2019-2020学年高中物理三维设计人教版选修3-4浙江专版讲义：第十三章第2节全反射 Word版含答案

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(人教版)高中物理选修3-4课件：13 章末高效整合

物理选修3-4
第十三章光
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第十三章光
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几何光学研究的是光的传播规律，反射定律、折射定律、折射率、全反射、临界角、棱镜及色散是重点考查内容．题型有选择题、计算题(或作图)，难度不太大、灵活性较强．
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9dsin i A. 2 100－81 sin2 i d 81－100sin2 i C. 20sin i
d 81－100sin2 i B. 10 sin i d 100－81sin2 i D. 18sin i
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第十三章光
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解析：由题图可知，光线 1 的折射率大，频率高，波长小，在介质中传播速度小，因而产生全反射的临界角小，选项 A、D sin θ1 正确，B 错误．设玻璃板的宽度为 d，由 n＝，在玻璃板中 sin θ2 d c 传播的距离 l＝，传播的速度 v＝， cos θ2 n
第十三章光
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一半圆柱形透明物体横截面如图所示，底面 AOB 镀银 (图中粗线)，O 表示半圆截面的圆心，一束光线在横截面内从 M 点的入射角为 30° ，∠MOA＝60° ，∠NOB＝30° .求：
(1)光线在 M 点的折射角； (2)透明物体的折射率．
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2019-2020学年人教版物理选修3-4(浙江新高考专用版)讲义：第十三章光 5~6 Word版含答案

