資源簡介

(共66張PPT)
復習任務群一
現代文閱讀Ⅰ
把握共性之“新”　打通應考之“脈”
第四章　光及其應用
章末綜合提升
鞏固層·知識整合
提升層·主題探究
主題1　光的折射和全反射
1．正確、靈活地理解、應用折射率公式
教材中給出的折射率公式為n＝(i為真空中的入射角，γ為某介質中的折射角)．根據光路可逆原理，入射角、折射角是可以隨光路的逆向而“換位”的．我們可以這樣來理解、記憶：n＝ ＝．
2．對臨界角的理解
光線從介質進入真空或空氣，r＝90°時，發生全反射，此時的入射角i(介)叫臨界角ic．
則＝＝sin ic．
【典例1】　如圖所示，△ABC為一直角三棱鏡的橫截面，其頂角α＝30°，P為垂直于直線BCO的光屏，現有一寬度為H＝AB的單色平行光束垂直射向AB面，結果在光屏上形成一條寬為的光帶，BO＝H．
(1)求出射光的偏折角；
(2)求介質的折射率．
[解析]　(1)AC面上的入射角θ1＝α＝30°，D點為PO的中點，即光屏上光帶的最高點，延長AD交BCO的延長線于E點，由幾何知識可知BO＝OE＝H，OD＝，tan ∠OED＝＝，由數學關系可知折射角θ2＝60°，所以偏折角為30°．
(2)n＝＝
[答案]　(1)30°　(2)
一語通關　解答全反射類問題的技巧
(1)光必須從光密介質射入光疏介質．
(2)入射角大于或等于臨界角．
(3)利用好光路圖中的臨界光線，準確地判斷出恰好發生全反射的光路圖是解題的關鍵，且在作光路圖時盡量與實際相符，這樣更有利于問題的分析．
主題2　測介質的折射率
1．測玻璃的折射率
插針法：運用光在玻璃兩個界面處的折射．
如圖所示為兩面平行的玻璃磚對光路的側移．用插針法找出與入射光線AO對應的出射光線O′B，確定出O′點，
畫出折射光線OO′，量出入射角i和折射角γ，
根據n＝計算出玻璃的折射率．
2．測水的折射率
(1)成像法．
原理：利用水面的反射成像和水的折射成像．
方法：如圖所示，在一盛滿水的燒杯中，緊挨杯口豎直插入一直尺，在直尺的對面觀察水面，能同時看到直尺在水中的部分和露出水面部分的像，若從點P看到直尺在水下最低點的刻度B
的像B′(折射成像)恰好跟直尺在水面上刻度A的像
A′(反射成像)重合，讀出AC、BC的長，量出燒杯
內徑d，即可求出水的折射率為n＝．
(2)插針法．
原理：光的折射定律．
方法：如圖所示，取一方木板，在板上畫出互相垂直的兩條線AB、MN，從它們的交點O處畫直線OP(使∠PON＜45°)，在直線OP上P、Q兩點垂直地插兩枚大頭針．把木板放入水中，使AB與水面相平，MN與水面垂直．在水面上觀察，調整視線使P的像被Q的像擋住，再在木板S、T處各插一枚大頭針，使S擋住Q、P的
像，T擋住S及Q、P的像．從水中取出木板，畫出
直線ST，量出圖中的角i、γ，則水的折射率n＝．
(3)視深法．
原理：利用視深公式h′＝．
方法：在一盛水的燒杯底部放一粒綠豆，在水面上方吊一根針，如圖所示．調節針的位置，直到針尖在水中的像與看到的綠豆重合，測出針尖距水面的距離即為杯中水的視深h′，
再測出水的實際深度h，則水的折射率n＝．
(4)全反射法．
原理：全反射現象．
方法：在一盛滿水的大玻璃缸下面放一發光電珠，如圖所示．在水面上觀察，看到一圓形的發光面，量出發光面直徑D及水深h，則水的折射率n＝．
【典例2】　某同學設計了一個測量液體折射率的儀器，如圖所示．在一個圓形木盤上過其圓心O作兩條相互垂直的直徑BC、EF，在半徑OA上垂直圓盤面插下兩枚大頭針P1、P2，并保持P1、P2的位置不變，每次測量時，讓圓盤的BFC部分豎直浸入液體中，而且使液面與直徑BC相平，EF為界面的法線，而后在圖中右上方區域觀察P1、P2的像，并在圓周上插上大頭針P3，使P3正好擋住P1、P2的像．同學們通過計算，預先在圓周EC部分刻好了折射率的值．這
樣只要根據P3所插的位置，就可直接讀出液體折
射率的值．
(1)若∠AOF＝30°，OP3與OC的夾角為30°，則P3處所對應的折射率的值為______．
(2)圖中P3、P4兩位置中________(選填“P3”或“P4”)所對應的折射率值大．
(3)作AO的延長線交圓周于K，K處所對應的折射率的值應為________．
P4
1
