2019版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十四章 振動(dòng)和波 光 相對(duì)論 第39講 光的折射全反射學(xué)案

1、第39講光的折射全反射考綱要求考情分析命題趨勢(shì)1.光的折射定律2折射率3全反射、光導(dǎo)纖維2017全國(guó)卷，34(2)2017全國(guó)卷，34(2)2017全國(guó)卷，34(2) 2017江蘇卷，12B(3)2017北京卷，14 2016全國(guó)卷，34(2)2016全國(guó)卷，34(2)高考對(duì)本部分知識(shí)的考查主要以選擇題和計(jì)算題的形式出現(xiàn)高考試題往往綜合考查光的折射和光的全反射學(xué)習(xí)中要注意理解折射率、臨界角、全反射的條件，掌握折射率、臨界角的有關(guān)計(jì)算高考最新考綱說(shuō)明中刪除了“相對(duì)折射率作要求”這一說(shuō)明1光的折射定律折射率(1)折射現(xiàn)象光從一種介質(zhì)斜射進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)傳播方向發(fā)生_改變_的現(xiàn)象，如圖所示(2)折射

2、定律內(nèi)容：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_兩側(cè)_；入射角的正弦與折射角的正弦成_正比_(2)表達(dá)式：n12，式中n12是比例常數(shù)(3)折射率物理意義：折射率反映介質(zhì)的光學(xué)特征，折射率大，說(shuō)明光線從真空射入到該介質(zhì)時(shí)_偏折大_，反之偏折小定義式：n，不能說(shuō)n與sin 1成正比，與sin 2成反比折射率由介質(zhì)本身的光學(xué)性質(zhì)和光的_頻率_決定計(jì)算公式：n2全反射光導(dǎo)纖維(1)光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)介質(zhì)項(xiàng)目光密介質(zhì)光疏介質(zhì)折射率大小光速小大相對(duì)性若n甲n乙，則甲是_光密_介質(zhì)若n甲n乙，則甲是_光疏_介質(zhì)(2)全反射定義：光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，當(dāng)入射角增大到某

3、一角度時(shí)，折射光線將_消失_，只剩下反射光線的現(xiàn)象條件：a光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)b入射角_大于或等于_臨界角臨界角：折射角等于90時(shí)的入射角若光從光密介質(zhì)(折射率為n)射向真空或空氣時(shí)，發(fā)生全反射的臨界角為C，則sin C.介質(zhì)的折射率越大，發(fā)生全反射的臨界角越小(3)光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維的原理是利用光的全反射1判斷正誤(1)光的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象叫光的折射()(2)無(wú)論是折射光路，還是全反射光路都是可逆的()(3)折射率跟折射角的正弦成正比()(4)只要入射角足夠大，就能發(fā)生全反射()(5)光從空氣射入水中，它的傳播速度一定增大()(6)在同一種介質(zhì)中，光的頻率越大，折射率越大()(7)已

4、知介質(zhì)對(duì)某單色光的臨界角為C，則該介質(zhì)的折射率等于.()(8)密度大的介質(zhì)一定是光密介質(zhì)()一1對(duì)折射率的理解(1)公式n中，不論光是從真空射入介質(zhì)，還是從介質(zhì)射入真空，1總是真空中的光線與法線間的夾角，2總是介質(zhì)中的光線與法線間的夾角(2)折射率由介質(zhì)本身性質(zhì)決定，與入射角的大小無(wú)關(guān)(3)折射率與介質(zhì)的密度沒(méi)有關(guān)系，光密介質(zhì)不是指密度大的介質(zhì)(4)折射率的大小不僅與介質(zhì)本身有關(guān)，還與光的頻率有關(guān)同一種介質(zhì)中，頻率越大的色光折射率越大，光在介質(zhì)中的傳播速度越小(5)同一種色光，在不同介質(zhì)中雖然波速、波長(zhǎng)不同，但頻率相同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

