第4章 章末綜合提升-同步新教材魯科版（2019）高中物理選擇性必修第一冊講義

[鞏固層·知識整合][提升層·能力強化]光的折射和全反射1.正確、靈活地理解、應(yīng)用折射率公式教材中給出的折射率公式為n＝eq\f(sini,sinr)(i為真空中的入射角，r為某介質(zhì)中的折射角)．根據(jù)光路可逆原理，入射角、折射角是可以隨光路的逆向而“換位”的．我們可以這樣來理解、記憶：n＝eq\f(sini空,sinr介)eq\f(1,n)＝eq\f(sini介,sinr空).2．對臨界角的理解光線從介質(zhì)進入真空或空氣，r＝90°時，發(fā)生全反射，此時的入射角i(介)叫臨界角C.則eq\f(1,n)＝eq\f(sini介,sinr空)＝sinC.【例1】如圖所示，△ABC為一直角三棱鏡的橫截面，其頂角α＝30°，P為垂直于直線BCO的光屏，現(xiàn)有一寬度為H＝AB的單色平行光束垂直射向AB面，結(jié)果在光屏上形成一條寬為eq\f(H,2)的光帶，BO＝eq\f(\r(3),2)H.(1)求出射光的偏折角．(2)求介質(zhì)的折射率．[解析](1)AC面上的入射角θ1＝α＝30°，延長AD交BCO的延長線于E點，由幾何知識可知BO＝OE＝eq\f(\r(3),2)H，OD＝eq\f(H,2)，tan∠OED＝eq\f(OD,OE)＝eq\f(\r(3),3)，由數(shù)學(xué)關(guān)系可知折射角θ2＝60°，所以偏折角為30°.(2)n＝eq\f(sinθ2,sinθ1)＝1.732.[答案](1)30°(2)1.732[一語通關(guān)]解答全反射類問題的技巧(1)光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)．(2)入射角大于或等于臨界角．(3)利用好光路圖中的臨界光線，準(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)生全反射的光路圖是解題的關(guān)鍵，且在作光路圖時盡量與實際相符，這樣更有利于問題的分析．測介質(zhì)的折射率1.測玻璃的折射率插針法：運用光在玻璃兩個界面處的折射．如圖所示為兩面平行的玻璃磚對光路的側(cè)移．用插針法找出與入射光線AO對應(yīng)的出射光線O′B，確定出O′點，畫出折射光線OO′，量出入射角i和折射角r，據(jù)n＝eq\f(sini,sinr)計算出玻璃的折射率．2．測水的折射率(1)成像法原理：利用水面的反射成像和水的折射成像．方法：如圖所示，在一盛滿水的燒杯中，緊挨杯口豎直插入一直尺，在直尺的對面觀察水面，能同時看到直尺在水中的部分和露出水面部分的像，若從點P看到直尺在水下最低點的刻度B的像B′(折射成像)恰好跟直尺在水面上刻度A的像A′(反射成像)重合，讀出AC、BC的長，量出燒杯內(nèi)徑d，即可求出水的折射率為n＝eq\r(BC2＋d2/AC2＋d2).(2)插針法原理：光的折射定律．方法：如圖所示，取一方木板，在板上畫出互相垂直的兩條線AB、MN，從它們的交點O處畫直線OP(使∠PON＜45°)，在直線OP上P、Q兩點垂直地插兩枚大頭針．把木板放入水中，使AB與水面相平，MN與水面垂直．在水面上觀察，調(diào)整視線使P的像被Q的像擋住，再在木板S、T處各插一枚大頭針，使S擋住Q、P的像，T擋住S及Q、P的像．從水中取出木板，畫出直線ST，量出圖中的角i、r，則水的折射率n＝sini/sinr.(3)視深法原理：利用視深公式h′＝h/n.方法：在一盛水的燒杯底部放一粒綠豆，在水面上方吊一根針，如圖所示．調(diào)節(jié)針的位置，直到針尖在水中的像與看到的綠豆重合，測出針尖距水面的距離即為杯中水的視深h′，再測出水的實際深度h，則水的折射率n＝h/h′.(4)全反射法原理：全反射現(xiàn)象．方法：在一盛滿水的大玻璃缸下面放一發(fā)光電珠，如圖所示．