《2019-2020學(xué)年高考物理 主題3 光及其應(yīng)用 1 光的反射和折射學(xué)案（必修1）》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020學(xué)年高考物理 主題3 光及其應(yīng)用 1 光的反射和折射學(xué)案（必修1）（17頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、1光的反射和折射學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求物理觀念：1.理解光的反射定律和折射定律.2.理解折射率的定義及其與光速的關(guān)系.科學(xué)思維：1.能用反射定律和折射定律來解釋和計(jì)算有關(guān)問題.2.能用折射率的定義來進(jìn)行有關(guān)計(jì)算.3.知道光在反射和折射時的光路可逆.一、反射定律和折射定律1.光的反射(1)反射現(xiàn)象：光從第1種介質(zhì)射到它與第2種介質(zhì)的分界面時，一部分光會返回到第1種介質(zhì)的現(xiàn)象.(2)反射定律：反射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，反射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；反射角等于入射角.(3)在光的反射現(xiàn)象中，光路是可逆的.2.光的折射(1)折射現(xiàn)象：光從第1種介質(zhì)射到它與第2種介質(zhì)的分界面時，一部分

2、光會進(jìn)入第2種介質(zhì)的現(xiàn)象.(2)折射定律(如圖1所示)圖1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，即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.二、折射率1.定義光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫做這種介質(zhì)的絕對折射率，簡稱折射率.即n.2.折射率與光速的關(guān)系某種介質(zhì)的折射率，等于光在真空中的傳播速度c與光在這種介質(zhì)中的傳播速度v之比，即n.3.理解由于cv，故任何介質(zhì)的折射率n都大于(填“大于”“小于”或“等于”)1.1.判斷下列說法的正誤.(1)光從一種介質(zhì)進(jìn)入

3、另一種介質(zhì)時，傳播方向一定發(fā)生變化.()(2)入射角增大為原來的2倍，折射角和反射角也都增大為原來的2倍.()(3)介質(zhì)的折射率越大，光在這種介質(zhì)中傳播速度越快.()(4)由折射率的定義式n得出，介質(zhì)的折射率與入射角1的正弦成正比，與折射角2的正弦成反比.()2.一束光從真空進(jìn)入某介質(zhì)，方向如圖2所示，則該介質(zhì)的折射率為_，若光在真空中的傳播速度為c，則光在該介質(zhì)中的傳播速度為_.圖2答案c一、反射定律和折射定律在岸上往平靜的水面觀察，我們既可以看見水中的魚，又可以看見岸上樹的倒影.(1)這兩種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因相同嗎？(2)有經(jīng)驗(yàn)的漁民叉魚時，不是正對著看到的魚去叉，而是對著所看到魚的下方叉，這

4、是為什么？答案(1)不相同.看見水中的魚是光的折射現(xiàn)象，看見岸上樹的倒影是光的反射現(xiàn)象.(2)從魚上反射的光線由水中進(jìn)入空氣時，在水面上發(fā)生折射，折射角大于入射角，折射光線進(jìn)入人眼，人眼會逆著折射光線的方向看去，就會覺得魚變淺了，所以叉魚時要對著所看到的魚的下方叉.1.光的傳播方向：當(dāng)光從一種介質(zhì)垂直進(jìn)入另一種介質(zhì)時，傳播方向不變；斜射時，傳播方向改變.2.光的傳播速度：光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時，傳播速度一定發(fā)生變化.當(dāng)光垂直界面入射時，光的傳播方向雖然不變，但光傳播的速度發(fā)生變化.3.光的折射中入射角與折射角的大小關(guān)系：當(dāng)光從折射率小的介質(zhì)斜射入折射率大的介質(zhì)時，入射角大于折射角，當(dāng)光從

5、折射率大的介質(zhì)斜射入折射率小的介質(zhì)時，入射角小于折射角.4.反射定律和折射定律應(yīng)用的步驟(1)根據(jù)題意畫出光路圖.(2)利用幾何關(guān)系確定光路圖中的邊、角關(guān)系，要注意入射角、反射角、折射角均是光線與法線的夾角.(3)利用反射定律、折射定律及幾何規(guī)律列方程求解.例1光線以60的入射角從空氣射入玻璃中，折射光線與反射光線恰好垂直.(真空中的光速c3.0108m/s) (1)畫出折射光路圖；(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的傳播速度；(3)當(dāng)入射角變?yōu)?5時，折射角的正弦值為多大？(4)當(dāng)入射角增大或減小時，玻璃的折射率是否變化？答案(1)見解析圖(2)108m/s(3)(4)不變解析(1)光路圖如

