人教版(新教材)高中物理选择性必修1第四章光章末总结

人教版（新教材）高中物理选择性必修第一册PAGEPAGE1章末总结突破一光学元件的特点及对光线的作用1.棱镜对光有偏折作用：一般所说的棱镜都是用光密介质制作的。入射光线经三棱镜两次折射后，射出方向与入射方向相比，向底边偏折(若棱镜的折射率比棱镜外介质的折射率小，则结论相反)。由于各种色光的折射率不同，因此一束白光经三棱镜折射后发生色散现象(红光偏折最小，紫光偏折最大)。

2.全反射棱镜：横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。选择适当的入射点可以使入射光线经过全反射棱镜的作用后偏转90°或180°，如图所示。要特别注意两种用法中光线在哪个表面发生全反射。3.玻璃砖：玻璃砖一般指横截面为矩形的棱镜。当光线从上表面入射，从下表面射出时，其特点是：(1)射出光线和入射光线平行。(2)各种色光在第一次入射后就发生色散。(3)射出光线的侧移与折射率、入射角及玻璃砖的厚度有关。(4)可利用玻璃砖测定玻璃的折射率。〖例1〗如图所示，真空有一个下表面镀反射膜的平行玻璃砖，其折射率n＝eq\r(2)，一束单色光与界面成θ＝45°角斜射到玻璃砖表面上，最后在玻璃砖的右侧竖直平面光屏上出现两个光点A和B，A和B相距h＝4.0cm。(1)画出光路图；(2)求玻璃砖的厚度。〖解析〗(1)光路如图所示(2)设第一次折射的入射角为i，折射角为r由折射定律n＝eq\f(sini,sinr)解得r＝30°由几何关系d＝hcos30°，代入数据得d＝2eq\r(3)cm〖答案〗(1)图见〖解析〗(2)2eq\r(3)cm〖针对训练1〗如图，某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“·”(图中O点)，然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上，小标记位于AC边上。D位于AB边上，过D点作AC边的垂线交AC于F。该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察，恰好可以看到小标记的像；过O点作AB边的垂线交直线DF于E；DE＝2cm，EF＝1cm。求三棱镜的折射率。(不考虑光线在三棱镜中的反射)

〖解析〗过D点作AB边的法线NN′，连接OD，则∠ODN＝α为O点发出的光线在D点的入射角；设该光线在D点的折射角为β，如图所示。根据折射定律有nsinα＝sinβ①式中n为三棱镜的折射率，由几何关系可知β＝60°②∠EOF＝30°③在△OEF中有EF＝OEsin∠EOF④由③④式和题给条件得OE＝2cm⑤根据题给条件可知，△OED为等腰三角形，有α＝30°⑥由①②⑥得n＝eq\r(3)⑦〖答案〗eq\r(3)突破二光的折射、全反射现象的分析计算1.几何光学是以光线为工具研究光的传播规律的，所以解决几何光学问题的关键是根据“光的传播规律”画出光路图，然后再利用几何学知识，寻找相应的边角关系。(1)几何光学主要包括四条原理：①光的直线传播规律；②光的反射定律；③光的折射定律；④光路可逆原理。(2)解题时常用的三个公式：①折射定律公式：n12＝eq\f(sinθ1,sinθ2)；②折射率与光速的关系n＝eq\f(c,v)；③全反射的临界角sinC＝eq\f(1,n)。(3)注意法线的画法：法线画成虚线；法线垂直于界面，如果界面是圆面，则法线垂直于圆的切线，即法线沿半径所在的直线。2.测折射率的方法测折射率常见的方法有成像法、插针法及全反射法，不同方法的实质都相同，由折射定律n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)知，只要确定出入射角θ1及折射角θ2即可测出介质的折射率。〖例2〗如图所示，△ABC为某透明介质的横截面，O为BC边的中点，位于截面所在平面内的一束光自O以角i入射，第一次到达AB边恰好发生全反射。已知θ＝15°，BC边长为2L，该介质的折射率为eq\r(2)。求：(1)入射角i；(2)光从入射到发生第一次全反射所用的时间(设光在真空中的速度为c，可能用到sin75°＝eq\f(\r(6)＋\r(2),4)或tan15°＝2－eq\r(3))。〖解析〗(1)根据全反射规律可知，光在AB面上P点的入射角等于临界角C，由折射定律得sinC＝eq\f(1,n)①代入数据得C＝45°②设光在BC面上的折射角为r，由几何关系得r＝30°③由折射定律得n＝eq\f(sini,sinr)④联立③④式，代入数据得i＝45°。⑤(2)在△OPB中，根据正弦定理得eq\f(OP,sin75°)＝eq\f(L,sin45°)⑥设所用时间为t，光在介质中的速度为v，得OP＝vt⑦v＝eq\f(c,n)⑧联立⑥⑦⑧式，代入数据得t＝eq\f(\r(6)＋\r(2),2c)L。〖答案〗(1)45°(2)eq\f(\r(6)＋\r(2),2c)L〖针对训练2〗如图所示，内径为R、外径为R′＝eq\r(2)R的环状玻璃砖的圆心为O，折射率为n＝eq\r(2)。一束平行于对称轴OO′的光线由A点进入玻璃砖，到达B点(未标出)刚好发生全反射。求：(1)玻璃砖的临界角；(2)A点处光线的入射角和折射角。