5　光的衍射6　光的偏振知识内容选考要求课时要求光的衍射b 光的偏振b 1.了解光的衍射现象，知道光产生明显衍射现象的条件以及衍射条纹的特点．2．会用激光笔和光传感器做单缝衍射实验，能区分干涉条纹和衍射条纹．3．知道光的偏振现象，了解自然光与偏振光的区别以及偏振的简单应用．知道光的偏振现象证明了光是横波.一、光的衍射1．用单色平行光照射狭缝，当缝很窄时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方．这就是光的衍射现象．2．各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，出现明暗相间的条纹．3．发生明显衍射现象的条件：在障碍物的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显．4．衍射光栅(1)构成：由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件．(2)增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加．(3)种类：透射光栅和反射光栅．二、光的偏振1．偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫做“透振方向”．2．自然光和偏振光(1)自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同．这种光是“自然光”．(2)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动，这种光叫做偏振光．3．光的偏振现象说明光是一种横波．4．偏振现象的应用照相机镜头前的偏振滤光片、电子表的液晶显示、立体电影、车灯眩光的消除等．判断下列说法的正误．(1)衍射条纹和干涉条纹都是明暗相间的，所以二者是一样的．(　×　)(2)只有波长长的光才发生明显的衍射现象．(　×　)(3)横波和纵波都能产生偏振现象．(　×　)(4)自然光通过偏振片可以获得偏振光．(　√　)一、光的衍射(1)让一束激光照射在游标卡尺两个卡脚之间的缝上，逐渐减小两个卡脚之间的距离，使缝越来越小，观察照在屏幕上光斑的变化．缝宽大约多大时屏幕上出现条纹？缝间距变小时，条纹有什么变化？(2)用针尖在一张厚纸上扎一个很小的小孔，用眼睛通过小孔观察太阳光，会观察到什么现象？答案　(1)大约0.4 mm时会出现条纹，当缝间距变小时，屏幕上条纹间距逐渐变宽，但亮度逐渐减弱．(2)会观察到中央为亮圆，周围为彩色的圆环．三种衍射图样的特点1．单缝衍射(1)单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹．中央条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹．(2)波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大；单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大．2．圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现明暗相间的圆环．如图1所示．图1 图23．圆板衍射(泊松亮斑)(1)若在单色光(如激光)传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑．衍射图样如图2所示．(2)中央是亮斑，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环．例1　(多选)关于光的衍射现象，下面说法正确的是( )A．红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹B．白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹C．光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射D．光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射答案　AC解析　红光照到狭缝上产生的衍射图样是红暗相间的直条纹，白光的衍射图样是彩色条纹，光照到不透明小圆盘上，在其阴影中心处出现亮点，是衍射现象，光的衍射现象只有明显与不明显之分，D项屏中大光斑的边缘模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象．故A、C正确．针对训练1　观察单缝衍射现象时，把缝宽由0.2 mm逐渐增大到0.8 mm，看到的现象是( )A．衍射条纹的间距逐渐变小，衍射现象逐渐不明显B．衍射条纹的间距逐渐变大，衍射现象越来越明显C．衍射条纹的间距不变，只是亮度增强D．以上现象都不会发生答案　A解析　由单缝衍射实验的调整与观察可知，狭缝宽度越小，衍射现象越明显，衍射条纹越宽，条纹间距也越大，本题是将缝调宽，现象向相反的方向变化，故选项A正确，B、C、D错误．二、单缝衍射与双缝干涉的比较1．不同点(1)产生条件Error!(2)图样Error!2．相同点(1)都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或减弱的结果．(2)都是波特有的现象，表明光是一种波．例2　如图3所示的四幅明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹)．则在下面的四幅图中从左到右排列，亮条纹的颜色依次是( )图3A．红黄蓝紫B．红紫蓝黄C．蓝紫红黄D．蓝黄红紫答案　B解析　双缝干涉条纹平行等距，且波长越长，条纹间距越大，而红光波长比蓝光波长长，故第一幅图为红光，第三幅图为蓝光；又由于黄光波长比紫光波长长，故第四幅图为黄光的衍射图样，第二幅图为紫光的衍射图样．[学科素养]　例2分辨了衍射和干涉图样．宽度上：双缝干涉的条纹是等宽等间距的，而单缝衍射的条纹是中央亮条纹最宽，两侧的条纹变窄；亮度上：双缝干涉条纹从中央往两侧亮度变化很小；而单缝衍射的中央条纹最亮，两侧逐渐变暗，在分辨过程中提高了学生的综合分析能力，这是对基于事实建构的物理模型的应用过程，体现了“科学思维”的学科素养．针对训练2　(多选)如图4(a)所示是做双缝干涉实验的示意图．先做操作1：用两块不同颜色的滤光片分别挡住双缝屏上下两半部分Ⅰ和Ⅱ；接着再做操作2：用不透明的挡板挡住b 缝．若两块滤光片一块是红色，一块是蓝色，则( )图4A．完成操作1后，光屏上出现的是图(b)图案，且甲是红色条纹，乙是蓝色条纹B．完成操作1后，光屏上出现的是图(c)图案，且丙是蓝色条纹，丁是红色条纹C．完成操作2后，光屏上出现的是图(b)图案，且甲是蓝色条纹，乙是红色条纹D．完成操作2后，光屏上出现的是图(c)图案，且丙是红色条纹，丁是蓝色条纹答案　AD解析　题图(b)中的条纹为等间距明暗相间条纹，是干涉图样．题图(c)为中间最宽且不等间距明暗相间条纹，是衍射条纹．操作1是双缝干涉实验，故条纹间距相等，光屏上出现题图(b)图案，由图案知甲的波长大于乙的波长，故甲为红色条纹，乙为蓝色条纹，A正确；操作2是单缝衍射，条纹间距不相等，光屏上为题图(c)图案，再结合波长关系可知D正确．三、光的偏振如图所示，取一个偏振片P，让阳光通过偏振片P，在P的另一侧观察，可以看到偏振片是透明的；在偏振片P的后面再放置另一个偏振片Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片Q，会看到什么现象？这说明什么？答案　会看到在旋转Q时光的亮度发生变化．偏振片的作用类似于狭缝的作用，只有振动方向与透振方向一致的光才能通过．当偏振片Q 与P的透振方向平行时，穿过Q的光最强；当Q与P的透振方向垂直时，光不能透过Q.对偏振方向与透振方向的理解透振方向：偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫做“透振方向”．(1)当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向平行时，透射的光最强；当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向垂直时，光不能穿过偏振片．(2)当偏振光的偏振方向与偏振片的透振方向既不平行也不垂直时，则仍会有部分光透过偏振片，只是透过的光的强度介于平行和垂直两种情况之间．例3　(2018·湖州高二下学期期末)如图5所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q，A 点位于P、Q之间，B点位于Q右侧，以两偏振片的中心连线为轴旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是( )图5A．A、B均不变B．A、B均有变化C．A不变，B有变化D．A有变化，B不变答案　C解析　以两偏振片的中心连线为轴旋转偏振片P，A点的光强不变；当两偏振片的偏振方向平行时B点亮度最大，当偏振方向垂直时B点的亮度最小，则B点亮度有变化，故选C.1．(光的衍射)(多选)对光的衍射现象的定性分析，正确的是( )A．光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物继续传播的现象B．衍射图样是光波相互叠加的结果C．光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据D．光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论答案　ABC解析　根据光的衍射现象的定义可知选项A正确；衍射图样中有亮、暗条纹，这是光波相互叠加的结果，加强区为亮条纹，减弱区为暗条纹，选项B正确；因为衍射也是波特有的现象，所以光的衍射现象的发现为光的波动说提供了有力证据，选项C正确；当障碍物较大时，光的衍射很弱，光几乎沿直线传播，即光的直线传播只是特殊情况下的近似，二者是统一的，选项D错误．2．(光的衍射)让烛光照射到一块遮光板上，板上有一个可自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢地由大收缩变小直到闭合时，则在孔后的屏上将先后出现的现象(遮住侧面光)是( )A．三角形光斑　倒立的烛焰　明暗相间的圆环B．三角形光斑　圆形光斑　倒立的烛焰C．倒立的烛焰　圆形光斑　明暗相间的圆环D．三角形光斑　明暗相间的圆环　倒立的烛焰答案　A解析　当三角形孔较大时，屏上出现一个三角形光斑，如图甲所示，随着三角形缓慢地收缩，光斑逐渐变小；当三角形孔小到一定程度时，屏上会出现倒立的烛焰，如图乙所示；继续使三角形孔缓慢收缩，可以观察到小孔衍射图样；当孔闭合时，屏上就会一片黑暗．故A正确．3．(单缝衍射与双缝干涉的比较)(多选)(2017·宁波效实中学高二第二学期期中)做单缝衍射实验和双缝干涉实验时，用激光比普通光源效果更好，图象更清晰．如图6所示，如果将感光元件置于光屏上，则不仅能在光屏上看到彩色条纹，还能通过感光元件中的信号转换，在电脑上看到光强的分布情况．下列说法正确的是( )图6A．做单缝实验时，光强分布如图乙所示B．做单缝实验时，光强分布如图丙所示C．做双缝实验时，光强分布如图乙所示D．做双缝实验时，光强分布如图丙所示答案　AD4．(光的偏振)(2017·嘉兴一中高二第二学期期中)让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，如图7所示，此时可在屏上看到明显的亮光．以光的传播方向为轴旋转下列仪器，最有可能看到操作前后因透射光的强度发生变化，引起光屏亮度改变的是( )图7A．沿光的传播方向看P顺时针转动90°B．沿光的传播方向看P顺时针转动180°C．沿光的传播方向看光源顺时针转动90°D．沿光的传播方向看光屏顺时针转动180°答案　A一、选择题考点一　光的衍射1．(多选)在单缝衍射实验中，下列说法正确的是( )A．其他条件不变，将入射光由黄色换成绿色，衍射条纹间距变窄B．其他条件不变，使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄C．其他条件不变，换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽D ．其他条件不变，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变宽答案　ACD解析　黄光波长大于绿光波长，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显，条纹间距也越宽，所以A 、C 正确；当光的波长一定时，单缝宽度越小，衍射现象越明显，衍射条纹间距会变宽，B 错误；当光的波长一定，单缝宽度也一定时，增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距会变宽，D 正确．2．(多选)沙尘暴是由于土地的沙化引起的一种恶劣的气象现象，发生沙尘暴时能见度只有几十米，天空变黄发暗，这是由于在这种情况下( )A ．只有波长较短的一部分光才能到达地面B ．只有波长较长的一部分光才能到达地面C ．只有频率较高的一部分光才能到达地面D ．只有频率较低的一部分光才能到达地面答案　BD解析　根据光发生明显衍射现象的条件知，发生沙尘暴时，只有波长较长的一部分光能到达地面，据λ＝知，到达地面的光是频率较低的一部分光，故选项B 、D 正确．c f3．(多选)(2018·金华高二检测)抽制细丝时可用激光监控其粗细，如图1所示．激光束通过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝时产生的条纹规律相同，则( )图1A ．这是利用光的干涉现象B ．这是利用光的衍射现象C ．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗了D ．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细了答案　BD解析　由题图图样可知，这是利用了光的衍射现象，当丝变细时(相当于狭缝变窄)条纹间距变宽，B、D选项正确．4．某同学使用激光器做光源，在不透光的挡板上开一条宽度为0.05 mm的窄缝，进行光的衍射实验，如图2所示，则他在光屏上看到的条纹是( )图2答案　B解析　单缝衍射条纹中间宽，两侧越来越窄，又由于单缝是水平的，故衍射条纹也是水平的，B 对．考点二　单缝衍射与双缝干涉的比较5．(多选)关于衍射，下列说法中正确的是( )A．衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果B．双缝干涉中也存在着光的衍射现象C．一切波都很容易发生明显的衍射现象D．影子的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实答案　AB6．如图3所示，a表示单缝，b表示双缝，用某单色光分别照射竖直放置的单缝和双缝，在缝后较远位置竖直放置的光屏上可以观察到明暗相间的条纹(图中阴影表示亮条纹)，则( )图3A ．图c 表示单缝衍射条纹，图d 表示双缝干涉条纹B ．单缝S 越宽，越容易观察到对应的明暗条纹C ．双缝间距离越小，对应条纹间距越大D ．照射双缝的单色光波长越短，对应条纹间距越大答案　C解析　根据单缝衍射条纹间距不等，而双缝干涉条纹间距相等，则有题图c 表示双缝干涉条纹，题图d 表示单缝衍射条纹，故A 错误；根据发生明显衍射现象的条件可知，单缝S 越窄，越容易观察到对应的明暗条纹，故B 错误；在双缝干涉中，干涉条纹的间距Δx ＝λ，由公式l d可得，条纹间距与波长λ、双缝与屏之间的距离l 成正比，与双缝间的距离d 成反比，故C 正确，D 错误．7．一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板，在薄板后的光屏上呈现明暗相间的干涉条纹，现将其中一条窄缝挡住，让这束红光只通过一条窄缝，则在光屏上可以看到( )A ．与原来相同的明暗相间的条纹，只是亮条纹比原来暗些B ．与原来不同的明暗相间的条纹，而中央亮条纹变宽些C ．只有一条与缝宽对应的亮条纹D ．无条纹，只存在一片红光答案　B8．(2017·嘉兴一中高二第二学期期中)在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的明暗相间的图样，图4的四幅图中属于光的单缝衍射图样的是( )图4A．a、c B．b、c C．a、d D．b、d答案　D解析　单缝衍射条纹的特点是中央亮条纹最宽、最亮，双缝干涉条纹的特点是等间距的条纹，所以a是干涉条纹，b、d是单缝衍射条纹，c是水波的衍射图样．考点三　光的偏振9．(多选)如图所示，一束自然光通过起偏振器照射到光屏上，则图中光屏上发亮的有(起偏振器上用箭头表示其透射方向)( )答案　ABD解析　自然光通过起偏振器后成为偏振光，当偏振光的振动方向与起偏振器的透振方向平行时能够通过，垂直时不能通过，所以A、B、D正确．10．(多选)光的偏振现象说明光是横波，下列现象中能反映光的偏振特性的是( )A．一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化B．一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时，反射光线是偏振光C．日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振片，可以使景象更清晰D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹答案　ABC解析　自然光通过第一个偏振片后形成单一振动方向的偏振光，再通过第二个偏振片时，若偏振片的透振方向与此偏振光的振动方向垂直，则无光透过第二个偏振片，若二者平行则透射光最强，故选项A反映了光的偏振特性；一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线垂直时，反射光线和折射光线都是偏振光且偏振方向垂直，选项B反映了光的偏振特性；拍摄水中景物或玻璃橱窗中景物时，由于水或玻璃表面反射光较强，使所拍摄景物不清晰，在照相机镜头前装上偏振片，使其透振方向与反射光的偏振方向垂直，则有效防止反射光进入照相机，从而使所拍景象更清晰，选项C反映了光的偏振特性；选项D中通过手指间的缝隙观察日光灯，看到彩色条纹是光的衍射现象．故选A、B、C.11．(多选)(2017·宁波效实中学高二期中)利用旋光仪这种仪器可以用来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量．其原理是：偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线旋转一个角度θ，这一角度称为“旋光角”，θ的值与糖溶液的浓度有关．将θ的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量．如图5所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法中正确的是( )图5A．到达O处光的强度会明显减弱B．到达O处光的强度不会明显减弱C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片B转过的角度等于θD．将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片A转过的角度等于θ答案　ACD12．如图6所示是一种利用光纤温度传感器测量温度的装置，一束偏振光射入光纤，由于温度的变化，光纤的长度、芯径、折射率发生变化，从而使偏振光的振动方向发生变化，光接收器接收的光强度就会变化．设起偏振器和检偏振器透振方向相同，关于这种温度计的工作原理，正确的说法是( )图6A．到达检偏振器的光的振动方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大B．到达检偏振器的光的振动方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大C．到达检偏振器的光的振动方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小D．到达检偏振器的光的振动方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小答案　B解析　根据题意知，温度变化越大，光通过光纤时振动方向变化越大，起偏振器和检偏振器的透振方向是相同的，光从光纤中通过时振动方向变化越大，透过检偏振器的光强度就会越小，所以光接收器接收的光强度也就会越小，因此选项B正确．二、非选择题13.某同学自己动手制作如图7所示的装置观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双缝屏，整个装置位于一暗箱中，实验过程如下：图7(1)该同学用一束太阳光照射A屏时，屏C上没有出现干涉条纹；移去B后，在屏上出现不等间距条纹，此条纹是由于______________产生的．(2)移去A后，遮住缝S1与缝S2中的任一个，C上均出现一窄亮斑，出现以上实验结果的主要原因是______________________________________．(3)若光通过缝S1或缝S2后在C上依次出现如图8甲、乙、丙、丁所示条纹，说明了什么？________________________________________________________________________.图8答案　(1)光的衍射　(2)双缝S1、S2太宽　(3)缝S1或缝S2越来越窄解析　(1)移去B后只剩下单缝，故发生单缝衍射现象形成不等间距的条纹，故此条纹是由于光的衍射产生的．(2)没有出现明暗相间的条纹而只出现一个窄亮斑，说明衍射现象不明显，故主要原因是双缝S1、S2太宽．(3)从四张单缝衍射图样可以看出，由题图甲到题图丁，衍射现象越来越明显，说明缝S1或S2越来越窄．。