6、圖所示，其中AO為入射光線，OB為折射光線.(2)由題意，n，又160，1290，得n.設(shè)玻璃中光速為v，由n得v108m/s.(3)當(dāng)入射角為45時，介質(zhì)折射率不變，由n，得sin2.(4)不變化，因?yàn)檎凵渎适怯山橘|(zhì)和入射光頻率共同決定的物理量，與入射角的大小無關(guān).例2如圖3所示為某種透明介質(zhì)的截面圖，AOC為等腰直角三角形，BC為半徑R12cm的四分之一圓弧，AB與水平屏幕MN垂直并接觸于A點(diǎn).一束紅光射向圓心O，在AB分界面上的入射角i45，結(jié)果在水平屏幕MN上出現(xiàn)兩個亮斑.已知該介質(zhì)對紅光的折射率為n，求兩個亮斑與A點(diǎn)間的距離分別為多少.圖3答案見解析解析光路圖如圖所示，設(shè)折射光斑為P

7、1，折射角為r，根據(jù)折射定律得n，可得sinr.由幾何關(guān)系可得：tanr，解得AP16cm，設(shè)反射光斑為P2，由幾何知識可得OAP2為等腰直角三角形，故AP212cm.提示：入射角、折射角、反射角均以法線為標(biāo)準(zhǔn)確定，注意法線與界面的區(qū)別.二、折射率如表所示是在探究光由真空射入某種透明介質(zhì)發(fā)生折射的規(guī)律時得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).請?jiān)诒砀窕A(chǔ)上思考以下問題：入射角i()折射角r()106.71.491.492013.31.501.493019.61.531.494025.21.591.515030.71.631.506035.11.711.517038.61.811.508040.61.971.51(1)

8、隨著入射角的增大，折射角怎樣變化？(2)當(dāng)入射角與折射角發(fā)生變化時，有沒有保持不變的量(誤差允許范圍內(nèi))?答案(1)折射角增大.(2)入射角的正弦值和折射角的正弦值之比保持不變.1.對折射率的理解(1)折射率n，1為真空中的光線與法線的夾角，不一定為入射角；而2為介質(zhì)中的光線與法線的夾角，也不一定為折射角.(2)折射率n是反映介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的物理量，它的大小由介質(zhì)本身和光的頻率共同決定，與入射角、折射角的大小無關(guān)，與介質(zhì)的密度沒有必然聯(lián)系.2.折射率與光速的關(guān)系：n(1)光在介質(zhì)中的傳播速度v跟介質(zhì)的折射率n有關(guān)，由于光在真空中的傳播速度c大于光在任何其他介質(zhì)中的傳播速度v，所以任何介質(zhì)的折射率

9、n都大于1.(2)某種介質(zhì)的折射率越大，光在該介質(zhì)中的傳播速度越小.例3(2016上海卷)一束單色光由空氣進(jìn)入水中，則該光在空氣和水中傳播時()A.速度相同，波長相同B.速度不同，波長相同C.速度相同，頻率相同D.速度不同，頻率相同答案D解析同一單色光在不同的介質(zhì)內(nèi)傳播過程中，光的頻率不會發(fā)生改變；水的折射率大于空氣的折射率，由公式v可以判斷，該單色光進(jìn)入水中后傳播速度減小，故選項(xiàng)D正確.例4(2018全國卷)如圖4，某同學(xué)在一張水平放置的白紙上畫了一個小標(biāo)記“”(圖中O點(diǎn))，然后用橫截面為等邊三角形ABC的三棱鏡壓在這個標(biāo)記上，小標(biāo)記位于AC邊上.D位于AB邊上，過D點(diǎn)作AC邊的垂線交AC于

10、F.該同學(xué)在D點(diǎn)正上方向下順著直線DF的方向觀察，恰好可以看到小標(biāo)記的像；過O點(diǎn)作AB邊的垂線交直線DF于E；DE2cm，EF1cm.求三棱鏡的折射率.(不考慮光線在三棱鏡中的反射)圖4答案解析過D點(diǎn)作AB邊的法線NN，連接OD，則ODN為O點(diǎn)發(fā)出的光線在D點(diǎn)的入射角；設(shè)該光線在D點(diǎn)的折射角為，如圖所示.根據(jù)折射定律有n式中n為三棱鏡的折射率由幾何關(guān)系可知60EOF30在OEF中有EFOEsinEOF由式和題給條件得OE2cm根據(jù)題給條件可知，OED為等腰三角形，有30由式得n.學(xué)科素養(yǎng)這道高考題考查了折射定律、作圖能力、光在三棱鏡中的傳播問題及相關(guān)的知識點(diǎn).通過解題，學(xué)生回顧了折射定律，鍛煉

