(浙江選考)2020版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十二章 光 電磁波 第1講 光的反射與折射 全反射學(xué)案.docx
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第1講光的反射與折射全反射考試標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)內(nèi)容考試要求說明光的反射與折射c不要求引入相對(duì)折射率的概念.全反射c光的顏色、色散b一、光的反射與折射1.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.2.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(dá)式:n.(3)在光的折射現(xiàn)象中,光路是可逆的.3.折射率(1)折射率是一個(gè)反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量.(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.(4)當(dāng)光從真空(或空氣)射入某種介質(zhì)時(shí),入射角大于折射角;當(dāng)光由介質(zhì)射入真空(或空氣)時(shí),入射角小于折射角.自測(cè)1一束光線從空氣射向玻璃,入射角為.下列四幅光路圖中正確的是()答案A二、全反射1.條件:(1)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì).(2)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.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sinC.介質(zhì)的折射率越大,發(fā)生全反射的臨界角越小.自測(cè)2下面四種情況中,能在空氣和水的界面上發(fā)生全反射的是()A.光從水射向空氣,入射角小于臨界角B.光從水射向空氣,入射角大于臨界角C.光從空氣射向水,入射角小于臨界角D.光從空氣射向水,入射角大于臨界角答案B三、光的顏色色散1.色散現(xiàn)象白光通過三棱鏡會(huì)形成由紅到紫七種色光組成的彩色光譜.2.成因由于不同色光折射率不同,它們射到另一個(gè)分界面時(shí),折射率大的光,偏折角也大.3.光的色散現(xiàn)象說明(1)白光為復(fù)色光;(2)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;(3)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.自測(cè)3(多選)圖2中a是一束白光,射向半圓玻璃磚的圓心O,折射后發(fā)生了色散.折射后對(duì)紅光和紫光的說法正確的是()圖2A.光線1是紅光,光線2是紫光B.光線1是紫光,光線2是紅光C.光線3是紅光,光線4是紫光D.光線3是紫光,光線4是紅光答案BD命題點(diǎn)一光的折射問題1.對(duì)折射率的理解(1)公式n中,不論是光從真空或空氣射入介質(zhì),還是從介質(zhì)射入真空或空氣,1總是真空或空氣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)折射率與介質(zhì)的密度沒有關(guān)系,光密介質(zhì)不是指密度大的介質(zhì).(3)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),與入射角的大小無關(guān).同一種介質(zhì)中,頻率越大的色光折射率越大,傳播速度越小.(4)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.應(yīng)用光的折射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圖.(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.例1(多選)如圖3所示,一個(gè)儲(chǔ)油桶的底面直徑與高均為d.當(dāng)桶內(nèi)沒有油時(shí),從某點(diǎn)A恰能看到桶底邊緣的某點(diǎn)B.當(dāng)桶內(nèi)油的深度等于桶高的一半時(shí),仍沿AB方向看去,恰好看到桶底上的點(diǎn)C,C、B兩點(diǎn)相距.則下列說法正確的是()圖3A.油的折射率為B.油的折射率為C.光在油中的傳播速度為108m/sD.光在油中的傳播速度為108m/s答案AC解析因?yàn)榈酌嬷睆脚c桶高相等,所以AONBON45,由ON2CN可知sinCON,因此,油的折射率n,故A正確,B錯(cuò)誤;光在油中的傳播速度v108m/s,故C正確,D錯(cuò)誤.