【正文】 第十二單元 光學(xué) 電磁波 相對(duì)論 知識(shí)框架 第十二單元 │ 知識(shí)框架 考試說(shuō)明 第十二單元 │ 考試說(shuō)明 第十二單元 │ 考試說(shuō)明 復(fù)習(xí)策略 第十二單元 │ 復(fù)習(xí)策略 本單元內(nèi)容是課標(biāo)高考的選考內(nèi)容，是選修模塊 3 － 4 中的重要內(nèi)容，高考出題的可能性非常大，命題有以下特點(diǎn)： 1 ．主要考查對(duì)光學(xué)和電磁波概念的理解、折射定律的應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)：測(cè)玻璃的折射率和用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)量光的波長(zhǎng)等，對(duì)思維的發(fā)散性和深刻性要求不高．選擇題一般是對(duì)于基本概念進(jìn)行考查，與其他知識(shí)聯(lián)系不大，計(jì)算題通常以折射定律和全反射知識(shí)結(jié)合考查； 2 ．聯(lián)系生活實(shí)際、聯(lián)系體育及科技信息是高考命題的趨勢(shì)，考查運(yùn)用知識(shí)的能力、建立物理模型的能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力． 第十二單元 │ 復(fù)習(xí)策略 本單元復(fù)習(xí)時(shí)應(yīng)注重基本概念與規(guī)律的理解與掌握，注重用幾何知識(shí)解決光學(xué)問(wèn)題，建議復(fù)習(xí)時(shí)突破以下重點(diǎn)或難點(diǎn)： 1 ．透徹理解基本概念，準(zhǔn)確地掌握光的折射與全反射、光的干涉和衍射、電磁波譜和相對(duì)論知識(shí)． 2 ．掌握折射定律，正確作出光路圖，注意數(shù)學(xué)幾何知識(shí)的應(yīng)用，運(yùn)用光路的可逆原理分析光學(xué)問(wèn)題． 3 ．電磁波和相對(duì)論知識(shí)重點(diǎn)進(jìn)行定性了解． 使用建議 第十二單元 │ 使用建議 1 ．本單元概念多，在復(fù)習(xí)單元知識(shí)時(shí)應(yīng)注意： (1) 重視對(duì)物理概念的理解：本單元的概念比較抽象，可以通過(guò)直觀的例子或?qū)嶒?yàn)幫助學(xué)生理解． (2) 注重方法的掌握：對(duì)于幾何光學(xué)問(wèn)題，要讓學(xué)生通過(guò)光路圖、幾何知識(shí)結(jié)合物理規(guī)律進(jìn)行分析． 2 ．課時(shí)安排： 本單元建議安排 6 課時(shí)：第 49 講 2 課時(shí)、第 50 講、第 51 講、第 52 講及單元訓(xùn)練各 1 課時(shí)． 第 49講 │ 光的折射 全反射 第 49講 光的折射 全反射 編讀互動(dòng) 第 49講 │ 編讀互動(dòng) 1 ． 本講重點(diǎn)復(fù)習(xí)光學(xué) 、 電磁波和相對(duì)論的基本概念 ， 使學(xué)生正確理解光的折射 、 光的干涉 、 光的衍射 、光的偏振 、 電磁波 、 電磁波譜和相對(duì)論的有關(guān)概念 ， 全反射和折射定律是本單元的復(fù)習(xí)重點(diǎn) ． 2 ． 由于本單元概念較多 ， 可以先讓學(xué)生自學(xué) ， 完成課時(shí)作業(yè) ， 然后再針對(duì)學(xué)生存在的問(wèn)題有針對(duì)性地講解 ． 第 49講 │ 編讀互動(dòng) ( 1 ) 通過(guò)例 1 和變式題復(fù)習(xí)折射定律的應(yīng)用及有關(guān)計(jì)算問(wèn)題 ． ( 2 ) 通過(guò)例 2 和變式題復(fù)習(xí)折射率與光的頻率之間的關(guān)系和折射率的求解方法 ． ( 3 ) 通過(guò)例 3 和變式題復(fù)習(xí)對(duì)全反射現(xiàn)象的理解和臨界角的求解方法 ． ( 4 ) 通過(guò)例 4 和變式題復(fù)習(xí)折射定律 、 全反射的綜合應(yīng)用和臨界問(wèn)題的處理方法 ． 