高中物理人教版 (新课标)选修33 光的干涉学案

这是一份高中物理人教版 (新课标)选修33 光的干涉学案，共6页。学案主要包含了教学目标，自主预习，典型例题，课后练习等内容，欢迎下载使用。

【教学目标】
1．知道什么是光疏介质，什么是光密介质。
2．理解光的全反射现象。
3．理解临界角的概念，能判断是否发生全反射，并能解决相关的问题。
4．知道光导纤维原理及其作用。
重点：全反射条件，临界角概念及应用.[
难点：临界角概念、临界条件时的光路图及解题.
【自主预习】
1.不同介质的折射率不同，我们把折射率较小的介质称为________介质，折射率较大的介质称为________介质。光疏介质与光密介质是________。
2．当光从光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到某一角度，使折射角达到________时，折射光________消失，________反射光，这种现象叫做全反射。这时的入射角叫做________。
3．发生全反射的条件：当光从________介质射入________介质时，如果入射角等于或者大于________，就会发生全反射现象。
4．光从介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是________。
5.临界角：折射角等于__________时的___________角叫临界角，用C表示，.
6.发生全反射的条件：（1）光由_______介质射向_____介质；（2）入射角________临界角.
7.全反射棱镜： 。与平面镜相比，它的 ， ，由于反射面不必涂反光物质，所以反射时 。它在光学仪器中用来
8.光导纤维；实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到一百微米之间，在___________和___________的界面上发生全反射
【典型例题】
一、光密介质和光疏介质
【例1】下列说法正确的是( )
A．因为水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介质
B．因为水的折射率小于酒精的折射率，所以水对酒精来说是光疏介质
C．同一束光，在光密介质中的传播速度较大
D．同一束光，在光密介质中的传播速度较小
二、全反射
【例2】已知介质对某单色光的临界角为C，则( )
A．该介质对单色光的折射率等于eq \f(1,sinC)
B．此单色光在该介质中的传播速度等于csinC(c是光在真空中的传播速度)
C．此单色光在该介质中的传播波长是在真空中波长的sinC倍
D．此单色光在该介质中的频率是在真空中的eq \f(1,sinC)倍
三、光导纤维
【例3】．如图13－2－5所示，一段横截面为正方形的玻璃棒，中间部分弯成四分之一圆弧形状，一细束单色光由MN端面的中点垂直射入，恰好能在弧面EF上发生全反射，然后垂直PQ端面射出。
(1)求该玻璃棒的折射率；
(2)若将入射光向N端平移，当第一次射到弧面EF上时________(填“能”“不能”或“无法确定能否”)发生全反射。
四、全反射的应用：
【例4】有人在河中游泳，头部露出水面，在某一位置当他低头向水中观察时，看到河底有一静止物体跟他眼睛正好在同一竖直线上。这个人再向前游12 m，正好不能看见此物体，求河深。(水的折射率为4/3)
【课后练习】
1．如图所示，ABCD是两面平行的透明玻璃砖，AB面和CD面平行，它们分别是玻璃和空气的界面，设为界面Ⅰ和界面Ⅱ，光线从界面Ⅰ射入玻璃砖，再从界面Ⅱ射出，回到空气中，如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角，则( )
A.只要入射角足够大，光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象
B.只要入射角足够大，光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象
C.不管入射角多大，光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象
D.不管入射角多大，光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象
2．已知介质对某单色光的临界角为C，则（ ）
A.该介质对单色光的折射率等于
B.此单色光在该介质中的传播速度等于c·sinC（c是光在真空中的传播速度）
C.此单色光在该介质中的波长是在真空中波长的sinC倍
D.此单色光在该介质中的频率是在真空中的倍
3．一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为45°.下面四个光路图中，正确的是（ )
4．在医学上，光导纤维可以制成内窥镜，用来检查人体胃、肠、气管等器官的内部．内窥镜有两组光导纤维，一组用来把光输送到人体内部，另一组用来进行观察．光在光导纤维中的传输利用了（ )
A．光的折射 B．光的衍射
C．光的干涉 D．光的全反射
5．潜水员在水深为h的地方向水面观望时，发现整个天空及远处地面的景物均呈现在水面处的圆形区域内，已知水的临界角为θ,则所观察到的圆形半径为（ )
A.htanθ B.hsinθ
C.h/tanθ D.h/sinθ
6．光线在玻璃和空气的分界面上发生全反射的条件是( )
A．光从玻璃射到分界面上，入射角足够小
B．光从玻璃射到分界面上，入射角足够大
C．光从空气射到分界面上，入射角足够小
D．光从空气射到分界面上，入射角足够大
7．在自行车的后挡泥板上，常常安装着一个“尾灯”。其实它不是灯，它是一种透明的塑料制成的，其截面如图15－1所示。夜间，从自行车后方来的汽车灯光照在“尾灯”上时，“尾灯”就变得十分明亮，以便引起汽车司机的注意。从原理上讲，它的功能是利用了( )
A．光的折射 B．光的全反射
C．光的干涉 D．光的衍射
9．光线从折射率为eq \r(2)的介质中射向空气，如果入射角为60°，下图中光路可能的是( )
8．关于光纤的说法，正确的是( )
A．光纤是由高级金属制成的，所以它比普通电线容量大
B．光纤是非常细的特制玻璃丝，但导电性能特别好，所以它比普通电线衰减小
C．光纤是非常细的特制玻璃丝，有内芯和外套两层组成，光纤是利用全反射原理来实现光的传导的
D．在实际应用中，光纤必须呈笔直状态，因为弯曲的光纤是不能导光的
10．一束光从空气射入折射率n＝eq \r(2)的某种玻璃的表面，下列说法中正确的是( )
A．当入射角大于45°时，会发生全反射现象
B．无论入射角多大，折射角都不会超过45°
C．欲使折射角等于30°，光应以45°角入射
D．当入射角等于arctaneq \r(2)时，反射光线恰好跟折射光线垂直
11．两种单色光由水中射向空气时发生全反射的临界角分别为θ1、θ2，已知θ1＞θ2。用n1、n2分别表示水对两单色光的折射率，v1、v2分别表示两单色光在水中的传播速度，则( )
A．n1v2
C．n1>n2，v1n2，v1>v2
12．空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图15－4所示。方框内有两个折射率n＝1.5的玻璃全反射棱镜。下图给出了两个棱镜四种放置方式的示意图，其中能产生图15－4效果的是( )
13．（2012苏锡常镇一模）一束细光束由真空沿着径向射入一块半圆柱形透明体，如图（a）所示，对其射出后的折射光线的强度进行记录，发现折射O
光线的强度随着θ的变化而变化，如图（b）的图线所示.此透明体的临界角为 ▲ ，折射率为 ▲ .
