第十三章 [应用拓展·素养提升13] 光现象在生产、生活中的应用-【创新教程】2024高考物理总复习大一轮教师用书word（新教材，人教版）

理论联系生产、生活实际，学以致用，不仅是新课改的教学理念，也是高考命题改革的重要方向.高考试题往往以实际中鲜活的材料为背景构建问题情境，这就要求我们能将实际问题抽象为物理模型，并提炼出有用信息，从而有效地分析求解此类问题. 蒙气差效应 [典例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(　　) A.光的反射　　　　 B．光的折射 C．光的直线传播 D．小孔成像 [解析] B　[光在同一种均匀、透明介质中沿直线传播，在不均匀的透明介质中不沿直线传播，会发生折射．由于大气层上疏下密，光线穿过大气层时会连续发生折射，傍晚当阳光的折射光线沿水平线进入人眼时，此时的入射光线已经在地平线以下了．] 光纤通信 [典例2]　光纤主要由折射率较大的内芯与折射率较小的外套组成．在光纤中传输的信号是脉冲光信号．当一个光脉冲从光纤的入射端输入，经过一段长度的光纤传输之后，其输出端的光脉冲会变宽，这种情况较严重(脉冲变宽到一定程度)时会导致信号不能被正确传输．引起这一差别的主要原因之一是光通过光纤纤芯时路径长短的不同(如图所示)，沿光纤轴线传输的光线用时最短，在两种介质界面发生最多次全反射的光线用时最长．为简化起见．我们研究一根长直光纤，设其内芯折射率为n1，外套折射率为n2.在接收端光脉冲宽度(即光持续时间)为Δt，则下列说法正确的是(　　) A．为了保证光脉冲不从外套“漏”出，内芯和外套材料折射率的关系应满足n1<n2 B．内芯材料的折射率n1越大，光脉冲将越不容易从外套“漏”出 C．为了尽可能减小Δt，应该选用波长更短的光 D．为了尽可能减小Δt，应该减小光纤的直径 [解析]　B　[光不从外套“漏”出，即光可在内芯与外套的界面上发生全反射，当内芯的折射率比外套的大时，光在内芯与外套的界面上才能发生全反射，故内芯和外套材料折射率的关系应满足n1>n2，A错误．根据sin C＝，可知内芯材料的折射率n1越大，全反射的临界角C越小，越容易发生全反射，则光脉冲将越不容易从外套“漏”出，故B正确．设光纤的长度为L，光沿光纤轴线传输时用时最短，光在光纤中的传播速度v＝，则最短时间t1＝＝；设光从入射端的A点入射时的入射角为θ1，折射角为θ2，在B点发生全反射时的入射角和反射角为θ3，如图所示，如果θ3＝C，则光在光纤中的传播时间最长，此时sin θ3＝sin C＝，则光通过光纤所用的最长时间t2＝＝＝＝，故Δt＝t2－t1＝(－n1)＝n1(－1)，波长越短的光的折射率n1、越大，导致Δt越大，Δt的表达式与光纤的直径无关，故C、D错误．] 潜水员的视角 [典例3]　如图所示，一潜水员在距海岸A点45 m的B点竖直下潜，B点和灯塔之间停着一条长4 m的皮划艇．皮划艇右端距B点4 m，灯塔顶端的指示灯与皮划艇两端的连线与竖直方向的夹角分别为α和β(sin α＝，sin β＝)，水的折射率为，皮划艇高度可忽略． (1)潜水员在水下看到水面上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里．若海岸上A点恰好处在倒立圆锥的边缘上，求潜水员下潜的深度； (2)求潜水员竖直下潜过程中看不到灯塔指示灯的深度范围． [解析]　(1)设潜水员下潜深度为h，水的折射率为，海岸上A点恰好处在倒立圆锥的边缘上，且临界角θ满足sin θ＝，则sin θ＝＝ 解得h＝15 m. (2)设入射角为α的光线的折射角为α′，入射角为β的光线的折射角为β′，则＝，＝ 根据几何关系可知sin α′＝，sin β′＝ 解得h1＝ m，h2＝ m 故潜水员竖直下潜过程中看不到灯塔指示灯的深度范围是～ m. [答案]　(1)15 m　(2)～ m 180 学科网（北京）股份有限公司 $