(通用版)2021版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第14章 振動(dòng) 波動(dòng) 光 電磁波 相對(duì)論 第3節(jié) 光的折射 全反射 光的色散教學(xué)案
《(通用版)2021版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第14章 振動(dòng) 波動(dòng) 光 電磁波 相對(duì)論 第3節(jié) 光的折射 全反射 光的色散教學(xué)案》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《(通用版)2021版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第14章 振動(dòng) 波動(dòng) 光 電磁波 相對(duì)論 第3節(jié) 光的折射 全反射 光的色散教學(xué)案(16頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、第3節(jié)光的折射全反射光的色散一、折射定律及折射率1折射定律(如圖所示)(1)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)在光的折射現(xiàn)象中,光路是可逆的。2折射率(1)物理意義:折射率僅反映介質(zhì)的光學(xué)特性,折射率大,說(shuō)明光從真空射入到該介質(zhì)時(shí)偏折大,反之偏折小。(2)定義式:n,(3)計(jì)算公式:n,因?yàn)関c,所以任何介質(zhì)的折射率都大于1。二、光的全反射和光的色散1全反射(1)條件:光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)。入射角大于或等于臨界角。(2)臨界角:折射角等于90時(shí)的入射角,用C
2、表示,sin C。(3)應(yīng)用:全反射棱鏡。光導(dǎo)纖維,如圖所示。2光的色散(1)光的色散現(xiàn)象:含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象。(2)光譜:含有多種顏色的光被分解后,各種色光按其波長(zhǎng)有序排列。(3)光的色散現(xiàn)象說(shuō)明:白光為復(fù)色光;同一介質(zhì)對(duì)不同色光的折射率不同,頻率越大的色光折射率越大;不同色光在同一介質(zhì)中的傳播速度不同,波長(zhǎng)越短,波速越慢。1思考辨析(正確的畫“”,錯(cuò)誤的畫“”)(1)某種玻璃對(duì)藍(lán)光的折射率比紅光大,藍(lán)光和紅光以相同的入射角從空氣斜射入該玻璃中,藍(lán)光的折射角較大。()(2)在水中,藍(lán)光的傳播速度大于紅光的傳播速度。()(3)在潛水員看來(lái),岸上的所有景物都出現(xiàn)在一個(gè)倒立的圓錐
3、里。()(4)光從空氣射入玻璃時(shí),只要入射角足夠大就可能發(fā)生全反射。()(5)光纖通信利用了全反射的原理。()(6)晚上,在池水中同一深度的兩點(diǎn)光源分別發(fā)出紅光和藍(lán)光,藍(lán)光光源看起來(lái)淺一些。()2(多選)下列光線由空氣射入半圓形玻璃磚,或者由玻璃磚射入空氣的光路圖中,正確的是(玻璃的折射率為1.5)()ABCDEBDE光由空氣進(jìn)入玻璃時(shí),折射角小于入射角,A圖錯(cuò)誤,B圖正確;光由玻璃進(jìn)入空氣時(shí),發(fā)生全反射的臨界角sin C,sin 45,將發(fā)生全反射,C圖錯(cuò)誤,D圖正確;sin 30,不會(huì)發(fā)生全反射,E圖正確。3(多選)關(guān)于光的傳播現(xiàn)象及應(yīng)用,下列說(shuō)法正確的是()A一束白光通過(guò)三棱鏡后形成了彩
4、色光帶是光的色散現(xiàn)象B光導(dǎo)纖維絲內(nèi)芯材料的折射率比外套材料的折射率大C海面上的海市蜃樓將呈現(xiàn)倒立的像,位置在實(shí)物的上方,又稱上現(xiàn)蜃景D一束色光從空氣進(jìn)入水中,波長(zhǎng)將變短,色光的顏色也將發(fā)生變化E一束白光從空氣斜射進(jìn)入水中,也將發(fā)生色散ABE一束白光通過(guò)三棱鏡后形成了彩色光帶是光的色散現(xiàn)象,A正確;由全反射的條件可知,內(nèi)芯材料的折射率比外套材料的折射率要大,故B正確;海市蜃樓將呈現(xiàn)正立的像,位置在實(shí)物的上方,又稱上現(xiàn)蜃景,C錯(cuò)誤;色光進(jìn)入水中,光的頻率不變,顏色不變,D錯(cuò)誤;白光斜射入水中,由于水對(duì)不同色光的折射率不同,各種色光將分開(kāi),故E正確。4.(2019安慶二模)在陽(yáng)光的照射下,充滿霧氣的