[解析]　(1)此時OP3與OE之間的夾角為入射角，θ1＝60°，OA與OF之間的夾角為θ2＝30°，則n＝＝＝
(2)P4對應的入射角大，折射角相同，所以P4對應的折射率大．
(3)當大頭針在K位置時，入射角與折射角相等，所以折射率等于1．
主題3　光的干涉與衍射的比較
內容 干涉 衍射
現象 在光重疊區域出現加強或減弱的現象 光繞過障礙物偏離直線傳播的現象
產生條件 兩束光頻率相同、相位差恒定、振動方向相同，即必須是相干光源 障礙物或孔的尺寸與波長差不多或比波長更小(明顯衍射的條件)
內容 干涉 衍射
典型實驗 楊氏雙縫實驗、薄膜干涉 單縫衍射(圓孔衍射、不透明圓盤衍射)
圖樣特點 中央明紋，兩邊等間距分布的明暗相間條紋 中央最寬最亮，兩邊不等間距分布的明暗相間條紋
應用 檢查平面、增透膜、測定波長
【典例3】　(多選)用激光做單縫衍射實驗和雙縫干涉實驗比普通光源效果更好，圖像更清晰．如果將感光元件置于光屏上，則不僅能在光屏上看到彩色條紋，還能通過感光元件中的信號轉換，在電腦上看到光強的分布情況．下列說法正確的是(　　)
A．當做單縫實驗時，光強分布圖如乙所示
B．當做單縫實驗時，光強分布圖如丙所示
C．當做雙縫實驗時，光強分布圖如乙所示
D．當做雙縫實驗時，光強分布圖如丙所示
AD　[當做單縫實驗時，中間是亮條紋，往兩側條紋亮度逐漸降低，且亮條紋的寬度不等，所以其光強分布圖如乙所示，故A正確，B錯誤；當做雙縫實驗時，在屏上呈現的是寬度相等的亮條紋，所以其光強分布圖如丙所示，故C錯誤，D正確．]
√
√
一語通關　如何分析干涉、衍射圖樣
在分析干涉、衍射圖樣時，主要注意圖樣條紋寬度的情況：若條紋寬度相等，則是干涉條紋，若中間條紋最寬，兩邊越來越窄，則是衍射條紋．
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時間：75分鐘　滿分：100分
一、單項選擇題(本題共7小題，每小題4分，共28分．在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的)
1．地球表面附近空氣的折射率隨高度降低而增大，太陽光斜射向地面的過程中會發生彎曲．下列光路圖中能描述該現象的是(　　)
章末綜合測評(四)　光及其應用
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A　　　　　　　　　B
C　　　　　　　　　D
√
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A　[根據折射定律n上sin θ上＝n下sin θ下，由于地球表面附近空氣的折射率隨高度降低而增大，則θ下逐漸減小，畫出光路圖如圖所示，則從高到低θ下逐漸減小，則光線應逐漸趨于豎直方向.故選A．]
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2．關于教材中出現的以下四張圖片，下列說法不正確的是(　　)
A．圖1所示疾馳而過的急
救車使人感覺音調變化，是
由于波的疊加引起的
B．圖2所示豎直的肥皂膜看起來常常是水平彩色橫紋，是由于光的干涉產生的
C．圖3所示泊松亮斑現象是由于光的衍射產生的
D．圖4所示水中的氣泡看上去特別明亮，是由于光的全反射引起的
√
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A　[題圖1所示疾馳而過的急救車使人感覺音調發生變化，當急救車靠近時，感覺聲調變高，反之急救車遠離時，感覺聲調變低，這是由多普勒效應引起的，故A錯誤；題圖2所示豎直的肥皂膜看起來常常是水平彩色橫紋，是由于光的薄膜干涉，故B正確；題圖3所示泊松亮斑現象是由于光的衍射，故C正確；題圖4所示水中的氣泡看上去特別明亮，是由于光從水進入氣泡時發生了全反射，故D正確.本題選不正確的，故選A．]
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3．小紅利用圖1所示的裝置，觀察紅光的干涉、衍射現象，其中P是光學元件，且P到光屏的距離恒定，通過實驗在光屏上得到了圖2所示甲、乙、丙、丁四種圖樣．下列說法正確的是(　　)
