第十三章 光复习 （一）—2020-2021学年人教版高中物理选修3-4单元综合导学案
文档属性
| 名称 | 第十三章 光复习 （一）—2020-2021学年人教版高中物理选修3-4单元综合导学案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 166.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-04-12 13:27:15 | ||
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文档简介
选修3-4 第十三章光复习导学案（一）
知识点一、折射定律
（1）光的反射：光从一种介质射到它与另一种介质的______时，一部分光会返回到第一种介质的现象。
（2）反射定律：反射光线与入射光线、法线处在______，反射光线与入射光线分别位于法线的______；反射角____入射角。
（3）光的折射：光从一种介质照射到它与另一种介质的________时，一部分光进入另一种介质的现象。
（4）折射定律：折射光线与入折射光线、法线处在________内，折射光线与入折射光线分别位于_________的两侧，_________与折射角θ2的正弦成正比，即________=n12。
（5）光路可逆性：在光的反射现象和折射现象中，光路都是_______的。
（6）a.折射率：光从_________射入某种介质发生折射时，入射角θ1的________与折射角θ2的________之比，叫该介质的绝对折射率，简称折射率，用________表示；b.折射率与光速的关系：光在不同介质中的________不同，且都________光在真空中的传播速度；c.某种介质的折射率等于光在________的速度与光在________的速度之比，即n＝ _____；d.任何介质的折射率都 。
知识点诠释：
①答案：（1）分界面；（2）同一平面内；两侧；等于；（3）分界面；（4）同一平面；法线；入射角θ1；sinθ1sinθ2；（5）可逆；（6）a.真空；正弦；正弦；n；b.速度；小于；c.真空中；这种介质中；cv；d.大于1。
知识点二、实验：测定玻璃的折射率
实验目的：应用折射定律测定玻璃的折射率
实验仪器和器材：长方体玻璃砖，钢直尺，大头针，量角器，绘图板，图钉，白纸
实验原理：根据折射定律我们需要测量 入射角 和 折射角 的大小，而确定两角的关键是准确确定 入射光线 和 折射光线 。
实验步骤 ：
（1）将白纸用图钉钉在绘图板上。
（2）在白纸上画一条直线aa′作为界面（线），过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画出一条直线AO作为入射光线。
（3）把玻璃砖的一条长边与直线aa′对齐平放在白纸上，在白纸上画出另一条长边bb′。
（4）在直线AO上依次竖直插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察P1、P2的像，调整好方向，直到P2挡住P1的像，再在观察的这一侧依次插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像。
（5）移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在位置做直线O′B，与直线bb′交于O′点，直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的出射光线。
（6）连接O O′，则入射角i＝∠AON，折射角r＝∠O′O N′，用量角器量出入射角和折射角，查出正弦值，把数据计入表格。
（7）改变入射角大小重复以上步骤。
（8）算出每组数据的sinisinr并求平均值，即为所测玻璃砖的折射率。
入射角
15°
30°
45°
60°
75°
折射角
知识点三、光的全反射
（1）光疏介质和光密介质：对于两种介质来说，光在其中传播速度 的介质，即折射率 的介质可称为光疏介质，反之则可称为光密介质。