5、瀑布上方常會(huì)出現(xiàn)美麗的彩虹,彩虹是太陽(yáng)光射入球形水珠經(jīng)折射、內(nèi)反射、再折射后形成的,其光線傳播路徑如圖所示,圖中的圓面代表水珠過(guò)球心的截面,太陽(yáng)光平行截面射入球形水珠后,最后出射光線a、b分別代表兩種不同顏色的光線,則水珠對(duì)a、b兩束光折射率的大小關(guān)系是na_nb;a、b兩種光在水珠內(nèi)傳播速度大小關(guān)系是va_vb。(均填“”或“nb;根據(jù)n可知a光折射率較大,其速度較小,故va5(2019衡水中學(xué)模擬)寬為10 m且中央水深為4 m的池塘邊有一棵樹(shù),站在正對(duì)岸邊的人看到樹(shù)頂端的倒影與池塘底部中央的點(diǎn)光源在一條直線上。已知人眼到水面的高度為1.5 m,樹(shù)頂端到水面的高度為6 m。則水的折射率為_(kāi)
6、;若在水面上各處都看不到該光,則至少要在水面上鋪設(shè)直徑為_(kāi)m的遮光膜。解析根據(jù)題意畫出光路圖,如圖所示。BF10 m,CD4 m,AB1.5 m,EF6 m,由幾何關(guān)系知OB2 m,OD3 m,OA2.5 m,OC5 m,則水的折射率n;若在水面上各處都看不到該光,則發(fā)生了全反射,sin C,設(shè)遮光膜半徑為R,tan C,解得R mnsin i3式中C是全反射臨界角,滿足nsin C1由式知,棱鏡的折射率n的取值范圍應(yīng)為n2。答案(1)60(2)n2求解全反射現(xiàn)象中光的傳播時(shí)間的技巧(1)準(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)生全反射的臨界光線是解題的關(guān)鍵。(2)光的傳播路程應(yīng)結(jié)合光路圖與幾何關(guān)系進(jìn)行確定,所以作
7、光路圖時(shí)應(yīng)盡量與實(shí)際相符。(3)光在同種均勻介質(zhì)中的傳播速度不發(fā)生變化,即v。(4)利用t求解光的傳播時(shí)間。跟進(jìn)訓(xùn)練全反射現(xiàn)象的應(yīng)用1.(多選)一光纖通信中信號(hào)傳播的主要載體是光導(dǎo)纖維,它的結(jié)構(gòu)如圖所示,可看成一段直線,其內(nèi)芯和外套的材料不同,光在內(nèi)芯中傳播,下列關(guān)于光導(dǎo)纖維的說(shuō)法正確的是()A內(nèi)芯的折射率比外套的大,光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射B內(nèi)芯的折射率比外套的大,光傳播時(shí)在外套與外界的界面上發(fā)生全反射C波長(zhǎng)越長(zhǎng)的光在光纖中傳播的速度越大D頻率越大的光在光纖中傳播的速度越大E若紫光以如圖所示角度入射時(shí),恰能在光纖中發(fā)生全反射,則改用紅光以同樣角度入射時(shí),不能在光纖中發(fā)生全反射A
8、CE當(dāng)內(nèi)芯的折射率比外套的大時(shí),光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上才能發(fā)生全反射,故選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;波長(zhǎng)越長(zhǎng)的光,頻率越小,介質(zhì)對(duì)它的折射率n越小,根據(jù)公式v,光在光纖中傳播的速度越大,故選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤;根據(jù)sin C知,折射率越大,全反射臨界角越小,紅光的折射率小,則全反射臨界角大,若紫光恰能發(fā)生全反射,則紅光不能發(fā)生全反射,故選項(xiàng)E正確。光的折射和全反射的綜合計(jì)算2.(2019唐山一模)如圖所示,內(nèi)徑為R、外徑為RR的環(huán)狀玻璃磚的圓心為O,折射率為n。一束平行于對(duì)稱軸OO的光線由A點(diǎn)進(jìn)入玻璃磚,到達(dá)B點(diǎn)(未標(biāo)出)剛好發(fā)生全反射。求:(1)玻璃磚的臨界角;(2)A點(diǎn)處光線的入射角和折射角。
