《新教材 人教版高中物理选择性必修第一册 第四章 光 学案（知识点考点汇总及配套习题）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新教材 人教版高中物理选择性必修第一册 第四章 光 学案（知识点考点汇总及配套习题）（73页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 光1光的折射- 1 -2全反射- 17 -3光的干涉- 29 -4实验：用双缝干涉测量光的波长- 40 -5光的衍射- 48 -6光的偏振激光- 48 -本章专题整合提升- 61 -1光的折射课前自主学习一、光的反射及反射定律1光的反射：光从第1种介质射到与第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光在反射时遵循反射定律预习交流日常生活中我们利用光的反射原理服务于我们的生活，试举几例提示：每天我们照镜子，汽车后视镜，公路急转弯处安装很大的凸面镜等都是利用光的反射为我们服务二、光的折射及折射定律1光的折射及折射定律光的折射光从第1种介质斜射到与第2种介质的分界面时，一部分光
2、进入第2种介质的现象入射角、折射角入射角：入射光线与法线的夹角1折射角：折射光线与法线的夹角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n122.光路可逆性在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的预习交流有经验的渔民叉鱼时，不是正对着看到的鱼去叉，而是对着所看到的鱼的下方叉，如图所示你知道这是为什么吗？提示：从鱼身上反射的光线由水中进入空气时，在水面上发生折射，折射角大于入射角，折射光线进入人眼，人眼会逆着折射光线的方向看去，就会觉得鱼变浅了，眼睛看到的是鱼的虚像，在鱼的上方，所以叉鱼时要瞄准像的下方，如图所示三、折
3、射率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，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率：n.3研究表明，光在不同介质中的速度不同，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.考点一反射定律和折射定律 1.光的反射(1)反射现象：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)光在反射时遵从反射定律2.光的折射(1)折射现象如图所示，当光线入射到两种介质的分界面上时，一部分光被反射回原来介质，即反射光线OB.另一部分光进入第2种介质，并改变了原来的传播方向，即
4、光线OC，这种现象叫作光的折射现象，光线OC称为折射光线【说明】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，当光垂直界面入射时光的传播方向就不变化(2)折射定律：折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和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n12，式中n12是比例常数3光路可逆性在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的如果让光线逆着出射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线出射【例1】如图所示，光线以入射角1从空气射向折射率n的玻璃表面(1)当入射角145时，反射光线与折射光线的夹角为多大？(2)当入射角1为多大时，反射光线和折射光
5、线垂直？【审题指导】1如何确定1与1的关系？2如何确定1与2的关系？【解析】(1)设折射角为2，由n，得sin2，所以230.又反射角145，则反射光线与折射光线的夹角18012105.(2)当反射光线和折射光线垂直时，即1290，ntan1，则入射角1arctan.【答案】(1)105(2)arctan解决此类光路问题，关键是辨清“三线、两角、一界面”间的关系.注意以下几点：(1)根据题意正确画出光路图.(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，注意入射角、反射角、折射角的确定.(3)利用反射定律、折射定律求解.(4)注意光路的可逆性的利用.对点训练一束光从空气射入某种透明液体，入射角为40
6、，在界面上光的一部分被反射，另一部分被折射，则反射光线与折射光线的夹角是(D)A小于40B在40与50之间C大于140D在100与140之间解析：因为入射角为40，反射角也为40，根据折射定律折射角小于40，所以反射光线与折射光线的夹角在100与140之间【例2】有一水池实际深度为3 m，当垂直水面向下看时，水的视深为多少？(已知水的折射率为)【审题指导】1观察水中的物体会变浅，是物体真的变浅了吗？2观察水中的物体会变浅，实际看到的是物体的像，要作出物体的像，至少要用几条光线？3当角度很小时，这个角的正弦跟正切可以近似认为相等吗？【解析】设水池的实际深度为H，水的视深为h，从正上方沿竖直向下的
7、方向观察池底S时，由于光的折射现象，其视深位置为S处，观察光路如图所示由几何关系和折射定律可知：n，O1O2htaniHtan，考虑到从正上方观察时，角i和均很小，所以有：sinitani，sintan.因此，h m m2.25 m.【答案】2.25 m对点训练如图所示，游泳池宽度L15 m，水面离岸边的高度为0.5 m，在左岸边一标杆上装有一A灯，A灯距地面高0.5 m，在右岸边站立着一个人，E点为人眼的位置，人眼距地面高1.5 m，若此人发现A灯经水面反射所成的像与左岸水面下某处的B灯经折射后所成的像重合，已知水的折射率为1.3，则B灯在水面下多深处？(B灯在图中未画出)答案：灯在水面下4
