第四章 光及其应用 章末小结与质量评价（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册（教科版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 光学器件对光路图的控制 [融会贯通] 答案：BD　 答案：(1)60°　(2)5×10－10 s [典例2]　(多选)如图所示是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则 (　 ) A．在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大 B．真空中a、b两光传播速度相同 C．从同种介质射入真空发生全反射时，a光临界角小 D．在相同的条件下，b光比a光更容易产生明显的衍射现象 光的干涉和衍射的综合 [答案]　BCD [对点训练] 1．(2024年1月·吉林、黑龙江高考适应性演练)(多选)波长 不同的a、b两束单色平行光，分别照射到同一双缝干涉装置上， 在屏上得到干涉条纹如图所示。下列说法正确的是(　 ) A．在真空中，a光的波长比b光的长 B．在真空中，a光的传播速度比b光的小 C．若只减小双缝到屏的距离，两光产生的条纹间距均变小 D．两光分别照射同一单缝衍射装置，若只减小缝宽，中央亮纹宽度均变小 三、价值好题精练——培树科学态度和责任 1．(2023·福建高考)如图，一教师用侧面开孔的透明塑料瓶和绿光激光器演示“液流导光”实验。瓶内装有适量清水，水从小孔中流出后形成了弯曲的液流。让激光水平射向小孔，使光束与液流保持在同一竖直平面内，观察到光束沿着弯曲的液流传播。下列操作中，有助于光束更好地沿液流传播的是(　 ) 17 A．减弱激光强度 B．提升瓶内液面高度 C．改用折射率更小的液体 D．增大激光器与小孔之间的水平距离 提升瓶内液面的高度，会造成开口处压强增大，水流的速度增大，水流的更远，进而增大了激光束的入射角，则会有大部分光在界面处发生全反射，有助于光束更好的沿液流传播，故B正确；若改用折射率更小的液体，临界角变大，更不容易发生全反射，故C错误；增大激光器与小孔之间的水平距离不能改变液体的折射率或激光束的入射角，现象不会改变，故D错误。 答案：B　 2．(2024年1月·江西高考适应性演练)用图(a)装置测量玻璃的折射率时，俯视图如图(b)所示。在水平木板上插大头针P、Q，透过玻璃砖观察，使Q把P挡住，再插大头针M和N，使N挡住M同时挡住玻璃砖中的P和Q，这样就可以确定玻璃砖的入射光线及其出射光线，从而可以测量玻璃的折射率。下列关于该实验时眼睛所看到大头针的情形，可能正确的是(　 ) (1)该光源发出的光照射到布幕上的最高点距水面的高度h； (2)该光源发出的光能射出水面的最远位置距观景平台右侧的最远距离s。 [典例1]　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射出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　 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：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C＝arcsin＝45°，光线发生全反射。之后以入射角θ2＝30°斜射到AC面上，由于θ2<C，不发生全反射，有一部分光线从AC面折射出，另一部分光线经AC面反射后从BC面垂直射出，如图所示。 2．真空中有一半径为R＝5 cm，球心为O，质量分布均匀的玻璃球，其过球心O的横截面如图所示。一单色光束SA从真空以入射角i于玻璃球表面的A点射入玻璃球，又从玻璃球表面的B点射出。已知∠AOB＝120°，该光束在玻璃中的折射率为，光在真空中的传播速度c＝3×108 m/s，求： (1)入射角i的值； (2)该光束在玻璃球中的传播时间t。 解析：(1)根据几何关系可知 ∠OAB＝＝30°， 由折射定律得n＝，解得i＝60°。 (2)由折射率n＝可知，v＝， 传播时间t＝， 解得t＝5×10－10 s。 [解析]　由题图可知b光的干涉条纹间距大，根据Δx＝λ知，b光的波长长，则b光的频率小，折射率也小，由n＝知，b光的传播速度大，A错。真空中光的传播速度相同，B对。