9、解析(1)由題給條件畫出光路圖,如圖所示,因在B點(diǎn)剛好發(fā)生全反射,則sin C得C45。(2)在OAB中,OAR,OBR,由正弦定律得得sin r,r30由n得i45。答案(1)45(2)45303.如圖為三棱柱形棱鏡的橫截面,該橫截面為直角邊為d1 m的等腰直角三角形。一細(xì)光束由AB面斜射入,并逐漸調(diào)節(jié)入射角及入射點(diǎn)的位置,使細(xì)光束經(jīng)AB面折射后直接射到AC面,且當(dāng)細(xì)光束與AB面的夾角為30時(shí),該細(xì)光束恰好不能從AC面射出。求:(1)該棱鏡的折射率為多大;(2)如果入射點(diǎn)到A點(diǎn)的距離為,光在真空中的傳播速度為c3.0108 m/s,則光束從AB面?zhèn)鞑サ紸C面所用的時(shí)間應(yīng)為多少?(結(jié)果可保留根
10、號(hào))解析(1)由題意作出光路圖,如圖所示由幾何關(guān)系可知入射角為9060由于在AC面發(fā)生了全反射,則n又因?yàn)樵贏B面上:n解得:n。(2)由幾何關(guān)系可知OE,因?yàn)閟in 所以cos ,則DE m光在棱鏡中的速度為v108 m/s則光束從AB面?zhèn)鞑サ紸C面所用的時(shí)間t108 s。答案(1)(2)108 s 光的色散和光路控制1光的色散(1)成因:棱鏡材料對(duì)不同色光的折射率不同,對(duì)紅光的折射率最小,紅光通過(guò)棱鏡后的偏折程度最小,對(duì)紫光的折射率最大,紫光通過(guò)棱鏡后的偏折程度最大,從而產(chǎn)生色散現(xiàn)象。(2)現(xiàn)象:一束白光通過(guò)三棱鏡后在屏上會(huì)形成彩色光帶。2平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對(duì)光路的控制類別項(xiàng)
11、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(duì)光線的作用通過(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圓界面的法線是過(guò)圓心的直線,經(jīng)過(guò)兩次折射后向圓心偏折題組訓(xùn)練1.(多選)如圖所示,從點(diǎn)光源S發(fā)出的一細(xì)束白光以一定的角度入射到三棱鏡的表面,經(jīng)過(guò)三棱鏡的折射后發(fā)生色散現(xiàn)象,在光屏的ab間形成一條彩色光帶。下列說(shuō)法中正確的是()Aa側(cè)是紅光,b側(cè)是紫光B在真空中a側(cè)光的波長(zhǎng)小于b側(cè)光的波長(zhǎng)C三棱鏡對(duì)a側(cè)光的折射率大于對(duì)b側(cè)光的折射率D在三棱鏡中a側(cè)光的速率比b側(cè)光小E在三棱鏡中a、b兩側(cè)光的速率相同BCD
12、由題圖可以看出,a側(cè)光偏折得較厲害,三棱鏡對(duì)a側(cè)光的折射率較大,所以a側(cè)光是紫光,波長(zhǎng)較短,b側(cè)光是紅光,波長(zhǎng)較長(zhǎng),A錯(cuò)誤,B、C正確;又v,所以三棱鏡中a側(cè)光的傳播速率小于b側(cè)光的傳播速率,D正確,E錯(cuò)誤。2.(多選)(2019南寧二中檢測(cè))如圖所示,一束由兩種單色光混合的復(fù)色光沿PO方向射向一上、下表面平行的厚玻璃平面鏡的上表面,得到三束光、。下列有關(guān)這三束光的判斷正確的是()A光束仍為復(fù)色光,光束、為單色光B光束在玻璃中的傳播速度比光束小C增大角且90,光束、會(huì)遠(yuǎn)離光束D改變角且0,光束可能會(huì)在上表面發(fā)生全反射ABD由題意畫出如圖所示的光路圖,可知光束是反射光線,所以仍是復(fù)色光,而光束、
13、由于折射率的不同導(dǎo)致偏折分離,所以光束、是單色光,故A正確;由于光束的偏折程度大于光束,所以玻璃對(duì)光束的折射率大于對(duì)光束的折射率,根據(jù)v可知,光束在玻璃中的傳播速度比光束小,故B正確;當(dāng)增大角且90,即入射角減小時(shí),光束、會(huì)靠近光束,故C錯(cuò)誤;因?yàn)楹癫A矫骁R的上下表面是平行的,根據(jù)光的入射角與反射角相等以及光的可逆性,可知改變角且0,根據(jù)折射定律,光的折射角增大,根據(jù)光的可逆性知,光束不可能在上表面發(fā)生全反射,故E錯(cuò)誤。 實(shí)驗(yàn):測(cè)定玻璃的折射率1實(shí)驗(yàn)原理如圖所示,當(dāng)光線AO1以一定的入射角1穿過(guò)兩面平行的玻璃磚時(shí),通過(guò)插針?lè)ㄕ页龈肷涔饩€AO1對(duì)應(yīng)的出射光線O2B,從而求出折射光線O1O2和