A．甲對應的P是雙縫，雙縫
間距較大
B．乙對應的P是雙縫，雙縫間距較大
C．丙對應的P是單縫，縫的寬度較寬
D．丁對應的P是單縫，縫的寬度較窄
√
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A　[條紋甲和乙都是平行等距的，都是干涉條紋，則甲和乙對應的P是雙縫，根據Δx＝λ可知，甲條紋間距較小，則甲雙縫間距較大，選項A正確，B錯誤；丙和丁對應的條紋是平行不等距的，則為衍射條紋，則P是單縫，因題圖丙的衍射現象較丁更明顯，可知丙單縫的寬度較窄，選項C、D錯誤.故選A．]
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4．某同學利用玻璃制成的實心“水晶球”模擬彩虹的形成，該同學讓一細束復色光從P點射入水晶球，最后分成a、b兩束單色光從水晶球射出，光路圖如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A．彩虹的形成是光的干涉現象
B．“水晶球”對a光的折射率比b光的大
C．在“水晶球”中，a光的傳播速度比b
光的大
D．遇到同樣的障礙物，a光比b光更容易發生明顯的衍射現象
√
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B　[彩虹的形成是光的折射現象，故A錯誤；在P點，入射角相同，由n＝可知，“水晶球”對a光的折射率比b光的大，故B正確；由v＝可知，“水晶球”中，a光的傳播速度比b光的小，故C錯誤；因為a光的折射率比b光的大，所以a光的頻率比b光大，則b光的波長比a光的長，遇到同樣的障礙物，b光比a光更容易發生明顯的衍射現象，故D錯誤.故選B．]
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5．如圖所示，一束光從空氣垂直射到直角棱鏡的AB面上，已知棱鏡材料的折射率為，則這束光進入棱鏡后的光路圖應為(　　)
√
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D　[光線垂直AB面射入，在到達AC面上時入射角i＝60°，因光線的臨界角C滿足sin C＝，C＝45°，i＞C，所以光線在AC面發生全反射；光線到達BC面上的入射角i′＝30°，由于i＜C，所以有部分光線從BC面射出，還有部分光線經BC面反射到AC面上，此時入射角等于零度，光線垂直于AC面射出，故D正確．]
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6．如圖所示，有玻璃三棱鏡ABC，頂角A為30°，一束光線a垂直于AB射入棱鏡，由AC射出進入空氣，測得出
射光線與入射光線間夾角為30°，則棱鏡的折
射率為(　　)
A．　 　B．　 　C．　 　D．
√
C　[由題意可知，光線從玻璃射向空氣中時，入射角為θ1＝30°，折射角為θ2＝60°，則玻璃的折射率n＝＝故選C．]
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7．攝影師在水下對水上的景物進行拍攝，忽略鏡頭尺寸的影響，假設攝影師由水下豎直向上拍攝，光的傳播路徑如圖所示，已知水的折射率為，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，下列說法正確的是(　　)
A．光線射入水中頻率減小
B．水中拍攝到的水上景物比實際位置偏低
C．水上景物的像將集中在一個倒立的圓錐內
D．進入鏡頭的光線與豎直方向的夾角θ最大為37°
√
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C　[光線由水上射入水中時，光的頻率不變，故A錯誤；如圖所示，光源S成像在S′處，S′的位置比S的位置偏高，故B錯誤；光從空氣中折射進入水中再進入鏡頭，所以水上景物的像將集中在一個倒立的圓錐內，故C正確；當光線在水面的入射角為90°時，水中光線與豎直方向夾角達到最大值，即臨界角C，且sin C＝＝
>0.6，則C>37°，故D錯誤.故選C．]