11、了作圖能力，讓物理概念和規(guī)律在頭腦中得到提煉和升華，體現(xiàn)了“物理觀念”“科學(xué)思維”等學(xué)科素養(yǎng).針對訓(xùn)練兩束平行的細(xì)激光束垂直于半圓柱玻璃的平面射到半圓柱玻璃上，如圖5所示.已知其中一束光沿直線穿過玻璃，它的入射點(diǎn)是O，另一束光的入射點(diǎn)為A，穿過玻璃后兩條光線交于P點(diǎn).已知玻璃半圓截面的半徑為R，OA，OPR.求玻璃材料的折射率.圖5答案解析畫出光路圖如圖所示.其中一束光沿直線穿過玻璃，可知O點(diǎn)為圓心.另一束光從A點(diǎn)沿直線進(jìn)入玻璃，設(shè)在半圓面上的入射點(diǎn)為B，入射角為1，折射角為2，由幾何關(guān)系可得：sin1，解得：130.由幾何關(guān)系可知：BPR，折射角為：260.由折射定律得玻璃材料的折射率為：n

12、.1.(對折射率的理解)(多選)關(guān)于折射率，下列說法正確的是()A.根據(jù)n12可知，介質(zhì)的折射率與入射角的正弦成正比B.根據(jù)n12可知，介質(zhì)的折射率與折射角的正弦成反比C.根據(jù)n可知，介質(zhì)的折射率與光在該介質(zhì)中的傳播速度成反比D.同一頻率的光由真空進(jìn)入不同介質(zhì)時，折射率與光在介質(zhì)中的波長成反比答案CD解析介質(zhì)的折射率是一個反映介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的物理量，由介質(zhì)本身和光的頻率共同決定，與入射角、折射角無關(guān)，故選項(xiàng)A、B均錯誤；由于真空中的光速c是個定值，故折射率n與傳播速度v成反比，選項(xiàng)C正確；由于vf，當(dāng)頻率f一定時，速度v與波長成正比，又折射率n與速度v成反比，故折射率n與波長也成反比，選項(xiàng)D正確

13、.2.(折射率的計(jì)算)(2016四川卷)某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)測定半圓形玻璃磚的折射率n.如圖6甲所示，O是圓心，MN是法線，AO、BO分別表示某次測量時光線在空氣和玻璃磚中的傳播路徑.該同學(xué)測得多組入射角i和折射角r，作出sinisinr圖象如圖乙所示.則()圖6A.光由A經(jīng)O到B，n1.5B.光由B經(jīng)O到A，n1.5C.光由A經(jīng)O到B，n0.67D.光由B經(jīng)O到A，n0.67答案B解析介質(zhì)折射率等于空氣中角度的正弦值和介質(zhì)中角度的正弦值之比，空氣中角度較大，對應(yīng)正弦值較大，對應(yīng)題圖乙中折射角r，故OA為折射光線，光線從B經(jīng)O到A, 由折射率計(jì)算公式得n1.5，故選項(xiàng)B正確，A、C、D錯誤.3.(折

14、射定律的應(yīng)用)(2017江蘇卷)人的眼球可簡化為如圖7所示的模型.折射率相同、半徑不同的兩個球體共軸.平行光束寬度為D，對稱地沿軸線方向射入半徑為R的小球，會聚在軸線上的P點(diǎn).取球體的折射率為，且DR.求光線的會聚角.(示意圖未按比例畫出)圖7答案30解析光路圖如圖所示，設(shè)入射角為i，折射角為r，由幾何關(guān)系可得sini，解得i45，則由折射定律得n，解得r30由幾何關(guān)系知ir，解得30.4.(折射率的計(jì)算)如圖8所示為直角三棱鏡的截面圖，一條光線平行于BC邊入射，經(jīng)棱鏡折射后從AC邊射出.已知A60，光在真空中的傳播速度為c.求：圖8(1)該棱鏡材料的折射率；(2)光在棱鏡中的傳播速度.答案(