（2）全反射：光从 介质入射到 介质时，光线被全部 回原 介质的现象。
（3）全反射条件：一是光需要从 介质射至 介质的界面上；二是入射角必须等于或大于一定的角度，这一角度叫临界角。所谓临界角是指光从某种介质射向真空或空气时使折射角变为90°的入射角，一般用C表示，如果该介质的折射率为n，则有sinC＝1n。
（4）全反射棱镜：棱镜的截面为等腰直角三角形。
（5）光导纤维：“光纤通信”就是利用了全反射原理，光纤就是光导纤维。当光在玻璃棒内传播时，如果从玻璃射向空气的入射角大于临界角，光就会发生全反射，可以在玻璃棒内沿着锯齿形线路传播，这就是光导纤维导光的原理。
知识点诠释：
①答案：（1）较大；较小；（2）光密；光疏；反射；光密；（3）光密；光疏。
②如图：全反射棱镜和光导纤维光路图。
知识点四、光的色散
含有多种颜色的光被分解为 光的现象叫光的色散。同一介质对不同颜色的光的折射率 ，七种单色光中 的折射率最小， 的折射率最大。在同种介质中，不同波长的光传播速度不一样，波长越短，波速越 。
知识点诠释：
①答案：单色；不同；红光；紫光；慢。
课堂练习：
1．（2020江苏高考）我国的光纤通信技术处于世界领先水平。光纤内芯（内层玻璃）的折射率比外套（外层玻璃）的_____（选填“大”或“小”）。某种光纤的内芯在空气中全反射的临界角为43°，则该内芯的折射率为_____。（取sin43°＝0．68，cos43°＝0．73，结果保留2位有效数字）(大，1.5)
2．（2019江苏高考）如图所示，某L形透明材料的折射率n = 2，现沿AB方向切去一角，AB与水平方向的夹角为θ，为使水平方向的光线射到AB面时不会射入空气，求θ的最大值。(60°)
解：根据题意，水平方向的光线射到AB面时发生全反射，
所以L形透明材料的临界角C应满足sinC＝1n＝0．5，
可得临界角C为30°，故入射角i ≥C，
而θ + i ＝90°，
则θ ≤ 60°。
人的眼球可简化为如图所示的模型，折射率相同、半径不同的两个球体共轴，平行光束宽度为D，对称地沿轴线方向射入半径为R的小球，会聚在轴线上的P点。取球体的折射率为2，且D＝2R，求光线的会聚角α。（示意图未按比例画出）（30°）
解：设入射角为i，由几何关系得：sini＝D2R＝22，
解得：i＝45°
由折射定律有：n＝sinisinr，
解得折射角为：r＝30°
且由几何关系有：i＝r + α2，
解得：α＝30°
答：光线的会聚角α是30°。
人造树脂时常用的眼镜片材料，如图所示，光线射在一人造树脂立方体上，经折射后，射在桌面上的P点，已知光线的入射角为30°，OA＝5cm，AB＝20cm，BP＝12cm，求该人造树脂材料的折射率n。
解：设入射角为i，折射角为r，
由折射定律有：n＝sinisinr，
其中sini＝12，sin r＝（BP-OA）AB2+(BP-OA)2≈13，
解得：n≈1．5
答：该人造树脂材料的折射率n约为1．5。
Morpho蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒，这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉。电子显微镜下鳞片结构的示意图如图所示。一束光以入射角i从a点入射，经过折射和反射后从b点出射。设鳞片的折射率为n，厚度为d，两片之间空气层厚度为h。取光在空气中的速度为c，求光从a到b所需的时间t。
解：设光在鳞片中的折射角为r，根据折射定律有：sini＝nsinr
根据折射率定义式可知，光在鳞片中传播的速度为v＝cn
由图中几何关系可知，光从a到b的过程中，在鳞片中通过的路程为：s1＝2dcosr
在空气中通过的路程为：s2＝2hcosi
所以光从a到b所需的时间为：t＝s1v＋s2c
联立以上各式解得：t＝2dn2cn2-sin2i + 2hccosi
如图所示为单反照相机取景器的示意图，ABCDE为五棱镜的一个截面，AB丄BC。光线垂直AB射入，分别在CD和EA上发生反射，且两次反射的入射角相等，最后光线垂直BC射出。若两次反射都为全反射，则该五棱镜的折射率的最小值是多少？（计算结果可用三角函数表示）
