高考物理二輪復(fù)習(xí)講義：光的折射和全反射

第頁(yè)光的折射和全反射本專題是高考的熱點(diǎn)問(wèn)題，主要涉及光的折射定律，全反射條件，臨界角等知識(shí)點(diǎn)，往往結(jié)合幾何關(guān)系進(jìn)行綜合考查。解決這類問(wèn)題的關(guān)鍵：應(yīng)圍繞折射率，聯(lián)系幾何量和物理量列相關(guān)方程。命題主要以計(jì)算題或填空題的形式出現(xiàn)，難度一般。平行玻璃磚問(wèn)題如圖，單色光從折射率n＝1.5、厚度d＝10.0cm的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速為3×108m/s，則該單色光在玻璃板內(nèi)傳播的速度為_(kāi)_______m/s；對(duì)于所有可能的入射角，該單色光通過(guò)玻璃板所用時(shí)間t的取值范圍是________s≤t＜________s（不考慮反射）。1.如圖，長(zhǎng)方體玻璃磚的橫截面為矩形MNPQ，MQ＝l，MN＝2l。一束單色光在紙面內(nèi)以α＝45°的入射角從空氣射向MQ邊的中點(diǎn)O，該單色光折射到MN上的A點(diǎn)，MA＝l，光在真空中傳播的速度為c。求：（1）玻璃磚對(duì)該單色光的折射率；（2）該單色光在玻璃磚中傳播的時(shí)間。2.一直桶狀容器的高為2l,底面是邊長(zhǎng)為l的正方形;容器內(nèi)裝滿某種透明液體,過(guò)容器中心軸DD'、垂直于左右兩側(cè)面的剖面圖如圖所示。容器右側(cè)內(nèi)壁涂有反光材料,其他內(nèi)壁涂有吸光材料。在剖面的左下角處有一點(diǎn)光源,已知由液體上表面的D點(diǎn)射出的兩束光線相互垂直,求該液體的折射率。行玻璃磚問(wèn)題的解題方法：1、通過(guò)平行玻璃磚的光線不改變傳播方向，但要發(fā)生側(cè)移?？梢猿浞掷萌肷涔饩€的入射角和出射光線的出射角相等的條件來(lái)解題；2、充分利用、、三個(gè)公式；注意：只有光密到光疏并且入射角大于或等于臨界角才會(huì)發(fā)生全反射。三角形玻璃磚問(wèn)題一細(xì)束單色光在三棱鏡ABC的側(cè)面AC上以大角度由D點(diǎn)入射（入射面在棱鏡的橫截面內(nèi)），入射角為i，經(jīng)折射后射至AB邊的E點(diǎn)，如圖所示，逐漸減小i，E點(diǎn)向B點(diǎn)移動(dòng)，當(dāng)sini＝時(shí)，恰好沒(méi)有光線從AB邊射出棱鏡，且DE＝DA。求棱鏡的折射率。如圖所示，直角三角形ABC為一棱鏡的橫截面，∠A＝90°，∠B＝30°。一束光線平行于BC邊從AB邊射入棱鏡，光線在棱鏡內(nèi)經(jīng)一次反射，從AC邊或BC邊垂直射出。求（1）棱鏡的折射率n；（2）AC邊與BC邊上有光出射區(qū)域長(zhǎng)度的比值K。2.如圖所示,玻璃三棱鏡的橫截面是邊長(zhǎng)為a的等邊三角形,BC面沿豎直方向,O點(diǎn)為BC的中點(diǎn),現(xiàn)用一束寬為a的單色平行光束水平射向AB及AC面,若玻璃三棱鏡對(duì)此平行光束的折射率為3。①求射向AB中點(diǎn)P的光線經(jīng)折射后直接到達(dá)BC邊的位置;②若距O點(diǎn)距離為33直角等腰玻璃三棱鏡ABC的截面如圖所示,∠ABC=∠ACB=45°,一條單色光從腰AB上的D點(diǎn)射入三棱鏡,在玻璃內(nèi)部折射光線為DE,折射角r=30°,折射光線傳播到BC邊上的E點(diǎn)。已知該玻璃三棱鏡的折射率n=2。(ⅰ)求光線的入射角i(圖中未標(biāo)出);(ⅱ)判斷光線能否在E點(diǎn)發(fā)生全反射。4.如圖所示,一束單色光從空氣入射到棱鏡的AB面上,經(jīng)AB和AC兩個(gè)面折射后從AC面進(jìn)入空氣。當(dāng)出射角i'和入射角i相等時(shí),出射光線相對(duì)于入射光線偏轉(zhuǎn)的角度為θ。已知棱鏡頂角為α,則計(jì)算棱鏡對(duì)該色光的折射率表達(dá)式為()A.sinα+θ2sinα2 B.sin5.如圖,△ABC為一玻璃三棱鏡的橫截面,∠A=30°。一束紅光垂直AB邊射入,從AC邊上的D點(diǎn)射出,其折射角為60°,則玻璃對(duì)紅光的折射率為。若改用藍(lán)光沿同一路徑入射,則光線在D點(diǎn)射出時(shí)的折射角(填“小于”“等于”或“大于”)60°。

