新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题).pdf

第四章 光4.1 光的折射.-1-4.2 全反射.-11-4.3 光的干涉.-20-4.4 实验：用双缝干涉测量光的波长.-29-4.5 光的衍射.-34-4.6 光的偏振激光.-41-4.14.1 光的折射光的折射【学习目标】1理解光的折射定律，能解释生活中的折射现象。2理解折射率的物理意义，知道折射率与光速的关系，并能计算相关问题。3会用插针法测量玻璃的折射率，具备相关的实验能力。【思维脉络】课前预习反馈知识点知识点 1 1光的折射和折射定律1折射现象光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向_改变_的现象。2折射定律(1)内容：折射光线与入射光线、法线处在_同一平面_内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成_正_比。sin1(2)表达式：n12。sin2新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第1页新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第1页3光路的特点在光的折射现象中，光路是_可逆_的。知识点知识点 2 2折射率1定义光从_真空_射入某种介质发生折射时，_入射角_的正弦与_折射角_的正弦之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率。2物理意义是一个与介质有关的常数，反映介质_光学性质_的物理量。3用光速表示的折射率cn，某种介质的折射率，等于光在_真空_中传播的速度c与光在这种_介质_中的v传播速度v之比。4特点任何介质的折射率都_大于 1_。知识点知识点 3 3测量玻璃的折射率1实验器材白纸，图钉，_大头针_，直尺，铅笔，_量角器_，平木板，长方形玻璃砖。2实验原理如图所示为两面平行的玻璃砖对光路的侧移。用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线_OD_，确定出O点，画出_折射光线OO_，量出入射角1和折射角2，据n_sin1_计算出玻璃的折射率。sin2思考辨析判一判(1)入射光线与反射光线在不同介质中。()(2)入射光线与反射光线关于法线对称。()(3)光从一种介质进入另一种介质时传播方向就会变化。()(4)若光从空气中射入水中，它的传播速度一定减小。()新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第2页新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第2页(5)介质的密度越大，其折射率一定也越大。()(6)光从真空斜射入任何介质时，入射角均大于折射角。()选一选如图所示，国家游泳中心“水立方”的透明薄膜“外衣”上点缀了无数白色亮点，他们被称为镀点，北京奥运会举行时正值盛夏，镀点能改变光线方向，将光线挡在场馆外，镀点对外界阳光的主要作用是(A)A反射太阳光线，遵循光的反射定律B反射太阳光线，不遵循光的反射定律C折射太阳光线，遵循光的折射定律D折射太阳光线，不遵循光的折射定律解析：“挡在场馆外”一定是反射，只要是反射就一定遵循光的反射定律。想一想有经验的渔民叉鱼时，不是正对着看到的鱼去叉，而是对着所看到鱼的下方叉，如图所示。你知道这是为什么吗？解析：从鱼身上反射的光线由水中进入空气时，在水面上发生折射，折射角大于入射角，折射光线进入人眼，人眼会逆着折射光线的方向看去，就会觉得鱼变浅了，眼睛看到的是鱼的虚像，在鱼的上方，所以叉鱼时要瞄准像的下方，如图所示。课内互动探究光的折射情境导入_如图所示，落山的太阳看上去正好在地平线上，但实际上太阳已处于地平线以下，观察新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第3页新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第3页者的视觉误差大小取决于当地大气的状况。造成这种现象的原因是什么？提示：光的折射要点提炼_1光的方向光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一般要发生变化(斜射)。并非一定变化，当光垂直界面入射时，传播方向就不发生变化。2光的传播速度光从一种介质进入另一种介质时，传播速度一定发生变化，当光垂直界面入射时，光的传播方向虽然不变，但也属于折射，因为光传播的速度发生了变化。3入射角与折射角的大小关系光从一种介质进入另一种介质时，折射角与入射角的大小关系不要一概而论，要视两种介质的折射率大小而定。当光从真空斜射入介质时，入射角大于折射角，当光从介质斜射入真空时，入射角小于折射角。特别提醒(1)应用折射定律和反射定律解题的关键是确定入射角和折射角。画出正确的光路图是解题的必要前提。(2)入射角、折射角、反射角均以法线为标准来确定，注意法线与界面的区别。