高中物理人教版4第十三章光單元測試 第13章章末分層突破

章末分層突破[自我校對]①eq\f(c,v)②eq\f(sini,sinr)③光疏介質(zhì)④臨界角⑤eq\f(1,n)⑥必須是相干光源⑦縫、孔的大小小于等于波長⑧橫波⑨復色光光的折射、全反射1.解決光的折射問題的常規(guī)思路(1)根據(jù)題意畫出正確的光路圖．(2)利用幾何關(guān)系確定光路圖中的邊、角關(guān)系，要注意入射角、折射角均是與法線的夾角．(3)利用折射定律、折射率公式列式求解．2．有關(guān)全反射定律的應用技巧(1)首先判斷是否為光從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)，如果是，下一步就要再利用入射角和臨界角的關(guān)系進一步判斷，如果不是則直接應用折射定律解題即可．(2)分析光的全反射時，根據(jù)臨界條件找出臨界狀態(tài)是解決這類題目的關(guān)鍵．(3)當發(fā)生全反射時，仍遵循光的反射定律和光路可逆性．Morpho蝴蝶的翅膀在陽光的照射下呈現(xiàn)出閃亮耀眼的藍色光芒，這是因為光照射到翅膀的鱗片上發(fā)生了干涉．電子顯微鏡下鱗片結(jié)構(gòu)的示意圖見圖13-1.一束光以入射角i從a點入射，經(jīng)過折射和反射后從b點出射．設(shè)鱗片的折射率為n，厚度為d，兩片之間空氣層厚度為h.取光在空氣中的速度為c，求光從a到b所需的時間t.圖13-1【解析】設(shè)光在鱗片中的折射角為r，折射定律sini＝nsinr在鱗片中傳播的路程l1＝eq\f(2d,cosr)，傳播速度v＝eq\f(c,n)，傳播時間t1＝eq\f(l1,v)解得t1＝eq\f(2n2d,c\r(n2－sin2i))同理，在空氣中的傳播時間t2＝eq\f(2h,ccosi)則t＝t1＋t2＝eq\f(2n2d,c\r(n2－sin2i))＋eq\f(2h,ccosi)【答案】eq\f(2n2d,c\r(n2－sin2i))＋eq\f(2h,ccosi)1．根據(jù)題意畫出正確的光路圖；2．利用幾何關(guān)系確定光路圖中的邊、角關(guān)系，要注意入射角、折射角的確定；3．利用反射定律、折射定律求解；4．注意在折射現(xiàn)象中，光路是可逆的．光學元件的特點及對光線的作用1.棱鏡對光有偏折作用：一般所說的棱鏡都是用光密介質(zhì)制作的．入射光線經(jīng)三棱鏡兩次折射后，射出方向與入射方向相比，向底邊偏折(若棱鏡的折射率比棱鏡外介質(zhì)的折射率小，則結(jié)論相反)．由于各種色光的折射率不同，因此一束白光經(jīng)三棱鏡折射后發(fā)生色散現(xiàn)象(紅光偏折最小，紫光偏折最大)．2．全反射棱鏡：橫截面是等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡．選擇適當?shù)娜肷潼c可以使入射光線經(jīng)過全反射棱鏡的作用后偏轉(zhuǎn)90°或180°，如圖13-2所示．要特別注意兩種用法中光線在哪個表面發(fā)生全反射．圖13-23．玻璃磚：所謂玻璃磚一般指橫截面為矩形的棱鏡．當光線從上表面入射，從下表面射出時，其特點是：(1)射出光線和入射光線平行．(2)各種色光在第一次入射后就發(fā)生色散．(3)射出光線的側(cè)移與折射率、入射角及玻璃磚的厚度有關(guān)．(4)可利用玻璃磚測定玻璃的折射率．如圖13-3所示，某三棱鏡的截面是一直角三角形，棱鏡材料的折射率為n，底面BC涂黑，入射光沿平行于底面BC的方向射向AB面，經(jīng)AB和AC折射后射出．為了使上述入射光線能從AC面射出，求折射率n的取值范圍．圖13-3【解析】設(shè)第一次發(fā)生折射時入射角和折射角分別為α和β，第二次發(fā)生折射時的入射角為γ則sinα＝nsinβ要在AC面上不發(fā)生全反射，要求sinγ＜eq\f(1,n)同時由題可知：β＋γ＝90°，α＝60°因此有：n＜eq\f(\r(7),2).又n本身大于1，故n的取值范圍：1＜n＜eq\f(\r(7),2)【答案】1＜n＜eq\f(\r(7),2)光的干涉和衍射的比較1.兩者的產(chǎn)生條件不同：產(chǎn)生干涉的條件是兩列光波頻率相同，振動方向相同，相位差恒定；產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是障礙物或小孔的尺寸跟光的波長相差不多，甚至比光的波長還要小．2．圖樣特點不同：單色光雙縫干涉產(chǎn)生的是等間距、明暗相間且亮度基本相同的條紋；單縫衍射產(chǎn)生的是中央最寬、最亮，其他窄且暗的明暗相間條紋，并且各相鄰條紋間距不等．3．波長對條紋間距的影響：無論是雙縫干涉還是單縫衍射，所形成的條紋間距和寬度都隨波長增加而增大．雙縫干涉中相鄰明紋或暗紋間距為Δx＝eq\f(l,d)λ.表面附有油膜的透明玻璃片，當有陽光照射時，可在表面和玻璃片邊緣分別看到彩色圖樣，則前者是________現(xiàn)象，后者是________現(xiàn)象．