2025年高二物理下學(xué)期模塊十物理核心素養(yǎng)綜合測(cè)試一、光的折射定律與折射率計(jì)算光的折射定律是幾何光學(xué)的核心規(guī)律，其內(nèi)容可表述為：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兩側(cè)；入射角的正弦值與折射角的正弦值成正比，即$\sin\theta_1/\sin\theta_2=n_{12}$，其中$n_{12}$為介質(zhì)2相對(duì)介質(zhì)1的折射率。在實(shí)際問(wèn)題中，需注意折射率的定義式$n=c/v=\sin\theta_{\text{真空}}/\sin\theta_{\text{介質(zhì)}}$，式中$c$為真空中光速，$v$為光在介質(zhì)中的傳播速度，$\theta_{\text{真空}}$和$\theta_{\text{介質(zhì)}}$分別為光從真空射入介質(zhì)時(shí)的入射角和折射角。實(shí)例分析：在測(cè)定某透明介質(zhì)折射率的實(shí)驗(yàn)中，將介質(zhì)制成厚度為1.4cm的長(zhǎng)方體，光線從空氣斜射入介質(zhì)表面，測(cè)得入射角$\theta_1=53^\circ$（$\sin53^\circ=0.8$）時(shí)，折射光線在介質(zhì)內(nèi)傳播的水平距離為1.0cm。根據(jù)幾何關(guān)系，折射角$\theta_2$滿足$\tan\theta_2=1.0/\sqrt{1.4^2+1.0^2}=1.0/\sqrt{2.96}\approx1.0/1.72$，則$\sin\theta_2\approx1.0/\sqrt{1.0^2+1.72^2}=1.0/\sqrt{3.96}\approx0.50$，代入折射定律得$n=\sin53^\circ/\sin\theta_2\approx0.8/0.50=1.6$。該計(jì)算過(guò)程體現(xiàn)了“科學(xué)推理”素養(yǎng)，要求學(xué)生能結(jié)合數(shù)學(xué)工具分析物理現(xiàn)象。二、全反射現(xiàn)象及臨界角應(yīng)用全反射是光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，當(dāng)入射角增大到某一角度，折射光線完全消失，只剩下反射光線的現(xiàn)象。其產(chǎn)生條件為：①光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)；②入射角大于或等于臨界角$C$，臨界角的計(jì)算公式為$\sinC=1/n$（當(dāng)光從介質(zhì)射向真空時(shí)）。技術(shù)應(yīng)用：光纖通信利用全反射原理實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的長(zhǎng)距離傳輸。光纖由折射率$n_1=1.5$的內(nèi)芯和$n_2=1.4$的包層組成，光在內(nèi)芯與包層界面發(fā)生全反射的臨界角$C=\arcsin(n_2/n_1)=\arcsin(1.4/1.5)\approx69^\circ$。當(dāng)光以入射角$\theta$從空氣射入內(nèi)芯時(shí)，折射角$\theta_2$滿足$n_{\text{空氣}}\sin\theta=n_1\sin\theta_2$，為保證全反射，需滿足$\theta_2\geq90^\circ-C\approx21^\circ$，代入得$\sin\theta=n_1\sin\theta_2\geq1.5\sin21^\circ\approx1.5\times0.36=0.54$，即最大入射角$\theta\approx33^\circ$。此分析過(guò)程需綜合運(yùn)用折射定律與全反射條件，體現(xiàn)“科學(xué)建模”素養(yǎng)。典型問(wèn)題：如圖所示，直角梯形光學(xué)器件中，AP=R，AC與CO夾角為45°，介質(zhì)對(duì)a光的折射率為1.42，對(duì)b光的折射率為1.40。當(dāng)光線垂直AB面入射并向B點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，a光的臨界角$C_a=\arcsin(1/1.42)\approx44^\circ$，b光的$C_b=\arcsin(1/1.40)\approx45.6^\circ$。由于入射角需大于臨界角才能發(fā)生全反射，故b光臨界角更大，更難發(fā)生全反射，因此只有a光能在PM面全反射后從OM面射出。三、光的干涉與衍射現(xiàn)象光的干涉和衍射是光的波動(dòng)性的直接證據(jù)。雙縫干涉中，相鄰亮條紋間距$\Deltax=L\lambda/d$，其中$L$為雙縫到屏的距離，$d$為雙縫間距，$\lambda$為光的波長(zhǎng)。衍射現(xiàn)象中，單縫衍射條紋中間寬、兩側(cè)窄，且波長(zhǎng)越長(zhǎng)，條紋間距越大。