8、.35 m深处解析：如图所示，设水面为CF，A到水面C的距离为L1，B灯与C之间的距离为L2，人眼到F之间的距离为L3，C、D之间的距离为L4，由A灯光的反射得，代入数据得，得L45 m，对B灯光的折射过程sinisinCBD，sinrsinCAD，代入数据解得：L24.35 m.考点二折射率 1.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，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，用符号n表示2物理意义折射率是反映介质折射光的本领大小的一个物理量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.4折射率的大小特点任何介
9、质的折射率都大于1.(1)由公式n看，由于光在真空中的传播速度c大于光在任何其他介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率都大于1.(2)由公式n看，光从真空斜射向任何其他介质时，入射角都大于折射角所以任何介质的折射率都大于1.【说明】折射率的大小由介质本身及入射光的频率决定，与入射角、折射角的大小无关【例3】一个圆柱形筒，直径为12 cm，高为16 cm.人眼在筒侧壁上方某处观察，所见筒侧壁的深度为9 cm，当筒中装满液体时，则恰能看到筒侧壁的最低点，求：(1)此液体的折射率；(2)光在此液体中的传播速度【审题指导】题中“恰能看到”，表明人眼看到的是筒侧壁最低点发出的光线经界面折射后进入人眼的
10、边界光线，由此可作出符合题意的光路图在作图或分析计算时还可以由光路可逆原理，认为“由人眼发出的光线”折射后恰好到达筒侧壁最低点【解析】根据题中的条件作光路图如图所示(1)由图可知：sin2，sin1sini.则此液体的折射率为：n.(2)光在此液体中的传播速度：v m/s2.25108 m/s.【答案】(1)(2)2.25108 m/s本题中知道人眼看到的是边界光线，知道人眼顺着折射光线的反向延长线看去是人眼所见的筒深9 cm，这是正确作出光路图的依据.总之，审清题意画出光路图(必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图)，是分析折射问题的关键.对点训练人的眼球可简化为如图所示的模型折射率相同、半
11、径不同的两个球体共轴平行光束宽度为D，对称地沿轴线方向射入半径为R的小球，会聚在轴线上的P点取球体的折射率为，且DR.求光线的会聚角.(示意图未按比例画出)答案：30解析：由几何关系sini，解得i45则由折射定律n，解得30且i，解得30.考点三测定玻璃的折射率 1实验目的：会用插针法测定玻璃的折射率，掌握光发生折射时，入射角和折射角的确定方法2实验原理：如图所示的是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OB，确定出O点，画出折射光线OO，量出入射角1和折射角2，据n计算出玻璃的折射率3实验器材：白纸、图钉、大头针、直尺、铅笔、量角器、平木板、长方形玻璃砖4实验
12、步骤(1)将白纸用图钉固定在绘图板上(2)在白纸上画出一条直线aa作为界面(线)，过aa上的一点O画出界面的法线NN，并画一条线段AO作为入射光线(3)把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa对齐，画出玻璃砖的另一长边bb.(4)在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向直到P2的像挡住P1的像再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，记下P3、P4的位置(5)移去大头针和玻璃砖，过P3、P4作直线OB与bb交于O，直线OB就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向(6)连接OO
13、，入射角1AON，折射角2OON.用量角器量出入射角和折射角，从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记录在自己设计的表格中(7)用上述方法分别求出入射角为30、45、60时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中(1)玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm以上.若宽度太小，则测量误差较大.(2)入射角1应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角也不宜太大.(3)在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线.(4)在以上操作过程中，玻璃砖与白纸相对位置不能变.5数据处理(1)方法一：平均值法算出不同入射角时的比值，最后求出在几次实验中所测的平均值，即为玻璃砖的折射率(2)
14、方法二：图像法以sin1值为横坐标、sin2值为纵坐标，建立直角坐标系，如右图所示描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线求解图线斜率k，则k，故玻璃砖折射率n.(3)方法三：作图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，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sin1，sin2，且CODO，所以折射率n1.【例4】(多选)某同学用插针法测定玻璃砖的折射率，他的实验方法和操作步骤准确无误，但他处理实验记录时发现玻璃砖的两个光学面aa与bb不平行，则()A入射光线与出射光线两条直线平行B入射光线与出射光线两条直线不平行C他测出的折射率偏大D他测出的折射率不受影响【审题指导】1测定玻璃折射率实验中，对玻璃砖有什么要求？2实验时为了减小误差，对入射角大小有什么要求？3本实验中，必须选用两侧面平行的玻璃砖吗？4可以用圆形的或三角形的玻璃砖做本实验吗？【解析】如图所示，在光线由aa进入玻璃砖的偏折现象中，由折射定律知：