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二、多項選擇題(本題共3小題，每小題6分，共18分．在每小題給出的四個選項中，有多項符合題目要求．全部選對的得6分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分)
8．漁民在清澈的河水中用魚叉叉魚，可改用激光束捕魚，關于兩種捕魚方法下列說法正確的有(　　)
A．用魚叉叉魚時，應該瞄準人所看到魚的位置
B．用魚叉叉魚時，應該瞄準人所看到魚的下方
C．用激光捕魚時，應該瞄準人所看到的魚
D．用激光捕魚時，應該瞄準人所看到魚的下方
√
√
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BC　[用魚叉叉魚時，從魚身上發出的光，經水面出射到空氣中后會發生折射，折射角大于入射角，人眼逆著折射光線看去，會看到魚的位置比實際高了，則應該瞄準人所看到魚的下方，故A錯誤，B正確；用激光捕魚時，因為光路可逆，所以光線會沿同路徑折射回去，人看到魚的位置就是實際位置，則應該瞄準人所看到的魚，故C正確，D錯誤.故選BC．]
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9．結合圖片分析，下列說法正確的是(　　)
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A．圖甲是一束單色光進入平行玻璃磚后傳播的示意圖，當入射角θ1逐漸增大到某一值后不再會有光線從a′面射出
B．圖乙是雙縫干涉示意圖，若只減小屏到擋板間距離，兩相鄰亮條紋間距離Δx將減小
C．圖丙是針尖在燈光下發生的現象，這種現象反映了光的干涉現象
D．圖丁是自然光通過偏振片P、Q的實驗結果，右邊是光屏．當P固定不動緩慢轉動Q時，光屏上的光亮度將一明一暗交替變化，此現象表明光波是橫波
√
√
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BD　[題圖甲中，根據幾何關系可知上表面的折射角等于下表面的入射角，根據光路的可逆性，無論怎么增大入射角θ1，下表面的入射角不會達到臨界角，光線都會從a′面射出，故A錯誤；題圖乙中，根據雙縫干涉相鄰條紋間距公式Δx＝λ，可知只減小屏到擋板間距離，兩相鄰亮條紋間距離Δx將減小，故B正確；題圖丙是針尖的衍射現象圖片，故C錯誤；只有橫波才能產生偏振現象，所以光的偏振現象表明光是一種橫波，故D正確.故選BD．]
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10．如圖所示，單色光Ⅰ和Ⅱ照射到半圓形玻璃磚的圓心O，從玻璃磚圓面上的同一位置離開玻璃磚，下列說法正確的是(　　)
A．在同種玻璃中單色光Ⅰ的傳播速度大
B．在同種玻璃中單色光Ⅰ的折射率較大
C．增大單色光Ⅰ的入射角會發生全反射
現象
D．用相同的實驗裝置進行雙縫干涉實驗，單色光Ⅱ的相鄰明條紋間的距離較大
√
√
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BD　[由題圖可知，單色光Ⅰ的入射角大，單色光Ⅰ和Ⅱ的折射角相同，根據折射定律可知在同種玻璃中單色光Ⅰ的折射率較大，故B正確；根據v＝可知，在同種玻璃中單色光Ⅰ的傳播速度小，故A錯誤；單色光從光疏介質射向光密介質時不會發生全反射現象，故增大單色光Ⅰ的入射角不會發生全反射現象，故C錯誤；單色光Ⅱ的頻率小，波長長，根據Δx＝λ可知，用相同的實驗裝置進行雙縫干涉實驗，單色光Ⅱ的相鄰明條紋間的距離較大，故D正確.故選BD．]
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三、非選擇題(本題共5小題，共54分)
11．(7分)在“測定玻璃的折射率”的實驗中，
(1)小朱同學在實驗桌上看到方木板上有一張白紙，白紙上有如圖甲所示的實驗器材，他認為除了缺刻度尺還少了一種器材，請你寫出所缺器材的名稱：________，老師將器材配齊后，他進行實驗，圖乙是他在操作過程中的一個狀態，請你指出第四枚大頭針應在圖乙中的位置________(選填“A”“B”或“C”)．