5、界面上，光線就會(huì)逆著原來(lái)的入射光線發(fā)生折射例1(2017重慶診斷性測(cè)試)如圖所示，一透明球體置于空氣中，球半徑R10 cm，折射率n，MN是一條通過(guò)球心的直線，單色細(xì)光束AB平行于MN射向球體，B為入射點(diǎn)，AB與MN間距為5 cm，CD為出射光線(1)補(bǔ)全光路圖并求出光從B點(diǎn)傳到C點(diǎn)的時(shí)間；(2)求CD與MN所成的角解析(1)連接BC，如圖所示在B點(diǎn)光線的入射角、折射角分別標(biāo)為i、r，sin i，所以i45.由折射定律，在B點(diǎn)有n，sin r，故r30，BC2Rcos r，t代入數(shù)據(jù)解得t8.21010 s(2)由幾何關(guān)系可知COP15，OCP135，30答案(1)見(jiàn)解析(2)30應(yīng)用光的折射

6、定律解題的一般思路(1)根據(jù)入射角、折射角及反射角之間的關(guān)系，作出比較完整的光路圈(2)充分利用光路圖中的幾何關(guān)系，確定各角之間的聯(lián)系，根據(jù)折射定律求解相關(guān)的物理量：折射角、折射率等(3)注意在折射現(xiàn)象中，光路是可逆的二光的折射與全反射的綜合應(yīng)用1光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對(duì)而言的同一種介質(zhì)，相對(duì)于其他不同的介質(zhì)，可能是光密介質(zhì)，也可能是光疏介質(zhì)2如果光線從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，則無(wú)論入射角多大，都不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象3在光的折射和全反射現(xiàn)象中，均遵循光的反射定律，光路均是可逆的4當(dāng)光射到兩種介質(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，但在全反射現(xiàn)象中，只發(fā)生反射，不發(fā)生折射解決全反射問(wèn)題的一般

7、方法(1)確定光是從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)(2)應(yīng)用sin C確定臨界角(3)根據(jù)題設(shè)條件，判定光在傳播時(shí)是否發(fā)生全反射(4)如發(fā)生全反射，畫(huà)出入射角等于臨界角時(shí)的臨界光路圖(5)運(yùn)用幾何關(guān)系或三角函數(shù)關(guān)系以及反射定律等進(jìn)行分析、判斷、計(jì)算 例2(2017全國(guó)卷)如圖，一玻璃工件的上半部是半徑為R的半球體，O點(diǎn)為球心；下半部是半徑為R、高為2R的圓柱體，圓柱體底面鍍有反射膜有一平行于中心軸OC的光線從半球面射入，該光線與OC之間的距離為0.6R.已知最后從半球面射出的光線恰好與入射光線平行(不考慮多次反射)求該玻璃的折射率解析如圖，根據(jù)光路的對(duì)稱性和光路可逆性，與入射光線相對(duì)于OC軸對(duì)稱的出射光

8、線一定與入射光線平行這樣，從半球面射入的折射光線，將從圓柱體底面中心C點(diǎn)反射設(shè)光線在半球面的入射角為i，折線角為r.由折射定律有sin insin r，由正弦定理有，由幾何關(guān)系，入射點(diǎn)的法線與OC的夾角為i，有sin i.式中l(wèi)為入射光線與OC的距離，由式和題給數(shù)據(jù)得sin r，由得n1.43答案1.43三光的色散1光的色散：把復(fù)色光分解為單色光的現(xiàn)象叫做光的色散白光通過(guò)棱鏡后，被分解為紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛和紫七種顏色(如圖)2正確理解光的色散(1)光的顏色由光的頻率決定(2)各種色光的比較顏色紅橙黃綠青藍(lán)紫頻率低高同一介質(zhì)中的折射率小大同一介質(zhì)中速度大小波長(zhǎng)大小臨界角大小通過(guò)棱鏡的偏折角小