典例剖析_ _典例 1如图所示，一小孩站在宽 6 m 的河边，在他正对面的岸边有一距离河面高度为3 m 的树，树的正下方河底有一块石头，小孩向河面看去，可同时看到树顶和石头两者的像，4并发现两个像重合，若小孩的眼睛离河面高为1.5 m，河水的折射率为，试估算河水深度。3思路引导：根据题意，正确作出光路图，明确入射角、反射角、折射角间的关系是解答此题的关键。新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第4页新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第4页解析：树顶反射和石头折射成像的光路图如图所示sini由图得nsinr由几何关系得1.5tani3tani64解得 tani34sini5P点至树岸边的距离为 3tani4sinr44 h22把代入得h5.3 m答案：5.3 m对点训练1(2020浙江省嘉兴一中，湖州中学高二下学期期中)一束光线从空气射向折射率为 2的玻璃内，入射角为 45，下面光路图中正确的是(C)解析：光在两介质的界面上通常同时发生反射和折射，所以 A 错误；由反射定律得反射sin1角为 45，根据折射定律n得230，故 B、D 错误，C 正确。sin2对折射率的理解情境导入不同介质折射率不同，而它们的密度也往往不同，那么介质的折射率与其密度有什么关系？是不是介质的密度越大，其折射率就越大？提示：介质的折射率与介质的密度没有必然的联系，密度大，折射率未必大，如水和酒精，水的密度较大，但水的折射率较小。新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第5页新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第5页要点提炼1关于正弦值当光由真空射入某种介质时，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但正弦值的比值是一个常数。2关于常数n入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一个常数，但不同介质具有不同的常数，说明常数反映了该介质的光学特性。3折射率与光速的关系介质的折射率n跟光在其中的传播速度v有关，即n，由于光在真空中的传播速度c大于光在任何介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率n都大于 1。4决定因素介质的折射率是反映介质的光学性质的物理量，它的大小由介质本身及光的性质共同决定，不随入射角、折射角的变化而变化。特别提醒sin1(1)折射率的定义式n中的1为真空中光线与法线的夹角，不一定是入射角，2sin2也不一定是折射角，产生这种现象的原因是光路的可逆性。(2)介质的折射率由介质的性质和光的频率共同决定，与入射角和折射角无关。典例剖析典例 2(多选)有一束单色光从介质A射入介质B，再由介质B射入介质C，如图所示。根据图中所给的情况判断，下列说法正确的是(BC)cvA介质B的折射率最大B介质C的折射率最大C光在介质B中的速度最大D光在介质C中的速度最大思路引导：(1)根据入射角与折射角的大小，判定介质折射率的大小；(2)根据n 判定光线在各介质中的速度大小；(3)明确光路的可逆性。解析：光线由介质A进入介质B时，根据光路图可知，A的折射率大于B的折射率；光由介质B进入介质C时，根据光路图可知，B的折射率小于C的折射率。所以介质B的折射率最cv新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第6页新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第6页小，光在其中传播速度最大。由光路的可逆性可知，光由B进入A时，如果入射角为 60，则折射角为 45，而光由B进入C时，入射角为60，折射角为30，由此比较可知，介质C的折射率最大，光在其中传播速度最小。故选BC。对点训练2(多选)关于折射率，下列说法中正确的是(CD)sin1A根据n可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比sin2sin1B根据n可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比sin2C根据n 可知，介质的折射率与介质中的光速成反比D同一频率的光由第一种介质进入第二种介质时，折射率与波长成反比解析：介质的折射率是一个表明介质的光学特性的物理量，由介质本身决定，与入射角、折射角无关。由于真空中光速是个定值，故n与v成反比正确，这也说明折射率与光在该介质中的光速是有联系的，由vf，当f一定时，v正比于。n与v成反比，故折射率与波长也成反比。探究实验：测量玻璃的折射率要点提炼1实验步骤(1)如图所示，将白纸用图钉钉在绘图板上。cv(2)在白纸上画出一条直线aa作为界面(线)，过aa上的一点O画出界面的法线NN，并画一条线段AO作为入射光线。