2019-2020学年高中物理三维设计人教版选修3-4浙江专版讲义：第十三章第7、8节光的颜色色散激光 Word

第7、8节光的颜色__色散__激光1．光的颜色与波长的关系不同颜色的光，波长不同。

2．光的色散与光谱(1)光的色散：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象。

(2)白光是复色光：白光的干涉条纹是彩色的，可见白光是由多种色光组成的。

白色光包含七种色光，色散后形成的光谱按波长由大到小的排列顺序为，红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。

(3)光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长的有序排列。

[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)1．光的颜色取决于折射率。

(×)2．光的颜色取决于光的频率。

(√)[释疑难·对点练]1．对光的颜色的理解不同颜色的光，波长不同，频率不同，而同种颜色的光在不同的介质中折射率不同，速度和波长均不相同，但频率相同，由此可知，光的颜色是由频率决定的，而不是由波长决定的。

2．白光的干涉图样若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央条纹是白色的。

这是因为：(1)从双缝射出的两列光波中，各种色光都能形成明暗相间的条纹，各种色光都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹。

(2)两侧条纹间距与各色光的波长成正比，即红光的亮条纹间距宽度最大，紫光的亮条纹间距宽度最小，即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，便形成了彩色干涉条纹。

[特别提醒]用白光做干涉实验，从红光到紫光其波长由大到小，它们的干涉条纹间距也是从大到小，屏中央各色光都得到加强，混合成白色，但两侧因条纹间距不同而分开形成彩色，而且同一级条纹内紫外红。

[试身手]1．用白光做双缝干涉实验时，得到彩色的干涉条纹，下列说法正确的是()A．干涉图样的中央亮条纹是彩色的B．在靠近中央亮条纹两侧最先出现的是红色条纹C．在靠近中央亮条纹两侧最先出现的是紫色条纹D．在靠近中央亮条纹两侧最先出现的彩色条纹的颜色与双缝间距离有关解析：选C白光是各种不同色光组成的复色光，光屏中央到两狭缝距离相等，各色光经双缝到达光屏中央的路程差为零，在光屏中央均出现亮条纹，各色光复合成白光，所以中央亮条纹为白色。

2019-2020学年新素养突破人教版物理选修3-4：第十三章第1节光的反射和折射

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4．对折射定律的理解
(1)“同面内”：“折射光线与入射光线、法线处在同一平面内”，这句话大体上说明
了三线的空间位置：折射光线在入射光线与法线决定的平面内，即三线共面．
(2)“线两旁”：“折射光线与入射光线分居在法线两侧”，这句话把折射光线的位置
又作了进一步的确定，使得折射光线的“自由度”越来越小．(i>0)
解析：由n＝ssiinn ri可知，光由空气射入介质时的折射角是由折射率n和入射角i共同决定的，所以A、B错误，D正确．由n＝vc 可知，介质的折射率越大，光在该介质中的速度越小，故C错误．答案：D
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2．一束光线从空气射向折射率为1.5的玻璃内，入射角为45°，则如图所示的四个光路图中正确的是( )
入射角入射角：入射光线与法线的夹角折射角折射角：折射光线与法线的夹角折射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定律于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即ssiinn θθ12＝n12 光路可在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的逆性
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(1)由图可知：sin r＝
d2＋d H2，sin i＝
d d2＋h2
.
折射率n＝ssiinn ri＝ dd22＋＋Hh22＝ 112222＋＋19622＝43.
(2)传播速度v＝nc＝3.0×4 108 m/s＝2.25×108 m/s. 3
[答案]
4 (1)3
(2)2.25×108 m/s
2．关于常数n：入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一个常数，但不同介质具

