第四章 光及其应用 章末素养提升（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高二物理选择性必修第一册学习笔记（教科版）

本高中物理讲义聚焦光现象核心知识点，系统梳理光的折射定律、全反射条件、干涉衍射规律、偏振特性及激光特点，构建从基础规律到应用的完整知识支架，助力学生形成光现象的物理观念。 资料以“素养再现”整合物理观念，“提能训练”通过牛顿环、日晕等实例强化科学探究，结合实验原理与实际应用培养科学态度与责任。课中辅助教师教学，课后帮助学生查漏补缺，提升知识应用能力。

章末素养提升 素养再现 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 提能训练 例1　(2024·甘孜州高二期末)如图所示，AB为空气与某介质的界面，直线MN垂直于界面AB。已知该介质的折射率n=，光在空气中的传播速度约为3×108 m/s。求： (1)光以i=45°入射角由空气射入该介质时的折射角r； (2)光在该介质中的传播速度v； (3)光由该介质射向空气，发生全反射的临界角C。 答案　(1)30°　(2)×108 m/s　(3)45° 解析　(1)根据题意，由折射定律有n===，解得sin r=，则折射角r=30°； (2)根据题意，由公式n=可得，光在该介质中的传播速度v==×108 m/s； (3)根据题意，由公式n=可得sin C=，解得全反射的临界角C=45°。 例2　(多选)如图甲所示，将一个凸透镜的弯曲表面放置在另一个玻璃平面上，让单色光从上方射入，这时可以看到如图乙所示的亮暗相间的同心圆，这个现象是牛顿首先发现的，这些同心圆叫作牛顿环。对于图甲所示的装置，下列做法中能使得同一级牛顿环的半径变大的是(　　) A.对凸透镜施加一极小的向下的压力 B.对凸透镜施加一极小的向上的拉力 C.使用波长更长的单色光照射 D.使用波长更短的单色光照射 答案　AC 解析　根据薄膜干涉产生的原理，可知当薄膜厚度的2倍等于单色光波长的整数倍时，在薄膜的上表面会出现亮条纹，当薄膜厚度的2倍等于单色光半个波长的奇数倍时，在薄膜上表面会出现暗条纹；对凸透镜施加一极小的向下的压力，会使凸透镜的曲率半径变大，薄膜厚度增加缓慢，所以干涉条纹间距会变宽；使用波长更长的单色光照射时，相邻条纹间距会变宽。 例3　(来自教材)如图所示，一个三棱镜的截面为等腰直角三角形△ABC，∠A为直角。此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边，进入棱镜后直接射到AC边上，并刚好能发生全反射。该棱镜材料的折射率为(　　) A. B. C. D. 答案　D 解析　设光在AB边的入射角为i，折射角为r，由题意知i=45°，r=90°-C临， 折射率n===，又cos C临=，联立解得n=，故选D。 例4　(2024·阿坝州高二期末)如图甲所示，“日晕”又叫“圆虹”，是日光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的。如图乙所示，为一束太阳光射到六角形冰晶上时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光，下列说法正确的是(　　) A.冰晶对a光的折射率大于对b光的折射率 B.在冰晶中，a光的传播速度较小 C.用同一装置做双缝干涉实验，b光的条纹间距比a光的窄 D.从同种冰晶中射入空气发生全反射时，b光的临界角较大 答案　C 解析　由题图可知a光的偏折程度比b光的偏折程度小，根据棱镜色散规律可知a光的频率和折射率比b光小，则a光的波长比b光的波长大，根据干涉条纹间距公式Δx=λ，可知b光的条纹间距比a光的窄，故A错误，C正确；根据v=可知，在冰晶中，b光的传播速度较小，故B错误；同种冰晶对a光的折射率比对b光的折射率小，根据sin C=可知从同种冰晶中射入空气发生全反射时，a光的临界角较大，故D错误。 例5　(来自教材)如图所示，一半径为R的玻璃半球，O点是半球的球心，虚线OO'表示光轴 (过球心O与半球底面垂直的直线)。已知玻璃的折射率为1.5，现有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光线能从球面射出 (不考虑被半球的内表面反射后的光线)。求： (1)从球面射出的光线对应的入射光线与光轴距离的最大值 ； (2)距光轴处的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离。 答案　(1)　(2)2.74R 解析　(1)设从底面上A 处射入的光线，在球面上发生折射时的入射角为i，当i等于全反射临界角C时，对应入射光线到光轴的距离最大，设最大距离为l。 设玻璃的折射率为n，由全反射临界角的定义有sin C= 由几何关系有sin i=，联立可解得l=。 (2)如图，设与光轴相距处的光线在球面B点发生折射时的入射角和折射角分别为i1和r1， 由折射定律有n= 设折射光线与光轴的交点为D，在△OBD中，由正弦定理有= 由几何关系有∠D=r1-i1 sin i1= 联立可得OD≈2.74R。 例6　(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=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射到圆柱玻璃管内壁在底面的圆周上，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=。 学科网（北京）股份有限公司 $