15、1)(2)c解析(1)作出完整的光路如圖所示.根據(jù)幾何關(guān)系可知B30，所以60.根據(jù)折射定律有n，又因?yàn)?0，所以.又60，故30.則n.(2)光在棱鏡中的傳播速度vc.一、選擇題考點(diǎn)一光的反射現(xiàn)象和折射現(xiàn)象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刻與實(shí)際存在大氣層的情況相比()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.不變答案B解析如圖所示，假設(shè)地球表面不存在大氣層，則地球上M處的人只能等到太陽運(yùn)動到S處才看見日出，而地球表面存在大氣層時，太陽運(yùn)動到S處，陽光經(jīng)大氣層折射后射到M點(diǎn)，故M處的人在太陽運(yùn)動到S處就能看見日出，不存在大氣層時觀察到的日出時刻與實(shí)際

16、存在大氣層的情況相比將延后，B正確.2.如圖1所示是一束光從空氣射向某介質(zhì)在界面上發(fā)生反射和折射現(xiàn)象的光路圖，下列判斷中正確的是()圖1A.AO是入射光線，OB為反射光線，OC為折射光線B.BO是入射光線，OC為反射光線，OA為折射光線C.CO是入射光線，OB為反射光線，OA為折射光線D.條件不足，無法確定答案C解析法線與界面垂直，根據(jù)反射角等于入射角，折射光線和入射光線位于法線兩側(cè)，可知CO為入射光線，OB為反射光線，OA為折射光線.3.(2018應(yīng)縣一中高二下學(xué)期期中)如圖2所示，井口大小和深度均相同的兩口井，一口是枯井(圖甲)，一口是水井(圖乙，水面在井口之下)，兩井底部各有一只青蛙，則

17、()圖2A.水井中的青蛙覺得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星B.枯井中的青蛙覺得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星C.水井中的青蛙覺得井口小些，晴天的夜晚，枯井中的青蛙能看到更多的星星D.兩只青蛙覺得井口一樣大，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星答案B解析由于井口邊沿的約束，而不能看到更大的范圍，據(jù)此作出邊界光線如圖所示.由圖可看出，所以枯井中的青蛙覺得井口大些；，所以水井中的青蛙可看到更多的星星，故選項(xiàng)B正確，A、C、D錯誤.4.(多選)(2018桐廬高二檢測)如圖3所示，把由同種材料(玻璃)制成的厚度為d的立方體A和半徑為d的半球體B分別放在報(bào)紙上，

18、從正上方(對B來說是最高點(diǎn))豎直向下分別觀察A、B中心處報(bào)紙上的字，下列說法正確的是()圖3A.看到A中的字比B中的字高B.看到B中的字比A中的字高C.看到A、B中的字一樣高D.A中的字比沒有玻璃時的高，B中的字和沒有玻璃時一樣高答案AD解析如圖所示，B中心處的字反射的光線經(jīng)半球體向外傳播時，傳播方向不變，故人看到字的位置是字的真實(shí)位置.而放在A中心處的字經(jīng)折射，人看到的位置比真實(shí)位置要高，A、D正確.考點(diǎn)二折射率及折射定律5.(多選)光從空氣斜射進(jìn)入介質(zhì)中，比值常數(shù)，這個常數(shù)()A.與介質(zhì)有關(guān)B.與折射角的大小無關(guān)C.與入射角的大小無關(guān)D.與入射角的正弦成正比，與折射角的正弦成反比答案ABC

19、解析介質(zhì)的折射率與介質(zhì)和入射光的頻率有關(guān)，與入射角、折射角的大小均無關(guān)，選項(xiàng)A、B、C正確，D錯誤.6.(多選)兩束不同頻率的單色光a、b從空氣平行射入水中，發(fā)生了如圖4所示的折射現(xiàn)象().下列結(jié)論中正確的是()圖4A.在水中的傳播速度，光束a比光束b大B.在水中的傳播速度，光束a比光束b小C.水對光束a的折射率比水對光束b的折射率小D.水對光束a的折射率比水對光束b的折射率大答案AC解析由公式n，可得折射率nanb，C正確，D錯誤；由v，navb，A正確，B錯誤.7.一條光線從空氣射入折射率為的介質(zhì)中，入射角為45，在界面上入射光的一部分被反射，另一部分被折射，則反射光線和折射光線的夾角是(