14、折射角2,再根據(jù)n12或n算出玻璃的折射率。2實(shí)驗(yàn)步驟(1)如圖所示,把白紙鋪在木板上。(2)在白紙上畫一直線aa作為界面,過(guò)aa上的一點(diǎn)O畫出界面的法線NN,并畫一條線段AO作為入射光線。(3)把長(zhǎng)方形玻璃磚放在白紙上,并使其長(zhǎng)邊與aa重合,再用直尺畫出玻璃磚的另一邊bb。(4)在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2。(5)從玻璃磚bb一側(cè)透過(guò)玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像,調(diào)整視線的方向直到P1的像被P2的像擋住。再在bb一側(cè)插上兩枚大頭針P3、P4,使P3能擋住P1、P2的像,P4能擋住P3本身及P1、P2的像。(6)移去玻璃磚,在拔掉P1、P2、P3、P4的同時(shí)分別記下它們的位置,
15、過(guò)P3、P4作直線OB交bb于O。連接O、O,OO就是玻璃磚內(nèi)折射光線的方向。AON為入射角。OON為折射角。(7)改變?nèi)肷浣?,重?fù)實(shí)驗(yàn)。題組訓(xùn)練1某同學(xué)利用“插針?lè)ā睖y(cè)定玻璃的折射率,所用的玻璃磚兩面平行。正確操作后,作出的光路圖及測(cè)出的相關(guān)角度如圖所示。(1)此玻璃的折射率計(jì)算式為n_(用圖中的1、2表示)。(2)如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇,為了減小誤差,應(yīng)選用寬度_(填“大”或“小”)的玻璃磚來(lái)測(cè)量。解析(1)光線由空氣射入玻璃的入射角i901,折射角r902,由折射率的定義可得:n。(2)根據(jù)平行玻璃磚對(duì)光線的影響可知,玻璃磚寬度越大,側(cè)移量越大,折射角的測(cè)量誤差越小。
16、答案(1)(2)大2如圖所示,某同學(xué)用插針?lè)y(cè)定一半圓形玻璃磚的折射率。在平鋪的白紙上垂直紙面插大頭針P1、P2確定入射光線,并讓入射光線過(guò)圓心O,在玻璃磚(圖中實(shí)線部分)另一側(cè)垂直紙面插大頭針P3,使P3擋住P1、P2的像,連接OP3,圖中MN為分界線,虛線半圓與玻璃磚對(duì)稱,B、C分別是入射光線、折射光線與圓的交點(diǎn),AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D點(diǎn)。(1)設(shè)AB的長(zhǎng)度為l1,AO的長(zhǎng)度為l2,CD的長(zhǎng)度為l3,DO為的長(zhǎng)度為l4,為較方便地表示出玻璃磚的折射率,需用刻度尺測(cè)量_,則玻璃磚的折射率可表示為_(kāi)。(2)該同學(xué)在插大頭針P3前不小心將玻璃磚以O(shè)為圓心順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一小角度,由
17、此測(cè)得玻璃磚的折射率將_(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。解析(1)sin 1,sin 2,因此玻璃磚的折射率n,因此只需測(cè)量l1和l3即可。(2)玻璃磚順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小角度,在處理數(shù)據(jù)時(shí),認(rèn)為l1是不變的,即入射角不變,而l3減小,所以測(cè)量值n將偏大。答案(1)l1和l3(2)偏大3(2019濟(jì)南質(zhì)檢)某同學(xué)測(cè)量玻璃磚的折射率,準(zhǔn)備了下列器材:激光筆、直尺、刻度尺、一面鍍有反射膜的平行玻璃磚。如圖所示,直尺與玻璃磚平行放置,激光筆發(fā)出的一束激光從直尺上O點(diǎn)射向玻璃磚表面,在直尺上觀察到A、B兩個(gè)光點(diǎn),讀出OA間的距離為20.00 cm,AB間的距離為6.00 cm,測(cè)得圖中直尺到玻璃磚上表面距離d110.00 cm,玻璃磚厚度d24.00 cm。玻璃的折射率n_,光在玻璃中的傳播速度v_ m/s。(光在真空中傳播速度c3.0108 m/s,結(jié)果保留2位有效數(shù)字)解析作出光路圖如圖所示,根據(jù)幾何知識(shí)可得入射角i45,折射角r37,故折射率n1.2,故v2.5108 m/s。答案1.22.510816
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