(浙江新高考专用版)2019_2020学年高中物理第十三章光微型专题几何光学的原理及应用教案新人教版选修3_4

微型专题几何光学的原理及应用一、几何光学的基本原理及应用几何光学就是以光线为工具，研究光的传播规律．解几何光学的题目，首先根据几何光学的基本原理画出光路图，然后利用几何关系找出相应的边、角关系．几何光学研究的是光线传播的规律，主要包括五条基本规律． 1．光的直线传播规律 2．光的反射定律(1)反射光线与入射光线、法线在同一平面内，反射光线、入射光线分居在法线两侧． (2)反射角等于入射角． 3．光的折射定律折射光线与入射光线、法线在同一平面内，折射光线、入射光线分居法线两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比．公式：n 12＝sin θ1sin θ2.其中θ1为入射光线与法线的夹角，θ2为折射光线与法线的夹角． 4．光的全反射规律发生全反射的条件是： (1)由光密介质射向光疏介质；(2)入射角θ≥临界角C ，其中sin C ＝1n.5．光的可逆原理在反射、折射和直线传播中，光路都是可逆的．例1 如图1所示，一棱镜的截面为直角三角形ABC ，∠A ＝30°，斜边AB ＝a .棱镜材料的折射率为 2.在此截面所在的平面内，一条光线以45°的入射角从AC 边的中点M 射入棱镜．画出光路图，并求光线从棱镜射出的点的位置(不考虑光线沿原路返回的情况)．图1答案见解析解析设入射角为θ1，折射角为θ2，由折射定律得 sin θ1sin θ2＝n ① 由已知条件及①式得θ2＝30°②如果入射光线在法线的右侧，光路图如图甲所示．设出射点为F ，由θ2＝30°得光线垂直于AB 射出，且由几何关系可得AF ＝38a ③甲即出射点在AB 边上离A 点38a 的位置．如果入射光线在法线的左侧，光路图如图乙所示．乙设折射光线与AB 边的交点为D .由几何关系可知，在D 点的入射角θ＝60°④ 设全反射的临界角为C ，则 sin C ＝1n⑤由⑤式和已知条件得C ＝45°⑥ 因此，光在D 点发生全反射．设此光线的出射点为E ，由几何关系得 ∠DEB ＝90°，BD ＝a －2AF ⑦BE ＝BD sin30°⑧联立③⑦⑧式得BE ＝18a即出射点在BC 边上离B 点18a 的位置．求解几何光学的题目首先要画出光路图，然后利用相应的公式结合几何知识分析边、角关系.而光从光密介质射到光疏介质时，首先要判断是否发生了全反射. 二、全反射和临界角的综合问题分析光的全反射、临界角问题的一般思路(1)确定光是由光疏介质进入光密介质，还是由光密介质进入光疏介质． (2)若光是由光密介质进入光疏介质，根据公式sin C ＝1n确定临界角．(3)画出恰好发生全反射的光路图，利用几何知识分析边、角关系，找出临界角． (4)以恰好发生全反射的光线为比较对象来判断其他光线是否发生全反射，从而画出其他光线的光路图．例2 如图2，△ABC 是一直角三棱镜的横截面，∠A ＝90°，∠B ＝60°.一细光束从BC 边的D 点折射后，射到AC 边的E 点，发生全反射后经AB 边的F 点射出．EG 垂直于AC 交BC 于G ，D 恰好是CG 的中点．不计多次反射．图2(1)求出射光相对于D 点的入射光的偏角；(2)为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？答案 (1)60° (2)233≤n <2解析 (1)光线在BC 面上发生折射，由折射定律有 sin i 1＝n sin r 1①式中，n 为棱镜的折射率，i 1和r 1分别是该光线在BC 面上的入射角和折射角．光线在AC 面上发生全反射，由反射定律有i 2＝r 2②式中i 2和r 2分别是该光线在AC 面上的入射角和反射角．光线在AB 面上发生折射，由折射定律有n sin i 3＝sin r 3③式中i 3和r 3分别是该光线在AB 面上的入射角和折射角．由几何关系得i 2＝r 2＝60°，r 1＝i 3＝30°④F 点的出射光相对于D 点的入射光的偏角为δ＝(r 1－i 1)＋(180°－i 2－r 2)＋(r 3－i 3)⑤ 由①②③④⑤式得δ＝60°⑥(2)光线在AC 面上发生全反射，光线在AB 面上不发生全发射，有n sin i 2≥n sin C >n sin i 3⑦ 式中C 是全反射临界角，满足n sin C ＝1⑧由④⑦⑧式知，棱镜的折射率n 的取值范围应为233≤n <2.[学科素养] 光在穿过有形介质时，往往要发生多次折射和反射，所以常把全反射现象和一般的折射问题综合起来考查．在解题时，要边计算、边作图、边考虑几何关系，三个环节同步进行，才能得到合理的情况．例2体现了“物理观念”和“科学思维”的学科素养．针对训练如图3所示，ABC 为一透明材料制成的柱形光学元件的横截面，该种材料的折射率n ＝3，AC 是一半径为R 的14圆弧，O 为圆弧的圆心，ABCO 构成正方形，在O 处有一点光源．从点光源射到圆弧AC 的光线进入透明材料后首次射向AB 或BC 界面时，有一部分不能从AB 或BC 界面直接射出．下面的问题只研究进入透明材料后首次射向AB 或BC 界面的光线，已知AB 面上的P 点到A 点的距离为33R .求：图3(1)从P 点射出的光线的折射角；(2)AB 和BC 横截面上没有光线射出部分的总长度．答案 (1)60° (2)(2－2)R解析 (1)设射向P 点的光线入射角为θ1，折射角为θ2，如图所示，tan θ1＝33R R＝33，θ1＝30°，故sin θ1＝12根据折射定律有n ＝sin θ2sin θ1＝ 3解得θ2＝60°(2)设临界角为C ，射向M 点的光线恰好发生全反射，则有sin C ＝1n ＝33，由数学知识可得tan C ＝22AB 横截面没有光线射出部分的长度 BM ＝(1－tan C )R ＝(1－22)R 同理可知BC 横截面没有光线射出部分的长度为(1－22)R 两横截面上没有光线射出部分的总长度l ＝2(1－22)R ＝(2－2)R .1.(几何光学的基本原理及应用)如图4所示，一个三棱镜的截面为等腰直角△ABC ，腰长为a ，∠A ＝90°.一束细光线沿此截面所在平面且平行于BC 边的方向从真空射到AB 边上的中点M ，光在M 点发生折射后射到AC 边上，并刚好在AC 边上发生全反射．已知真空中的光速为c ，试求：图4(1)该棱镜材料的折射率n ； (2)光从AB 边到AC 边的传播时间t . 答案见解析解析 (1)设光从AB 边射入时入射角为i ，折射角为α，射到AC 边上N 点时入射角为β，作出光路图如图所示．根据折射定律：n ＝sin i sin α光在AC 边上恰好发生全反射： sin β＝1n又由几何关系：α＋β＝90°，i ＝45° 联立解得：n ＝62(2)由图中几何关系可得M 、N 间距x ＝a2sin α光在棱镜内传播的速度v ＝c n ，t ＝x v联立解得：t ＝32a4c2.(全反射和临界角的综合问题)用某种透明材料制成的一块柱体形棱镜的水平截面图如图5所示，左侧ABOD 为长方形，右侧DOF 为以O 为圆心的14圆．光线从真空以入射角θ1＝60°射到棱镜AB 面，经折射后，光线到达BF 面上的O 点并恰好不从BF 面射出．图5(1)画出光路图；(2)求该棱镜的折射率n 和光线在棱镜中传播的速度大小v (光在真空中的传播速度c ＝3×108m/s)．答案 (1)见解析图 (2)72 677×108m/s 解析 (1)光路图如图所示(2)设光线在AB 面的折射角为θ2，折射光线与OD 的夹角为C ，则n ＝sin θ1sin θ2由题意可知，光线在BF 面恰好发生全反射sin C ＝1n由图可知，θ2＋C ＝90°联立以上各式解得n ＝72，又n ＝c v，可解得v ＝677×108m/s.3.(全反射和临界角的综合问题)一个半圆柱形玻璃砖，其横截面是半径为R 的半圆，AB 为半圆的直径，O 为圆心，如图6所示，玻璃的折射率为n ＝ 2.图6(1)一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面，若光线到达上表面后，都能从该表面射出，则入射光束在AB 上的最大宽度为多少？ (2)一细束光线在O 点左侧与O 相距32R 处垂直于AB 从下方入射，求此光线从玻璃砖射出点的位置．答案见解析解析 (1)在O 点左侧，设从E 点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于发生全反射的临界角θ，则OE 区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出，如图甲．