變式1(多選)(2018臺(tái)州市期末)如圖4所示,一玻璃柱體的橫截面為半圓形,細(xì)的單色光束從空氣射向柱體的O點(diǎn)(半圓的圓心),產(chǎn)生反射光束1和透射光束2,已知玻璃折射率為,入射角為45(相應(yīng)的折射角為24),現(xiàn)保持入射光不變,將半圓柱繞通過O點(diǎn)垂直于圖面的軸線順時(shí)針轉(zhuǎn)過15,如圖中虛線所示,則()圖4A.光束1轉(zhuǎn)過15B.光束1轉(zhuǎn)過30C.光束2轉(zhuǎn)過的角度小于15D.光束2轉(zhuǎn)過的角度大于15答案BC變式2(多選)(2015浙江10月選考16)為了從坦克內(nèi)部觀察外部目標(biāo),在厚度為20cm的坦克壁上開了一個(gè)直徑為12cm的孔,若在孔內(nèi)分別安裝由同一材料制成的如圖5甲、乙、丙所示的三塊玻璃,其中兩塊玻璃的厚度相同.坦克內(nèi)的人在同一位置通過玻璃能看到的外界的角度范圍是()圖5A.甲的大于乙的B.甲的小于丙的C.乙的小于丙的D.乙的等于丙的答案AD解析對(duì)甲、乙、丙,人眼的位置一定,入射光線經(jīng)玻璃折射后進(jìn)入眼睛,如圖所示,可知甲的角度范圍大于乙、丙的,乙、丙的角度范圍相同.變式3某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)測(cè)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(cè)量時(shí)光線在空氣和玻璃磚中的傳播路徑.該同學(xué)測(cè)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)折射率的計(jì)算為空氣中的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(duì)應(yīng)正弦值較大,對(duì)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(cuò)誤.命題點(diǎn)二全反射問題1.求解全反射現(xiàn)象中光的傳播時(shí)間的一般思路(1)全反射現(xiàn)象中,光在同種均勻介質(zhì)中的傳播速度不發(fā)生變化,即v.(2)全反射現(xiàn)象中,光的傳播路程s應(yīng)結(jié)合光路圖與幾何關(guān)系進(jìn)行確定.(3)由t求傳播時(shí)間.2.解決全反射問題的一般方法(1)確定光是從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì).(2)應(yīng)用sinC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)如果發(fā)生全反射,畫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(多選)一單色光,在真空中的波長(zhǎng)為0,在玻璃中的波長(zhǎng)為,波速為v,玻璃對(duì)這種色光的折射率為n,已知光在真空中的速度為c,此光從玻璃射向真空發(fā)生全反射的臨界角為C,則()A.sinCB.sinCC.sinCD.sinC答案AC解析單色光在真空中傳播時(shí),速度為光速c,設(shè)其頻率為f,因波長(zhǎng)為0,則有c0f,該光在玻璃中傳播時(shí),波長(zhǎng)為,波速為v,則有vf,玻璃對(duì)此單色光的折射率為n,臨界角為C,則有sinC,選項(xiàng)A、C正確,B、D錯(cuò)誤.變式4如圖7所示,光導(dǎo)纖維由內(nèi)芯和包層兩個(gè)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(jìn)入,從另一端射出,下列說法正確的是()圖7A.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(shí)間相同D.若紫光以如圖所示角度入射時(shí),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(shí),也能在內(nèi)芯和包層分界面上發(fā)生全反射答案A變式5(多選)(2019屆嘉興市質(zhì)檢)一束白光從水中射入真空的折射光線如圖8所示,若保持入射點(diǎn)O不變而逐漸增大入射角,下述說法中正確的是()圖8A.若紅光射到P點(diǎn),則紫光在P點(diǎn)上方B.若紅光射到P點(diǎn),則紫光在P點(diǎn)下方C.紫光先發(fā)生全反射,而紅光后發(fā)生全反射D.