(3)把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa对齐，画出玻璃砖的另一边bb。(4)在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向直到P2的像挡住P1的像。再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，记下P3、P4的位置。(5)移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在处作直线OB与bb交于O，直线OB就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向。(6)连接OO，入射角1AON，折射角2OON。新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第7页新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第7页2数据处理通过测量入射角和折射角，然后查数学用表，找出入射角和折射角的正弦值，再代入nsin1中求多次不同入射角时n的值，然后取其平均值，即为玻璃的折射率。sin23注意事项(1)实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间，P2与O点之间，P3与P4之间，P3与O之间距离要稍大一些。(2)入射角1应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大，也不宜太小。(3)在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁面。更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。(4)在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。(5)玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm 以上。若宽度太小，则测量误差较大。4误差分析实验误差主要有两个：(1)入射光线和出射光线确定的不够精确，因此要求插大头针时两大头针间距应较大。(2)入射角、折射角测量的不精确，为减小测角时的相对误差，入射角要稍大些，但不宜太大，否则光线会从玻璃砖的侧面射出，并且入射角太大时，反射光较强，折射光会相对较弱。典例剖析典例 3(2020江苏省扬州中学高二下学期期中)如图 1 所示，某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa和bb，O为直线AO与aa的交点。在直线OA上竖直地插上P1、P2两枚大头针。(1)该同学接下来要完成的必要步骤有_BD_。A插上大头针P3，使P3仅挡住P2的像B插上大头针P3，使P3挡住P1的像和P2的像C插上大头针P4，使P4仅挡住P3D插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像(2)过P3、P4作直线交bb于O，过O作垂直于bb的直线NN，连接OO。测量图sin1 中角和的大小。则玻璃砖的折射率n_。sin新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第8页新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第8页(3)如图 2 所示，该同学在实验中将玻璃砖界面aa和bb的间距画得过宽。若其他操作正确，则折射率的测量值_小于_准确值(选填“大于”“小于”或“等于”)。(4)另一位同学准确地画好玻璃砖的界面aa和bb后，实验过程中不慎将玻璃砖向下平移了一些，如图 3 所示，而实验的其他操作均正确，则折射率的测量值_等于_准确值(选填“大于”“小于”或“等于”)。sin思路引导：(1)用挡像法确定P3、P4的位置；(2)应根据折射定律n，求解折射率；sin(3)将玻璃砖界面aa和bb的间距画得过宽但仍平行，导致角偏大，由折射率公式分析误差；(4)通过作光路图，分析入射角和折射角是否变化，由折射定律分析折射率的误差。解析：(1)该同学接下来要完成的必要步骤有：确定P3大头针的位置的方法是插上大头针P3，使P3能挡住P1、P2的像。确定P4大头针的位置的方法是大头针P4能挡住P3和P1、P2的像。故该同学接下来要完成的必要步骤有：BD。sin(2)根据折射定律得：玻璃砖的折射率为n；sin(3)将玻璃砖界面aa和bb的间距画得过宽但仍平行，而其他操作正确，导致角偏sin大，由于n，故折射率的测量值将偏小。sin(4)如图所示，虚线表示将玻璃砖向下平移后实际的光路图，而实线是作图时所采用的光路图，通过比较发现，入射角和折射角没有变化，则由折射定律得知，该同学测得的折射率将不变。对点训练3如图所示是利用插针法测定玻璃砖的折射率时得到的光路图。