《2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十四章 機械振動與機械波 光 電磁波與相對論 第3講 光的折射 全反射學(xué)案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十四章 機械振動與機械波 光 電磁波與相對論 第3講 光的折射 全反射學(xué)案（20頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第3講光的折射全反射一、光的折射定律折射率1折射定律(1)內(nèi)容：如圖1所示，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圖1(2)表達式：n.(3)在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的2折射率(1)折射率是一個反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量(2)定義式：n.(3)計算公式：n，因為v光線在玻璃磚內(nèi)會發(fā)生三次全反射，最后由G點射出，如圖乙，由反射定律和幾何關(guān)系得OGOCR射到G點的光有一部分被反射，沿原路返回到達C點射出解答全反射類問題的技巧1根據(jù)題意畫出光的折射或恰好發(fā)生全反射的光路圖2作圖時找出具有代表性的光線，如符合邊界條件的臨界光線

2、等3利用平面幾何知識分析線、角關(guān)系，找出入射角、折射角或臨界角注意入射角、折射角均以法線為標(biāo)準(zhǔn)4以剛好發(fā)生全反射的光線為比較對象，來判斷光線是否發(fā)生全反射，從而畫出其他光線的光路圖4.(2015山東理綜38(2)半徑為R、介質(zhì)折射率為n的透明圓柱體，過其軸線OO的截面如圖9所示位于截面所在平面內(nèi)的一細束光線，以角i0由O點入射，折射光線由上邊界的A點射出當(dāng)光線在O點的入射角減小至某一值時，折射光線在上邊界的B點恰好發(fā)生全反射求A、B兩點間的距離圖9答案R解析當(dāng)光線在O點的入射角為i0時，設(shè)折射角為r0，由折射定律得n設(shè)A點與左端面的距離為dA，由幾何關(guān)系得sinr0若折射光線恰好發(fā)生全反射，則

3、在B點的入射角恰好為臨界角C，設(shè)B點與左端面的距離為dB，由折射定律得sinC由幾何關(guān)系得sinC設(shè)A、B兩點間的距離為d，可得ddBdA聯(lián)立式得dR5如圖10所示，有一玻璃圓柱體，橫截面半徑為R10cm，長為L100cm.一點光源在玻璃圓柱體中心軸線上的A點，與玻璃圓柱體左端面距離d4cm，點光源向各個方向發(fā)射單色光，其中射向玻璃圓柱體從左端面中央半徑為r8cm圓面內(nèi)射入的光線恰好不會從柱體側(cè)面射出光速為c3108m/s；求：圖10(1)玻璃對該單色光的折射率；(2)該單色光通過玻璃圓柱體的最長時間答案(1)(2)6109s解析(1)由題意可知，光線AB從圓柱體左端面射入，在柱體側(cè)面發(fā)生全反

4、射sin in，sin Csin cosC，得n(2)折射光BD在玻璃圓柱體內(nèi)傳播路程最長，因而傳播時間最長snL，vt6109 s.命題點三光路控制和色散1平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對光路的控制類別項目平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)結(jié)構(gòu)玻璃磚上下表面是平行的橫截面為三角形橫截面是圓對光線的作用通過平行玻璃磚的光線不改變傳播方向，但要發(fā)生側(cè)移通過三棱鏡的光線經(jīng)兩次折射后，出射光線向棱鏡底邊偏折圓界面的法線是過圓心的直線，經(jīng)過兩次折射后向圓心偏折應(yīng)用測定玻璃的折射率全反射棱鏡，改變光的傳播方向改變光的傳播方向特別提醒不同顏色的光的頻率不同，在同一種介質(zhì)中的折射率、光速也不同，發(fā)生全反射現(xiàn)象的