9、大例3(多選)如圖所示，一束光沿半徑方向射向一塊半圓柱形玻璃磚，在玻璃磚底面上的入射角為，經(jīng)折射后射出a、b兩束光線則(ABD)A在玻璃中，a光的傳播速度小于b光的傳播速度B在真空中，a光的波長(zhǎng)小于b光的波長(zhǎng)C玻璃磚對(duì)a光的折射率小于對(duì)b光的折射率D若改變光束的入射方向使角逐漸變大，則折射光線a首先消失E分別用a、b光在同一個(gè)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置上做實(shí)驗(yàn)，a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距解析通過(guò)光路圖可看出，折射后a光的偏折程度大于b光的偏折程度，玻璃磚對(duì)a光的折射率大于b光的折射率，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；a光的頻率大于b光的頻率，波長(zhǎng)小于b光的波長(zhǎng)，選項(xiàng)B正確；由n知，在玻璃中，a光的傳播速度小于

10、b光的傳播速度，選項(xiàng)A正確；入射角增大時(shí)，折射率大的光線首先發(fā)生全反射，a光首先消失，選項(xiàng)D正確；做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)x得a光的干涉條紋間距小于b光的干涉條紋間距，選項(xiàng)E錯(cuò)誤1假設(shè)地球表面不存在大氣層，那么人們觀察到的日出時(shí)刻與實(shí)際存在大氣層的情況相比(B)A將提前B將延后C在某些地區(qū)將提前，在另一些地區(qū)將延后D不變解析假如地球周?chē)鷽](méi)有大氣層，太陽(yáng)光將沿直線傳播，如圖所示，在地球上B點(diǎn)的人將在太陽(yáng)到達(dá)A點(diǎn)時(shí)看到日出；而地球表面有大氣層，由于空氣折射率大于1，并且離地球表面越近，大氣層越密，折射率越大，太陽(yáng)光將沿如圖中AB曲線進(jìn)入在B處的人眼中，使在B處的人看到了日出但B處的人認(rèn)為光是沿直線傳

11、播的，則認(rèn)為太陽(yáng)位于地平線上的A點(diǎn)，而此時(shí)太陽(yáng)還在地平線下，日出時(shí)間提前了，所以無(wú)大氣層時(shí)日出時(shí)間將延后故選項(xiàng)B正確2如圖所示，P、Q是兩種透明材料制成的兩塊直角梯形的棱鏡，疊合在一起組成一個(gè)長(zhǎng)方體某單色光沿與P的上表面成角的方向斜射入P，其折射光線正好垂直通過(guò)兩棱鏡的界面已知材料的折射率nPnQ，則下列說(shuō)法正確的是(D)A一定沒(méi)有光線從Q的下表面射出B從Q的下表面射出的光線一定與入射到P的上表面的光線平行C如果光線從Q的下表面射出，出射光線與下表面所夾的銳角一定大于D如果光線從Q的下表面射出，出射光線與下表面所夾的銳角一定小于解析作出光路圖，如圖所示由題意可知，光線垂直射入Q，根據(jù)折射定律，

12、則有nP，nQ；因?yàn)閚PnQ，所以0)現(xiàn)已有針對(duì)某些電磁波設(shè)計(jì)制作的人工材料，其折射率可以為負(fù)值(n0)，稱為負(fù)折射率材料，位于空氣中的這類材料，入射角i與折射角r依然滿足n，但是折射線與入射線位于法線的同一側(cè)(此時(shí)折射角取負(fù)值)現(xiàn)空氣中有一上下表面平行的負(fù)折射率材料，一束電磁波從其上表面射入，下表面射出若該材料對(duì)此電磁波的折射率n1，正確反映電磁波穿過(guò)該材料的傳播路徑的示意圖是(B)解析由題意知，折射線和入射線位于法線的同一側(cè)，n1，由折射定律可知，入射角等于折射角，所以選項(xiàng)B正確1如圖，一束光由空氣射向半圓柱體玻璃磚，O點(diǎn)為該玻璃磚截面的圓心，下圖能正確描述其光路的是(A)解析光從玻璃磚射