由全反射条件有sin θ＝1n①甲由几何关系有OE ＝R sin θ②由对称性可知，若光线都能从上表面射出，光束的宽度最大为l ＝2OE ③联立①②③式，代入已知数据得l ＝2R ④(2)设光线在距O 点32R 的C 点射入后，在上表面的入射角为α，由几何关系及①式和已知条件得 α＝60°>θ⑤光线在玻璃砖内会发生三次全反射，最后由G 点射出，如图乙，由反射定律和几何关系得OG ＝OC ＝32R ⑥乙射到G 点的光有一部分被反射，沿原路返回到达C 点射出．1.如图1所示，△ABC 为一直角三棱镜的横截面，∠BAC ＝30°，现有两条间距为d 的平行单色光线垂直于AB 面射入三棱镜，已知棱镜对该单色光的折射率为 3.图1(1)若两条单色光线均能从AC 面射出，求两条单色光线从AC 面射出后的距离；(2)若第三条单色光线垂直于AB 面射入三棱镜，到达AC 面恰好能发生全反射，若真空中光速为c ，求这条光线在三棱镜中的传播速度．答案见解析解析 (1)如图所示，两条单色光线在AC 面的折射点分别为D 、E ，由图中几何关系可知，入射角i ＝30°则根据光的折射定律有sin r sin i ＝n得r ＝60°在直角三角形DEF 中∠EDF ＝30° 所以EF ＝12DE ＝12·d cos30°＝33d .(2)由题意结合光路图知入射的临界角为30°，n 2＝1sin30°＝2，则光在三棱镜中的传播速度v ＝c2.2．如图2所示为安全防盗门上的观察孔(俗称“猫眼”)，直径为d ，为了扩大向外观察的范围，在孔中完全嵌入折射率为n ＝3的玻璃，玻璃由圆柱体和顶角为60°的球冠组成，猫眼的平面部分正好和安全门内表面平齐，球冠的边缘恰好和防盗门外表面平齐．若要让房间里的人能看到门外全部的景象，门的厚度不能超过多少？图2答案33d 解析若要让房间的人能看到门外全部的景象，则沿平行门方向射向C 处的光线能够折射经过A 点即可．光路如图所示：根据光的折射定律有sin60°sin γ＝n可得γ＝30°由几何关系知∠CAB ＝30° 则门的厚度最大为BC ＝AB tan30°＝33d . 3.如图3所示是一个半球形透明物体的侧视图，现在有一细束单色光沿半径OA 方向入射，保持入射方向不变，不考虑光线在透明物体内部的反射．图3(1)将细光束平移到距O 点33R 处的C 点，此时透明物体左侧恰好不再有光线射出，求透明物体对该单色光的折射率；(2)若细光束平移到距O 点0.5R 处，求出射光线与OA 轴线的交点与O 点的距离．答案 (1) 3 (2)3R 解析 (1)如图甲所示，甲光束由C 处水平射入，在B 处恰好发生全反射，∠OBC 为临界角，由几何关系有sin∠OBC ＝33R R＝33，则折射率n ＝1sin∠OBC＝ 3.(2)如图乙所示，乙光束由D 点水平射入，在E 点发生折射，入射角为∠OED ＝α，折射角为∠NEF ＝β，折射率n ＝sin βsin α＝3，sin α＝12R R ＝12 联立解得：sin β＝32，β＝60° 由几何关系可知：∠FOE ＝α＝30°，∠OFE ＝β－α＝30°＝α，则出射光线与OA 轴线的交点F 与O 点的距离为：OF ＝2R cos30°＝3R .4.如图4所示，横截面为直角三角形的玻璃砖ABC ，AC 边长为L ，∠B ＝30°.两条同种色光的光线P 、Q ，从AC 边中点射入玻璃砖，其中光线P 垂直AC 边，光线Q 与AC 边夹角为45°.发现光线Q 第一次到达BC 边后垂直BC 边射出，已知真空中的光速为c .求：图4(1)玻璃砖的折射率；(2)光线P 由进入玻璃砖到第一次从BC 边射出经过的时间．答案 (1) 2 (2)56L6c解析 (1)作出光路图如图所示：光线Q 在AC 边的入射角i ＝45°由几何关系可知在AC 边的折射角r ＝30° 由折射定律得n ＝sin isin r＝ 2(2)光线P 在玻璃砖中传播时s 1＝L 2tan30°＝32Ls 2＝L2cos30°＝33L光线P 在玻璃砖内传播的速度v ＝c n ，则所要求的时间为t ＝s 1＋s 2v由以上各式可得t ＝56L6c.5.如图5所示，圆形的光学仪器(斜线阴影)内有一个半径为2R 的圆形空腔，空腔左面侧壁上有一台激光器，可以沿空腔的直径方向发出在真空中速度为c 的激光束．空腔中放置了一个比空腔略小(半径可视为2R )的折射率为2的透明圆柱状光学材料，光学材料的圆心在空腔的圆心O 点，并且材料中被挖掉了一块半径为R 的截面为半圆形的柱体(圆心和O 点重合)，挖掉的部分为真空．(反射与折射在同一界面时只考虑折射)图5(1)求激光从发出到照射到空腔壁的时间．(2)激光器始终开启，若光学材料围绕空腔圆心O 点顺时针转动90°，空腔壁上能被激光照射到的圆弧长度为多少？(只考虑反射光线照射的圆弧长度) 答案 (1)7R c (2)2πR 3解析 (1)光在半圆真空中的传播时间为t 1＝Rc光学材料中光速为v ＝c n，传播距离为3R传播时间为：t 2＝3R v ＝6Rc总时间t ＝t 1＋t 2＝7Rc(2)在O 处，光从光密介质射入光疏介质，设发生全反射的临界角为C ，则sin C ＝1n，解得C＝30°，所以照射的弧长范围为l ＝2πR3.6．很大的池子里有足够深的某种液体，液面下有一点光源．(1)若发现点光源照亮的面积正在变大，则点光源是正在下沉还是上浮？(2)若点光源在液面上沿竖直方向以3m/s 的速度匀速运动，测得液面被照亮的圆面的半径正以4m/s 的速度均匀变化，求该池子里液体的折射率．答案 (1)下沉 (2)1.25解析 (1)点光源照亮水面的面积正在变大说明点光源正在下沉；(2)假设点光源正在下沉，因为下沉速度为3m/s ，圆面半径变化为4m/s ，所以在1s 时间内，点光源下沉3m ，而液面被照亮的圆面半径向右移动4m ，作出光路图，如图所示．设光在该液体中发生折射的临界角为θ，则tan θ＝43，sin θ＝45，所以该液体的折射率n ＝1sin θ＝1.25. 7.如图6所示，由两种不同透明介质制成的直角三棱镜甲和乙，并排放在一起刚好构成一截面为正三角形的棱镜，甲的折射率为n 1＝1.5，一细光束由AB 边的中点O 斜射入棱镜甲，已知入射光线在AB 边的入射角的正弦值为sin i ＝0.75，经折射后该光束刚好在棱镜乙的AC 边发生全反射，最后从BC 边射出，已知真空中的光速为c ＝3×108m/s ，AB 边的长度为l ＝6cm ，求该细光束在棱镜中的传播时间．图6答案 3.75×10－10s解析由题意可知该细光束在棱镜甲中的传播速度为：v 1＝cn 1＝2×108m/s设该细光束在AB 边的折射角为θ，由折射定律可得：n 1＝sin isin θ，得到：θ＝30° 由几何关系可知，细光束在棱镜甲中的折射光线与AB 边的夹角为90°－30°＝60°，故折射光线与底边BC 平行，光线进入棱镜乙时传播方向不变．因光束刚好在AC 边发生全反射，由几何知识得到，光线在AC 边的入射角为90°－60°＝30°，即发生全反射的临界角为：C ＝30° 设棱镜乙的折射率为n 2，则有 sin C ＝1n 2，得到：n 2＝2则该细光束在棱镜乙中的传播速度为v 2＝cn 2＝1.5×108m/s由几何关系可知：OE ＝l4＝1.5cm ，EF ＝l 4＝1.5cm ，FD ＝l2＝3cm则该光束在棱镜中的传播时间为：t ＝OE v 1＋EF ＋FD v 2＝3.75×10－10s.8.如图7所示，有一透明玻璃砖的截面，其上面的部分是半径为R 的半圆，下面是边长为2R 的正方形，在玻璃砖的两侧面距离R 处，分别放置和侧面平行的足够大的光屏，已知玻璃砖的折射率n ＝53，一束光线按图示方向从左侧光屏的P 点射出，过M 点射入玻璃砖，恰好经过半圆部分的圆心O ，且∠MOA ＝45°，光在真空中的传播速度为c .求：图7(1)光在玻璃砖中发生全反射的临界角；(2)光从P 点发出到第一次传播到右侧光屏上所用的时间．答案 (1)37° (2)(322＋4)R3c解析 (1)设光在玻璃砖中发生全反射的临界角为C ，则：n ＝1sin C ，解得：sin C ＝35，C ＝37°(2)由于光射到玻璃砖的平面上时的入射角均为i ＝45°>C ＝37°，则射到玻璃砖面上的光线发生全反射，其光路图如图所示．由几何知识可得，光在玻璃砖和光屏之间传播的距离x 1＝2(22－1)R传播的时间t 1＝x 1c＝(42－2)Rc光在玻璃砖内传播的距离：x 2＝(42＋2)R光在玻璃砖内传播的速度为v ＝c n ＝35c光在玻璃砖内传播的时间t 2＝x 2v ＝(202＋10)R3c光从P 点发出到第一次传播到右侧光屏上所用时间：t ＝t 1＋t 2＝(322＋4)R3c.。