5、臨界角也不同2光的色散及成因(1)含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象稱為光的色散(2)含有多種顏色的光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)，由于介質(zhì)對不同色光的折射率不同，各種色光的偏折程度不同，所以產(chǎn)生光的色散3各種色光的比較顏色紅橙黃綠青藍紫頻率f低高同一介質(zhì)中的折射率小大同一介質(zhì)中速度大小波長大小臨界角大小通過棱鏡的偏折角小大例3如圖11所示，寬為a的平行光束從空氣斜射到平行玻璃磚上表面，入射角為60，光束中包含兩種波長的光，玻璃磚對這兩種光的折射率分別為n1，n2，光束從玻璃下表面出射時恰好分成不重疊的兩束，求玻璃磚的厚度d為多少？(已知sin370.6，cos370.8，結(jié)果可用根式表示)圖1

6、1答案解析根據(jù)光的折射定律，則有：n1n2，得：130，237由分析可知，恰好分開時：xd(tan 37tan 30)又有：x解得：d6.如圖12所示，一束寬度為d的平行光射向截面為正三角形的玻璃三棱鏡，入射光與AB界面夾角為45，玻璃的折射率n，光束通過三棱鏡后到達與BC界面平行的光屏PQ，求光屏PQ上光斑的寬度D.圖12答案d解析設(shè)AB面的入射角為，折射角為，由n得30光線射到BC邊時由幾何關(guān)系可知入射角30，由折射定律n得45由幾何關(guān)系知光斑的寬度D，得Dd.7單色細光束射到折射率n的透明球面，光束在過球心的平面內(nèi)，入射角i45，研究經(jīng)折射進入球內(nèi)后，又經(jīng)內(nèi)表面反射一次，再經(jīng)球面折射后射

7、出的光線，如圖13所示(圖上已畫出入射光和出射光)圖13(1)在圖上大致畫出光線在球內(nèi)的路徑和方向(2)求入射光與出射光之間的夾角.答案(1)見解析圖(2)30解析(1)光線從入射到出射的光路如圖所示，入射光線AB經(jīng)玻璃折射后，折射光線為BC，又經(jīng)球內(nèi)壁反射后，反射光線為CD，再經(jīng)折射后，折射出的光線為DE.OB、OD為球的半徑，即為法線(2)由折射定律n，得sin r，r30.由幾何關(guān)系及對稱性，有r(ir)2ri，4r2i，把r30，i45代入得：30.題組1光的折射和折射率1.如圖1所示，有一束平行于等邊三棱鏡截面ABC的單色光從空氣射入E點，并偏折到F點，已知入射方向與邊AB的夾角為3

8、0，E、F分別為邊AB、BC的中點，則下列說法正確的是()圖1A該棱鏡的折射率為B光在F點發(fā)生全反射C光從空氣進入棱鏡，波長變短D光從空氣進入棱鏡，波速變小E從F點出射的光束與入射到E點的光束平行答案ACD解析在E點作出法線可知入射角為60，折射角為30，由n可得折射率為，故A正確；由光路的可逆性可知，在BC邊上的入射角小于臨界角，不會發(fā)生全反射，B錯；由公式v可知，光從空氣進入棱鏡，波速變小，根據(jù)介，光從空氣進入棱鏡，波長變短，故C、D正確；三棱鏡兩次折射使得光線都向底邊偏折，不會與入射到E點的光束平行，故E錯誤2.(2016全國34(2)如圖2所示，玻璃球冠的折射率為，其底面鍍銀，底面的半

9、徑是球半徑的倍；在過球心O且垂直于底面的平面(紙面)內(nèi)，有一與底面垂直的光線射到玻璃球冠上的M點，該光線的延長線恰好過底面邊緣上的A點，求該光線從球面射出的方向相對于其初始入射方向的偏角圖2答案150解析設(shè)圖中N點為光線在球冠內(nèi)底面上的反射點，光線的光路圖如圖所示設(shè)光線在M點的入射角為i、折射角為r，在N點的入射角為i，反射角為i，玻璃折射率為n.由于OAM為等邊三角形，i60由折射定律有sininsinr代入題給條件n得r30作底面在N點的法線NE，由于NEAM，有i30根據(jù)反射定律，有i30連接ON，由幾何關(guān)系知MANMON，故有MNO60由式得ENO30于是ENO為反射角，ON為反射光線