13、向空氣時(shí)，如果入射角大于臨界角，則發(fā)生全反射，如果入射角小于臨界角，則在界面處既有反射光線，又有折射光線，但折射角應(yīng)大于入射角，選項(xiàng)A正確，C錯(cuò)誤當(dāng)光從空氣射入玻璃磚時(shí)，在界面處既有反射光線，又有折射光線，且入射角大于折射角，選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤2打磨某剖面如圖所示的寶石時(shí)，必須將OP、OQ邊與軸線的夾角切磨在12，光線一定在OP邊發(fā)生全反射B若2，光線會(huì)從OQ邊射出C若1，光線會(huì)從OP邊射出D若C，i2C，于是有3090C，即12時(shí)，OQ邊一定全反射，OP邊可能發(fā)生部分反射，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；當(dāng)1時(shí)，OP邊一定發(fā)生全反射，OQ邊可能全反射，也可能發(fā)生部分反射，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確3如圖，一束光經(jīng)玻璃三

14、棱鏡折射后分為兩束單色光a、b，波長(zhǎng)分別為a、b，該玻璃對(duì)單色光a、b的折射率分別為na、nb，則(B)AanbBab，nanbCab，nab，nanb解析由題圖知，三棱鏡對(duì)b光的折射率較大所以nab，所以選項(xiàng)B正確，A、C、D錯(cuò)誤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.已知棱鏡頂角為，則計(jì)算棱鏡對(duì)該色光的折射率表達(dá)式為(A)A BC D解析如圖所示，設(shè)AB面上的折射角為，AC面上的入射角為，由于i，由光的折射定律及光路可逆知，又設(shè)兩法線的夾角為，則由幾何關(guān)系得：180，又由180

15、，則解得，又由幾何關(guān)系得ii，解得i，則棱鏡對(duì)該色光的折射率n，故選項(xiàng)A正確5(2017全國(guó)卷)如圖，一半徑為R的玻璃半球，O點(diǎn)是半球的球心，虛線OO表示光軸(過(guò)球心O與半球底面垂直的直線)已知玻璃的折射率為1.5.現(xiàn)有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光線能從球面射出(不考慮被半球的內(nèi)表面反射后的光線)求：(1)從球面射出的光線對(duì)應(yīng)的入射光線到光軸距離的最大值；(2)距光軸的入射光線經(jīng)球面折射后與光軸的交點(diǎn)到O點(diǎn)的距離解析(1)如圖，從底面上A處射入的光線，在球面上發(fā)生折射時(shí)的入射角為i，當(dāng)i等于全反射臨界角iC時(shí)，對(duì)應(yīng)入射光線到光軸的距離最大，設(shè)最大距離為l.此時(shí)有iiC，設(shè)n是玻璃的

16、折射率，由全反射臨界角的定義有nsin iC1，由幾何關(guān)系有sin i.聯(lián)立式并利用題給條件，得lR.(2)設(shè)與光軸相距的光線在球面B點(diǎn)發(fā)生折射時(shí)的入射角和折射角分別為i1和r1，由折射定律有nsin i1sin r1.設(shè)折射光線與光軸的交點(diǎn)為C，在OBC中，由正弦定理有，由幾何關(guān)系有Cr1i1，sin i1，聯(lián)立式及題給條件得OCR2.74R答案(1)R(2)2.74R6如圖，在注滿水的游泳池的池底有一點(diǎn)光源A，它到池邊的水平距離為3.0 m從點(diǎn)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(1)求池內(nèi)的水深；(2)一救生員坐在離池邊不遠(yuǎn)處的高凳上，他的眼睛到池