14．如图15－7所示，一根长为L的直光导纤维，它的折射率为n。光从它的一个端面射入，又从另一端面射出所需的最长时间是多少？(设光在真空中的光速为c)
例题答案：
1. 【答案】B、D
【解析】因为水的折射率为1.33，酒精的折射率为1.36，所以水对酒精来说是光疏介质；由v＝c/n可知，光在光密介质中的速度较小。
2. 【答案】A、B、C
【解析】由临界角的计算式sinC＝eq \f(1,n)，得n＝eq \f(1,sinC)，选项A正确；将n＝eq \f(c,v)代入sinC＝eq \f(1,n)得sinC＝eq \f(v,c)，故v＝csinC，选项B正确；设该单色光的频率为f，在真空中的波长为λ0，在介质中的波长为λ，由波长、频率、光速的关系得c＝λ0f，v＝λf，由sinC＝eq \f(v,c)＝eq \f(λ,λ0)，λ＝λ0sinC，选项C正确；该单色光由真空传入介质时，频率不发生变化，选项D错误。
3. 解析：如图所示单色光照射到EF弧面上时刚好发生全反射，由全反射的条件得C＝45°
由折射定律得n＝eq \f(sin90°,sinC)
联立④⑤式得n＝eq \r(2)。
答案：(1) eq \r(2) (2)能
4,。【答案】10.6 m
【解析】如图13－2－6所示由题意知，C为临界角，则
sinC＝eq \f(1,n)＝eq \f(3,4)①
由几何关系，可得sinC＝eq \f(12,\r(122＋h2))②
联立①②得：eq \f(3,4)＝eq \f(12,\r(122＋h2))，解之得：h＝10.6 m。
课后练习答案：
1．CD
2.ABC
3.A
4.D
5.A
6. 解析：发生全反射的条件是光由光密介质射向光疏介质，且入射角大于等于临界角，故B正确。
答案：B
7. 解析：从题图可以看出，自行车的尾灯是利用了全反射的原理，使光线发生了180°偏折。
答案：B
8. 解析：光导纤维的作用是传导光，它是直径为几微米到一百微米之间的特制玻璃丝，且由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大。载有声音、图像及各种数字信号的激光传播时，在内芯和外套的界面上发生全反射，光纤具有容量大、衰减小、抗干扰性强等特点。在实际应用中，光纤是可以弯曲的。所以，答案是C。
答案：C
9. 解析：先根据sinC＝1/n求出临界角为45°，由于入射角等于60°大于临界角，则必定发生全反射，因此只有反射光线而无折射光线。
答案：C
10. 解析：由光疏介质进光密介质，不可能发生全反射现象，故A项错误；最大入射角为90°，此时最大折射角为45°，故B项正确；根据n＝eq \f(sini,sinr)可知，C项正确；由几何关系可知D项正确。
答案：B、C、D
11. 解析：由临界角定义sinC＝eq \f(1,n)可知，临界角小，折射率大，因为θ1＞θ2，所以n1＜n2，故选C、D是错误的；由n＝eq \f(c,v)知，n1v1＝n2v2，v1＞v2，故选项A错误而B正确。
答案：B
12. 解析：画出入射光线与出射光线反向延长线的交点则为发生全反射的位置，画上全反射棱镜，可知B正确。
答案：B
13．（2） 60°（2分）， （2分）
14. 解析：由题中的已知条件可知，要使光线从光导纤维的一端射入，然后从它的另一端全部射出，必须使光线在光导纤维中发生全反射现象。要使光线在光导纤维中经历的时间最长，就必须使光线的路径最长，即光对光导纤维的入射角最小。光导纤维的临界角为
C＝arcsineq \f(1,n)。
光在光导纤维中传播的路程为
d＝eq \f(L,sinC)＝nL。
光在光导纤维中传播的速度为v＝eq \f(c,n)。
所需最长时间为tmax＝eq \f(d,v)＝eq \f(nL,\f(c,n))＝eq \f(n2L,c)。
答案：eq \f(n2L,c)