玻璃砖的入射面AB和出射面CD并不平行，则：(1)出射光线与入射光线_不平行_。(选填“平行”或“不平行”)(2)以入射点O为圆心，以R为 5 cm 长度为半径画圆，与入射线PO交于M点，与折射线OQ交于F点，过M、F点分别向法线作垂线，量得MN1.68 cm，EF1.12 cm，则该玻璃砖新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第9页新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第9页的折射率n_1.5_。解析：(1)因为上下表面不平行，易知出射光线和入射光线不平行；sinMN1.68(2)根据折射定律得n1.5。sinEF1.12核心素养提升解决光的折射问题的常规思路和两类典型的问题1常规思路(1)根据题意画出正确的光路图。(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、折射角均是与法线的夹角。(3)利用折射定律、折射率公式列式求解。2玻璃砖对光的折射问题常见的玻璃砖有半圆形玻璃砖和长方形玻璃砖。对于半圆形玻璃砖若光线从半圆面射入，且其方向指向圆心，则其光路图如图甲所示，光线只发生一次偏折。对于两个折射面相互平行的长方形玻璃砖，其折射光路如图乙所示，光线经过两次折射后，出射光线与入射光线的方向平行，但发生了侧移。特别提醒画光路图时应注意的问题(1)光路是可逆的。(2)垂直界面入射的光线，折射光线与入射光线在同一直线上。(3)过半圆形玻璃砖圆心的光线在圆弧处不偏折。案例(多选)如图所示，把用相同玻璃制成的厚度为d的正方体a和半径亦为d的半球体b，分别放在报纸上，且让半球的凸面向上。从正上方分别观察a、b中心处报纸上的字，下面的观察记录中正确的是(AD)Aa中的字比b中的字高Bb中的字比a中的字高C一样高新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第10页新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第10页Da中的字较没有玻璃时的高，b中的字和没有玻璃时的一样解析：如图所示，放在b中的字反射的光线经半球体向外传播时，传播方向不变，故人看到字的位置是字的真实位置。而放在a中的字经折射，人看到的位置比真实位置要高。4.24.2 全反射全反射【学习目标】1知道什么是光疏介质，什么是光密介质。2理解光的全反射现象。3理解临界角的概念，能判断是否发生全反射，并能解决相关的问题。4知道全反射棱镜和光导纤维的原理及应用。【思维脉络】全反射现象 折射光线消失 光从光密介质射入光疏介质全反射 全反射的条件 入射角大于或等于临界角 全反射的应用 全反射棱镜，光导纤维 光疏介质与光密介质课前预习反馈知识点知识点 1 1全反射1光疏介质和光密介质对于折射率不同的两种介质，我们把折射率_较小_的称为光疏介质，折射率_较大_的称为光密介质。2全反射现象(1)当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射。当入射角增大到某一角度，新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第11页新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第11页使折射角达到_90_时，折射光完全消失，只剩下_反射光_，这种现象叫作全反射，这时对应的_入射角_叫作临界角。(2)发生全反射的条件光由_光密_介质射入_光疏_介质。入射角_大于_或_等于_临界角。(3)临界角与折射率的关系1定量关系：光由某种介质射入空气(或真空)时，sinC_ _。n定性关系：介质的折射率越大，发生全反射的临界角_越小_，越容易发生全反射。知识点知识点 2 2全反射的应用1全反射棱镜(1)构造：截面为_等腰直角三角形_的玻璃棱镜叫全反射棱镜。(2)光学特性：当光垂直于截面的直角边射入棱镜时，光在截面的斜边上发生 _全反射_，光射出棱镜时，传播方向改变了_90_。当光垂直于截面的斜边射入棱镜时，在两个直角边上各发生一次 _全反射_，使光的传播方向改变了_180_。(3)主要优点光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生_全反射_，与平面镜相比，它的反射率_很高_。反射面不必涂敷任何反光物质，反射时_失真小_。2光导纤维(1)原理：利用了光的_全反射_。(2)构造：光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有 1100 m 左右，如图所示。它是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率_大于_外套的折射率，光由一端进入，在内芯和外套的界面上经多次_全反射_，从另一端射出。(3)主要优点：容量大、衰减小、抗干扰能力强、_保密性好_等。思考辨析判一判(1)水的密度大于酒精的密度，水是光密介质。