考點(diǎn)整合 第 49講 │ 考點(diǎn)整合 一、光的折射 1. 折射定律 (1 ) 定義：折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的 ______ ，入射角的正弦與 ______ ____ ___成正比． (2 ) 表達(dá)式：sin θ1sin θ2＝ __ ____ __. 2. 折射率 (1 ) 定義：光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，入射角的正弦與__ ____ __ ______ 之比，叫做這種介質(zhì)的絕對(duì)折射率，簡(jiǎn)稱折射率． (2 ) 表達(dá)式： n ＝ __ ____ __ ， n ＝ __ ______ . 兩側(cè) 折射角的正弦 常數(shù) 折射角的正弦 cv sin θ 1sin θ 2 第 49講 │ 考點(diǎn)整合 二、光的全反射 1. 定義： 當(dāng)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，入射角 ________到一定程度，光全部 __ ______ 回光密介質(zhì)的現(xiàn)象叫做全反射． 2. 臨界角 (1) 定義：折射角等于 ________ 時(shí)的入射角叫做臨界角． (2) 表達(dá)式： sin C ＝ ________. (3) 產(chǎn)生全反射現(xiàn)象的條件：光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，并且入射角 ______________ 臨界角． (4) 應(yīng)用：全反射棱鏡、 ______________. 反射 增大 90176。 1n 大于或等于 光導(dǎo)纖維 第 49講 │ 考點(diǎn)整合 三、光的色散 1. 概念： 含有多種顏色的光被分解為 __ __ _ __ _ 的現(xiàn)象叫做光的色散． 2. 光譜： 各種色光按其波長(zhǎng)的 __ ____ _ _ 就是光譜．可見光按波長(zhǎng)從大到小的排列順序是：紅、橙、 __ ____ _ _ 、綠、 __ _ ____ _ 、靛、紫． 單色光 有序排列 黃 藍(lán) 要點(diǎn)探究 ? 探究點(diǎn)一 折射定律的理解及應(yīng)用 第 49講 │ 要點(diǎn)探究 1. 光線的偏折方向 如果光線從光疏介質(zhì) ( 折射率小的介質(zhì) ) 斜射入光密介質(zhì) ( 折射率大的介質(zhì) ) ，光線向法線偏折，入射角大于折射角，隨著入射角的增大 ( 減小 ) ，折射角增大 ( 減小 ) ；如果光線從光密介質(zhì)斜射入光疏介質(zhì)，入射角小于折射角，隨著入射角 ( 小于臨界角 ) 的增大 ( 減小 ) ，折射角也增大 ( 減小 ) ． 第 49講 │ 要點(diǎn)探究 2. 光路的可逆性 在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的．如果讓光線逆著原來(lái)的折射光 線射到界面上，光線就會(huì)逆著原來(lái)的入射光線發(fā)生折射． 第 49講 │ 要點(diǎn)探究 例 1 [ 2022 廈門雙十中學(xué) ] 如圖 49 － 1 所示為一塊建筑用幕墻玻璃的剖面圖，在其上建立直角坐標(biāo)系 xOy ，設(shè)該玻璃的折射率沿y 軸正方向發(fā)生變化．現(xiàn)有一單色光 a 從原點(diǎn) O 以某一入射角 θ由空氣射入該玻璃內(nèi)部，且單色光 a 在玻璃內(nèi)部的傳播路徑如圖中實(shí)線所示，則玻璃的折射率沿 y 軸正方向發(fā)生變化的情況是( ) A. 折射率沿 y 軸正方向減小 B. 折射率沿 y 軸正方向先減小后增大 C. 折射率沿 y 軸正方向增大 D. 