b光的折射率小，根据sin C＝可知，b光发生全发射的临界角大，C对。因为b光的波长长，所以b光比a光更容易产生明显的衍射现象，D对。 [融会贯通] 1．光的干涉和衍射图样的辨别 (1)条纹宽度是否相同。 (2)条纹间距是否相同。 2．光的干涉亮暗条纹的确定 (1)当光从两狭缝到屏上某点的路程差为半波长的偶数倍(即波长的整数倍)时，或Δs＝nλ(n＝0,1,2，…)时，该点出现亮条纹。 (2)当光从两狭缝到屏上某点的路程差为半波长的奇数倍时，或Δs＝λ(n＝0,1,2，…)时，该点出现暗条纹。 解析：根据Δx＝λ，由屏上得到干涉条纹可知，a光对应的条纹间距大于b光对应的条纹间距，则在真空中，a光的波长比b光的长，在真空中，a光的传播速度与b光的传播速度相等，均为光速c，故A正确，B错误；根据Δx＝λ，若只减小双缝到屏的距离，两光产生的条纹间距均变小，故C正确；两光分别照射同一单缝衍射装置，若只减小缝宽，中央亮纹宽度均变大，故D错误。 答案：AC　 2．(2024年1月·甘肃高考适应性演练)如图，波长为λ的单色光，照射到间距为d的双缝上，双缝到屏的距离为l，屏上观察到明暗相间的条纹。现将屏向右平移l，则移动前和移动后，屏上两相邻亮条纹中心的间距之比为(　 ) A．4∶3 B．3∶4 C．4∶5 D．5∶4 解析：移动前屏上两相邻亮条纹中心的间距Δx1＝λ，移动后屏上两相邻亮条纹中心的间距Δx2＝λ，移动前后屏上两相邻亮条纹中心的间距之比为Δx1∶Δx2＝4∶5，故选C。 答案：C　 解析：若想使激光束完全被限制在液流内，则应使激光在液流内发生全反射现象，根据全反射临界角正弦值sin C＝＝，可知应该增大液体的折射率或增大激光束的入射角。减弱激光的强度，激光的临界角、折射率均不会改变，故A错误； 解析：入射光线PQ经玻璃砖折射后，出射光线为MN，大头针N挡住M同时挡住玻璃砖中的P和Q，若由大头针N逆着出射光线MN观察，大头针M被挡住，在玻璃砖上面能观察到大头针P和Q，光线如图所示，大头针P、Q在大头针N、M的右侧，且Q在最右侧，故C正确。 答案：C　 3．公园的湖面上修建了一个伸向水面的观景平台，如图所示为其竖直截面图，水平湖底上的P点位于观景平台右侧边缘正下方，观景平台下表面距湖底的高度为H＝4 m，在距观景平台右侧边缘正前方d＝4 m处有垂直湖面足够大的宣传布幕。在P点左侧l＝3 m 处湖底上的Q点安装一单色光光源(可视为点光源)。已知水对该单色光的折射率n＝，当水面与观景平台的下表面齐平时，只考虑在图中截面内传播的光，求： 解析：(1)光路如图所示。 射向观景平台右侧边缘的光线折射后射到布幕上的位置最高，由折射定律得 n＝， 而sin γ＝， 解得sin i＝0.8， 而sin i＝， 解得h＝3 m。 (2)该光源发出的光在水面恰好未发生全反射时，射出水面的光到平台右侧的距离最大，此时入射角为临界角C。 根据sin C＝以及sin C＝， 解得s＝m。 答案：(1)3 m　(2)m 4．(2023·山东高考)一种反射式光纤位移传感器可以实现微小位移测量，其部分原理简化如图所示。两光纤可等效为圆柱状玻璃丝M、N，相距为d，直径均为2a，折射率为n(n<)。M、N下端横截面平齐且与被测物体表面平行。激光在M内多次全反射后从下端面射向被测物体，经被测物体表面镜面反射至N下端面，N下端面被照亮的面积与玻璃丝下端面到被测物体距离有关。 (1)从M下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为θ，求θ的正弦值； (2)被测物体自上而下微小移动，使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，求玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围(只考虑在被测物体表面反射一次的光线)。 解析：(1)激光在M内发生全反射，故sin α≥ 根据几何关系α＋β＝90° 可得sin β ≤ 根据折射定律sin θ＝nsin β 可以得到最大偏角θ的正弦值为sin θ＝。 (2)当光线刚好能照到N下端时，对应物体的距离b1＝ 而光线能全部覆盖N下端时，对应物体的距离b2＝ 而由sin θ＝ 可知tan θ＝＝ 则玻璃丝下端面到被测物体距离的范围为 ≤b≤ 。 答案：(1) (2) ≤b≤ $$