专题突破（4）——光路分析及光路控制（Word）-【全效作业本】2022-2023学年高中选择性必修第一册物理（人教版2019）

专题突破(四)——光路分析及光路控制 [见学生用书P103] 一、 折射中的光路分析 1．根据入射角、折射角及反射角之间的关系，作出比较完整的光路图。 2．充分利用光路图中的几何关系，确定各角之间的联系，根据折射定律求解相关的物理量：折射角、折射率。 3．注意在折射现象中，光路是可逆的。 二、 全反射中的光路分析 1．光线射到介质的界面上时，要注意对产生的现象进行分析： (1)若光线从光疏介质斜射入光密介质，不会发生全反射，同时发生反射和折射现象，不同色光偏折不同。 (2)若光线从光密介质射向光疏介质，是否发生全反射，要根据计算判断，注意不同色光临界角不同。 2．作图时要找出具有代表性的光线，如符合边界条件或全反射临界条件的光线。 3．解答时注意利用光路的可逆性、对称性和几何知识。 三、 光路的控制 1．平行玻璃砖对光路的控制 平行玻璃砖的上下表面是平行的，通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但光线要发生侧移。如图所示： 2．三棱镜对光路的控制 三棱镜的横截面为三角形，通过三棱镜的光线经两次折射后出射光线向棱镜底边偏折，全反射棱镜改变了光的传播方向。如图所示： 3．圆柱体(球)玻璃砖对光路的控制 圆柱体(球)玻璃砖的横截面是圆，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。如图所示： 【例1】 (多选)如图所示，一个储油桶的底面直径与高均为d。当桶内没有油时，从某点A恰能看到桶底边缘的某点B。当桶内油的深度等于桶高的一半时，仍沿AB方向看去，恰好看到桶底上的点C，C、B两点相距。下列说法正确的是(　AC　) 例1图 A．油的折射率为 B．油的折射率为 C．光在油中的传播速度为×108 m/s D．光在油中的传播速度为×108 m/s 【解析】 因为底面直径与桶高相等，所以∠AON＝∠BON′＝45°，由ON′＝2CN′可知，sin∠CON′＝＝，则油的折射率n＝＝＝，A正确，B错误；光在油中的传播速度v＝＝×108 m/s，C正确，D错误。 【例2】 (多选)如图所示，将黄色平行光束从半圆柱体的矩形表面垂直射入，部分圆形柱面有光线射出．已知透明半圆柱体对黄光的折射率为n＝2，半径为R＝1 m，长为L＝2 m，不考虑二次反射，那么(　AC　) 例2图 A．黄光从空气射入半圆柱体速度变小 B．黄光从空气射入半圆柱体其频率变小 C．有黄光从圆形柱面射出部分的区域面积S＝π m2 D．若只将黄光换成蓝光，有光线从圆形柱面射出部分的面积将增大 【解析】 由v＝，黄光从空气射入半圆柱体速度变小，A正确；黄光从空气射入半圆柱体其频率不变，B错误；在圆形柱面上发生全反射时，sinθ＝，临界角θ＝30°＝，由几何知识，射出部分的区域面积S＝2RθL＝π m2，C正确；若换成蓝光，全反射临界角变小，射出部分的面积S＝2RθL也变小，D错误。 【例3】 (多选)如图所示，两束平行的甲光和乙光，相距为d，斜射到置于空气中的矩形玻璃砖上，若光线在玻璃砖内不重叠，当它们从玻璃砖的下表面射出时(　AC　) 　例3图 A．若甲为紫光，乙为红光，则两条出射光线间的距离一定大于d B．若甲为紫光，乙为红光，则两条出射光线间的距离可能小于d C．若甲为红光，乙为紫光，则两条出射光线间的距离可能大于d D．若甲为红光，乙为紫光，则两条出射光线间的距离一定小于d 【解析】 根据光学规律知两束出射光线仍平行；红光和紫光对玻璃砖的折射率不同，紫光的折射率大，紫光的侧移量大，红光的侧移量，用极限法，红光的侧移量小到等于零，不偏转，沿直线传播，若甲为紫光，乙为红光，两条出射光线间的距离一定大于d，如答图a所示，A正确，B错误；若甲为红光，乙为紫光，则两条出射光线间的距离可能大于d，如答图b所示，C错误，D正确。 【例4】 (多选)一束白光从顶角为θ的三棱镜的一边以较大的入射角i射入，并通过三棱镜后，在屏P上可得到彩色光带，如图所示，在入射角i逐渐减小到零的过程中，假如屏上的彩色光带先后全部消失，则(　BC　) 　例4图 A．红光最先消失，紫光最后消失 B．紫光最先消失，红光最后消失 C．折射后的出射光线向底边BC偏折 D．折射后的出射光线向顶角A偏折 【解析】 白光从AB面射入玻璃后，由于紫光偏折程度大，从而到达另一侧面AC时的入射角较大，且因玻璃对紫光的折射率大，sinC＝，因而其临界角最小，故随着入射角i的减小，进入玻璃后的各色光中紫光首先发生全反射，不再从AC面射出，红光最后消失，通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向三棱镜底边BC偏折，B、C正确。 【例5】 (多选)如图所示，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为θ，经折射后射出a、b两束光线，则(　ABD　) 例5图 A．在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度 B．在真空