資源簡介

章末素養提升
物理觀念 光的幾種現象 光的折射： (1)折射定律：n＝，光從真空斜射入任何介質時，θ1>θ2 (2)折射率與傳播速度的關系：n＝
光的全反射： (1)條件：光從________介質斜射向________介質、入射角__________臨界角 (2)臨界角C計算公式：sin C＝
光的干涉： (1)雙縫干涉 ①條件：兩列____________、________________、_____________的光 ②條紋間距：Δx＝λ ③干涉圖樣：單色光是明暗相間、間隔______的條紋 (2)薄膜干涉
光的衍射： (1)發生明顯衍射的條件：障礙物或狹縫的尺寸____________ (2)衍射圖樣：單色光是明暗相間、間隔____________的條紋 (3)實例：單縫衍射、圓孔衍射、泊松亮斑
光的偏振 (1)偏振光與自然光的區別 (2)偏振現象證明光是________波
激光： (1)特點：__________________、________________、__________ (2)應用：光纖通信、激光測距、激光雷達、醫療、全息照相等
科學思維 模型構建 通過構建光路模型，解釋反射、折射等現象
光的本性認識 通過對光的衍射、干涉、偏振等現象的研究與理解，知道光具有波動性，對光的本性有了初步的認識
科學探究 1.測量玻璃的折射率；2.用雙縫干涉測量光的波長
科學態度與責任 通過了解光的衍射、干涉、光纖和激光技術的應用等，了解科學、技術和社會的關系
例1　(2022·江蘇省泰州中學期中)對下列四個有關光的實驗示意圖，分析正確的是(　　)
A．圖甲中若改變復色光的入射角，則b光先在水珠中發生全反射
B．圖乙若只減小屏到擋板的距離L，則相鄰亮條紋間距離將減小
C．圖丙中若得到明暗相間平行等距條紋，說明待測工件表面不平整
D．若只旋轉圖丁中M或N一個偏振片，光屏P上的光斑亮度不發生變化
例2　(2023·江蘇南通市高二期中)一束復色光由空氣斜射向一塊平行玻璃磚(玻璃磚較厚)，經折射分成兩束單色光a、b，已知a光是紅光，b光是紫光。下列光路圖正確的是(　　)
例3　如圖甲所示是由透明材料制成的半圓柱體，一束細光束由真空沿著徑向與AB成θ角射入，對射出的折射光線的強度隨θ角的變化進行記錄，得到的關系如圖乙所示。圖丙是這種材料制成的透明體，左側是半徑為R的半圓，右側是長為8R、高為2R的長方體，一束單色光從左側A′點沿半徑方向與長邊成37°角射入透明體。已知光在真空中的傳播速度為c，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，下列說法正確的是(　　)
A．該透明材料的臨界角為37°
B．該透明材料的折射率為
C．光在透明體中傳播的速度為0.6c
D．光在透明體中傳播的時間為
例4　如圖所示，截面ABCD為放置在真空環境中的矩形透明設備，AB＝2a，AD＝a。一束光從AD邊上距A點a處入射到上表面，與AD夾角為θ＝30°，折射光經過AB中點，光在真空中的傳播速度為c，求：
(1)該透明設備材料的折射率(可用根號表示)；
(2)試判斷這束光線在AB面是否發生了全反射，請做出合理的解釋；
(3)請作出這束光線在透明設備內完整的光路圖；
(4)求這束光在該透明材料中的傳播速度(可用根號表示)；
(5)光從射入到第一次射出經歷的時間。
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例5　如圖，△ABC是一直角三棱鏡的橫截面，∠A＝90°，∠B＝60°，一細光束從BC邊的D點折射后，射到AC邊的E點，發生全反射后經AB邊的F點射出。EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中點，不計多次反射。
(1)求出射光相對于D點的入射光的偏角；
(2)為實現上述光路，棱鏡折射率的取值應在什么范圍？
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章末素養提升
物理觀念 光的幾種現象 光的折射： (1)折射定律：n＝，光從真空斜射入任何介質時，θ1>θ2 (2)折射率與傳播速度的關系：n＝
光的全反射： (1)條件：光從光密介質斜射向光疏介質、入射角大于或等于臨界角 (2)臨界角C計算公式：sin C＝
光的干涉： (1)雙縫干涉 ①條件：兩列頻率相同、相位差恒定、振動方向相同的光 ②條紋間距：Δx＝λ ③干涉圖樣：單色光是明暗相間、間隔均勻的條紋 (2)薄膜干涉
光的衍射： (1)發生明顯衍射的條件：障礙物或狹縫的尺寸足夠小 (2)衍射圖樣：單色光是明暗相間、間隔不均勻的條紋 (3)實例：單縫衍射、圓孔衍射、泊松亮斑
光的偏振： (1)偏振光與自然光的區別 (2)偏振現象證明光是橫波
激光： (1)特點：相干性好、平行度好、亮度高 (2)應用：光纖通信、激光測距、激光雷達、醫療、全息照相等
科學思維 模型構建 通過構建光路模型，解釋反射、折射等現象
光的本性認識 通過對光的衍射、干涉、偏振等現象的研究與理解，知道光具有波動性，對光的本性有了初步的認識
科學探究 1.測量玻璃的折射率 2．用雙縫干涉測量光的波長
科學態度與責任 通過了解光的衍射、干涉、光纖和激光技術的應用等，了解科學、技術和社會的關系