()(2)光从水中射入空气中时一定能发生全反射。()新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第12页新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第12页(3)光从玻璃射入空气中时能发生全反射。()(4)水或玻璃中的气泡看起来特别亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生了全反射。()(5)只要入射角足够大，就能发生全反射。()选一选(多选)透明的水面上有一圆形荷叶，叶梗直立在水中，紧靠叶梗有一条小鱼，在岸上的人恰能看到小鱼，则(BC)A当小鱼潜深点时，人就看不见它B当小鱼潜深点时，人照样能看见它C当小鱼上浮点时，人就看不见它D当小鱼上浮点时，人照样看见它解析：小鱼下潜一点后，它的入射角变小，光线能折射出水面，人能看到鱼，同理，鱼上浮一点，入射角大于临界角，发生全反射，所以，B、C 正确，A、D 错误。想一想夏季的早晨，从某一方向看植物叶子上的露珠会格外明亮，玻璃中的气泡从侧面看也是特别明亮，这是什么道理呢？解析：光照射露珠或经玻璃照射气泡时，一部分光会发生全反射，有更多的光反射到人的眼睛中，光的能量大了，人就会感觉特别明亮。课内互动探究全反射情境导入如图所示，光由玻璃斜射向空气，若逐渐增加入射角，当入射角增大到一定程度后将出现折射光消失的现象，这种现象叫作全反射。请问：要想出现这种现象必须具备什么条件？新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第13页新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第13页提示：光从光密介质射入光疏介质入射角大于或等于临界角要点提炼1对光疏介质和光密介质的理解(1)相对性光疏介质和光密介质是相对而言的，并没有绝对的意义。例如：水晶(n1.55)对玻璃(n1.5)是光密介质，而对金刚石来说(n2.427)，就是光疏介质。同一种介质到底是光疏介质还是光密介质，是不确定的。(2)与介质密度无关光疏和光密是从介质的光学特性来说的，并不是它的密度大小。例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介质。(3)光疏介质和光密介质的比较光疏介质光密介质2全反射(1)全反射现象光在其中速度大小折射率小大光由光密介质进入光疏介质时，当入射角增大到某一角度时，折射角达到 90，折射光全部消失，只剩下反射光的现象。这个角度称为临界角，用C表示。1(2)全反射临界角 sinCn临界角的含义：折射角为90时的入射角。规律：一旦发生全反射，即遵循光的反射定律。(3)产生全反射现象的条件光从光密介质射到它与光疏介质的界面上。入射角等于或大于临界角。(4)全反射现象中的能量分配关系折射角随入射角的增大而增大，折射角增大的同时，折射光线的强度减弱，即折射光线的能量减小，亮度减弱，而反射光线增强，能量增大，亮度增加。当入射角增大到某一角度时(即临界角)，折射光能量减到零，入射光的能量全部反射回来，这就是全反射现象。(5)不同色光的临界角新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第14页新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第14页不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越高的光的临界角越小，越易发生全反射。典例剖析典例 1 如图所示，直角三棱镜ABC的斜边AB长为L，C90，A(未知)，一束单色光从斜边上某点(非中点)垂直入射到棱镜中，已知棱镜折射率为n2，单色光在真空中的传播速度为c，(1)求在什么范围内，入射光能够经过两次全反射又从斜边射出；(2)若45，该单色光从斜边某处垂直入射到棱镜中，通过棱镜后出射光与入射光的距离为，求此单色光通过三棱镜的时间。4思路引导：分析光的全反射时，关键是根据临界条件画出发生全反射时的光路图，再利用几何知识分析边角关系。当发生全反射时，仍遵循光的反射定律及光的可逆性。1解析：(1)光的传播方向如图所示，欲使入射光在左侧直角边发生全反射，须满足 sinLn解得30，又在光反射至右侧直角边时，入射角为90，欲使入射光在该边发1生全反射，须满足 sin(90)n解得60，所以的范围为 3060(2)当45时，由几何关系可知光在三棱镜中通过的距离sL光在棱镜中的传播速度vcns2L则单色光通过三棱镜的时间t vc2L答案：(1)3060(2)c对点训练1如图是在高山湖泊边拍摄的一张风景照片，湖水清澈见底，近处湖面水下的景物(石块、砂砾等)都看得很清楚，而远处只看到对岸山峰和天空的倒影，水面下的景物则根本看不到。