在水面上觀察，看到一圓形的發(fā)光面，量出發(fā)光面直徑D及水深h，則水的折射率n＝eq\f(\r(D2＋4h2),D).【例2】如圖1所示，某同學(xué)在“測定玻璃的折射率”的實驗中，先將白紙平鋪在木板上并用圖釘固定，玻璃磚平放在白紙上，然后在白紙上確定玻璃磚的界面aa′和bb′.O為直線AO與aa′的交點．在直線OA上豎直地插上P1、P2兩枚大頭針．圖1圖2圖3①該同學(xué)接下來要完成的必要步驟有________A．插上大頭針P3，使P3僅擋住P2的像B．插上大頭針P3，使P3擋住P1的像和P2的像C．插上大頭針P4，使P4僅擋住P3D．插上大頭針P4，使P4擋住P3和P1、P2的像②過P3、P4作直線交bb′于O′，過O′作垂直于bb′的直線NN′，連接OO′.測量圖中角α和β的大?。畡t玻璃磚的折射率n＝________.③如圖2所示，該同學(xué)在實驗中將玻璃磚界面aa′和bb′的間距畫得過寬．若其他操作正確，則折射率的測量值________準(zhǔn)確值(選填“大于”、“小于”或“等于”)．④另一位同學(xué)準(zhǔn)確地畫好玻璃磚界面aa′和bb′后，實驗過程中不慎將玻璃磚向下平移了一些．如圖3所示，若其他操作均正確，則折射率的測量值________準(zhǔn)確值(選填“大于”、“小于”或“等于”)．[解析]①該同學(xué)接下來要完成的必要步驟有：確定P3大頭針的位置的方法是插上大頭針P3，使P3能擋住P1、P2的像．確定P4大頭針的位置的方法是大頭針P4能擋住P3和P1、P2的像．故該同學(xué)接下來要完成的必要步驟有：BD.②根據(jù)折射定律得：玻璃磚的折射率為n＝eq\f(sinβ,sinα)；③將玻璃磚界面aa′和bb′的間距畫得過寬但仍平行，而其他操作正確，導(dǎo)致α角偏大，由于n＝eq\f(sinβ,sinα)，故折射率的測量值將偏?。苋鐖D所示，虛線表示將玻璃磚向下平移后實際的光路圖，而實線是作圖時所采用的光路圖，通過比較發(fā)現(xiàn)，入射角和折射角沒有變化，則由折射定律得知，該同學(xué)測得的折射率將不變．[答案]①BD②eq\f(sinβ,sinα)③小于④等于[培養(yǎng)層·素養(yǎng)升華]自行車尾燈即安裝在自行車尾部的發(fā)光的燈具，傳統(tǒng)的尾燈是用反射器充當(dāng)，它本身不會發(fā)光，而是通過光學(xué)原理，在夜里燈光照到的時候，反射光線作為提醒警示．它是由互成直角的一些小平面鏡組成的，由于光的反射，會把車子、霓虹、路燈等光源發(fā)出的光反射到司機，使司機能看到前面騎自行車的人，從而避免交通事故．[設(shè)問探究]1．自行車尾燈的反光原理，可以抽象成什么光學(xué)現(xiàn)象？2．自行車尾燈可簡化為由許多整齊排列的等腰直角棱鏡(折射率n>eq\r(2))組成，棱鏡的橫截面如圖所示．一平行于橫截面的光線從O點垂直AB邊射入棱鏡，先后經(jīng)過AC邊和CB邊反射后，從AB邊的O′點射出，則出射光線是①、②、③、④中的哪種光線．提示：1.全反射2．平行于入射光線的光線②.[深度思考]自行車的尾燈采用了全反射棱鏡的原理．它雖然本身不發(fā)光，但在夜間騎行時，從后面開來的汽車發(fā)出的強光照到尾燈后，會有較強的光被反射回去，使汽車司機注意到前面有自行車．尾燈的原理如圖所示，下面說法中正確的是()A．汽車燈光應(yīng)從右面射過來在尾燈的左表面發(fā)生全反射B．汽車燈光應(yīng)從右面射過來在尾燈的右表面發(fā)生全反射C．汽車燈光應(yīng)從左面射過來在尾燈的左表面發(fā)生全反射D．汽車燈光應(yīng)從左面射過來在尾燈的右表面發(fā)生全反射A[光線從右邊垂直進入，光線的傳播方向不會發(fā)生改變，光線射到左面斜面處，光線由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，入射角大于臨