人教版物理选修3-4第十三章 光 章末总结

章末总结一、光的折射和全反射光的折射和全反射的问题主要有作光路图、折射率的计算、全反射判断、色散及相关计算在分析解题时，要注意确定临界角，判断是否会发生全反射(1)折射问题的计算：根据折射定律及相应规律，作出光路图；运用有关公式或几何关系进行相应计算(2)用折射定律解释光现象：先画出光路图，正确找出入射角和折射角的大小关系，然后再根据实际情况分析讨论(3)全反射问题：在解释全反射现象或运用全反射原理求解有关实际问题时，首先要注意确定临界角，判断是否满足全反射条件，再根据相关规律及几何关系进行判断或计算例1如图1所示是一透明的折射率为n的圆柱体，其半径R20 cm，O点为圆心，AB为其中的一直径，今有一束平行光沿平行于AB方向射向圆柱体，已知真空中光速为c3.0108 m/s.图1(1)求光在圆柱体中的传播速度；(2)假如在该平行光中有一光线经圆柱体折射后刚好到达B点，则该光线在圆柱体中的传播时间为多少？答案(1)108 m/s(2)2109 s解析(1)光在该圆柱体中的传播速度为v108 m/s.(2)假设光线PC经折射后经过B点，光路图如图所示假设入射角为，折射角为，则由折射定律有n又由几何关系有2解得60，30则BC2Rcos R m所以t2109 s.二、介质折射率的测定测折射率常见的方法有成像法、插针法及全反射法，不管哪种方法其实质相同，由折射定律n知，只要确定出入射角及折射角，即可测出介质的折射率例2学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图2所示，在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2，并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直浸入液体中，而且总保持液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像，同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可直接读出液体折射率的值，则：图2(1)若AOF30，OP3与OC的夹角为30，则P3处所对应的折射率的值为_(2)图中P3、P4两位置哪一处所对应的折射率的值大？答：_.(3)作AO的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率的值应为_答案(1)(2)P4(3)1解析(1)根据折射定律n，题中1EOP360，2AOF30，所以n.(2)题图中P4对应的入射角大于P3所对应的入射角，所以P4对应的折射率的值大(3)因A、O、K在一条直线上，入射角等于折射角，所以K处对应的折射率的值应为1.针对训练1某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图3所示(1)此玻璃的折射率计算式为n_(用图中的1、2表示)；(2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度_(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量图3答案(1)或(2)大解析(1)据题意可知入射角为(901)，折射角为(902)，则玻璃的折射率为n；(2)玻璃砖越宽，光线在玻璃砖内的传播方向越容易确定，测量结果越准确，故应选用宽度大的玻璃砖来测量三、光的干涉1产生干涉的条件：两列频率相同、相位差恒定、振动情况相同的光2产生亮、暗条纹的条件：当rk时出现亮条纹；当r(2k1)时出现暗条纹(其中k0,1,2,3)相邻亮(或暗)条纹间距：x.3干涉图样特点：单色光照射时为间距相同的明暗相间的条纹，白光照射时为彩色条纹4薄膜干涉：(1)薄膜干涉中的条纹是从薄膜前、后两个表面反射的光在光源一侧干涉形成的(2)同一条纹对应薄膜厚度相同，所以用竖直肥皂薄膜做实验，条纹为横条纹例3如图4所示为双缝干涉实验，甲图为用黄光照射时的结果，a为中央亮条纹，a为相邻亮条纹；乙图为换用另一种单色光照射的结果，a为中央亮条纹，a为相邻亮条纹，两次实验中双缝间距和双缝到屏的距离相等，以下说法正确的是()图4A乙图可能是用红光照射，表明红光波长较长B乙图可能是用蓝光照射，表明蓝光波长较长C乙图可能是用蓝光照射，表明蓝光波长较短D乙图可能是用红光照射，表明红光波长较短答案C解析由题图知甲图中条纹间距大，由x可知，在l和d相同的情况下，x大，则大；x小，则小，所以乙图中所用单色光波长较短，因蓝光比黄光波长短，故选项C正确四、光的颜色与光的色散1不同色光的波长和频率不同：由红光到紫光，波长逐渐减小，频率逐渐变大2同一种介质对不同色光的折射率不同，红光的折射率最小，紫光的折射率最大3对于同一个双缝干涉装置，不同色光产生的条纹间距不同，红光的条纹间距最大，紫光的条纹间距最小例4如图5，半圆形玻璃砖置于光屏PQ的左下方一束白光沿半径方向从A点射入玻璃砖，在O点发生反射和折射，折射光在光屏上呈现七色光带，a、b是其中的两单色光若入射点由A向B缓慢移动，并保持白光沿半径方向入射到O点，观察到各色光在光屏上陆续消失下面说法正确的是()图5A紫光最先消失B红光最先消失Ca光在玻璃中的传播速度小于b光在玻璃中的传播速度D通过同一双缝发生干涉，a光相邻条纹间距小于b光相邻条纹间距答案A解析玻璃对紫光的折射率最大，由sin C可知，紫光发生全反射的临界角最小，故紫光最先消失，选项A对，B错；由题图可知，玻璃对a光的折射率比对b光的折射率小，由n得v，故a光在玻璃中的传播速度大于b光在玻璃中的传播速度，选项C错；由题图可知，玻璃对a光的偏折程度较小，故a光波长较长，若通过同一双缝发生干涉，a光相邻条纹间距大于b光相邻条纹间距，选项D错针对训练2(多选)如图6所示是半圆形玻璃砖的横截面，AB为直径，O点为圆心在该平面内有a、b两束单色光从空气垂直于AB射入玻璃砖，两入射点到O点的距离相等两束光在半圆边界上反射和折射的情况如图所示，则a、b两束光()图6A在同种均匀介质中传播，a光的传播速度大B以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角大C从同一介质以相同的入射角射向空气，若a光不能进入空气，则b光也不能进入空气D分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距大答案ACD解析由于两束光的入射点到O点的距离相等，因此它们在半圆边界上的入射角相同，由于b光发生全反射，而a光能够折射，说明b光的全反射临界角小于a光的全反射临界角，由n可知，b光在介质中