解：设入射到CD面上的入射角为θ，
因为在CD和EA上发生反射，且两次反射的入射角相等。
根据几何关系有：4θ＝90°；解得θ＝22．5°；
根据sinθ＝1n；
解得最小折射率n＝1sin22．5°。
“测定玻璃的折射率”实验中，在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B，在另一侧再竖直插两个大头针C、D，在插入第四个大头针D时，要使它______，如图在白纸上留下的实验痕迹，其中直线a、a′是描在纸上的玻璃砖的两个边，根据该图可算得玻璃砖的折射率n＝______（计算结果保留两位有效数字）
解：插在D点的大头针必须挡住C及A、B的像；这样才保证沿A、B的光线经过C、D；作出光路图，以入射点O为圆心作圆，交入射光线与折射光线于E、F，从E、F作法线的垂线交于G、H，用刻度尺量出EG、FH的长，由公式：
n＝sinisinr＝EGEOFHFO＝EGFH＝0.850.5＝1．7
故答案为：挡住C及A、B的像，1．7
一束光从空气射向折射率为3的某种介质，若反射光线与折射光线垂直，则入射角为______。真空中的光速为c，则光在该介质中的传播速度为______。
解：根据折射定律n＝sinisinr＝3
由题意：i+r＝90°
sin2 i +sin2r＝1
解得：sini＝32
则∠i＝60°
传播速度v＝cn＝33c
故答案为：60°；33c。
如图所示，一束激光从O点由空气射入厚度均匀的介质，经下表面反射后，从上表面的A点射出。已知入射角为i，A与O相距l，介质的折射率为n，试求介质的厚度d。
解：设折射角为r，折射定律：n＝sinisinr
根据几何关系有：l＝2dtanr
解得d＝n2-sin2i2sinil。
如图所示是北京奥运会期间安置在游泳池底部的照相机拍摄的一张照片，相机的镜头竖直向上。照片中，水立方运动馆的景象呈现在半径r＝11cm的圆形范围内，水面上的运动员手到脚的长度l＝10cm。若已知水的折射率n＝43，请根据运动员的实际身高估算该游泳池的水深h。（结果保留两位有效数字）
解：设照片圆形区域的实际半径为R，运动员的实际身高为L，
由折射定律得 nsinα＝sin90°
由几何关系sinα＝RR2+h2，Rr＝Ll
得h＝ n2-1Lrl
取L＝1．8m，解得h＝1．7（m）（1．6～2．6m都算对）
答：运动员的实际身高估算该游泳池的水深h是1．7m。
知识点一、折射定律
（1）光的反射：光从一种介质射到它与另一种介质的______时，一部分光会返回到第一种介质的现象。
（2）反射定律：反射光线与入射光线、法线处在______，反射光线与入射光线分别位于法线的______；反射角____入射角。
（3）光的折射：光从一种介质照射到它与另一种介质的________时，一部分光进入另一种介质的现象。
（4）折射定律：折射光线与入折射光线、法线处在________内，折射光线与入折射光线分别位于_________的两侧，_________与折射角θ2的正弦成正比，即________=n12。
（5）光路可逆性：在光的反射现象和折射现象中，光路都是_______的。
（6）a.折射率：光从_________射入某种介质发生折射时，入射角θ1的________与折射角θ2的________之比，叫该介质的绝对折射率，简称折射率，用________表示；b.折射率与光速的关系：光在不同介质中的________不同，且都________光在真空中的传播速度；c.某种介质的折射率等于光在________的速度与光在________的速度之比，即n＝ _____；d.任何介质的折射率都 。
知识点诠释：
①答案：（1）分界面；（2）同一平面内；两侧；等于；（3）分界面；（4）同一平面；法线；入射角θ1；sinθ1sinθ2；（5）可逆；（6）a.真空；正弦；正弦；n；b.速度；小于；c.真空中；这种介质中；cv；d.大于1。
知识点二、实验：测定玻璃的折射率
实验目的：应用折射定律测定玻璃的折射率
实验仪器和器材：长方体玻璃砖，钢直尺，大头针，量角器，绘图板，图钉，白纸