2019-2020人教版物理选修3-4 第13章 1 光的反射和折射

1光的反射和折射[学习目标] 1.知道光的反射定律.2.理解折射定律的确切含义，并能用来解释有关的光现象和计算有关的问题.3.知道折射率的定义及其与光速的关系，并能用来进行有关计算．(重点)4.掌握插针法测折射率的方法．一、反射定律和折射定律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．光的折射和折射定律1．物理意义反映介质的光学性质的物理量．2．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＝sin θ1 sin θ2.3．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.4．特点任何介质的折射率都大于1.1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)反射定律是确定反射光线位置的规律．(√)(2)发生漫反射时，反射角不等于入射角．(×)(3)一束光从空气进入水中时传播方向一定改变．(×)(4)当光从空气垂直进入水中时，水的折射率为0. (×)(5)折射率大的介质，密度不一定大．(√)2．关于光的反射与折射，下列说法正确的是()A．光发生反射时，光的传播方向不一定改变B．光发生反射时，光的传播方向可能偏转90°C．光发生反射时，光的传播方向一定改变D．光发生折射时，一定伴随着反射现象E．光发生反射时，一定伴随着折射现象BCD[发生反射时，光的传播方向一定发生改变，且可以改变90°，A错，B、C对；发生折射时，一定伴随着反射现象，但有反射现象，不一定有折射现象，D对，E错．]3．若某一介质的折射率较大，那么光在该介质中的速度较________．[解析]由n＝cv可知，介质的折射率越大，光在该介质中的速度越小．[答案]小1光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一般要发生变化(斜射)，并非一定变化，当光垂直界面入射时，传播方向就不发生变化．2．入射角与折射角的大小关系光从一种介质进入另一种介质时，折射角与入射角的大小关系不要一概而论，要视两种介质的折射率大小而定．当光从真空斜射入介质时，入射角大于折射角；当光从介质斜射入真空时，入射角小于折射角．【例1】如图所示，虚线表示两种介质的界面及其法线，实线表示一条光线射向界面后发生反射和折射的光线，以下说法正确的是()A．bO可能是入射光线B．aO可能是入射光线C．cO可能是入射光线D．Ob可能是反射光线E．PQ可能是法线BDE[由于反射角等于入射角，入射光线，反射光线关于法线对称，所以aO、Ob应是入射光线或反射光线，PQ是法线．又因为反射光线、折射光线都不与入射光线位于法线同侧，所以aO是入射光线，Ob是反射光线，Oc是折射光线．](1)在反射、折射现象中，光路都是可逆的．(2)光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一般要发生变化，但并非一定要变化；当光垂直分界面入射时，光的传播方向就不会变化．1．如图所示，落山的太阳看上去正好在地平线上，但实际上太阳已处于地平线以下，观察者的视觉误差大小取决于当地大气的状况．造成这种现象的原因是什么？[解析]太阳光线进入大气层发生折射，使传播方向改变，使人感觉太阳的位置比实际位置偏高．[答案]光的折射1．当光由真空射入某种介质中，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但正弦值之比是一个常数．2．关于常数n入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一个常数，但不同介质具有不同的常数，说明常数反映着该介质的光学特性．3．光传播速度介质的折射率n跟光在其中的传播速率v有关，即n＝cv，由于光在真空中的传播速率c大于光在任何介质中的传播速率v，所以任何介质的折射率n都大于1.因此，光从真空斜射入任何介质时，入射角均大于折射角；而光由介质斜射入真空时，入射角均小于折射角．4．决定因素介质的折射率是反映介质的光学性质的物理量，它的大小只能由介质本身及光的性质共同决定，不随入射角、折射角的变化而变化．【例2】一束光线从空气射向折射率为1.5 的玻璃内，入射角为45°，画出反射和折射的光路示意图．[解析]光在两介质的界面上通常同时发生反射和折射；由反射定律知反射角为45°，根据折射定律n＝sin θ1sin θ2得θ1＞θ2.[答案](1)折射率的定义式中θ1为真空(空气)中的光线与法线的夹角，不一定是入射角；θ2为介质中的光线与法线的夹角，也不一定是折射角．(2)介质的折射率与介质的密度没有必然的联系．密度大，折射率未必大，如水和酒精，水的密度较大，但水的折射率较小．2．一束光由空气射入某介质时，入射光线与反射光线间的夹角为90°，折射光线与反射光线间的夹角为105°，则该介质的折射率n＝________，光在该介质中的传播速度v＝________c．(c为真空中光速)[解析]由反射定律和题意可知，反射角和入射角均为45°，折射角为r＝180°－45°－105°＝30°，则折射率n＝sin 45°sin 30°＝2，所以光在该介质中的速度v＝cn＝c2＝22c.[答案]22 21掌握测玻璃折射率的方法；加深对折射定律的理解．2．实验过程用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的折射光线，用量角器测入射角i和折射角r，根据折射定律计算出玻璃的折射率n＝sin i sin r.3．实验器材玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、三角板(或直尺)、铅笔．4．实验步骤(1)如图所示，把白纸用图钉钉在木板上．在白纸上画一条直线aa′作为玻璃砖的上界面，画一条线段AO作为入射光线，并过O点画出界面aa′的法线NN′.(2)把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边跟aa′严格对齐，并画出玻璃砖的另一个长边bb′.(3)在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2.(4)眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使P2把P1挡住，在眼睛这侧沿视线方向插上大头针P3，使它把P1、P2挡住．(5)用同样的方法在玻璃砖的bb′一侧再插上大头针P4，使P4能同时挡住P3本身和P1、P2的虚像．记下P3、P4的位置，移去玻璃砖和大头针．过P3、P4引直线O′B与bb′交于O′点，连接O、O′两点，OO′就是入射光AO在玻璃砖内的折射光线的方向．入射角i＝∠AON，折射角r＝∠O′ON′.(6)用量角器量出入射角i和折射角r.从三角函数表中查出入射角和折射角的正弦值，记录在自己设计的表格里．(7)用上面的方法分别测出入射角是15°、30°、45°、60°和75°时的折射角．查出入射角和折射角的正弦值，把这些数据也记录在上述的表格里．(8)计算出不同入射角时sin isin r的值．比较一下，看它们是否接近一个常数．求出几次实验中测得的sin isin r的平均值，就是玻璃的折射率． 5．注意事项(1)玻璃砖的上折射面必须与直线aa ′严格对齐，才能准确地确定法线，准确地画出入射角和折射角．(2)实验时，尽可能将大头针竖直地插在纸上，且P 1和P 2之间、P 2和O 之间、P 3和P 4之间、P 3和O ′之间距离要稍大一些．重合的时候要看玻璃砖里面的像，而不是看玻璃砖上面的大头针的头部．(3)入射角i 应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜过大，在操作时，手不能触摸玻璃砖光洁的光学面，更不能用玻璃砖的界面代替直尺画界线．(4)在实验的过程中玻璃砖与白纸的位置都不能改变． 6．数据处理及误差分析此实验是通过测量入射角和折射角，然后查数学用表，找出入射角和折射角的正弦值，再代入n ＝sin θ1sin θ2中求玻璃的折射率．除运用此方法之外，还有以下处理数据的方法：在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O 为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO 交于C 点，与OO ′(或OO ′的延长线)交于D 点，过C 、D 两点分别向NN ′作垂线，交NN ′于C ′、D ′，用直尺量出CC ′和DD ′的长，如图所示．由于sin α＝CC ′CO ，sin β＝DD ′DO . 而CO ＝DO ，所以折射率n 1＝sin αsin β＝CC ′DD ′.重复以上实验，求得各次折射率，然后求其平均值即为玻璃折射率的测量值．【例3】在“测定玻璃折射率”的实验中：(1)操作步骤如下：①先在白纸上画出一条直线aa′代表两种介质的界面，过aa′上的O点画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线．②把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐．③在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像．调整视线方向，直到P1的像被P2挡住．再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P1、P2的像和P3，记下P3、P4的位置．④移去大头针和玻璃砖，连接P3、P4作为折射光线，测量出入射角θ1与折射角θ2，填入表格中．上述操作步骤中存在严重的缺漏，应做的补充是______________________ ______________________________________________________.(2)实验中测出了多组入射角θ1与折射角θ2，并作出了sin θ1 sin θ2图象如图所示．则下列说法正确的________．A．实验时，光线是由空气射入玻璃B．玻璃的折射率为0.67C．玻璃的折射率为1.5[解析](1)步骤②中应在白纸上画出玻璃砖的另一个界面bb′，步骤④中应通过P3、P4的连线与bb′的交点O′和aa′上的入射点O，作出玻璃砖中的光线OO′.(2)由图可看出入射角θ1小于折射角θ2，因此，光线应该是由玻璃射入空气；则玻璃折射率n＝sin θ2sin θ1＝0.450.30＝1.5，所以选项C正确．[答案](1)见解析(2)C3.用两面平行的玻璃砖测定玻璃的折射率的实验中，已画好玻璃砖界面aa′和bb′，不慎将玻璃砖向上平移了一些，放在如图所示的位置上，而实验中其他操作均正确，测得的折射率将________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．[解析]可作出经过玻璃砖的光路图，由几何知识可知，测出的折射角与正确值相同．[答案]不变。