【解析】附有油膜的玻璃片表面發(fā)生薄膜干涉而看到彩色圖樣，周圍發(fā)生衍射也能看到彩色圖樣．兩者原理不一樣．【答案】干涉衍射1．產(chǎn)生干涉是有條件的，產(chǎn)生衍射只有明顯不明顯之說．2．干涉與衍射的本質(zhì)都是光波疊加的結(jié)果．1.中國古人對許多自然現(xiàn)象有深刻認識，唐人張志和在《玄真子·濤之靈》中寫道：“雨色映日而為虹”．從物理學的角度看，虹是太陽光經(jīng)過雨滴的兩次折射和一次反射形成的．圖13-4是彩虹成因的簡化示意圖，其中a、b是兩種不同頻率的單色光，則兩光()【導學號：23570122】圖13-4A．在同種玻璃中傳播，a光的傳播速度一定小于b光B．以相同角度斜射到同一玻璃板透過平行表面后，b光側(cè)移量小C．在同一介質(zhì)中傳播時兩種光的頻率相同D．以相同的入射角從水中射入空氣，在空氣中只能看到一種光時，一定是a光E．以相同的入射角從水中射入空氣，在空氣中只能看到一種光時，一定是b光【解析】由題圖可知，a光在同一介質(zhì)中的折射率大，其頻率大．選項C錯誤．根據(jù)n＝eq\f(c,v)，知a光在玻璃中的傳播速度小，選項A正確．當a、b光以相同的角度斜射到同一玻璃板上后，其光路圖如右圖所示，由圖可知，a光的側(cè)移量大，選項B正確．由sinC＝eq\f(1,n)，可知a光的臨界角小，即a光比b光容易發(fā)生全反射，因此在空氣中只能看到一種光時，一定是b光，選項D錯誤，E正確．【答案】ABE2．在雙縫干涉實驗中，分別用紅色和綠色的激光照射同一雙縫，在雙縫后的屏幕上，紅光的干涉條紋間距Δx1與綠光的干涉條紋間距Δx2相比，Δx1________Δx2(填“>”、“<”或“＝”)．若實驗中紅光的波長為630nm，雙縫與屏幕的距離為1.00m，測得第1條到第6條亮條紋中心間的距離為10.5【解析】由公式Δx＝eq\f(L,d)λ可知，Δx1＞Δx2.相鄰亮條紋之間的距離為Δx＝eq\f,5)mm＝2.1mm，雙縫間的距離d＝eq\f(Lλ,Δx)，代入數(shù)據(jù)得d＝0.300mm.【答案】＞3．如圖13-5，玻璃球冠的折射率為eq\r(3)，其底面鍍銀，底面的半徑是球半徑的eq\f(\r(3),2)倍；在過球心O且垂直于底面的平面(紙面)內(nèi)，有一與底面垂直的光線射到玻璃球冠上的M點，該光線的延長線恰好過底面邊緣上的A點，求該光線從球面射出的方向相對于其初始入射方向的偏角.【導學號：23570123】圖13-5【解析】設(shè)球半徑為R，球冠底面中心為O′，連接OO′，則OO′⊥AB.令∠OAO′＝α，有cosα＝eq\f(O′A,OA)＝eq\f(\f(\r(3),2)R,R)①即α＝30°②由題意知MA⊥AB所以∠OAM＝60°③設(shè)圖中N點為光線在球冠內(nèi)底面上的反射點，所考慮的光線的光路圖如圖所示．設(shè)光線在M點的入射角為i，折射角為r，在N點的入射角為i′，反射角為i″，玻璃的折射率為n.由于△OAM為等邊三角形，有i＝60°④由折射定律有sini＝nsinr⑤代入題給條件n＝eq\r(3)得r＝30°⑥作底面在N點的法線NE，由NE∥AM，有i′＝30°⑦根據(jù)反射定律，有i″＝30°⑧連接ON，由幾何關(guān)系知△MAN≌△MON，故有∠MNO＝60°⑨由⑦⑨式得∠ENO＝30°⑩于是∠ENO為反射角，ON為反射光線．這一反射光線經(jīng)球面再次折射后不改變方向．所以，射出玻璃球冠的光線相對于入射光線的偏角β為β＝180°－∠ENO＝150°?【答案】150°4．如圖13-6所示，在注滿水的游泳池的池底有一點光源A，它到池邊的水平距離為3.0m．從點光源A射向池邊的光線AB與豎直方向的夾角恰好等于全反射的臨界角，水的折射率為eq\f(4,3).圖13-6(1)求池內(nèi)的水深；(2)一救生員坐在離池邊不遠處的高凳上，他的眼睛到池面的高度為2.0m．當他看到正前下方的點光源A時，他的眼睛所接受的光線與豎直方向的夾角恰好為45°.求救生員的眼睛到池邊的水平距離(【解析】(1)如圖，設(shè)到達池邊的光線的入射角為i，依題意，水的折射率n＝eq\f(4,3)，光線的折射角θ＝90°.由折射定律有nsini＝sinθ①由幾何關(guān)系有sini＝eq\f(l,\r(l2＋h2))②式中，l＝3.0m，h是池內(nèi)水的深度．聯(lián)立h＝eq\r(7)m≈2.6m③(2)設(shè)此時救生員的眼睛到池邊的距離為x.依題意，救生員的視線與豎直方向的夾角為θ′＝45°.由折射定律有nsini′＝sinθ′④式中，i′是光線在水面的入射角．設(shè)池底點光源A到水面入射點的水平距離為a.由幾何關(guān)系有sini′＝eq\f(a,\r(a2＋h2))⑤x＋l＝a＋h′⑥式中h′＝2m．聯(lián)立x＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3\r(\f(