4.2全反射 讲义-2021-2022学年【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修第一册word版含答案

第四章光
第2节全反射
【素养目标】
1.知道光疏介质、光密介质,认识光的全反射现象。
2.知道产生全反射的条件,能解释全反射现象,会计算临界角。
3.知道全反射棱镜及其应用,初步了解光导纤维的工作原理。
【必备知识】
一、全反射
1、光密介质和光疏介质
（1）定义：两种介质相比,折射率较大的叫光密介质,折射率较小的叫光疏介质。
（2）特点：
①光疏介质与光密介质是相对的。
②光由光疏介质斜射入光密介质时，折射角小于入射角；光由光密介质斜射入光疏介质，折射角大于入射角。
③光在光疏介质中的传播速度大于在光密介质中的传播速度。
2、全反射
（1）定义：当光从光密介质射入光疏介质时,同时发生折射和反射。如果入射角逐渐增大,折射光离法线会越来越远,而且越来越弱,反射光却越来越强。当入射角增大到某一角度,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。
（2）临界角：这和叫为90°时的入射角叫全反射的临界角，用字母C表示。
公式：光由折射率为n的介质摄入空气（真空）时，发生全反射的临界角与折射率的关系为sinC=
（3）发生全反射的必要条件
a.光由光密介质射入光疏介质;b.入射角等于或大于临界角。
二、全反射的应用
1.全反射棱镜
截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜,当光线垂直任意一个表面射入时,在棱镜内部都能发生全反射,所以这样的棱镜叫全反射棱镜。全反射棱镜的反射率大于平面镜的反射率。
2.光导纤维
(1)光导纤维的工作原理:光在玻璃纤维内发生全反射,光沿锯齿路线传播。
(2)光导纤维传输信息的优点:容量大、衰减小、抗干扰性强。
【课堂检测】
1.在杨氏双缝干涉实验中，如果单色光源S从如图所示的中轴位置沿垂直于SO的方向向上移动一段微小的距离，则相邻明条纹间的间距如何变化？中心干涉条纹向何方向移动？（??
）
A.?相邻明条纹间的间距不变，中心干涉条纹向上移动
B.?相邻明条纹间的间距变大，中心干涉条纹向下移动
C.?相邻明条纹间的间距不变，中心干涉条纹向下移动
D.?相邻明条纹间的间距变小，中心干涉条纹向上移动
【答案】
C
【解析】解：在双缝干涉实验中，若把单色光源S从双缝S1、S2的中心对称轴位置稍微向上移动，通过双缝S1、S2的光仍然是相干光，仍可产生干涉条纹，中央亮纹的位置经过s1、s2到s的路程差仍然等于0．
由于s′s1＞s′s2
，
中央亮纹P的位置略向下移．
根据公式
，条纹间距不变．
故选：C
【分析】当路程差是光波波长的整数倍时，出现亮条纹，路程差是半波长的奇数倍时，出现暗条纹．中央P点分别通过双缝到S的路程差为零，抓住该规律判断中央亮纹位置的移动．
2.用如图所示的装置来观察光的双缝干涉现象时，以下推断正确的是（??
）
A.?双缝干涉图样中亮条纹之间的距离相等，暗条纹之间的距离不相等
B.?若入射光是白光，则像屏上的条纹是黑白相间的干涉条纹
C.?像屏上某点到双缝的距离差为入射光波长的1.5倍时，该点处一定是亮条纹
D.?图中双缝屏的作用是使通过双缝的光形成两列相干光波
【答案】
D
【解析】A．干涉条纹的宽度是相等的，A不符合题意；
B．若入射光是白光，则像屏上出现彩色干涉条纹，B不符合题意；
C．屏上某点到双缝的距离之差等于半个波长的奇数倍时，这点将出现暗条纹，C不符合题意；
D．发生干涉的条件是两列频率相同的光，双缝的作用是得到两列相干光波，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】干涉条纹的间距都是相等的；入射光是白光会出现彩色条纹；利用波程差可以判别明暗条纹的位置。
【素养作业】
1.在杨氏双缝干涉实验中，下列说法正确的是（??
）
A.?若将其中一缝挡住，则屏上条纹不变，只是亮度减半
B.?若将其中一缝挡住，则屏上无条纹出现
C.?若将下方的缝挡住，则中央亮度的位置将下移
D.?分别用红蓝滤光片挡住，屏上观察不到条纹
【答案】
D
【解析】解：ABC、若把其中一缝挡住，出现单缝衍射现象，仍然出现明暗相间的条纹，条纹不等间距、不等宽，与干涉条纹不同．故ABC错误．
D、若将其中一缝用红色滤光片挡住，另一缝用蓝色滤光片挡住，则两光的频率不同，则不能发生干涉，屏上不出现条纹，但有亮光．故D正确．
故选：D．
2.某同学在双缝干涉实验中，观察到干涉条纹间距太小，不易测量，要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，该同学可以采用的方法有（??
）
A.?增加单缝与双缝之间的距离????????????????????????????????B.?增大双缝之间的距离
C.?增大双缝到光屏的距离???????????????????????????????????????D.?改用频率较高的光作为入射光
【答案】
C
【解析】解：A、在双缝干涉实验中，相邻条纹间距△x=
λ和单缝与双缝之间的距离无关，故A错误；
B、增大双缝之间的距离d，相邻条纹间距△x减小，故B错误；
C、增大双缝到光屏的距离l，条纹间距△x增大，故C正确；
D、频率较高的光波长较短，改用波长较短的光作为入射光，条纹间距△x减小，故D错误．
故选：C
3.关于双缝干涉实验，若用白光作光源照射双缝，以下说法不正确的是（??