大頭針
B
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(2)小紅利用方格坐標紙測定玻璃的折射率，如圖丙所示，AO是畫在紙上的直線，她在直線AO適當位置豎直插上P1、P2兩枚大頭針，放上半圓形玻璃磚，使其圓心與O重合，然后插上P3、P4兩枚大頭針，以確定折射光線．其中她確定P3大頭針位置的方法應當是_________________．操作完成后，她用圓規作了一個以O為圓心、半徑與玻璃磚半徑相同的半圓(如圖丙中虛線所示)，則她測出玻璃的折射率n＝________．
擋住P1、P2的像　
1.5
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[解析]　(1)在實驗桌上看到方木板上有一張白紙，白紙上有如題圖甲所示的實驗器材，還缺少刻度尺、大頭針；依據光的折射定律，及玻璃磚上下表面平行，那么出射光線與入射光線相互平行，因此第四枚大頭針應在題圖乙中
的位置B處，如圖所示．
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(2)透過玻璃磚看，P3大頭針擋住P1、P2兩枚大頭針的像；如圖，作出法線，過圓與入射光線與折射光線的交點作法線的垂線CA和DB，由數學知識得：入射角和折射角的正
弦值分別為sin i＝，sin γ＝
其中CO＝DO，則折射率n＝＝＝＝1.5．
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12．(10分)在“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗中，
(1)如圖1所示，將實驗儀器按要求安裝在光具座上，小光同學觀察到清晰的干涉條紋．若他對實驗裝置進行改動后，在像屏上仍能觀察到清晰的干涉條紋，但條紋間距變寬．以下改動可能會實現這個效果的是________．
CD
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A．僅將濾光片向右移動靠近單縫
B．僅將像屏向左移動少許
C．僅將綠色濾光片換成紅色濾光片
D．僅將像屏向右移動少許
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(2)如圖2所示，在測量過程中將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊，將該亮紋定為第1條亮紋，此時手輪上的示數x1＝1.670 mm，然后同方向轉動測量頭，使分劃板中心刻線與第4條亮紋中心對齊，記下此時圖3中手輪上的示數x4＝________ mm．
8.600
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(3)已知雙縫間距d為2.0×10-4 m，測得雙縫到屏的距離L為0.700 m，由計算式λ＝___________(用(2)(3)中提供的字母表示)，可得所測單色光波長為__________ m(結果保留兩位有效數字)．
6.6×10-7
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[解析]　(1)根據雙縫干涉相鄰條紋間距公式Δx＝λ，其中L為雙縫到像屏的距離，d為雙縫之間的長度，可知僅將像屏向右移動少許即L增大、將綠色濾光片換成紅色濾光片即λ變大，可以使條紋間距變大，故C、D正確，A、B錯誤．
(2)螺旋測微器的讀數為x4＝8.5 mm＋10.0×0.01 mm＝8.600 mm．
(3)條紋間距Δx＝，根據Δx＝λ，可得λ＝，代入數據解得λ＝6.6×10-7 m．
題號
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13．(9分)如圖所示，水面上有一透明均質球，上半球露出水面，下半球內豎直中心軸上有紅、藍兩種單色燈(可視為點光源)，均質球對兩種色光的折射率分別為n紅和n藍．為使從光源照射到上半球面的光都能發生折射(不考慮光線在球內反射后的折射)，若紅燈到水面的最大距離為h紅，求：
