第4章 光及其应用 章末小结与质量评价（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第一册（粤教版2019）

一、知识体系建构——理清物理观念 二、综合考法融会——强化科学思维 光的折射和全反射的综合应用 [典例]　如图所示，某透明介质的截面由直角三角形AOC和圆心为O、半径为R的四分之一圆BOC组成，其中∠OAC＝53°。现让一组平行光由AB边上OD部分垂直射入介质。已知该介质的折射率为n＝，光在真空中的传播速度为c，sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6。 (1)若让这组平行光均能从边出射，求这组平行光的最大宽度； (2)若OD＝0.6R，由D点入射的光线将途经AC边上E点，且AE＝0.65R，求该光线在介质中的传播时间。(结果可用根号表示) [解析]　(1)设临界角为ic，则有sin ic＝＝。 由D点入射的光线至边，当入射角i＝ic时，恰好发生全反射，则这组平行光的最大宽度为d＝Rsin i＝Rsin ic＝R。 (2)依题意，由D点入射的光线至边的O1处入射角为i1，如图所示，则有sin i1＝0.6，i1＝37°>C， 光线在O1处发生全反射至AC边上E点， 由几何关系易知OO1∥AC， 则有i2＝90°－37°＝53°>C，故光线再次发生全反射至OA边F点垂直出射，由等腰三角形知识可得O1E＝OC＝R，则光线在介质中传播的路程为s＝Rcos 37°＋R＋AEcos 37°＝2.32R， 光线在介质中的传播速度为v＝＝， 故传播时间为t＝＝。 [答案]　(1)R　(2) [融会贯通] 光的折射与全反射现象的特点 物理观念 情境 特征物理量 公式 折射 折射率n：折射率反映介质的光学特性，折射率大偏折角大 n＝ n＝ 全反射 临界角ic：折射角等于90°时的入射角，介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小 sin ic＝ [对点训练] 1. (2022·广州高二检测)如图所示，ABCD-EFGH为一边长为a的透明正方体，在EFGH面的正中心O有一点光源，可向各个方向射出单色光，结果从左向右看，看到在ABCD面上有一个圆形亮斑，亮斑的面积为a2。光在真空中的传播速度为c。 (1)求该透明正方体对此单色光的折射率； (2)若光从透明正方体ABCD面射出，求它在正方体内的最长传播时间(不考虑光在正方体中反射后的情况)。 解析：(1)亮斑的面积S＝a2＝πr2，解得r＝，所以光射到ABCD 面的光路图如图所示，射到圆形亮斑边缘处时发生全反射，则n＝，由几何关系可得sin ic＝＝，解得n＝。 (2)光从透明正方体ABCD面射出时，在正方体内传播的最长距离l＝a，t＝，v＝，联立解得t＝。 答案：(1)　(2) 2.如图所示，一个半径为R、折射率为的透明玻璃半球体，O为球心，轴线OA水平且与半球体的左边界垂直，位于轴线上O点左侧处的点光源S发出一束与OA夹角θ＝60°的光线射向半球体，已知光在真空中传播的速度为c。求该光线第一次从玻璃半球体出射时的方向以及光线在玻璃半球体内传播的时间。 解析：作如图所示的光路图 lOB＝tan θ＝ n＝＝ 解得α＝30° 在△OBC中＝ 解得β＝30° n＝＝ 解得γ＝60°，即出射光线CD方向与OA平行 光在玻璃半球体中传播的距离lBC＝lOB 速度v＝ 则光线在玻璃半球体内传播的时间t＝＝。 答案：与OA平行　 光学器件对光路图的控制 [典例]　(2022·珠海高二检测)如图所示，某三棱镜的截面是等腰直角三角形，材料的折射率为n，入射光沿平行于底面BD的方向射向AB，经AB折射后射到AD的光能够射出AD面。求折射率n的取值范围。 [解析]　当棱镜材料的折射率为n0时，设射到AB面光的入射角为i，折射角为r，射到AC面的入射角刚好等于这种材料的临界角ic，由几何关系可得r＋ic＝， 根据折射规律可得sin ic＝， 可知sin ic＝sin＝cos r＝ 由题意知，入射角i＝45°，则有n0＝， 解得n0＝， 则棱镜材料折射率n的取值范围是1＜n＜。 [答案]　1＜n＜ [融会贯通] 平行玻璃砖 三棱镜 圆柱体(球) 通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移 通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折 圆界面的法线是过圆心的直线，经过两次折射后向圆心偏折 [对点训练] 1.(多选)如图所示为一直角棱镜的横截面，∠BAC＝90°，∠ABC＝60°。一平行细光束从O点沿垂直于BC面的方向射入棱镜。已知棱镜材料的折射率n＝，若不考虑原入射光在BC面上的反射光，则有光线(　 ) A．从AB面射出 B．从AC面射出 C．从BC面射出，且与BC面斜交 D．从BC面射出，且与BC面垂直 解析：选BD　入射光在BC面上不改变光的传播方向，以入射角θ1＝60°斜射到AB面上，临界角ic＝arcsin＝45°，光线发生全反射。之后以入射