下列说法中正确的是(C)新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第15页新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第15页A远处山峰的倒影非常清晰，是因为山峰的光线在水面上发生了全反射B光线由水射入空气，光的波速变大，波长变小C远处水面下景物的光线射到水面处，入射角很大，可能发生了全反射，所以看不见D近处水面下景物的光线射到水面处，入射角较小，反射光强而折射光弱，因此有较多的能量射出水面而进入人眼中解析：远处山峰的倒影非常清晰，是因为山峰的光线在水面上发生了反射，但不是全反射，因为全反射只有光从光密介质射入光疏介质时才可能发生，故 A 错误；光线由水射入空气，光的波速变大，频率不变，由波速公式vf知波长变大，故 B 错误；远处水面下景物的光线射到水面处，入射角很大，当入射角大于等于全反射临界角时能发生全反射，光线不能射出水面，因而看不见，故 C 正确；近处水面下景物的光线射到水面处，入射角较小，反射光较弱而折射光较强，射出水面而进入人眼睛中的能量较多，故D 错误。全反射的应用情境导入如图所示，自行车后面有尾灯，它虽然本身不发光，但在夜间行驶时，从后面开来的汽车发出的强光照在尾灯上，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车。那么自行车的尾灯利用了什么原理？提示：利用了全反射的原理。要点提炼1全反射棱镜横截面是等腰直角三角形的棱镜是全反射棱镜。它在光学仪器里，常用来代替平面镜，改变光的传播方向。光通过全反射棱镜时的几种方式：光路图方式一方式二方式三入射面全反射面ACAB、BCABACABAC新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第16页新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第16页光线方向改变角度2光导纤维901800(发生侧移)(1)光导纤维：用光密介质制成的用来传导光信号的纤维状的装置。(2)光纤原理：“光纤通信”利用了全反射原理。实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，一定程度上可以弯折，直径只有几微米到一百微米之间，由内芯和外套组成。如图所示，内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射，使反射光的能量最强，实现远距离传送。(3)光纤的应用：携带着数码信息、电视图像、声音等的光信号沿着光纤传输到很远的地方，实现光纤通信。典例剖析典例 2 由于激光是亮度高、平行度好、单色性好的相干光，所以光导纤维中用激光作为高速传输信息的载体。要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，光导纤维所用材料的折射率至少应为多少？思路引导：准确理解光纤传导的原理，利用全反射临界角计算。解析：设激光束在光导纤维前端的入射角为1，折射角为2，折射光线射向侧面时的入射角为3，如图所示。sin1由折射定律nsin2由几何关系2390，则sin2cos31由全反射临界角公式 sin3n新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第17页新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第17页故 cos3112n要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射，应有190，sin11sin1sin1故nsin2cos3111n2n1n2解得n 2答案：n 2对点训练2空气中两条光线a和b从虚框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图 1 所示。虚框内有两个折射率n1.5 的玻璃全反射棱镜。图2 给出了两棱镜四种放置方式的示意图，其中能产生图1 效果的是(B)解析：四个选项产生光路效果如图所示：则可知 B 项正确。核心素养提升解决全反射问题的基本思路1确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质。12若光由光密介质进入光疏介质时，则根据sinC 确定临界角，看是否发生全反射。n3根据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路”。4运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理或定量计算。新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第18页新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第18页案例一个半圆柱形玻璃砖，其横截面是半径为R的半圆，AB为半圆的直径，O为圆心，如图所示。玻璃的折射率为n 2。(1)一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面。