例1　(2022·江蘇省泰州中學期中)對下列四個有關光的實驗示意圖，分析正確的是(　　)
A．圖甲中若改變復色光的入射角，則b光先在水珠中發生全反射
B．圖乙若只減小屏到擋板的距離L，則相鄰亮條紋間距離將減小
C．圖丙中若得到明暗相間平行等距條紋，說明待測工件表面不平整
D．若只旋轉圖丁中M或N一個偏振片，光屏P上的光斑亮度不發生變化
答案　B
解析　根據光路的可逆性，兩光均不可能在水珠內發生全反射，故A錯誤；根據Δx＝λ可知，題圖乙若只減小屏到擋板的距離，則相鄰亮條紋間距離將減小，故B正確；根據薄膜干涉原理，題圖丙中若得到明暗相間平行等距條紋，說明待測工件表面平整，故C錯誤；自然光通過偏振片M后成為偏振光，所以若只旋轉M或N一個偏振片，則兩偏振片透振方向的夾角變化，光屏P上的光斑亮度將發生變化，故D錯誤。
例2　(2023·江蘇南通市高二期中)一束復色光由空氣斜射向一塊平行玻璃磚(玻璃磚較厚)，經折射分成兩束單色光a、b，已知a光是紅光，b光是紫光。下列光路圖正確的是(　　)
答案　B
解析　玻璃對紫光的折射率大于對紅光的折射率，光線射到玻璃磚上表面時，兩束光的入射角θ1相等，根據折射定律n＝，可知紅光在玻璃磚中的折射角大于紫光的折射角，在玻璃磚中的兩束光線，右側是紅光，左側是紫光，光線經過玻璃磚上下兩個表面折射后，出射光線與入射光線平行，B正確，A、C、D錯誤。
例3　如圖甲所示是由透明材料制成的半圓柱體，一束細光束由真空沿著徑向與AB成θ角射入，對射出的折射光線的強度隨θ角的變化進行記錄，得到的關系如圖乙所示。圖丙是這種材料制成的透明體，左側是半徑為R的半圓，右側是長為8R、高為2R的長方體，一束單色光從左側A′點沿半徑方向與長邊成37°角射入透明體。已知光在真空中的傳播速度為c，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，下列說法正確的是(　　)
A．該透明材料的臨界角為37°
B．該透明材料的折射率為
C．光在透明體中傳播的速度為0.6c
D．光在透明體中傳播的時間為
答案　D
解析　由題圖乙可知，當θ＝37°時，折射光線才開始出現，說明此時恰好發生全反射，即該透明材料的臨界角為C＝90°－37°＝53°，故A錯誤；
根據全反射臨界角公式sin C＝
可知該透明材料的折射率為n＝1.25，故B錯誤；
根據折射率和光的傳播速度之間的關系，可得光在該透明材料中的傳播速度為v＝＝0.8c，故C錯誤；
由于臨界角是53°，因此光線在長方體中剛好發生三次全反射，光路如圖所示，設在長方體中光程為x，其在水平方向的投影為8R，故滿足xcos 37°＝8R
可知x＝10R
而在半圓中還有光程R，因此總的路程為s＝x＋R＝11R
傳播時間為t＝＝，故D正確。
例4　如圖所示，截面ABCD為放置在真空環境中的矩形透明設備，AB＝2a，AD＝a。一束光從AD邊上距A點a處入射到上表面，與AD夾角為θ＝30°，折射光經過AB中點，光在真空中的傳播速度為c，求：
(1)該透明設備材料的折射率(可用根號表示)；
(2)試判斷這束光線在AB面是否發生了全反射，請做出合理的解釋；
(3)請作出這束光線在透明設備內完整的光路圖；
(4)求這束光在該透明材料中的傳播速度(可用根號表示)；
(5)光從射入到第一次射出經歷的時間。
答案　(1)　(2)發生了全反射，解釋見解析
(3)見解析圖　(4)c　(5)
解析　(1)設該材料的折射率為n，在AD面上，設折射角為r，根據幾何知識
tan r＝＝得r＝30°
由折射定律得n＝＝＝＝
(2)設這束光線在這種材料中的全反射的臨界角為C
sin C＝＝
這束光線在AB面的入射角為90°－30°＝60°
因為sin 60°＝>
所以入射角大于臨界角C，光線在AB面發生了全反射。
(3)設AB中點為E，這束光線在透明材料內完整的光路圖如圖所示
(4)這束光在該透明材料中的光速
v＝＝＝c
(5)光從射入到第一次射出經歷的總路程s＝＝a
光從射入到第一次射出經歷的時間
t＝＝＝。
例5　如圖，△ABC是一直角三棱鏡的橫截面，∠A＝90°，∠B＝60°，一細光束從BC邊的D點折射后，射到AC邊的E點，發生全反射后經AB邊的F點射出。EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中點，不計多次反射。
(1)求出射光相對于D點的入射光的偏角；
(2)為實現上述光路，棱鏡折射率的取值應在什么范圍？
答案　(1)60°　(2)≤n<2
解析　(1)由于D是CG的中點，GE⊥AC，根據幾何關系可得：
光束在D點發生折射時的折射角為rD＝30°
根據幾何關系可得：在E點的入射角、反射角均為60°
在F點的入射角為αF＝30°
在D點的入射角為αD，可得：
折射角rF＝αD
故出射光相對于D點的入射光的偏角為
60°－αD＋rF＝60°
(2)由E點反射角為60°可得，EF平行于BC，
故根據D點折射角為rD＝30°
在F點的入射角為αF＝30°
可得：棱鏡折射率n<＝2
根據光束在E點入射角為60°，
發生全反射可得n≥＝
故棱鏡折射率的取值范圍為≤n<2。

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