章末核心素养提升
题型一 “临界法”在几何光学中的应用
例1 我国古代著作《墨经》中记载了小孔成倒像的实验,认识到光沿直线传播。身高1.6 m的人站在水平地面上,其正前方0.6 m 处的竖直木板墙上有一个圆柱形孔洞,直径为1.0 cm、深度为1.4 cm,孔洞距水平地面的高度是人身高的一半。此时,由于孔洞深度过大,使得成像不完整,如图所示。现在孔洞中填充厚度等于洞深的某种均匀透明介质,不考虑光在透明介质中的反射。
(1)若该人通过小孔能成完整的像,透明介质的折射率最小为多少
(2)若让掠射进入孔洞的光能成功出射,透明介质的折射率最小为多少
题型二 “双缝干涉测量光的波长”的实验创新
例2 洛埃德在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示,单色光从单缝S射出,一部分入射到平面镜后反射到光屏上,另一部分直接投射到屏上,在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹。单缝S通过平面镜成的像是S'。
(1)通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹,这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一个缝, 相当于另一个“缝”。
(2)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h=0.15 mm,单缝到光屏的距离D=1.2 m,观测到第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78 mm,则该单色光的波长λ= m(结果保留3位有效数字)。
(3)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离 。
A.将平面镜稍向上移动一些
B.将平面镜稍向右移动一些
C.将光屏稍向右移动一些
D.将光源由红色光改为绿色光
题型三 全反射的理解与应用
例3 (2022·广东卷)一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体,液体上方是空气,其截面如图所示。一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动,它所发出的光束始终指向圆心O点。当光束与竖直方向成45°角时,恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束。已知光在空气中的传播速度为c,求液体的折射率n和激光在液体中的传播速度v。
题型四 几何光学与物理光学的综合
例4 (2023·重庆卷,5)某实验小组利用双缝干涉实验装置分别观察a、b两单色光的干涉条纹,发现在相同的条件下光屏上a光相邻两亮条纹的间距比b光的小。他们又将a、b光以相同的入射角由水斜射入空气,发现a光的折射角比b光的大,则 ( )
A.在空气中传播时,a光的波长比b光的大
B.在水中传播时,a光的速度比b光的大
C.在水中传播时,a光的频率比b光的小
D.由水射向空气时,a光的全反射临界角比b光的小
章末核心素养提升
知识网络构建
λ 不均匀
核心素养提升
例1 (1) (2)
解析 (1)如图所示,若人脚处反射的光恰能成像,则透明介质的折射率最小,由几何关系得此时入射角的正弦值
sin i==0.8,折射角的正弦值
sin r=,
所以nmin=。
(2)光从光疏介质向光密介质传播,入射角接近90°时为掠射。分析可知,当掠射的光恰好从洞的边缘射出时折射率最小,则有nmin'=。
例2 (1)S' (2)6.33×10-7 (3)AC
解析 (1)通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹,这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一个缝,S'相当于另一个“缝”。
(2)第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78 mm,则相邻亮条纹间距为Δx= m≈2.53×10-3m
等效双缝间的距离为d=2h=0.30 mm=3.0×10-4 m
根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ
则有λ= m≈6.33×10-7 m。
(3)根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ可知,增大D,减小d,增大波长λ,能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离,所以A、C正确,B、D错误。
例3 c
解析 当入射角达到45°时,恰好到达临界角C,根据sin C=
可得液体的折射率n=
由于n=
可知激光在液体中的传播速度v=c。
例4 D [根据相邻两条亮条纹的间距公式Δx=λ,可知λa<λb,故A错误;根据折射定律n=,a、b光以相同的入射角由水斜射入空气时,a光的折射角比b光的大,则na>nb,根据光在介质中的传播速度与折射率的关系n=,可得在水中传播时,a光的速度比b光的小,故B错误;在水中传播时,a光的折射率比b光的大,所以a光的频率比b光的大,故C错误;由水射向空气时根据n=,可知a光的全反射临界角比b光的小,故D正确。](共14张PPT)
章末核心素养提升
目 录
CONTENTS
知识网络构建
01
核心素养提升
02
大于或等于
相同
恒定
均匀
不均匀
核心素养提升
2
题型一 “临界法”在几何光学中的应用
例1 我国古代著作《墨经》中记载了小孔成倒像的实验，认识到光沿直线传播。身高1.6 m的人站在水平地面上，其正前方0.6 m 处的竖直木板墙上有一个圆柱形孔洞，直径为1.0 cm、深度为1.4 cm，孔洞距水平地面的高度是人身高的一半。此时，由于孔洞深度过大，使得成像不完整，如图所示。现在孔洞中填充厚度等于洞深的某种均匀透明介质，不考虑光在透明介质中的反射。
(1)若该人通过小孔能成完整的像，透明介质的折射率最小为多少？
(2)若让掠射进入孔洞的光能成功出射，透明介质的折射率最小为多少？
题型二 “双缝干涉测量光的波长”的实验创新
例2 洛埃德在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示，单色光从单缝S射出，一部分入射到平面镜后反射到光屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹。单缝S通过平面镜成的像是S′。
(1)通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一个缝，________相当于另一个“缝”。
(2)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h＝0.15 mm，单缝到光屏的距离D＝1.2 m，观测到第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ＝________ m(结果保留3位有效数字)。
(3)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离________。
A.将平面镜稍向上移动一些
B.将平面镜稍向右移动一些
C.将光屏稍向右移动一些
D.将光源由红色光改为绿色光
解析 (1)通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一个缝，S′相当于另一个“缝”。
(2)第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78 mm，
题型三 全反射的理解与应用
例3 (2022·广东卷)一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体，液体上方是空气，其截面如图所示。一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动，它所发出的光束始终指向圆心O点。当光束与竖直方向成45°角时，恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束。已知光在空气中的传播速度为c，求液体的折射率n和激光在液体中的传播速度v。
题型四 几何光学与物理光学的综合
例4 (2023·重庆卷，5)某实验小组利用双缝干涉实验装置分别观察a、b两单色光的干涉条纹，发现在相同的条件下光屏上a光相邻两亮条纹的间距比b光的小。他们又将a、b光以相同的入射角由水斜射入空气，发现a光的折射角比b光的大，则( )
A.在空气中传播时，a光的波长比b光的大
B.在水中传播时，a光的速度比b光的大
C.在水中传播时，a光的频率比b光的小
D.由水射向空气时，a光的全反射临界角比b光的小
D
