高考物理 第1讲 光的折射全反射考点知识总复习教案53.docx
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高考物理第1讲光的折射全反射考点知识总复习教案53
2021年高考物理第1讲光的折射、全反射考点知识总复习教案53
第1讲 光的折射、全反射
光的折射定律 Ⅱ 折射率 Ⅰ(考纲要求)
1.折射现象
光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向发生改变的现象.
2.折射定律
(1)内容:
折射光线与入射光线、法线处在同一平面内,折射光线与入射光线分别位于法线的两侧;入射角的正弦与折射角的正弦成正比.
(2)表达式:
=n12,式中n12是比例常数.
3.折射率
(1)物理意义:
折射率仅反映介质的光学特性,折射率大,说明光从真空射入到该介质时偏折大,反之偏折小.
(2)定义式:
n=,不能说n与sinθ1成正比,与sinθ2成反比.折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定.
(3)计算公式:
n=,因v 1.玻璃三棱镜对光路的控制 如图 光线两次折射均向底面偏折. 2.各种色光的比较 颜 色 红橙黄绿蓝靛紫 频率ν 低―→高 同一介质折射率 小―→大 同一介质中速度 大―→小 波长 大―→小 临界角 大―→小 通过棱镜的偏折角 小―→大 3.在光的反射和全反射现象中,均遵循光的反射定律;光路均是可逆的. 全反射、光导纤维 Ⅰ(考纲要求) 1.全反射 (1)定义: 光从光密介质向光疏介质,当入射角增大到某一角度时,折射光线将消失,只剩下反射光线的现象. (2)条件: ①光从光密介质射向光疏会介质.②入射角大于等于临界角. (3)临界角: 折射角等于90°时的入射角.若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时,发生全反射的临界角为C,则sinC=.介质的折射率越大,发生全反射的临界角越小. 2.光导纤维 光导纤维的原理是利用光的全反射 实验: 测定玻璃的折射率 注意事项 1.玻璃砖应选用厚度、宽度较大的. 2.大头针要插得竖直,且间隔要大些. 3.入射角不宜过大或过小,一般在15°~75°之间. 4.玻璃砖的折射面要画准,不能用玻璃砖界面代替直尺画界线. 5.实验过程中,玻璃砖和白纸的相对位置不能改变. 数据处理 (1)计算法: 计算每次折射率n,求出平均值. (2)图象法 (3)单位圆法 1.(xx·唐山月考)酷热的夏天,在平坦的柏油公路上,你会看到在一定距离之外,地面显得格外明亮,仿佛是一片水面,似乎还能看到远处车、人的倒影.但当你靠近“水面”时,它却随你靠近而后退.对此现象正确的解释是( ). A.出现的是“海市蜃楼”,是由于光的折射造成的 B.“水面”不存在,是由于酷热难耐,人产生的幻觉 C.太阳辐射到地面,使地表温度升高,折射率大,发生全反射 D.太阳辐射到地面,使地面温度升高,折射率小,发生全反射 解析 酷热的夏天地面温度高,地面附近空气的密度小,空气的折射率下小上大,远处车、人反射的太阳光由光密介质射入光疏介质发生全反射. 答案 D 2.(xx·山东济宁月考)很多公园的水池底都装有彩灯,当一细束由红、蓝两色组成的灯光从水中斜射向空气时,关于光在水面可能发生的反射和折射现象,下列光路图中正确的是( ). 解析 红光、蓝光都要发生反射,红光的折射率较小,所以红光发生全反射的临界角较蓝光大,蓝光发生全反射时,红光不一定发生,故C正确. 答案 C 图2-1-1 3.一束白光从顶角为θ的一边以比较大的入射角i射入并通过三棱镜后,在屏P上可得到彩色光带,如图2-1-1所示,在入射角i逐渐减小到零的过程中,假如屏上的彩色光带先后全部消失,则( ). A.红光最先消失,紫光最后消失 B.紫光最先消失,红光最后消失 C.紫光最先消失,黄光最后消失 D.