(广西专版)高中物理第4章光章末核心素养整合课件新人教版选择性必修第一册

规律总结
解答全反射类问题的技巧
1.解答全反射类问题时,要抓住发生全反射的两个条件。
(1)光必须从光密介质射入光疏介质。
(2)入射角大于或等于临界角。
2.利用好光路图中的临界光线,准确地判断出恰好发生全反射
的光路图是解题的关键,且在作光路图时尽量与实际相符。
【跟踪训练1】如图所示,一救生艇停在平静的水面上,艇前
(1)找入射点;
(2)画垂直于界面的法线;
(3)找出入射角和折射角;
(4)运用折射定律公式解题。
如果折射光线又入射到另一界面,需要再次重复上述步骤,题
目可解。
【跟踪训练2】如图所示,玻璃棱镜的截面为等腰三角形,顶
角A为30°,一束光线垂直于AB面射入棱镜,又从AC面射出。
出射光线与入射光线之间的夹角为30°,则此棱镜材料的折射
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,其特点如下。
(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。

线在球面上恰好发生全反射时,光束在上表面的入射点到O点
的距离。不考虑光线在玻璃体内的多次反射。

答案: R

解析:当光线经球心 O 入射时,光路图如图甲所示。
设玻璃的折射率为 n,由折射定律有
式中,入射角 i=45°,r 为折射角。
△OAB 为直角三角形,因此 sin r=
发生全反射时,临界角 C 满足
求解。

n=

=

和


λ= 进行分析

【典型例题1】如图所示,半径为R的半球形玻璃体置于水
平桌面上,半球的上表面水平,球面与桌面相切于A点。一细
束单色光经球心O从空气中射入玻璃体内(入射面即纸面),入
射角为45°,出射光线射在桌面上B点处。测得AB之间的距离

为 。现将入射光束在纸面内向左平移,求射入玻璃体的光
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
(4)可利用玻璃砖测量玻璃的折射率。
【典型例题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。

答案:1<n<

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
率是(
)

A.


C.

答案:D

B.

D.
解析:过AC面作出法线,如图所示,可知θ2=30°,θ1=60°,
所以
°
n=°
= 。
专题三 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
由图可得 sin

h=

=




C=

=


m=2 m。
(3)由图可知,根据折射定律
所以 sin θ=0.6
又因为

tan θ= ,tan

C= '
°
n=
=


由此可得 B'点到水面的竖直距离 h'=3.5 m。
专题二 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
密介质时,折射角 θ2 小于入射角 θ1;当光由光密介质进入光疏
介质时,折射角 θ2 大于入射角 θ1,此时

n=
。

3.全反射现象在现代科技和生活中有着广泛的应用,解决此
类问题时要理解全反射的条件和临界角的定义。
4.解题时要根据两个定律作出光路图,再根据几何关系找
出各个物理量之间的关系,根据
n=
、临界


sin C= 、光学元件(如平行玻璃砖、全反射棱镜、半

圆形玻璃砖等)的光学性质等。需注意以下问题。
1.入射角θ1和折射角θ2都是光线与法线的夹角,在折射现象
中,光路是可逆的。
2.介质折射率

n=
。任何介质的折射率都大于

1;折射率
决定于介质的光学特性和光的频率。当光由光疏介质进入光
物或狭缝的尺寸足够小。
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

邻亮条纹或暗条纹间距为 Δx=λ。
是海面上海市蜃楼的图像,选项B错误。题图丙中暗影中心有
亮斑为圆盘衍射图样,选项C错误。题图丁中,仅旋转双缝片,
会导致条纹消失,选项D错误。
规律总结
光的干涉与光的衍射的比较
内容
光的干涉
光的衍射
在光叠加区域出现加 光绕过障碍物偏离直线
现象
强或减弱的现象
传播的现象
两束光频率相同、相 障碍物或狭缝的尺寸足

n=



+

sin C=


在玻璃体球面上光线恰好发生全反射时,光路图如图乙所示。
设此时光线入射点为E,折射光线射到玻璃体球面的D点。由
题意有∠EDO=C


在△EDO 内,根据正弦定理有
=
(°-)

联立以上各式并利用题给条件得 lOE= R。
(3)若潜水员从B点竖直上升至B'时(图中未标出),水面上方
所有的景物都出现在顶角为2∠AB'D的圆锥里,求B'点到水面
的竖直距离h'2 m (3)3.5 m

解析:(1)v=
=
×
m/s=2.25×108 m/s。


(2)根据题意作出光路图,如图所示。
部上端有一标记P,在其正前方A处有一浮标,测得PA连线与竖
直方向的夹角为53°。潜水员下潜至水下B点时,看到P刚好被
浮标挡住,且恰好看到艇尾端后方水面上的景物,已知水的折

射率 n=
,B点到艇尾部的水平距离l=6
m,忽略救生艇的吃水

深度。
(1)求光在水中的传播速度的大小v。
(2)求B点到水面的竖直距离h。
【跟踪训练3】(多选)关于波的干涉和衍射,下列说法正确
的是(
)
A.衍射是一切波特有的现象
B.两列波发生干涉时,振动加强区域的质点的位移一定始终
最大
C.声波容易发生衍射是因为声波的波长较长
D.观察薄膜干涉时,应该在入射光的同一侧
答案:ACD
解析:衍射是一切波特有的现象,选项A正确;两列波发生干涉
时,振动加强区域的质点振动始终加强,不是位移始终最大,选
【典型例题3】下列说法正确的是(
)
A.甲图肥皂泡呈现彩色是光的干涉现象
B.乙图是沙漠上海市蜃楼的图像
C.丙图是圆孔衍射的图样
D.丁图为杨氏双缝实验观察到的图样,应保持测量头不动,
转动双缝片直至图样正常
答案:A
解析:题图甲肥皂泡呈现彩色图样是光的薄膜干涉,选项A正
确。根据全反射产生条件可知,题图乙观察者看到正立的像
产生条件
位差恒定
够小
单缝衍射(圆孔衍射、圆
典型实验 杨氏双缝干涉
盘衍射)
内容
条纹宽
度
图
不
样
条纹间
同
距
特
点
点
亮度情
况
相同点
光的干涉
条纹宽度相等
光的衍射
条纹宽度不等、中央
最宽
各相邻条纹间距相等 各相邻条纹间距不等
清晰条纹,亮度基本 中央条纹最亮,两边变
相等
暗
干涉、衍射都是波特有的现象;干涉、衍射
都有明暗相间的条纹
项B错误;声波容易发生衍射是因为声波的波长较长,选项C正
确;薄膜干涉是两列频率相同的反射光在薄膜上出现的现象,
因此应在入射光的同一侧观察,选项D正确。
二次发生折射时的入射角为γ
则sin α=nsin β
要在 AC 面上不发生全反射,要求 sin
同时由题可知 β+γ=90°,α=60°
因此有

n<
又 n 本身大于 1,故 n 的取值范围为

γ<

1<n< 。
规律总结
光学元件对光线的作用,体现在光由一种介质入射到另一种
介质的界面上时,光路发生了变化,其解题流程为:
章末核心素养整合
知识体系构建
专题归纳突破
知识体系构建




光疏介质
临界角


相干


2k·


(2k-1)·

λ

小
横波
平行度 亮度
专题归纳突破
专题一 光的折射和全反射
光的折射和全反射分别遵循折射定律和反射定律,这部分
知识主要集中在以下几点:折射定律、折射率
角公式