高中物理选修3-4知识点总结：第十三章光(人教版)

高中物理选修3-4知识点总结：第十三章光（人教版）这一章内容比较多，重要的是光的几种特性，包括：折射、干涉、衍射、偏振和光的全反射。

本章的难点在于光的折射中有关折射率的问题，用双缝干涉测量光波的波长，以及光的全反射的有关计算问题。

理解性的内容主要有：光的色散，光的偏振等知识点。

考试的要求：Ⅰ、对所学知识要知道其含义，并能在有关的问题中识别并直接运用，相当于课程标准中的“了解”和“认识”。

Ⅱ、能够理解所学知识的确切含义以及和其他知识的联系，能够解释，在实际问题的分析、综合、推理、和判断等过程中加以运用，相当于课程标准的“理解”，“应用”。

要求Ⅰ：折射率、全反射、光导纤维、光的干涉、光的衍射、光的偏振以及色散等内容。

要求Ⅱ：光的折射定律、折射定律的运用、折射率的有关计算等有关的知识内容。

知识网络：内容详解：一、光的折射：反射定律：反射光线和入射光线以及法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角。

折射定律：折射光线和入射光线以及法线在同一平面内，折射光线和入射光线分居法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。

在光的折射中光路是可逆的。

折射率：光从真空射入某介质时，入射角的正弦和折射角的正弦之比，称为折射率,用字母n表示。

测定玻璃的折射率：如图所示为两面平行的玻璃砖对光路的侧移，用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O′B,确定出O′点，画出O′O，量出入射角和折射角的度数。

根据公式：n=sinθ sinφ计算出玻璃的折射率。

对折射率的理解：介质折射率的大小取决于介质本身及入射光的频率，不同介质的折射率不同，与入射角、折射角的大小无关。

当光从真空射入介质中时，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但是正弦值之比是一个常数。

不同的介质，入射角的正弦跟折射角的正弦之比也是一个常数，但不同的介质具有不同的常数，说明常数反映着介质的光学特性。

介质的折射率跟光的传播速度有关，由于光在真空中的传播速度大于光在其他任何介质中的传播速度，所以任何介质的折射率都大于光从真空射入任何介质。

(浙江专版)2019年高中物理第十三章光章末小结与测评讲义(含解析)新人教版选修3-4

章末小结与测评光⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎧几何光学⎩⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎧光的反射{反射定律：反射角等于入射角，光路可逆光的折射⎩⎪⎨⎪⎧折射定律：入射光线、折射光线、法线的分布折射率：n ＝sin θ1sin θ2＝c v 光路可逆光的全反射⎩⎪⎨⎪⎧条件⎩⎪⎨⎪⎧从光密介质到光疏介质入射角大于或等于临界角临界角：sin C ＝1n全反射棱镜：截面是直角三角形⎩⎪⎨⎪⎧改变90°改变180°平行玻璃砖⎩⎪⎨⎪⎧对光线的控制作用：侧移测定玻璃的折射率：插针法光⎩⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎧光的色散：把复色光分解成单色光的现象⎩⎪⎨⎪⎧三棱镜折射的色散干涉、衍射时的色散物理光学⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧光的干涉⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧干涉条件：相干光，一束光分解为两束干涉现象：明暗相间的条纹解释⎩⎪⎨⎪⎧亮条纹：路程差是波长的整数倍暗条纹：路程差是半波长的奇数倍双缝干涉实验测定光波的波长：两相邻亮(暗)条纹间距：Δx ＝l d λ薄膜干涉及其应用光⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧物理光学⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧光的衍射⎩⎪⎨⎪⎧明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸与波长相差不多或更小衍射现象：明暗相间的条纹，中央条纹最宽最亮衍射光栅：单缝叫衍射，双缝叫干涉，多缝称为衍射光栅光的偏振⎩⎨⎧自然光通过偏振片后变成偏振光偏振现象说明光波是横波激光⎩⎪⎨⎪⎧特点：相干性、单色性、平行度好，亮度高应用：传播信息，激光测距，光储存，医疗，全息照相光的折射、全反射现象的分析计算1．几何光学是以光线为工具研究光的传播规律的，所以解决几何光学问题的关键是根据“光的传播规律”画出光路图，然后再利用几何学知识，寻找相应的边角关系。