折射率沿 y 軸正方向先增大后減小 第 49講 │ 要點(diǎn)探究 例 1 A [ 解析 ] 本題考查光的折射規(guī)律 、 全反射的條件 ． 任取一個(gè)平行于 x 軸的界面 ， 作入射點(diǎn)的入射光線和折射光線 ， 可以發(fā)現(xiàn)折射角總是大于入射角 ， 說(shuō)明界面上方的介質(zhì)為光疏介質(zhì) ， 下方為光密介質(zhì) ， 沿 y 軸正方向的折射率越來(lái)越小 ， 光線最終發(fā)生全反射 ． A 項(xiàng)正確 ． 第 49講 │ 要點(diǎn)探究 一束單色光斜射到厚平板玻璃的一個(gè)表面上，經(jīng)兩次折射后從玻璃板另一個(gè)表面射出，出射光線相對(duì)于入射光線側(cè)移了一段距離．在下列情況下，出射光線側(cè)移距離最大的是 ( ) A . 紅光以 30176。 的入射角入射 B . 紅光以 45176。 的入射角入射 C . 紫光以 30176。 的入射角入射 D . 紫光以 45176。 的入射角入射 第 49講 │ 要點(diǎn)探究 變 式題 D [ 解析 ] 因?yàn)橥N介質(zhì)對(duì)紫光的折射率較大，故入射角相同時(shí)，紫光側(cè)移距離較大， A 、 B 項(xiàng)錯(cuò)；設(shè)入 射 角 為 i ， 折 射 角 為 r ， 則 側(cè) 移 距 離 Δ x ＝d sin i????????1 －cos in2－ sin2i，可見對(duì)于同一種色光，入射角越大，側(cè)移距離越大， D 項(xiàng)正確． ? 探究點(diǎn)二 折射率的求解及波速、波長(zhǎng)和頻率 (周期 )的關(guān)系 第 49講 │ 要點(diǎn)探究 1. 對(duì)介質(zhì)折射率的進(jìn)一步理解 (1 ) 折射率是表征介質(zhì)性質(zhì)的物理量，其大小僅由介質(zhì)本身 的光學(xué)性質(zhì)和光的頻率決定．折射率的大小可由 n ＝sin θ1sin θ2( 光由真空斜射入某介質(zhì) ) 計(jì)算，但折射率大小與入射角 θ折射角 θ2無(wú)關(guān)． (2 ) 折射率的大小是由光在介質(zhì)中的光速 v 決定的，由 n ＝cv可計(jì)算光的折射率．對(duì)兩種介質(zhì)來(lái)說(shuō)，若 n1n2，則折射率為 n1的介質(zhì)稱為光密介質(zhì)，折射率為 n2的介質(zhì)稱為光疏介質(zhì)． 第 49講 │ 要點(diǎn)探究 (3 ) 介質(zhì)的折射率不但與介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，還與光的頻率有關(guān)．不同頻率的光在同一介質(zhì)中的折射率不同，頻率越大，折射率越大． 2. 光的波長(zhǎng)、波速及頻率的關(guān)系 三者關(guān)系為 v ＝ λf. 光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，頻率不變，波長(zhǎng)改變，光速改變． 第 49講 │ 要點(diǎn)探究 例 2 [ 2022 新課標(biāo)卷 ] 如圖 49 － 2 所示，一個(gè)三棱鏡的截面為等腰直角 △ ABC ， ∠ A 為直角．此截面所在平面內(nèi)的光線沿平行于 BC 邊的方向射到 AB 邊，進(jìn)入棱鏡后直接射到 AC邊上，并剛好能發(fā)生全反射．該棱鏡材料的折射率為 ( ) A.62 B. 2 C.32 D. 3 第 49講 │ 要點(diǎn)探究 例 2 A [ 解析 ] 如圖所示，根據(jù)折射率定義有， sin∠ 1 ＝ n sin ∠ 2 ， n sin ∠ 3 ＝ 1 ，已知 ∠ 1 ＝ 45176。 ， ∠ 2 ＋ ∠ 3 ＝ 90176。 ，解得： n ＝62. 第 49講 │ 要點(diǎn)探究 如圖 49 － 3 所示，一束單色光射入一玻璃球體，入射角為 60176。 .已知光線在玻璃球內(nèi)經(jīng)一次反射后，再次折射回到空氣中時(shí)與入射光線平行．