10、這一反射光線經(jīng)球面再次折射后不改變方向所以，經(jīng)一次反射后射出玻璃球冠的光線相對于入射光線的偏角為180ENO150.題組2光的全反射現(xiàn)象分析3.如圖3所示，光導(dǎo)纖維由內(nèi)芯和包層兩個同心圓柱體組成，其中心部分是內(nèi)芯，內(nèi)芯以外的部分為包層，光從一端進入，從另一端射出，下列說法正確的是()A內(nèi)芯的折射率大于包層的折射率B內(nèi)芯的折射率小于包層的折射率C不同頻率的可見光從同一根光導(dǎo)纖維的一端傳輸?shù)搅硪欢怂玫臅r間相同D若紫光以如圖所示角度入射時，恰能在內(nèi)芯和包層分界面上發(fā)生全反射，則改用紅光以同樣角度入射時，也能在內(nèi)芯和包層分界面上發(fā)生全反射圖3答案A解析光導(dǎo)纖維是依據(jù)光的全反射原理工作的，內(nèi)芯的折射率

11、大于包層的折射率，選項A正確，B錯誤；不同頻率的可見光在同一介質(zhì)中的傳播速度不同，從同一根光導(dǎo)纖維的一端傳輸?shù)搅硪欢怂玫臅r間一般不相同，選項C錯誤；若將紫光改用紅光也以同樣角度入射時，由于紅光臨界角大于紫光，所以不能在內(nèi)芯和包層分界面上發(fā)生全反射，選項D錯誤4(2014山東38(2)如圖4所示，三角形ABC為某透明介質(zhì)的橫截面，O為BC邊的中點，位于截面所在平面內(nèi)的一束光線自O(shè)以角i入射，第一次到達AB邊恰好發(fā)生全反射已知15，BC邊長為2L，該介質(zhì)的折射率為，求：圖4(1)入射角i；(2)從入射到發(fā)生第一次全反射所用的時間(設(shè)光在真空中的速度為c，可能用到：sin75或tan152)答案(

12、1)45(2)解析(1)如圖所示，根據(jù)全反射規(guī)律可知，光線在AB面上P點的入射角等于臨界角C，由折射定律得sinC代入數(shù)據(jù)得C45設(shè)光線在BC面上的折射角為r，由幾何關(guān)系得r30由折射定律得n聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)得i45(2)在OPB中，根據(jù)正弦定理得設(shè)所用時間為t，光線在介質(zhì)中的速度為v，得vtv聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)得tL題組3光路控制和色散現(xiàn)象5一束復(fù)色光由空氣斜射向一塊平行平面玻璃磚，經(jīng)折射分成兩束單色光a、b.已知a光的頻率小于b光的頻率，下列光路圖正確的是()答案D解析兩種單色光射入玻璃磚時的折射角小于入射角，據(jù)此可排除選項A、B；已知a光的頻率小于b光的頻率，那么a光在玻璃磚中的折射率較小

13、，入射角相同時，折射角較大，選項D正確6(2015重慶11(1)虹和霓是太陽光在水珠內(nèi)分別經(jīng)過一次和兩次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球來說明兩束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上會形成MN和PQ兩條彩色光帶，光路如圖5所示M、N、P、Q點的顏色分別為()圖5A紫、紅、紅、紫B紅、紫、紅、紫C紅、紫、紫、紅D紫、紅、紫、紅答案A解析玻璃對紅光的折射率最小，對紫光的折射率最大，由折射定律和反射定律可知M點為紫色，N點為紅色，P點為紅色，Q點為紫色，故A項正確7(2015福建理綜13)圖6如圖6，一束光經(jīng)玻璃三棱鏡折射后分為兩束單色光a、b，波長分別為a、b，該玻璃對單色光a、b的折射率分別為na、nb，則()Aab，nanbBab，nanbCab，nanbDab，nanb答案B解析由題圖知，三棱鏡對b光的折射率較大，所以nanb.又因為光的頻率越大，介質(zhì)對光的折射率就越大，故b光的頻率大于a光的頻率，又根據(jù)c，所以b光的波長小于a光的波長，即ab，所以B正確，A、C、D錯誤20