第四章 光及其应用 章末总结-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第一册同步核心辅导与测评（教科版）

章末总结 [专题一　光的折射、全反射现象的分析和计算] 1．解决光的折射问题的常规思路 (1)根据题意画出正确的光路图。 (2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、折射角均是光线与法线的夹角。 (3)列方程常用的三个公式：折射定律公式n＝ ；折射率与光速的公式 n＝，折射率与临界角的关系式：n＝。 2．有关全反射定律的应用技巧 (1)首先判断是否为光从光密介质射入光疏介质，如果是，下一步再利用入射角和临界角的关系进一步判断，如果不是则直接应用折射定律解题即可。 (2)分析光的全反射时，根据临界条件找出临界状态是解决这类题目的关键。 (3)当发生全反射时，仍遵循光的反射定律和光路可逆性。常用公式sin C＝计算和“物点和像点对称”作图。 3．各种色光的比较 红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫 频率f 越来越大 真空中的波长λ 越来越小 对同种介质中的折射率n 越来越大 从介质向真空入射的临界角C 越来越小 　用激光笔照射透明塑料制成的光盘边缘时观察到的现象如图所示。入射点O和两出射点P、Q恰好位于光盘边缘等间隔的三点处，空气中的四条细光束分别为入射光束a、反射光束b、出射光束c和d，已知光束a和b间的夹角为90°，则(　　) A．光盘材料的折射率n＝2 B．光在光盘内的速度为真空中光速的三分之二 C．光束b、c和d的强度之和等于光束a的强度 D．光束c的强度小于O点处折射光束OP的强度 【解析】　如图所示由几何关系可得入射角为i＝45°，折射角为r＝30°， 根据折射定律有n＝＝＝，所以A错误；根据v＝＝c，所以B错误；光束b、c和d的强度之和小于光束a的强度，因为在Q处光还有反射光线，所以C错误；光束c的强度与反射光线PQ强度之和等于折射光线OP的强度，所以D正确；故选D。 【答案】　D 　如图所示，一种光学传感器是通过接收器Q接收到光的强度变化而触发工作的。光从挡风玻璃内侧P点射向外侧M点再折射到空气中，测得入射角为α，折射角为β；光从P点射向外侧N点，刚好发生全反射并被Q接收，求光从玻璃射向空气时临界角C的正弦值表达式。 【解析】　根据光的折射定律有 n＝ 根据光的全反射规律有 sin C＝ 联立解得 sin C＝。 【答案】　 [针对训练] 1．将两块半径均为R、完全相同的透明半圆柱体A、B正对放置，圆心上下错开一定距离，如图所示，用一束单色光沿半径照射半圆柱体A，设圆心处入射角为θ，当θ＝60°时，A右侧恰好无光线射出；当θ＝30°时，有光线沿B的半径射出，射出位置与A的圆心相比下移h，不考虑多次反射，求： (1)半圆柱体对该单色光的折射率； (2)两个半圆柱体之间的距离d。 解析：(1)光从半圆柱体A射入，满足从光密介质射入光疏介质，当θ＝60°时发生全反射，有sin θ＝ 解得n＝。 (2)当入射角θ＝30°，经两次折射沿半圆柱体B的半径出射，设折射角为r，光路如图所示。 由折射定律有n＝ 有几何关系有tan r＝ 联立解得d＝(h－)。 答案：(1)　(2)(h－) 2．超强超短光脉冲产生方法曾获诺贝尔物理学奖，其中用到的一种脉冲激光展宽器截面如图所示。在空气中对称放置四个相同的直角三棱镜，顶角为θ。一细束脉冲激光垂直于第一个棱镜左侧面入射，经过前两个棱镜后分为平行的光束，再经过后两个棱镜重新合成为一束，此时不同频率的光前后分开，完成脉冲展宽。已知相邻两棱镜斜面间的距离d＝100.0 mm，脉冲激光中包含两种频率的光，它们在棱镜中的折射率分别为n1＝和n2＝。取sin 37°＝，cos 37°＝，＝1.890。 (1)为使两种频率的光都能从左侧第一个棱镜的斜面射出，求θ的取值范围； (2)若θ＝37°，求两种频率的光通过整个展宽器的过程中，在空气中的路程差ΔL(保留三位有效数字)。 解析：(1)由几何关系可得，光线在第一个三棱镜右侧斜面上的入射角等于θ，要使得两种频率的光都从左侧第一个棱镜斜面射出，则θ需要比两种频率光线的全反射角都小，设C是全反射的临界角，根据折射定律得 sin C＝① 折射率越大，临界角越小，代入较大的折射率得 Cmin＝45°② 所以顶角θ的范围为 0＜θ＜45°(或θ＜45°)。③ (2)脉冲激光从第一个三棱镜右侧斜面射出时发生折射，设折射角分别为α1和α2，由折射定律得 n1＝④ n2＝⑤ 设两束光在前两个三棱镜斜面之间的路程分别为L1和L2，则 L1＝⑥ L2＝⑦ ΔL＝2(L1－L2)⑧ 联立④⑤⑥⑦⑧式，代入数据得 ΔL≈14.4 mm。⑨ 答案：(1)0＜θ＜45°(或θ＜45°) (2)14.4 mm [专题二　光的干涉、衍射] 1．两者的产生条件不同：产生干涉的条件是两列光波频率相同，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物或