浙江专版2019年高中物理第十三章光章末小结与测评讲义含解析新人教版选修3

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1、章末小结与测评光的折射、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＝；②折射率与光速的关系n＝；③全反射的临界角sinC＝。(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，即法线沿半径指向圆心。2．测折射率的

2、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＝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。[典例1]　如图所示，在一个很大的透明容器中有折射率n＝的透明液体，液体内有一平面镜M，水平光束AB射到容器的竖直侧壁上的B点后投射到平面镜上O点处。为了使光束BO经M一次反射后的光线能够射出液体的上表面，平面镜与水平方向的夹角α应满足什么条件？[解析]　当光经平面镜反射后，经折射从水中射出。但由于平面镜与水平方向的夹角α的不同取值，光既可向左上方，也可向右上方射出，并可能出现光

3、的全反射。图甲和图乙为反射光恰好能够射出液体上表面的两个光路图。若在水面上发生全反射，有n＝，即sinC＝＝，C＝45°。由几何关系得：图甲中，2(90°－α)＋C＝90°，即α＝67.5°；图乙中，C＋2α＝90°，即α＝22.5°。综合两种情况得出：使光束经M一次反射后的光线能够射出液体的上表面，平面镜与水平方向的夹角α的范围为22.5°＜α＜67.5°。[答案]　22.5°＜α＜67.5°[典例2]　在“测定玻璃的折射率”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

4、画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n＝______(保留三位有效数字)。(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

5、角为r，则sini＝≈0.798，sinr＝≈0.521。所以玻璃的折射率n＝＝≈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[典例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_

6、___________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＝，解得n＝或n＝。[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＝(或n＝)对光的干涉、衍射的理解及应用1．干涉和衍射的比较干涉衍射现象在光波重叠区域出现加强或减弱的现象光绕过障碍物偏离直线传播的现象产生条件两束光频率相同、相位差恒定障碍物或孔的尺寸与

7、波长差不多或比波长小典型实验杨氏双缝实验、薄膜干涉单缝衍射(圆孔衍射、不透明圆盘衍射)图样特点中央亮条纹，两边等间距分布的明暗相间条纹中央亮条纹最宽最亮，两边不等间距分布的明暗相间条纹应用检查平面、增透膜、测定波长光栅2.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的增加而增大，对于双缝干涉，相邻明条纹或暗条纹间距为Δx＝λ。3．对干涉与衍射本质的理解光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果。从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理。在衍射现象中，可以认为从单缝通过两列或多

8、列频率相同的光波，它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹。[典例4]　一束红光射向一块有双缝的不透光薄板，在薄板后的光屏上呈现明暗相间的干涉条纹。现将其中一条缝挡住，让这束红光只通过一条缝，则在光屏上可以看到(　　)A．与原来相同的明暗相间的条纹，只是亮条纹比原来暗些B．与原来不相同的明暗相间的条纹，中央亮条纹变宽些C．只有