〖解析〗(1)由题给条件画出光路图，如图所示，因在B点刚好发生全反射则sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(\r(2),2)得C＝45°(2)在△AOB中，OA＝eq\r(2)R，OB＝R，由正弦定理得eq\f(sin（180°－C）,\r(2)R)＝eq\f(sinr,R)得sinr＝eq\f(1,2)，r＝30°，由eq\f(sini,sinr)＝n，得i＝45°。〖答案〗(1)45°(2)45°30°〖例3〗如图所示，半球形玻璃砖的平面部分水平，底部中点有一小电珠。利用游标卡尺(或直尺)测量出有关数据后，可计算玻璃的折射率。试完成以下实验步骤：(1)若S发光，则在玻璃砖平面上方看到平面中有一圆形亮斑，用游标卡尺测出____________________和____________________(写出对应字母和其表示的意义)。(2)写出玻璃折射率的表达式：________(用上述测量的物理量的字母表示)。〖解析〗(1)略。(2)如图，由几何关系和全反射知识，sinC＝eq\f(1,n)，解得n＝eq\f(\r(deq\o\al(2,1)＋deq\o\al(2,2)),d1)或n＝eq\f(\r(req\o\al(2,1)＋req\o\al(2,2)),r1)。〖答案〗(1)圆形亮斑的直径d1(或半径r1)半球形玻璃砖的直径d2(或半径r2)(2)n＝eq\f(\r(deq\o\al(2,1)＋deq\o\al(2,2)),d1)(或n＝eq\f(\r(req\o\al(2,1)＋req\o\al(2,2)),r1))〖针对训练3〗在“测量玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图甲所示。(1)在图中画出完整的光路图；(2)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n＝________(保留3位有效数字)。(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图乙所示。图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和________(填“A”或“B”)。〖解析〗(1)分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点，并延长与玻璃砖边界分别相交，标出传播方向，然后连接玻璃砖边界的两交点，即为光线在玻璃砖中传播的方向。光路如图所示。(2)设方格纸上小正方形的边长为1，光线的入射角为i，折射角为r，则sini＝eq\f(5.3,\r(5.32＋42))≈0.798，sinr＝eq\f(2.2,\r(2.22＋3.62))≈0.521。所以玻璃的折射率n＝eq\f(sini,sinr)＝eq\f(0.798,0.521)≈1.53。(3)由题图乙可知，光线P1P2入射到玻璃砖上时，相当于光线射到了一个三棱镜上，因此出射光线将向底边偏折，所以出射光线过P3和A。〖答案〗(1)如〖解析〗图所示(2)1.53(1.53±0.03均可)(3)A突破三光的干涉、衍射的理解及应用1.两者的产生条件不同产生干涉的条件是两列光波频率相同，振动方向相同，相位差恒定；产生明显衍射现象的条件是障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还要小。2.图样特点不同双缝干涉产生的是等间距、等宽度、明暗相间且亮度基本相同的条纹；单缝衍射产生的是中央最宽、最亮，其他地方窄且暗的明暗相间条纹，并且各相邻条纹间距不等。3.波长对条纹间距的影响无论双缝干涉还是单缝衍射，所形成的条纹间距和宽度都随波长增加而增大。对于双缝干涉，相邻亮纹或暗纹间距为Δx＝eq\f(l,d)λ。4.两者的相同点两者成因相同，都是波特有的现象，属于波的叠加。对于双缝干涉，如图所示。屏上某点到双缝的路程差为波长的整数倍时，该点为加强点，该处为亮纹，即|r2－r1|＝kλ(k＝0，1，2，…)某点到双缝的路程差为半波长的奇数倍时，该点为减弱点，该处为暗纹，即|r2－r1|＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2k＋1))eq\f(λ,2)(k＝0，1，2，…)〖例4〗(多选)杨氏双缝干涉实验中，下列说法正确的是(k为自然数，λ为光波波长)()A.在距双缝的路程相等的点形成暗条纹B.在距双缝的路程差为kλ的点形成亮条纹C.在距双缝的路程差为keq\f(λ,2)的点形成亮条纹D.在距双缝的路程差为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(k＋\f(1,2)))λ的点形成暗条纹〖解析〗在双缝干涉实验中，当某处距双缝距离之差Δr为波长的整数倍时，即