实验原理：根据折射定律我们需要测量 入射角 和 折射角 的大小，而确定两角的关键是准确确定 入射光线 和 折射光线 。
实验步骤 ：
（1）将白纸用图钉钉在绘图板上。
（2）在白纸上画一条直线aa′作为界面（线），过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画出一条直线AO作为入射光线。
（3）把玻璃砖的一条长边与直线aa′对齐平放在白纸上，在白纸上画出另一条长边bb′。
（4）在直线AO上依次竖直插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察P1、P2的像，调整好方向，直到P2挡住P1的像，再在观察的这一侧依次插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像。
（5）移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在位置做直线O′B，与直线bb′交于O′点，直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的出射光线。
（6）连接O O′，则入射角i＝∠AON，折射角r＝∠O′O N′，用量角器量出入射角和折射角，查出正弦值，把数据计入表格。
（7）改变入射角大小重复以上步骤。
（8）算出每组数据的sinisinr并求平均值，即为所测玻璃砖的折射率。
入射角
15°
30°
45°
60°
75°
折射角
知识点三、光的全反射
（1）光疏介质和光密介质：对于两种介质来说，光在其中传播速度 的介质，即折射率 的介质可称为光疏介质，反之则可称为光密介质。
（2）全反射：光从 介质入射到 介质时，光线被全部 回原 介质的现象。
（3）全反射条件：一是光需要从 介质射至 介质的界面上；二是入射角必须等于或大于一定的角度，这一角度叫临界角。所谓临界角是指光从某种介质射向真空或空气时使折射角变为90°的入射角，一般用C表示，如果该介质的折射率为n，则有sinC＝1n。
（4）全反射棱镜：棱镜的截面为等腰直角三角形。
（5）光导纤维：“光纤通信”就是利用了全反射原理，光纤就是光导纤维。当光在玻璃棒内传播时，如果从玻璃射向空气的入射角大于临界角，光就会发生全反射，可以在玻璃棒内沿着锯齿形线路传播，这就是光导纤维导光的原理。
知识点诠释：
①答案：（1）较大；较小；（2）光密；光疏；反射；光密；（3）光密；光疏。
②如图：全反射棱镜和光导纤维光路图。
知识点四、光的色散
含有多种颜色的光被分解为 光的现象叫光的色散。同一介质对不同颜色的光的折射率 ，七种单色光中 的折射率最小， 的折射率最大。在同种介质中，不同波长的光传播速度不一样，波长越短，波速越 。
知识点诠释：
①答案：单色；不同；红光；紫光；慢。
课堂练习：
1．（2020江苏高考）我国的光纤通信技术处于世界领先水平。光纤内芯（内层玻璃）的折射率比外套（外层玻璃）的_____（选填“大”或“小”）。某种光纤的内芯在空气中全反射的临界角为43°，则该内芯的折射率为_____。（取sin43°＝0．68，cos43°＝0．73，结果保留2位有效数字）(大，1.5)
2．（2019江苏高考）如图所示，某L形透明材料的折射率n = 2，现沿AB方向切去一角，AB与水平方向的夹角为θ，为使水平方向的光线射到AB面时不会射入空气，求θ的最大值。(60°)
解：根据题意，水平方向的光线射到AB面时发生全反射，
所以L形透明材料的临界角C应满足sinC＝1n＝0．5，
可得临界角C为30°，故入射角i ≥C，
而θ + i ＝90°，
则θ ≤ 60°。
人的眼球可简化为如图所示的模型，折射率相同、半径不同的两个球体共轴，平行光束宽度为D，对称地沿轴线方向射入半径为R的小球，会聚在轴线上的P点。取球体的折射率为2，且D＝2R，求光线的会聚角α。（示意图未按比例画出）（30°）
解：设入射角为i，由几何关系得：sini＝D2R＝22，
解得：i＝45°
由折射定律有：n＝sinisinr，
解得折射角为：r＝30°
且由几何关系有：i＝r + α2，
解得：α＝30°
答：光线的会聚角α是30°。