红光最先消失,黄光最后消失 解析 作出白光的折射光路图,可看出,白光从AB射入玻璃后,由于紫光偏折大,从而到达另一侧面AC时的入射角较大,且因紫光折射率大,sinC=,因而其全反射的临界角最小,故随着入射角i的减小,进行入玻璃后的各色光中紫光首先发生全反射,且不从AC面射出,后依次是靛、蓝、绿、黄、橙、红,逐渐发生全反射而不从AC面射出. 答案 B 图2-1-2 4.“城市让生活更美好”是xx年上海世博会的口号,在该届世博会上,光纤通信网覆盖所有场馆,为各项活动提供了安全可靠的通信服务.光纤通信利用光的全反射将大量信息高速传输.如图2-1-2所示,一条圆柱形的光导纤维,长为L,它的玻璃芯的折射率为n1,外层材料的折射率为n2,光在空气中的传播速度为c,若光从它的一端射入经全反射后从另一端射出所需的最长时间为t,则下列说法中正确的是(图中所示的φ为全反射的临界角,其中sinφ=)( ). A.n1>n2,t=B.n1>n2,t= C.n1 解析 刚好发生全反射的条件是入射角等于临界角,注意光是在玻璃芯中传播的,而不是在空气中传播的.传播距离为x==,传播速度为v=,故传播时间为t===. 答案 B 图2-1-3 5.(xx·全国卷Ⅰ,16)如图2-1-3所示,雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹.设水滴是球形的,图中的圆代表水滴过球心的截面,入射光线在过此截面的平面内,a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光线,则它们可能依次是( ). A.紫光、黄光、蓝光和红光 B.紫光、蓝光、黄光和红光 C.红光、蓝光、黄光和紫光 D.红光、黄光、蓝光和紫光 解析 由于太阳光经过小水滴时,经过两次折射,一次反射,在进入小水滴后就被分解成七色光,这七色光再经过水滴内表面反射进入我们的视角,形成七彩的虹,通过比较第一次折射可以看出,入射角均相同,a光的折射角r最小而d光的折射角r最大,根据其折射率n=知水对a光的折射率最大,而对d光的折射率最小,再由在同种介质中,紫光折射率最大而红光折射率最小可判断只有B选项正确. 答案 B 图2-1-4 6.一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯,如图2-1-4为过轴线的截面图,调整入射角α,使光线恰好在水和空气的界面上发生全反射.已知水的折射率为,求sinα的值. 解析 当光线在水面恰好发生全反射时, 有sinC=,① 当光线从左侧射入时,由折射定律得 =n,② 联立①②式,代入数据可得 sinα=. 答案 考点一 折射定律的理解及应用 【典例1】 一半径为R的球 图2-1-5 体放置在水平桌面上,球体由折射率为的透明材料制成.现有一束位于过球心O的竖直平面内的光线,平行于桌面射到球体表面上,折射入球体后再从竖直表面射出,如图2-1-5所示,已知入射光线与桌面的距离为R.求出射角θ. 解析 设入射光线与球体的交点为C,连接OC,OC即为入射点的法线.因此,右图中的角θ1为入射角.过C点作球体水平表面的垂线,垂足为B.依题意,∠COB=θ1. 又由△OBC知sinθ1=① 设光线在C点的折射角为θ2,由折射定律得=② 由①②式得θ2=30°③ 由几何关系知,光线在球体的竖直表面上的入射角θ3(见上图)为30°,由折射定律得=.因此sinθ=,解得θ=60°. 答案 60° 【变式1】 发出白光的细线光源ab长度为 图2-1-6 l0,竖直放置,上端a恰好在水面以下,如图2-1-6所示.现考虑线光源ab发出的靠近水面法线(图中的虚线)的细光束经水面折射后所成的像,由于水对光有色散作用,若以l1表示红光成的像的长度,l2表示蓝光成的像的长度,则( ). A.l1 C.l2>l1>l0D.l2 解析 如图所示,由于蓝光折射率比红光折射率大,则同一点发出的光经过水面折射时,蓝光比红光偏折角大,则沿反方向延长线所成虚像的长度比较小,则l2 答案 D 考点二 光的折射、全反射的综合应用 【典例2】 (xx·全国卷) 图2-1-7 一半圆柱形透明物体横截面如图2-1-7所示,地面AOB镀银,O表示半圆截面的圆心,一束光线在横截面内从M点入射,经过AB面反射后从N点射出.