第4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（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 [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) 光的折射和全反射的综合应用 [融会贯通] 光的折射与全反射现象的特点 [典例]　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。 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 三、价值好题精练——培树科学态度和责任 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 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(　 ) [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°> ic， 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°> ic，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) 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．如图所示，ABCD­EFGH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　 [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AD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＜ 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ic＝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<ic，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，故B、D正确。 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。 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(　 ) 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；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　 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： (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。 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ic。 根据sin ic＝以及sin ic＝， 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≤ $$