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(1)藍燈到水面的最大距離；
(2)兩燈都裝在各自到水面的最大距離處，藍燈在紅燈的上方還是下方？為什么？
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[解析]　(1)為使從光源照射到上半球面的光，都能發生折射，關鍵是光線能夠從球的上半部分折射出去，以紅光為例，當入射角最大達到臨界角時，光線平行水面折射出去，光路圖如圖所示：
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假設半球半徑為R，根據全反射定律和幾何關系可知
sin C紅＝＝
同理可知藍光
sin C藍＝＝
兩式聯立解得
h藍＝·h紅．
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(2)藍光的折射率n藍大于紅光的折射率n紅，根據(1)問結果h藍＝·h紅，結合n藍＞n紅＞1，可知h藍＜h紅
所以藍燈應該在紅燈的上方．
[答案]　·h紅　(2)上方，理由見解析
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14．(13分)如圖所示，某次“找靶點”游戲中，在距長方體水缸開口32 cm處的側壁位置M點貼一張靶點的圖片，然后將水缸裝滿水，游戲者需要站在指定觀測點調整觀察角度，恰好切著右側壁P點看到靶點圖片，此時將一根細長直桿從觀測點經P點插入
水中至水缸側壁O點，測得O點在M點上方 14 cm
處，已知長方體水缸左右側壁間距離為24 cm．
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(1)試解釋水缸裝滿水后，為什么觀察到的“靶點”的位置升高了？
(2)若光在空氣中的傳播速度c＝3.0×108 m/s, 求光在該水缸中水里的傳播速度．
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[解析]　(1)水缸裝滿水后，“靶點”反射的光經過水進入空氣，發生了折射，所以觀察到的“靶點”的位置升高了．
(2)光路圖如圖所示，由幾何關系可得tan i＝
tan γ＝
水的折射率n＝
解得n＝
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光在該水缸中水里的傳播速度v＝
解得v＝2.25×108 m/s．
[答案]　(1)見解析　(2)2.25×108 m/s
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15．(15分)為保證泳池夜間安全，需要在泳池鋪設池底燈提供光照．如圖甲所示，足夠大的泳池中央有一直徑為d的圓形池底燈，燈面與池底相平．已知水的折射率為n，水深為h，水面平靜，求：
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(1)若水深增大，則在水面上形成的光斑面積如何變化？試通過在圖乙中畫出相應的光路圖并簡要說明(不要求計算)．
(2)當水深為h時，水面上形成的光斑面積S．
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[解析]　(1)如圖所示，假設P端發出的光在水面M點發生全反射，則形成的光斑是以點O為圓心、MN為直徑的圓，若水深增大時，圓形光斑的直徑EF也增大，即光斑面積增大．
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(2)根據全反射的臨界角C與折射率的關系得
sin C＝
由幾何關系得tan C＝
設光斑半徑為r，有r＝h tan C＋
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光斑面積S＝πr2
聯立解得S＝π
[答案]　(1)見解析　(2)π
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