17、面的高度為2.0 m當(dāng)他看到正前下方的點(diǎn)光源A時(shí)，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(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)解析(1)如圖，設(shè)到達(dá)池邊的光線的入射角為i.依題意，水的折射率n，光線的折射角90.由折射定律有nsin isin ，由幾何關(guān)系有sin i，式中，l3 m，h是池內(nèi)水的深度聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)得h m2.6 m(2)設(shè)此時(shí)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45由折射定律有nsin isin ，式中，i是光線在水面的入射角設(shè)池底點(diǎn)光源A到水面入射點(diǎn)的水平距離為a.由幾何關(guān)系有sin i，xlah，式中h2 m

18、聯(lián)立式得x(31)m0.7 m答案(1)2.6 m(2)0.7 m課時(shí)達(dá)標(biāo)第39講 解密考綱主要考查光的折射和光的全反射，應(yīng)透徹理解折射率、臨界角、全反射的條件，掌握折射率、臨界角的計(jì)算1如圖所示，口徑較大、充滿水的薄壁圓柱形淺玻璃缸底有一發(fā)光小球，則(D)A小球必須位于缸底中心才能從側(cè)面看到小球B小球所發(fā)的光能從水面任何區(qū)域射出C小球所發(fā)的光從水中進(jìn)入空氣后頻率變大D小球所發(fā)的光從水中進(jìn)入空氣后傳播速度變大解析光從水中進(jìn)入空氣，只要在沒(méi)有發(fā)生全反射的區(qū)域，就可以看到光線射出，所以選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；光的頻率是由光源決定的，與介質(zhì)無(wú)關(guān)，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由v得，光從水中進(jìn)入空氣后傳播速度變大，所以選

19、項(xiàng)D正確2關(guān)于光纖的說(shuō)法，正確的是(C)A光纖是由高級(jí)金屬制成的，所以它比普通電線容量大B光纖是非常細(xì)的特制玻璃絲，但導(dǎo)電性能特別好，所以它比普通電線衰減小C光纖是非常細(xì)的特制玻璃絲，由內(nèi)芯和外套兩層組成，光纖是利用全反射原理來(lái)實(shí)現(xiàn)光的傳導(dǎo)的D在實(shí)際應(yīng)用中，光纖必須呈筆直狀態(tài)，因?yàn)閺澢墓饫w是不能導(dǎo)光的解析光導(dǎo)纖維的作用是傳導(dǎo)光，是特制玻璃絲，由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的大載有聲音、圖象及各種數(shù)字信號(hào)的激光傳播時(shí)，在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生全反射光纖具有容量大、衰減小、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中，光纖是可以彎曲的故選項(xiàng)C正確3實(shí)驗(yàn)表明，可見(jiàn)光通過(guò)三棱鏡時(shí)各色光的折射率n隨波長(zhǎng)的變

20、化符合柯西經(jīng)驗(yàn)公式：nA，其中A、B、C是正的常量太陽(yáng)光進(jìn)入三棱鏡后發(fā)生色散的情形如圖所示則(D)A屏上c處是紫光B屏上d處是紅光C屏上b處是紫光D屏上a處是紅光解析根據(jù)nA知波長(zhǎng)越長(zhǎng)，折射率越小，光線偏折越小從題圖可知，d光偏折最厲害，折射率最大，應(yīng)是紫光；a光偏折最小，折射率最小，應(yīng)是紅光；選項(xiàng)D正確4某物理興趣小組用實(shí)驗(yàn)探究光的色散規(guī)律，他們將半圓形玻璃磚放在豎直面內(nèi)，在其左上方豎直放置一個(gè)很大的光屏P，讓一復(fù)色光束SA射向玻璃磚的圓心O后，有兩束單色光a和b射向光屏P，如圖所示他們根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出了以下四個(gè)猜想，你認(rèn)為正確的是(B)A單色光a的波長(zhǎng)小于單色光b的波長(zhǎng)B在玻璃中單色光a的傳播速度大于單色光b的傳播速度C單色光a通過(guò)玻璃磚所需的時(shí)間大于單色光b通過(guò)玻璃磚所需