）
A.?屏上会出现彩色干涉条纹，因为白光是由波长不同的各种颜色的光组成的
B.?当把双缝中的一条缝用不透光的板遮住时，屏上将出现宽度不同、中间是白色条纹的彩色衍射条纹
C.?将两个缝分别用黄色滤光片和蓝色滤光片遮住时，屏上有亮光，但一定不是干涉条纹
D.?将两个缝分别用黄色滤光片和蓝色滤光片遮住时，屏上无亮光
【答案】
D
【解析】解：A、若用白光作光源照射双缝，由于白光是由波长不同的各种颜色的光组成的，相同的色光发生干涉，在光屏上出现彩色干涉条纹．故A正确．
B、当把双缝中的一条缝用不透光的板遮住时，相当于白光照射单缝，将出现彩色的衍射条纹，白光照射产生衍射条纹的特点是中央是白色，两边是宽度不等的彩色条纹．故B正确．
C、将两个缝分别用黄色滤光片和蓝色滤光片遮住时，由于黄光和蓝光不能产生干涉，所以屏上有两光，但不是干涉条纹．故C正确，D错误．
本题选错误的，故选D．
4.在做双缝干涉实验时，发现100个光子中有96个通过双缝后打到了视察屏上的b处，则b处可能是（??
）
A.?亮纹?????????????B.?暗纹?????????????C.?既有可能是亮纹也有可能是暗纹?????????????D.?以上各种情况均有可能
【答案】
A
【解析】解：双缝干涉实验时，明暗条纹是光子的相互叠加而成的现象，明条纹是光子到达机率较大，而暗条纹光子到达的机率较小，故A正确，BCD错误；
故选：A．
5.如图是用双缝干涉测光的波长的实验设备示意图．图中①是光源，以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离（??
）
A.?增大③和④之间的距离???????????????????????????????????????B.?增大④和⑤之间的距离
C.?将红色滤光片改为绿色滤光片?????????????????????????????D.?增大双缝之间的距离
【答案】
B
【解析】解：依据条纹间距公式△x=
λ知：
A、△x与单缝和双缝间的距离（即③和④之间的距离）无关，故变化单缝与双缝之间的距离，不改变相邻两条亮纹之间的距离，故A错误．
B、增大双缝与光屏之间的距离L，即增大④和⑤之间的距离，由上式知，可增大相邻两条亮纹之间的距离，故B正确．
C、绿光的波长比红光短，由上知，将红色滤光片改为绿色滤光片，干涉条纹的间距减小，故C错误．
D、增大双缝之间的距离d，干涉条纹的间距减小，故D错误．
故选：B．
6.下列说法中不正确的是（??
）
A.?电子表的液晶显示用到了偏振光
B.?光纤利用的是光的全反射
C.?红光由空气进入水中，波长变短，颜色不变
D.?分别用蓝光和黄光在同一装置上做双缝干涉实验，用黄光时得到的条纹间距更窄
【答案】
D
【解析】A．电子表的液晶显示用到了偏振光，A正确，不符合题意；
B．光纤利用的是光的全反射，B正确，不符合题意；
C．红光由空气进入水中，频率不变，所以颜色不变，根据
可知折射率
变大，波长变短，C正确，不符合题意；
D．分别用蓝光和黄光在同一装置上做双缝干涉实验，因为
，根据干涉条纹宽度公式
可知用黄光时得到的条纹间距更宽，D错误，符合题意。
故答案为：D。
7.如图所示是双缝干涉实验装置的示意图，S为单缝，S1、S2为双缝，P为光屏．用绿光从左边照射单缝S时，可在光屏P上观察到干涉条纹，下列说法正确的是（??
）
A.?减小双缝间的距离，干涉条纹间的距离增大????????B.?增大双缝到屏的距离，干涉条纹间的距离减小
C.?将绿光换为红光，干涉条纹间的距离减小???????????D.?将绿光换为紫光，干涉条纹间的距离增大
【答案】
A
【解析】解：A、根据双缝干涉条纹的间距公式△x=
λ知，减小双缝间的距离，即d变小，则干涉条纹间距增大．故A正确．
B、根据双缝干涉条纹的间距公式△x=
λ知，增大双缝到屏的距离，即L增大，干涉条纹间距增大．故B错误．
C、根据双缝干涉条纹的间距公式△x=
λ知，将绿光换为红光，波长变长，则干涉条纹间距变大．故C错误．
D、根据双缝干涉条纹的间距公式△x=
λ知，将绿光换为紫光，波长变短，则干涉条纹间距减小．故D错误．
故选：A．
8.如图是“用双缝干涉测光的波长”的实验设备示意图，以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离．（??
）
A.?增大双缝与光屏之间的距离????????????????????????????????B.?增大单缝与双缝之间的距离
C.?将红色滤光片改为绿色滤光片?????????????????????????????D.?增大双缝之间的距离
【答案】
A
【解析】解：依据条纹间距公式△x=
知：
A、增大双缝与光屏之间的距离L，由上式知，可增大相邻两条亮纹之间的距离，故A正确．
B、△x与单缝和双缝间的距离无关，故增大单缝与双缝之间的距离不改变相邻两条亮纹之间的距离，故B错误．
C、绿光的波长比红光短，由上知，将红色滤光片改为绿色滤光片，干涉条纹的间距减小，故C错误．
D、增大双缝之间的距离d，干涉条纹的间距减小，故D错误．
故选：A．