若光线到达上表面后，都能从该表面射出，则入射光束在AB上的最大宽度为多少？(2)一细束光线在O点左侧与O相距出点的位置。解析：本题考查全反射涉及的几何计算，解题思路为先求出临界角，然后利用几何关系求距离。3R处垂直于AB从下方入射，求此光线从玻璃砖射2(1)在O点左侧，设从E点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角，则OE区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出，如图由全反射条件有1sinn由几何关系有OERsin由对称性可知，若光线都能从上表面射出，光束的宽度最大为L2OE联立式，代入已知数据得L 2R(2)设光线在距O点知条件得3R的C点射入后，在上表面的入射角为，由几何关系及式和已260光线在玻璃砖内会发生三次全反射，最后由G点射出，如图，由反射定律和几何关系得OGOC3R2射到G点的光有一部分被反射，沿原路返回到达C点射出。新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第19页新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第19页答案：(1)2R(2)O点右侧与O相距3R24.34.3 光的干涉光的干涉【学习目标】1了解光的干涉现象，了解光的干涉产生的条件。2知道决定干涉条纹间距的条件，认识出现亮条纹和暗条纹的位置特点。3了解薄膜干涉及其成因。4知道光的干涉在生产、生活中的应用。【思维脉络】课前预习反馈知识点知识点 1 1双缝干涉实验1物理史实1801 年，英国物理学家_托马斯杨_成功地观察到了光的干涉现象。2实验示意图如图所示3实验过程如图，让一束平行的_单色光_投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝S1和S2相距_很近_，两条狭缝就产生两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是 _相同的_，两新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第20页新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第20页波源发出的光在挡板后面的空间互相_叠加_，发生干涉现象。4实验现象在屏上得到_明暗相间_的条纹。5实验结论证明光是一种_波_。知识点知识点 2 2干涉条纹和光的波长之间的关系1亮条纹的条件屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半个波长的_偶数倍_。2暗条纹的条件屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是半个波长的_奇数倍_。3干涉图样中条纹间距的计算在双缝间的距离d和双缝到光屏间的距离l不变的条件下，单色光产生的干涉条纹间距x(相邻两条亮条纹中心或相邻两条暗条纹中心间的距离)跟光的波长成_正比_，即 x_。知识点知识点 3 3薄膜干涉1薄膜干涉中的获得光照射到薄膜上，在薄膜的前后两个面_反射_的光是由同一个光波分解而成的，它们具有相同的_频率_、恒定的相位差及振动方向。2薄膜干涉的原理光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同位置，前后两个面的反射光的 _路程差_不同，在某些位置两列波叠加后相互加强，于是出现_亮_条纹；在另一些位置，两列波叠加后相互削弱，于是出现_暗_条纹。思考辨析判一判(1)托马斯杨用光的干涉实验证明了光是一种波。()(2)在双缝干涉实验中，中央亮纹的宽度最大。()(3)在双缝干涉实验中，光屏上何处出现亮条纹，何处出现暗条纹是由光的路程差所决定的。()(4)用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹较远的是波长较长的光。()(5)只有频率相同的两列光波才能产生干涉。()(6)干涉条纹的产生是光在液膜前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果。()选一选ld新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第21页新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第21页如图所示，从两只相同的手电筒射出的光，当它们在某一区域叠加后，看不到干涉图样，这是因为(D)A手电筒射出的光不是单色光B干涉图样太细小看不清楚C周围环境的光太强D这两束光为非相干光源解析：两束光为非相干光源，不满足干涉产生的条件。想一想很多摄影爱好者在扫描贴在玻璃板表面的底片时常会在扫描后的图像上看到一圈圈明暗相间的光环，如图所示。这就是光的现象牛顿环。你知道牛顿环是怎样形成的吗？提示：是由光的干涉现象形成的。