6.如圖,△ABC是一直角三棱鏡的橫截面,∠A=90°,∠B=60°。一細(xì)光束從BC邊的D點(diǎn)折射后,射到AC邊的E點(diǎn),發(fā)生全反射后經(jīng)AB邊的F點(diǎn)射出。EG垂直于AC交BC于G,D恰好是CG的中點(diǎn)。不計(jì)多次反射。(ⅰ)求出射光相對(duì)于D點(diǎn)的入射光的偏角;(ⅱ)為實(shí)現(xiàn)上述光路,棱鏡折射率的取值應(yīng)在什么范圍?三角形玻璃磚問(wèn)題的解題方法總結(jié)：（1）題型簡(jiǎn)述：三角形玻璃磚（也稱三棱鏡）是指橫截面為三角形的玻璃磚，其橫截面可分為：一般三角形、直角三角形、等腰三角形、等邊三角形等多種。如圖所示，通過(guò)三棱鏡的光線經(jīng)兩次折射后，出射光線向棱鏡底邊偏折。說(shuō)明：①調(diào)節(jié)入射角θ，光線在AC面的出射方向會(huì)改變，可能在AC面上發(fā)生全反射。②兩種特殊入射方向：光線平行于BC邊射入、光線垂直于AB邊射入。注意兩種情況光線在另一個(gè)面上可能全反射。（2）方法突破圓形或半圓形玻璃磚問(wèn)題如圖所示，一半徑為R的透明球體放在水平地面上，球心為O，球與地面的接觸點(diǎn)為B，在球體的頂點(diǎn)A處有一點(diǎn)光源，點(diǎn)光源發(fā)出的光通過(guò)球體后照亮地面上的部分區(qū)域。已知透明球體材料的折射率n＝，真空中光速為c。（1）求光從A點(diǎn)到B點(diǎn)的傳播時(shí)間；（2）若不考慮光在透明球體中的反射影響，求地面上被光照亮區(qū)域的面積。1.半徑為R，長(zhǎng)為L(zhǎng)的半圓柱形玻璃磚置于水平桌面上，玻璃磚的上表面水平。O為半圓形截面的圓心，一單色平行光束從半圓柱體的矩形上表面射入，該光束平行于半圓形截面并與上表面成45°，如圖所示。已知該玻璃磚的折射率為，光在真空中傳播速度為c，不考慮光線在玻璃磚內(nèi)的多次反射，下列說(shuō)法正確的是（）A．從O點(diǎn)正下方射出玻璃磚的光線在玻璃磚中傳播的時(shí)間為B．從O點(diǎn)正下方射出玻璃磚的光線在玻璃磚中傳播的時(shí)間為C．該光束射入玻璃磚后，有光線射出的圓柱面的面積為D．該光束射入玻璃磚后，有光線射出的圓柱面的面積為2.同一材料制成的透明體由半徑為R的半球體和長(zhǎng)度為L(zhǎng)、半徑為R的圓柱體組成,截面圖如圖所示,O為半球體的球心。某細(xì)束單色光沿PO方向射向半球面,在BC邊恰好發(fā)生全反射,最后沿與DC夾角為θ的方向從CD邊射出,已知光在真空中的速度大小為c。求①透明體對(duì)該光的折射率n;②該光在透明體中傳播的時(shí)間t。3.如圖是某種玻璃材料制成的空心圓柱體的截面圖,玻璃圓柱體的半徑為2R,空心部分是半徑為R的圓,兩圓同心。一束單色光(平行于截面)從圓柱體外表面上的A點(diǎn)以入射角i射入玻璃材料中,光束經(jīng)折射后恰好與內(nèi)圓面相切于B點(diǎn),已知該玻璃材料對(duì)此單色光的折射率為2。(Ⅰ)求入射角i;(Ⅱ)欲使該光束從A點(diǎn)入射后,恰好在內(nèi)圓面上發(fā)生全反射,則入射角i'是多少?4.如圖甲所示,一透明半圓柱體玻璃磚折射率n=2,半徑為R,長(zhǎng)為L(zhǎng)。橫截面如圖乙所示。一束平行光從半圓柱體的矩形表面垂直射入,從玻璃磚直接折射出的光線在其下方的水平光屏MN上形成一個(gè)長(zhǎng)為L(zhǎng),寬為2R的矩形光斑。求光屏MN距離玻璃磚直徑AB的距離。圓形或半圓形玻璃磚問(wèn)題的解題方法總結(jié)（1）題型簡(jiǎn)述：圓形或半圓形玻璃磚是指橫截面為圓