棱鏡的橫截面，∠A＝90°，∠B＝60°，一細光束從BC邊的D點折射后，射到AC邊的E點，發(fā)生全反射后經AB邊的F點射出。EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中點，不計多次反射。(1)求出射光相對于D點的入射光的偏角；(2)為實現上述光路，棱鏡折射率的取值應在什么范圍？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________章末素養(yǎng)提升物理觀念光的幾種現象光的折射：(1)折射定律：n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，光從真空斜射入任何介質時，θ1>θ2(2)折射率與傳播速度的關系：n＝eq\f(c,v)光的全反射：(1)條件：光從光密介質斜射向光疏介質、入射角大于或等于臨界角(2)臨界角C計算公式：sinC＝eq\f(1,n)光的干涉：(1)雙縫干涉①條件：兩列頻率相同、相位差恒定、振動方向相同的光②條紋間距：Δx＝eq\f(l,d)λ③干涉圖樣：單色光是明暗相間、間隔均勻的條紋(2)薄膜干涉光的衍射：(1)發(fā)生明顯衍射的條件：障礙物或狹縫的尺寸足夠小(2)衍射圖樣：單色光是明暗相間、間隔不均勻的條紋(3)實例：單縫衍射、圓孔衍射、泊松亮斑光的偏振：(1)偏振光與自然光的區(qū)別(2)偏振現象證明光是橫波激光：(1)特點：相干性好、平行度好、亮度高(2)應用：光纖通信、激光測距、激光雷達、醫(yī)療、全息照相等科學思維模型構建通過構建光路模型，解釋反射、折射等現象光的本性認識通過對光的衍射、干涉、偏振等現象的研究與理解，知道光具有波動性，對光的本性有了初步的認識科學探究1.測量玻璃的折射率2．用雙縫干涉測量光的波長科學態(tài)度與責任通過了解光的衍射、干涉、光纖和激光技術的應用等，了解科學、技術和社會的關系例1(2022·江蘇省泰州中學期中)對下列四個有關光的實驗示意圖，分析正確的是()A．圖甲中若改變復色光的入射角，則b光先在水珠中發(fā)生全反射B．圖乙若只減小屏到擋板的距離L，則相鄰亮條紋間距離將減小C．圖丙中若得到明暗相間平行等距條紋，說明待測工件表面不平整D．若只旋轉圖丁中M或N一個偏振片，光屏P上的光斑亮度不發(fā)生變化答案B解析根據光路的可逆性，兩光均不可能在水珠內發(fā)生全反射，故A錯誤；根據Δx＝eq\f(L,d)λ可知，題圖乙若只減小屏到擋板的距離，則相鄰亮條紋間距離將減小，故B正確；根據薄膜干涉原理，題圖丙中若得到明暗相間平行等距條紋，說明待測工件表面平整，故C錯誤；自然光通過偏振片M后成為偏振光，所以若只旋轉M或N一個偏振片，則兩偏振片透振方向的夾角變化，光屏P上的光斑亮度將發(fā)生變化，故D錯誤。例2(2023·江蘇南通市高二期中)一束復色光由空氣斜射向一塊平行玻璃磚(玻璃磚較厚)，經折射分成兩束單色光a、b，已知a光是紅光，b光是紫光。下列光路圖正確的是()答案B解析玻璃對紫光的折射率大于對紅光的折射率，光線射到玻璃磚上表面時，兩束光的入射角θ1相等，根據折射定律n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，可知紅光在玻璃磚中的折射角大于紫光的折射角，在玻璃磚中的兩束光線，右側是紅光，左側是紫光，光線經過玻璃磚上下兩個表面折射后，出射光線與入射光線平行，B正確，A、C、D錯誤。例3如圖甲所示是由透明材料制成的半圓柱體，一束細光束由真空沿著徑向與AB成θ角射入，對射出的折射光線的強度隨θ角的變化進行記錄，得到的關系如圖乙所示。圖丙是這種材料制成的透明體，左側是半徑為R的半圓，右側是長為8R、高為2R的長方體，一束單色光從左側A′點沿半徑方向與長邊成37°角射入透明體。已知光在真空中的傳播速度為c，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，下列說法正確的是()A．該透明材料的臨界角為37°B．該透明材料的折射率為eq\f(4,3)C．光在透明體中傳播的速度為0.6cD．光在透明體中傳播的時間為eq\f(55R,4c)答案D解析由題圖乙可知，當θ＝37°時，折射光線才開始出現，說明此時恰好發(fā)生全反射，即該透明材料的臨界角為C＝90°－37°＝53°，故A錯誤；根據全反射臨界角公式sinC＝eq\f(1,n)可知該透明材料的折射率為n＝1.25，故B錯誤；根據折射率和光的傳播速度之間的關系，可得光在該透明材料中的傳播速度為v＝eq\f(c,n)＝0.8c，故C錯誤；由于臨界角是53°，因此光線在長方體中剛好發(fā)生三次全反射，光路如圖所示，設在長方體中光程為x，其在水平方向的投影為8R，故滿足xcos37°＝8R可知x＝10R而在半圓中還有光程R，因此總的路程為s＝x＋R＝11R傳播時間為t＝eq\f(s,v)＝eq\f(55R,4c)，故D正確。例4如圖所示，截面ABCD為放置在真空環(huán)境中的矩形透明設備，AB＝2a，AD＝eq\r(3)a。一束光從AD邊上距A點eq\f(\r(3),3)a處入射到上表面，與AD夾角為θ＝30°，折射光經過AB中點，光在真空中的傳播速度為c，求：(1)該透明設備材料的折射率(可用根號表示)；(2)試判斷這束光線在AB面是否發(fā)生了全反射，請做出合理的解釋；(3)請作出這束光線在透明設備內完整的光路圖；(4)求這束光在該透明材料中的傳播速度(可用根號表示)；(5)光從射入到第一次射出經歷的時間。答案(1)eq\r(3)(2)發(fā)生了全反射，解釋見解析(3)見解析圖(4)eq\f(\r(3),3)c(5)eq\f(4a,c)解析(1)設該材料的折射率為n，在AD面上，設折射角為r，根據幾何知識tanr＝eq\f(\f(\r(3),3)a,a)＝eq\f(\r(3),3)得r＝30°由折射定律得n＝eq\f(sin60°,sinr)＝eq\f(sin60°,sin30°)＝eq\f(\f(\r(3),2),\f(1,2))＝eq\r(3)(2)設這束光線在這種材料中的全反射的臨界角為CsinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(\r(3),3)這束光線在AB面的入射角為90°－30°＝60°因為sin60°＝eq\f(\r(3),2)>eq\f(\r(3),3)所以入射角大于臨界角C，光線在AB面發(fā)生了全反射。(3)設AB中點為E，這束光線在透明材料內完整的光路圖如圖所示(4)這束光在該透明材料中的光速v＝eq\f(c,n)＝eq\f(c,\r(3))＝eq\f(\r(3),3