课内互动探究对光的双缝干涉实验的理解情境导入如图所示，用单色光照射双狭缝，在后面的屏上得到明暗相间的干涉条纹，请思考：为什么会出现双缝干涉现象？提示：两条狭缝相当于两个频率、振动方向相同，相位差恒定的光源，满足干涉条件。新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第22页新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第22页要点提炼1双缝干涉的装置示意图实验装置如图所示，有光源、单缝、双缝和光屏。2单缝屏的作用获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况。3双缝屏的作用平行光照射到单缝S上，又照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光。4屏上某处出现亮、暗条纹的条件频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加，如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致，即振动方向总是相同；暗条纹处振动步调总相反。具体产生亮、暗条纹的条件为：亮条纹的条件：屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍。即|PS1PS2|k2k(k0,1,2,3)2k0 时，PS1PS2，此时P点位于屏上的中心O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮纹。暗条纹的条件：屏上某点到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍。即|PS1PS2|(2k1)(k0,1,2,3)2典例剖析典例 1如图所示为双缝干涉实验装置，当使用波长为610m 的橙光做实验时，光屏P点及上方的P1点形成相邻的亮条纹。若使用波长为 410 m 的紫光重复上述实验，在P和P1点形成的亮、暗条纹的情况是(B)77新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第23页新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第23页AP和P1点处都是亮条纹BP点处是亮条纹，P1点处是暗条纹CP点处是暗条纹，P1点处是亮条纹DP和P1点处都是暗条纹思路引导：根据橙光的干涉情况可以得知P点与S1、S2的距离之差和P1点与S1、S2的距离之差，根据距离之差与紫光波长的关系，确定紫光的干涉情况。解析：从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成两束相干光，由题意知屏中央P点到S1、S2的距离相等，即分别由S1、S2射出的光到P点的路程差为零，因此P点是中央亮条纹，因而，无论入射光是什么颜色，波长多长，P点处都是亮条纹。由题意可知分别由S1、S2射出的光到P1点的路程差刚好是橙光的一倍波长，即|P1S1P1S2|600 nm橙，当换用波长为 400 nm3的紫光时，|P1S1P1S2|600 nm紫，则两列光波到P1点时振动情况完全相反，即分别由2S1、S2射出的光在P1点相互削弱，因此，在P1点出现暗条纹。故选B。对点训练1某同学自己动手利用如图所示的器材，观察光的干涉现象，其中，A为单缝屏，B为双缝屏，C为像屏。当他用一束阳光照射到A上时，屏C上并没有出现干涉条纹。他移走B后，C上出现一窄亮斑。分析实验失败的原因，最大的可能是(B)A单缝S太窄CS到S1和S2距离不等B单缝S太宽D太阳光不能作光源解析：本实验中，单缝S应非常窄，才可看作“理想线光源”，也才能成功地观察到干涉现象，移走B屏后，在C上出现一窄亮斑，说明单缝S太宽，故 B 正确，A 错误；S到S1和S2距离不等时，也能出现干涉条纹，但中央不一定是亮纹，C 错误；太阳光可以作光源，屏上将出现彩色条纹，D 错误。双缝干涉图样的特点情境导入如图所示是几种单色光的双缝干涉图样，请问：(1)单色光干涉时相邻两亮条纹的间距和相邻两暗条纹的间距相等吗？(2)用不同颜色的光做干涉实验时干涉图样完全一样吗？新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第24页新教材人教版高中物理选择性必修第一册第四章光 学案(知识点考点汇总及配套习题)-第24页提示：(1)相等(2)不一样要点提炼1干涉条纹间距 x与波长的关系(1)关系式：x式中l是指屏和双缝之间的距离，d是指两缝之间的距离。(2)同一干涉装置中，条纹间距x与成正比。(3)cf，频率越高的光波长越短。白光的各种色光波长从长到短依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。2单色光的干涉图样若用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等。中央为亮条纹，两相邻亮纹(或暗纹)间距离与光的波长有关，波长越大，条纹