此玻璃的折射率為 ( ) 圖 49 － 3 A. 2 B ． C. 3 D ． 2 第 49講 │ 要點(diǎn)探究 變 式題 C [ 解析 ] 如圖所示為光線在玻璃球內(nèi)的光路圖． A 、 C 為折射點(diǎn)， B 為反射點(diǎn)，作 OD 平行于入射光線，故 ∠ AOD ＝ ∠ COD ＝ 60176。 ，所以 ∠ OAB ＝ 30176。 ，玻璃的折射率 n ＝sin60176。sin30176。＝ 3 . ? 探究點(diǎn)三 全反射現(xiàn)象的理解及應(yīng)用 第 49講 │ 要點(diǎn)探究 1. 光的反射和全反射現(xiàn)象均遵循光的反射定律，光路均是可逆的． 2. 光線射到兩種介質(zhì)的界面上時(shí)，往往同時(shí)發(fā)生光的折射和反射現(xiàn)象．當(dāng)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，且入射角增大到臨界角時(shí)，發(fā)生全反射現(xiàn)象，折射光線消失． 第 49講 │ 要點(diǎn)探究 3. 光導(dǎo)纖維：簡(jiǎn)稱 “ 光纖 ” ，它是非常細(xì)的特制玻璃絲 ( 直徑在幾微米到一百微米之間 ) ，由內(nèi)芯和外套兩層構(gòu)成．內(nèi)芯的折射率比外套的大，光在內(nèi)芯中傳播時(shí)，在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射，使反射光的能量最強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳送，因此光信號(hào)能攜帶著數(shù)碼信息、電視圖像、聲音等沿著光纖傳輸?shù)胶苓h(yuǎn)的地方，實(shí)現(xiàn)光纖通信． 第 49講 │ 要點(diǎn)探究 例 3 如圖 49 － 4 所示，空氣中有一橫截面為半圓環(huán)的均勻透明柱體，其內(nèi)圓半徑為 r ，外圓半徑為 R ， R ＝ 2 r. 現(xiàn)有一束單色光垂直于水平端面 A 射入透明柱體，只經(jīng)過(guò)兩次全反射就垂直于水平端面 B 射出．設(shè)透明柱體的折射率為 n ，光在透明柱體內(nèi)傳播的時(shí)間為 t ，若真空中的光速為 c ，則 ( ) ① n 可能為 3 ② n 可能為 2 ③ t 可能為2 2 rc ④ t 可能為c 圖 49 － 4 A. ①② B ． ①③ C ． ②③ D ． ②④ 第 49講 │ 要點(diǎn)探究 例 3 A [ 解析 ] 只經(jīng)過(guò)兩次全反射，可知第一次入射角為 45176。 ，反射光路圖如圖所示．根據(jù)全反射可知臨界角C ≤ 45176。 ，再根據(jù) n ＝1sinC可知 n ≥ 2 ， ①② 正確；光在 透明柱體中運(yùn)動(dòng)路程為 L ＝ 4r ，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為 t ＝Lv＝ 4nrc，則 t ≥4 2 rc， ③④ 均錯(cuò)． 第 49講 │ 要點(diǎn)探究 如圖 49 － 5 所示， MN 是位于豎直平面內(nèi)的光屏，放在水平面上的半圓柱形玻璃磚的平面部分 ab 與屏平行．由光源 S 發(fā)出的一束白光從半圓沿半徑射入玻璃磚，通過(guò)圓心 O 再射到屏上．在水平面內(nèi)以 O 點(diǎn)為圓心沿逆時(shí)針方向緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃磚，在光屏上出現(xiàn)了彩色光帶．當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)動(dòng)角度大于某一值時(shí)，屏上彩色光帶中的某種顏色的色 光首先消失．有關(guān)彩色光帶的排列順序和最先消失的色光是( ) 圖 49 － 5 A . 左紫右紅，紫光 B. 左紅右紫，紫光 C. 左紫右紅，紅光 D. 左紅右紫，紅光 第 49講 │ 要點(diǎn)探究 變 式題 B [ 解析 ]