已知光线在M点的入射角为30°,∠MOA=60°,∠NOB=30°.求: (1)光线在M点的折射角; (2)透明物体的折射率. 解析 (1)如图,透明物体内部的光路为折线MPN,Q、M点相对于底面EF对称,Q、P和N三点共线. 设在M点处,光的入射角为i,折射角为r,∠OMQ=a,∠PNF=β,根据题意有α=30°.① 由几何关系得: ∠PNO=∠PQO=r,于是β+r=60°② 且α+r=β.③ 由①②③式得r=15°④ (2)根据折射率公式有 sini=nsinr.⑤ 由④⑤式得n=. 答案 (1)15° (2) (1)解答光学问题应先准确画出光路图. (2)用光发生全反射的条件来判断光是否已经发生全反射. (3)在处理光学问题时应充分利用光的可逆性、对称性、相似性等几何关系. 【变式2】 (xx·长治月考) 图2-1-8 一足够大的水池内盛有某种透明液体,液体的深度为H,在水池的底部中央放一点光源,其中一条光线以30°入射角射到液体与空气的界面上,它的反射光线与折射光线的夹角为105°,如图2-1-8所示.求: (1)这种液体的折射率; (2)液体表面亮斑的面积. 解析 (1)由图知,入射角θ1=30°,折射角θ2=45° n===1.414. (2)若发生全反射,入射角C应满足sinC= 解得C=45° 亮斑半径R=HtanC=H 亮斑面积S=πH2. 答案 (1)1.414 (2)πH2 考点三 测定玻璃的折射率 【典例3】 某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率, 图2-1-9 所用的玻璃砖两面平行.正确操作后,作出的光路图及测出的相关角度如图2-1-9所示. (1)此玻璃的折射率计算式为n=________(用图中的θ1、θ2表示); (2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择,为了减小误差,应选用宽度________(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量. 解析 (1)本题意在考查学生对入射角、折射角、折射率的理解和应用.光线由空气射入玻璃的入射角i=-θ1,折射角 r=-θ2,由折射率的定义可得: n===,根据平行玻璃砖对光线的影响可知,玻璃砖宽度越大,侧移量越大,折射角的测量误差越小. 答案 (1)(或) (2)大 【变式3】 (xx·天津卷,9)某同 图2-1-10 学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率.开始玻璃砖的位置如图2-1-10中实线所示,使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上,该直线垂直于玻璃砖的直径边,然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动,同时在玻璃砖的直径边一侧观察P1、P2的像,且P2的像挡住P1的像.如此观察,当玻璃砖转到图中虚线位置时,上述现象恰好消失.此时只须测量出________,即可计算玻璃砖的折射率.请用你的测量量表示出折射率n=________. 解析 光线指向圆心入射时不改变传播方向,恰好观察不到P1、P2的像时发生全反射,测出玻璃砖直径边绕O点转过的角度θ,此时入射角θ即为全反射临界角,由sinθ=得n=. 答案 玻璃砖直径边绕O点转过的角度θ 图2-1-11 1.(xx·全国卷Ⅰ,20改编)频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后,其光路如图2-1-11所示,下列说法正确的是( ). A.单色光1的波长大于单色光2的波长 B.在玻璃中单色光1的传播速度大于单
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