實(shí)驗(yàn)探究：在“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)中，若雙縫間距$d=0.20\\text{mm}$，雙縫到屏的距離$L=1.00\\text{m}$，測(cè)得第1條亮紋與第6條亮紋中心間距$\Deltax=15.0\\text{mm}$，則相鄰條紋間距$\Deltax=15.0/5=3.0\\text{mm}=3.0\times10^{-3}\\text{m}$，代入公式得$\lambda=d\Deltax/L=(0.20\times10^{-3}\\text{m})\times(3.0\times10^{-3}\\text{m})/1.00\\text{m}=6.0\times10^{-7}\\text{m}=600\\text{nm}$。該實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生掌握數(shù)據(jù)處理方法，體現(xiàn)“科學(xué)探究”素養(yǎng)?，F(xiàn)象辨析：陽(yáng)光下肥皂膜呈現(xiàn)彩色條紋是光的干涉現(xiàn)象，而通過(guò)狹縫觀察日光燈看到的彩色條紋是光的衍射現(xiàn)象。兩者的本質(zhì)區(qū)別在于：干涉是兩列相干光疊加產(chǎn)生的，衍射是單列光繞過(guò)障礙物產(chǎn)生的。四、物理核心素養(yǎng)綜合考查（一）科學(xué)思維某同學(xué)在分析“海市蜃樓”現(xiàn)象時(shí)，提出以下觀點(diǎn)：沙漠蜃景中，下層空氣溫度高、密度小，折射率?。簧蠈涌諝鉁囟鹊?、密度大，折射率大，屬于光的全反射現(xiàn)象。海面上的蜃景中，下層空氣溫度低、折射率大，上層空氣溫度高、折射率小，光線從遠(yuǎn)處物體射向空氣時(shí)發(fā)生全反射。判斷與論證：觀點(diǎn)1正確，觀點(diǎn)2錯(cuò)誤。沙漠中，光線從光密介質(zhì)（上層空氣）射向光疏介質(zhì)（下層空氣），當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)發(fā)生全反射，使人看到遠(yuǎn)處物體的倒像；海面上蜃景中，下層空氣因水汽蒸發(fā)吸熱，溫度低于上層，折射率更大，光線從物體射向空氣時(shí)，需從光疏介質(zhì)（上層）射向光密介質(zhì)（下層），無(wú)法滿足全反射條件，實(shí)際應(yīng)為光線折射后形成正立虛像。（二）科學(xué)探究某小組用三棱鏡做“光的色散”實(shí)驗(yàn)，觀察到太陽(yáng)光通過(guò)三棱鏡后形成彩色光譜，其中紅光偏折角最小，紫光偏折角最大。提出問(wèn)題：不同色光在同一介質(zhì)中的傳播速度是否相同？實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：用同一光源發(fā)出的紅光和紫光，分別通過(guò)同一玻璃磚，測(cè)量?jī)烧叩恼凵浣牵Y(jié)合$n=c/v$分析速度關(guān)系。預(yù)期結(jié)論：由于紫光折射率大于紅光，故紫光在介質(zhì)中的傳播速度小于紅光，即$v_{\text{紫}}<v_{\text{紅}}$。（三）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任光纖通信技術(shù)中，光信號(hào)在光纖內(nèi)通過(guò)全反射傳輸，損耗極低（約0.2dB/km），遠(yuǎn)優(yōu)于電纜通信（約20dB/km）。這一技術(shù)應(yīng)用體現(xiàn)了物理學(xué)對(duì)社會(huì)發(fā)展的推動(dòng)作用，要求學(xué)生認(rèn)識(shí)到“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”，培養(yǎng)“社會(huì)責(zé)任”素養(yǎng)。五、綜合計(jì)算題題目：如圖所示，半徑為R的半圓形玻璃磚，圓心為O，直徑AB水平放置。一束單色光從P點(diǎn)（OP=R/2，與AB夾角為60°）射入玻璃磚，已知玻璃折射率$n=\sqrt{3}$，光在真空中速度為c。（1）判斷光線能否在玻璃磚內(nèi)表面發(fā)生全反射；（2）若能，求出光線從射入到射出玻璃磚的總時(shí)間。解答：（1）設(shè)光線在P點(diǎn)的入射角為$\theta_1=60^\circ$，由幾何關(guān)系知折射角$\theta_2$滿足$n=\sin\theta_1/\sin\theta_2$，即$\sin\theta_2=\sin60^\circ/\sqrt{3}=(\sqrt{3}/2)/\sqrt{3}=0.5$，故$\theta_2=30^\circ$。折射光線射向圓弧面時(shí)，入射角$\alpha=60^\circ$（由三角形內(nèi)角和定理得），臨界角$C=\arcsin(1/n)=\arcsin(1/\sqrt{3})\approx35.3^\circ$，由于$\alpha=60^\circ>C$，故發(fā)生全反射。（2）光線在玻璃磚內(nèi)傳播的路徑長(zhǎng)度為$2\times(R\cos30^\circ