(1)几何光学主要包括四条原理：①光的直线传播规律；②光的反射定律；③光的折射定律；④光路可逆原理。

(2)解题时常用的三个公式：①折射定律公式：n 12＝sin θ1sin θ2；②折射率与光速的关系n ＝cv ；③全反射的临界角sin C＝1n。

2018-2019学年新设计高中物理(人教版)选修3-4讲义：第十三章光专题3Word版含答案

一、对光的折射定律和折射率的理解和应用1．由光的折射定律n 12＝sin θ1sin θ2可知：入射角为0°时，折射角也为0°；入射角增大时，折射角也随着增大．2．折射中光路是可逆的．3．折射率是描述介质折光本领的物理量，介质折射率越大，说明其改变光传播方向的能力越强．4．各种介质的折射率一般是不同的．两种介质相比较：n 小的介质称为光疏介质，n 大的介质称为光密介质(注：必须是两种介质相互比较而言)．5．某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度c 跟光在这种介质中传播速度v 之比，即n ＝c v (决定式)．6．空气对光的传播影响很小，可以作为真空处理．[复习过关]1．如图1所示，光在真空和某介质的界面MN 上发生折射，由图可知( )图1A ．光是从真空射入介质的B ．介质的折射率为32C ．介质的折射率为 3D ．反射光线与折射光线的夹角为60°答案 C解析根据题图可知，入射角为30°，折射角为60°，反射光线与折射光线垂直，光是从介质射入真空的，折射率n ＝sin 60°sin 30°＝3，只有C 正确．2．一个人站在水面平静湖边，观察离岸一段距离的水下的一条鱼，这个人看到的鱼的位置和鱼在水下真实的位置相比较，下列说法中正确的是()A．在鱼真实位置的正上方某处B．在鱼真实位置上方偏向观察者的某处C．在鱼真实位置下方偏向观察者的某处D．所给条件不足，无法确定观察到的鱼的位置答案 B解析如图所示，人在岸上看离岸一段距离的水下的鱼，应是从鱼的位置发出的光(实际上是鱼的反射光)，经折射后射入人的眼睛，看到的是鱼的像．把鱼看做一个发光点S，人看到的是折射光线的反射延长线交于发光点S的右上方S′点，这说明人看到的是鱼的虚像，且位置是偏向右上方，所以选项B正确．3．(多选)如图2所示，两束颜色不同的单色光a、b平行于三棱镜底边BC从AB 边射入，经三棱镜折射后相交于点P，下列说法中正确的是()图2A．三棱镜对a光的折射率大于对b光的折射率B．a光在三棱镜中传播的速度较大C．让a光和b光通过同一双缝干涉实验装置，a光的条纹间距小于b光的条纹间距D．在利用a光和b光做衍射实验时，b光的实验现象更明显答案ACD解析由a、b经棱镜后的偏折情况可知a的折射率大于b的折射率，故A正确；由n＝cv知，a光在棱镜中的传播速度小，故B错误；a的折射率大，频率大．由v＝λf可知a的波长小，由Δx＝ldλ知，a光的条纹间距小，故C正确；b光的波长大，衍射现象更明显，故D正确．二、光的折射、全反射的综合应用几何光学是以光线为工具研究光的传播规律，所以解决几何光学问题的关键是根据“光的传播规律”画出光路图，然后再利用几何知识，寻找相应的边角关系．1．几何光学主要包括四条原理：(1)光的直线传播规律；(2)光的反射定律；(3)光的折射定律；(4)光路可逆原理．2．解题时常用的三个公式：(1)折射定律公式：n12＝sin θ1 sin θ2；(2)折射率与光速的关系n＝c v；(3)全反射的临界角sin C＝1 n.[复习过关]4．很多公园的水池底都装有彩灯，当一细束由红、蓝两色组成的灯光从水中斜射向空气时，关于光在水面可能发生的反射和折射现象，下列光路图中正确的是()答案 C解析红光、蓝光都要发生反射，红光的折射率较小，根据sin C ＝1n 可知红光发生全反射的临界角比蓝光大，所以蓝光发生全反射时，红光不一定发生，故C 正确．5．(多选)固定的半圆形玻璃砖的横截面如图3所示，O 点为圆心，OO ′为直径MN 的垂线．足够大的光屏PQ 紧靠玻璃砖右侧且垂直于MN .由A 、B 两种单色光组成的一束光沿半径方向射向O 点，入射光线与OO ′夹角θ较小时，光屏NQ 区域出现两个光斑，逐渐增大θ角，当θ＝α时，光屏NQ 区域A 光的光斑消失，继续增大θ角，当θ＝β时，光屏NQ 区域B 光的光斑消失，则( )图3A ．玻璃砖对A 光的折射率比对B 光的大B ．A 光在玻璃砖中传播速度比B 光的大C ．α＜θ＜β时，光屏上只有1个光斑D ．β＜θ＜π2时，光屏上只有1个光斑答案 AD解析随入射角增大最先消失的是A 光，所以A 光的临界角小于B 光的临界角，根据sin C ＝1n 可知n A ＞n B ，选项A 正确，B 错误；反射光线从玻璃砖的右侧射出，在NP 部分会一直有一个AB 光重合的光斑，所以α＜θ＜β时，B 光不会发生全反射，在光屏上会有两个光斑，选项C 错误；β＜θ＜π2时，两种光都发生全反射，光屏上只有一个光斑出现在NP 部分，选项D 正确．6．直线P 1P 2过均匀玻璃球球心O ，细光束a 、b 平行且关于P 1P 2对称，由空气射入玻璃球的光路如图4所示．a 、b 光相比( )图4A ．玻璃对a 光的折射率较大B ．玻璃对a 光的临界角较小C ．b 光在玻璃中的传播速度较小D ．b 光在玻璃中的传播时间较短答案 C解析由题图可知，b 折射程度较大，故玻璃对b 的折射率较大，A 错误；由sinC ＝1n 知b 的临界角较小，B 错误；由v ＝c n 知，b 在玻璃中的传播速度较小，C 正确；b 在玻璃中传播距离大且传播速度小，由t ＝x v 知，b 在玻璃中的传播时间较长，D 错误．7．如图5所示，一棱镜的截面为直角三角形ABC ，∠A ＝30°，斜边AB ＝a .棱镜材料的折射率为 2.在此截面所在的平面内，一条光线以45°的入射角从AC 边的中点M 射入棱镜．画出光路图，并求光线从棱镜射出的点的位置(不考虑光线沿原路返回的情况)．图5答案见解析解析设入射角为θ1，折射角为θ2，由折射定律得sin θ1sin θ2＝n ① 由已知条件及①式得θ2＝30°②如果入射光线在法线的右侧，光路图如图所示．设出射点为F ，由θ2＝30°得光线垂直于AB 射出，且由几何关系可得AF ＝38a ③。

2019-2020学年高中物理三维设计人教版选修3-4浙江专版讲义：第十三章 第2节 全 反 射 Word版含答案

(人教版)高中物理选修3-4课件：13 章末高效整合

2019-2020学年人教版物理选修3-4(浙江新高考专用版)讲义：第十三章 光 5~6 Word版含答案

2019-2020学年高中物理三维设计人教版选修3-4浙江专版讲义：第十三章 第7、8节 光的颜色 色散 激光 Word

2019-2020学年新素养突破人教版物理选修3-4：第十三章 第1节 光的反射和折射