第四章 光及其应用 章末素养提升(Word教参)-【步步高】2024-2025学年高二物理选择性必修第一册学习笔记（教科版）

本高中物理讲义以章末素养提升为目标，通过表格系统梳理光现象的核心物理观念，涵盖光的折射、全反射、干涉、衍射、偏振及激光等知识点，清晰呈现各概念的规律、公式及应用，构建“现象-规律-应用”的逻辑脉络。 讲义亮点在于通过典型例题融合科学探究与科学思维，如测量玻璃折射率实验原理分析（科学探究）、半圆柱体光路计算（科学推理），覆盖选择、计算等题型，基础题巩固观念，综合题提升论证能力，助力教师实施分层教学，学生自主复习时精准突破重难点。

章末素养提升 物理观念 光的折射 (1)折射定律：＝n，光从真空斜射入任何介质时i>r (2)折射率与传播速度的关系：n＝ (3)光路可逆 全反射 (1)条件：光从光密介质斜射向光疏介质，入射角大于或等于临界角 (2)临界角C的计算公式：sin C＝ 光的干涉 双缝干涉 (1)条件：两列频率相同、相位差恒定、振动情况相同的光 (2)干涉图样：单色光是明暗相间、间隔均匀的条纹 (3)明暗条纹的产生条件：亮条纹：Δs＝kλ(k＝0,1,2,3…) 暗条纹：Δs＝(2k－1)(k＝1,2,3…) (4)条纹间距：Δx＝λ 薄膜干涉及应用 光的衍射 (1)衍射图样：单色光是明暗相间、间隔不均匀的条纹(与干涉图样进行区分) (2)实例：单缝衍射、圆孔衍射、泊松亮斑 光的偏振 (1)线偏振光与自然光的区别 (2)偏振现象说明光是横波 激光 (1)特点：强度大、方向性好、相干性好、单色性好、覆盖波段宽而且可调谐 (2)应用：激光加工、激光检测、激光通信、激光医学、激光照排、激光全息照相等 科学探究 (1)知道测量玻璃折射率的原理、方法和步骤 (2)会确定入射光线、折射光线、入射角及折射角，会画光路图 (3)掌握双缝干涉测量光的波长的原理 (4)学会安装实验器材，并能进行正确的实验操作测量光的波长 科学态度与责任 了解光的衍射、光的干涉、光纤和激光技术的应用，了解科学、技术和社会的关系 例1　现在城市公园的水池底大都安装有彩灯，当一细束由红、绿两色光组成的复色光从水中射向空气时，下列光路图可能正确的是(　　) 答案　A 解析　当两种色光都能折射到空气中时，根据折射定律n＝可知，红光与绿光的折射率不同，由于红光的折射率比绿光小，在入射角相等时，红光折射角小，光线射到水面时一定有反射，所以反射光中一定有红光和绿光，A图可能正确，C、D图不可能正确；由于红光的折射率比绿光小，由临界角公式sin C＝可知，红光的临界角比绿光大，所以在水面上若绿光不发生全反射，则红光也一定不会发生全反射，B图不可能正确。 例2　(多选)(2024·玉林市期中)如图所示，下列说法正确的是(　　) A．如图甲，自然光由空气射到水面上，反射光是偏振光 B．如图乙所示，照相机的镜头表面常常镀一层透光膜，膜的外表面和玻璃表面反射的光发生干涉，则膜的厚度为光在膜中波长的 C．如图丙所示，利用光的干涉检查平整度，用单色光从上面照射，空气膜的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，图中条纹弯曲说明此处是凸起的 D．如图丁为光线通过一个不透光的圆盘得到的衍射图样 答案　AD 解析　如题图甲，自然光由空气射到水面上，反射光是偏振光，A正确；如题图乙所示，照相机的镜头表面常常镀一层透光膜，膜的外表面和玻璃表面反射的光发生干涉，则膜的厚度为光在膜中波长的，两列光的路程差等于光在膜中波长的，振动减弱，减少反射光损失，增加入射光的强度，使得照片更清晰，B错误；空气薄层干涉是等厚干涉，即明条纹处空气的厚度相同，条纹向左弯曲，表明条纹弯曲处左侧空气膜的厚度与直条纹处空气膜的厚度相同，弯曲处是凹下的，C错误；如题图丁为光线通过一个不透光的圆盘得到的衍射图样，亮点叫作泊松亮斑，D正确。 