人造树脂时常用的眼镜片材料，如图所示，光线射在一人造树脂立方体上，经折射后，射在桌面上的P点，已知光线的入射角为30°，OA＝5cm，AB＝20cm，BP＝12cm，求该人造树脂材料的折射率n。
解：设入射角为i，折射角为r，
由折射定律有：n＝sinisinr，
其中sini＝12，sin r＝（BP-OA）AB2+(BP-OA)2≈13，
解得：n≈1．5
答：该人造树脂材料的折射率n约为1．5。
Morpho蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒，这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉。电子显微镜下鳞片结构的示意图如图所示。一束光以入射角i从a点入射，经过折射和反射后从b点出射。设鳞片的折射率为n，厚度为d，两片之间空气层厚度为h。取光在空气中的速度为c，求光从a到b所需的时间t。
解：设光在鳞片中的折射角为r，根据折射定律有：sini＝nsinr
根据折射率定义式可知，光在鳞片中传播的速度为v＝cn
由图中几何关系可知，光从a到b的过程中，在鳞片中通过的路程为：s1＝2dcosr
在空气中通过的路程为：s2＝2hcosi
所以光从a到b所需的时间为：t＝s1v＋s2c
联立以上各式解得：t＝2dn2cn2-sin2i + 2hccosi
如图所示为单反照相机取景器的示意图，ABCDE为五棱镜的一个截面，AB丄BC。光线垂直AB射入，分别在CD和EA上发生反射，且两次反射的入射角相等，最后光线垂直BC射出。若两次反射都为全反射，则该五棱镜的折射率的最小值是多少？（计算结果可用三角函数表示）
解：设入射到CD面上的入射角为θ，
因为在CD和EA上发生反射，且两次反射的入射角相等。
根据几何关系有：4θ＝90°；解得θ＝22．5°；
根据sinθ＝1n；
解得最小折射率n＝1sin22．5°。
“测定玻璃的折射率”实验中，在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B，在另一侧再竖直插两个大头针C、D，在插入第四个大头针D时，要使它______，如图在白纸上留下的实验痕迹，其中直线a、a′是描在纸上的玻璃砖的两个边，根据该图可算得玻璃砖的折射率n＝______（计算结果保留两位有效数字）
解：插在D点的大头针必须挡住C及A、B的像；这样才保证沿A、B的光线经过C、D；作出光路图，以入射点O为圆心作圆，交入射光线与折射光线于E、F，从E、F作法线的垂线交于G、H，用刻度尺量出EG、FH的长，由公式：
n＝sinisinr＝EGEOFHFO＝EGFH＝0.850.5＝1．7
故答案为：挡住C及A、B的像，1．7
一束光从空气射向折射率为3的某种介质，若反射光线与折射光线垂直，则入射角为______。真空中的光速为c，则光在该介质中的传播速度为______。
解：根据折射定律n＝sinisinr＝3
由题意：i+r＝90°
sin2 i +sin2r＝1
解得：sini＝32
则∠i＝60°
传播速度v＝cn＝33c
故答案为：60°；33c。
如图所示，一束激光从O点由空气射入厚度均匀的介质，经下表面反射后，从上表面的A点射出。已知入射角为i，A与O相距l，介质的折射率为n，试求介质的厚度d。
解：设折射角为r，折射定律：n＝sinisinr
根据几何关系有：l＝2dtanr
解得d＝n2-sin2i2sinil。
如图所示是北京奥运会期间安置在游泳池底部的照相机拍摄的一张照片，相机的镜头竖直向上。照片中，水立方运动馆的景象呈现在半径r＝11cm的圆形范围内，水面上的运动员手到脚的长度l＝10cm。若已知水的折射率n＝43，请根据运动员的实际身高估算该游泳池的水深h。（结果保留两位有效数字）
解：设照片圆形区域的实际半径为R，运动员的实际身高为L，
由折射定律得 nsinα＝sin90°
由几何关系sinα＝RR2+h2，Rr＝Ll
得h＝ n2-1Lrl
取L＝1．8m，解得h＝1．7（m）（1．6～2．6m都算对）
答：运动员的实际身高估算该游泳池的水深h是1．7m。