20、)A.75B.90C.105D.120答案C解析如圖所示，根據(jù)折射定律n，則sin2，故230，反射光線與折射光線的夾角1804530105，C正確.8.如圖5所示，有一玻璃三棱鏡ABC，頂角A為30，一束光線垂直于AB射入棱鏡，從AC射出進(jìn)入空氣，測得出射光線與AC夾角為30，則棱鏡的折射率為()圖5A.B.C.D.答案C解析頂角A為30，則光從AC面射出時，在玻璃中的入射角130.由于出射光線和AC的夾角為30，所以折射角260.由光路可逆和折射率的定義可知n，C項(xiàng)正確.9.如圖6所示，直角三棱鏡ABC的一個側(cè)面BC緊貼在平面鏡上，BAC.從點(diǎn)光源S發(fā)出的細(xì)光束SO射到棱鏡的另一側(cè)面AC上

21、，適當(dāng)調(diào)整入射光SO的方向，當(dāng)SO與AC成角時，其折射光與鏡面發(fā)生一次反射，從AC面射出后恰好與SO重合，則此棱鏡的折射率為()圖6A.B.C.D.答案A解析由題意可知，細(xì)光束SO經(jīng)AC面折射后，折射光線垂直于BC，經(jīng)平面鏡反射后，從AC面射出來，則恰好與SO重合，故此棱鏡的折射率n.10.現(xiàn)代高速公路上的標(biāo)志牌都使用“回歸反光膜”制成，夜間行車時，它能把車燈射出的光逆向反射，使標(biāo)志牌上的字特別醒目.這種“回歸反光膜”是用球體反射元件制成的，如圖7所示，反光膜內(nèi)均勻分布著直徑為10 m的細(xì)玻璃珠，所用玻璃的折射率為，為使入射的車燈光線經(jīng)玻璃珠折射反射再折射后恰好和入射光線平行，那么第一次入射的

22、入射角應(yīng)是()圖7A.15B.30C.45D.60答案D解析已知入射光線和出射光線平行，所以光在三個界面上改變了傳播方向，光線在玻璃珠的內(nèi)表面反射時具有對稱性，由此可作出光路圖如圖所示.由幾何關(guān)系可知i2r根據(jù)折射定律有n由可得i60.二、非選擇題11.如圖8所示是一個透明圓柱體的橫截面，其半徑為R，折射率是，AB是一條直徑.今有一束光，平行AB方向射向圓柱體.若有一條入射光線經(jīng)折射后恰好經(jīng)過B點(diǎn).圖8(1)請用直尺畫出該入射光線經(jīng)折射后到B點(diǎn)的光路圖；(2)求這條入射光線到AB的距離.答案(1)見解析圖(2)R解析(1)光路圖如圖所示.(2)設(shè)入射角為，折射角為，根據(jù)折射定律有n，由幾何關(guān)系

23、2，可得30，60，所以CDRsinR.12.(2017全國卷)如圖9，一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.圖9答案1.43解析如圖，根據(jù)光路的對稱性和可逆性可知，與入射光線相對于OC軸對稱的出射光線一定與入射光線平行.故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，折射角為r.由折射定律有sininsinr由幾何關(guān)系，入射點(diǎn)的法線與O

24、C的夾角為i.由正弦定理有由題設(shè)條件和幾何關(guān)系有sini式中L是入射光線與OC間的距離，L0.6R.由式和題給數(shù)據(jù)得sinr由式和題給數(shù)據(jù)得n1.4313.(2017全國卷)一直桶狀容器的高為2l，底面是邊長為l的正方形；容器內(nèi)裝滿某種透明液體，過容器中心軸DD、垂直于左右兩側(cè)面的剖面圖如圖10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.圖10答案1.55解析設(shè)從點(diǎn)光源發(fā)出的光直接射到D點(diǎn)的光線的入射角為i1，折射角為r1，在剖面內(nèi)作點(diǎn)光源相對于反光壁的對稱點(diǎn)C，連接CD，交反光壁于E點(diǎn)，由點(diǎn)光源射向E點(diǎn)的光線在E點(diǎn)反射后由ED射向D點(diǎn)，設(shè)在D點(diǎn)的入射角為i2，折射角為r2，如圖所示：設(shè)液體的折射率為n，由折射定律可得：nsini1sinr1nsini2sinr2由題意知，r1r290聯(lián)立得：n2由圖中幾何關(guān)系可得：sini1，sini2聯(lián)立得：n1.55.17