例3　如图甲所示是由透明材料制成的半圆柱体，一束细光束由真空沿着径向与AB成θ角射入，对射出的折射光线的强度随θ角的变化进行记录，得到的关系如图乙所示。图丙是同种材料制成的透明体，左侧是半径为R的半圆，右侧是长为8R、高为2R的长方体，一束单色光从左侧A′点沿半径方向与水平方向成37°角射入透明体。已知光在真空中的传播速度为c，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，下列说法正确的是(　　) A．该透明材料的临界角为37° B．该透明材料的折射率为 C．光在透明体中传播的速度为0.6c D．光在透明体中传播的时间为 答案　D 解析　由题图乙可知，当θ＝37°时，折射光线才开始出现，说明此时恰好发生全反射，即该透明材料的临界角为C＝90°－37°＝53°，故A错误； 根据全反射临界角公式sin C＝，可知该透明材料的折射率为n＝1.25，故B错误； 根据折射率和光的传播速度之间的关系，可得光在该透明材料中的传播速度为v＝＝0.8c，故C错误； 由于临界角是53°，因此光线在长方体玻璃砖中刚好发生三次全反射，光路如图所示，设在长方体中光程为x，其在水平方向的投影为8R，故满足xcos 37°＝8R，可知x＝10R，而在半圆中还有光程R，因此总的路程为s＝x＋R＝11R，传播时间为t＝＝，故D正确。 例4　(2024·成都市高二期末)如图，一内部空心、厚度均匀的圆柱形玻璃管内半径为r，外半径为3r，高为(2＋1)r。一束单色光从玻璃管上方入射，入射点与M点的距离为r，光线与圆柱上表面成30°角，且与直径MN在同一竖直平面内。光线入射后从玻璃管内壁射出，最终到达圆柱底面。已知该玻璃管的折射率为，光在真空中的传播速度为c(有光折射时，不考虑反射) (1)证明光线入射到玻璃管内壁时不会发生全反射； (2)求光线从玻璃管上方入射至到达圆柱底面所需的时间。 答案　(1)见解析　(2) 解析　(1)根据题意可知，光线在玻璃管上方的入射角i＝60°，由折射定律有n＝，可得r＝45°， 所以光线在玻璃管内壁的入射角α＝45°，光线在玻璃管中的临界角C满足sin C＝，可知sin C>sin 45°，所以光线入射到玻璃管内壁时不会发生全反射。 (2)光线在玻璃管内壁折射，在内壁上的入射角α＝90°－γ＝45°，由折射定律有n＝，可得β＝60°，光线在玻璃管内壁上的折射光线恰好入射到圆柱底面，光路图如图所示，光线从玻璃管上方入射至到达圆柱底面所需的时间t＝＋，又有n＝，联立解得t＝。 例5　(2022·全国甲卷)如图，边长为a的正方形ABCD为一棱镜的横截面，M为AB边的中点。在截面所在的平面，一光线自M点射入棱镜，入射角为60°，经折射后在BC边的N点恰好发生全反射，反射光线从CD边的P点射出棱镜，求棱镜的折射率以及P、C两点之间的距离。 答案　　a 解析　设光线在AB面的折射角为θ，则有 sin 60°＝nsin θ 由题知，光线经折射后在BC边的N点恰好发生全反射，则有sin C＝，C＝90°－θ 联立解得tan θ＝，n＝ 根据几何关系有tan θ＝＝ 解得NC＝a－BN＝a－ 再由tan θ＝，解得PC＝a。 学科网（北京）股份有限公司 $