當(dāng)紅光和紫光都發(fā)生全反射時(shí),它們的反射光線射到水底時(shí)是在同一點(diǎn)答案BCD解析同一種介質(zhì)對(duì)紫光的折射率大,而對(duì)紅光的折射率小,同一入射角時(shí),紫光的折射角大,所以紫光在P點(diǎn)下方,A錯(cuò)誤,B正確;同理,紫光的臨界角小,紫光先達(dá)到臨界角,紅光后達(dá)到臨界角,C正確;根據(jù)光的反射定律,紅光和紫光都發(fā)生全反射時(shí),反射光線的傳播方向一致,所以它們的反射光線射到水底時(shí)是在同一點(diǎn),D正確.變式6(多選)如圖9所示為半圓形透明介質(zhì)的橫截面,其半徑為R.一束光從半圓形透明介質(zhì)的左邊緣以入射角60射入透明介質(zhì),光束在半圓形透明介質(zhì)的弧形面發(fā)生兩次反射后剛好從半圓形透明介質(zhì)的另一邊緣射出.已知光在真空中傳播的速度為c.則()圖9A.透明介質(zhì)的折射率為B.透明介質(zhì)的折射率為C.透明介質(zhì)全反射臨界角的正弦值為D.光線在透明介質(zhì)中傳播時(shí)間為答案BC解析由幾何關(guān)系知,光束的折射角r30由n知介質(zhì)的折射率n,故A錯(cuò)誤,B正確.由sinC知,發(fā)生全反射臨界角的正弦值為sinC,故C正確.光線在介質(zhì)中傳播路程s3R.傳播時(shí)間t.又v知t,故D錯(cuò)誤.命題點(diǎn)三光路控制和色散1.平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對(duì)光路的控制類別項(xiàng)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(cè)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2.各種色光的比較顏色紅橙黃綠青藍(lán)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(zhǎng)大小臨界角大小通過棱鏡的偏折角小大題型1平行玻璃磚對(duì)光路的控制例3(多選)如圖10所示,空氣中有兩塊材質(zhì)不同、上下表面平行的透明玻璃板平行放置;一細(xì)光束從空氣中以某一角度(090)入射到第一塊玻璃板的上表面.下列說法正確的是()圖10A.在第一塊玻璃板下表面一定有出射光B.在第二塊玻璃板下表面一定沒有出射光C.第二塊玻璃板下表面的出射光方向一定與入射光方向平行D.第一塊玻璃板下表面的出射光線一定在入射光延長(zhǎng)線的右側(cè)答案AC解析光線從第一塊玻璃板的上表面射入,在第一塊玻璃板上表面的折射角和下表面的入射角相等,根據(jù)光的可逆原理可知,光在第一塊玻璃板下表面一定有出射光,同理,在第二個(gè)玻璃板下表面也一定有出射光,故A正確,B錯(cuò)誤.因?yàn)楣庠诓AО逯械纳媳砻娴恼凵浣呛拖卤砻嫒肷浣窍嗟?,根?jù)光的可逆原理知,從下表面出射光的折射角和開始在上表面的入射角相等,即兩光線平行,所以第二塊玻璃板下表面的出射光方向一定與入射光方向平行,故C正確.根據(jù)光線在玻璃板中發(fā)生偏折,由于折射角小于入射角,可知第一塊玻璃板下表面的出射光一定在入射光延長(zhǎng)線的左側(cè),故D錯(cuò)誤.題型2三棱鏡對(duì)光路的控制例4(多選)一束白光從頂角為的三棱鏡的一邊以較大的入射角i射入并通過三棱鏡后,在屏P上可得到彩色光帶,如圖11所示,在入射角i逐漸減小到零的過程中,假如屏上的彩色光帶先后全部消失,則()圖11A.紅光最先消失,紫光最后消失B.紫光最先消失,紅光最后消失C.折射后的出射光線向底邊BC偏折D.折射后的出射光線向頂角A偏折答案BC解析白光從AB面射入玻璃后,由于紫光偏折程度大,從而到達(dá)另一側(cè)面AC時(shí)的入射角較大,且因玻璃對(duì)紫光的折射率大,sinC,因而其臨界角最小,故隨著入射角i的減小,進(jìn)入玻璃后的各色光中紫光首先發(fā)生全反射不再?gòu)腁C面射出,紅光最后消失,通過三棱鏡的光線經(jīng)兩次折射后,出射光線向三棱鏡底邊BC偏折,故B、C正確.變式7(多選)如圖12所示,一束光經(jīng)玻璃三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()圖12A.abC.nanb答案BC解析一束光經(jīng)過三棱鏡折射后,折射率小的光偏折較小,而折射率小的光波長(zhǎng)較長(zhǎng),所以ab,nan乙n丙B.波長(zhǎng)的關(guān)系甲乙丙C.頻率f的關(guān)系f甲f乙f丙D.光由水珠出射到空氣的折射角關(guān)系甲乙丙答案CD解析從空氣射入小水珠時(shí),三種色光的入射角相同,甲光的折射角最大,丙光的折射角最小,根據(jù)n知:甲的折射率最小,丙的折射率最大,即n甲n乙n丙,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;折射率小的,頻率小,波長(zhǎng)長(zhǎng),所以f甲f乙乙丙,選項(xiàng)B錯(cuò)誤,C正確;光由水珠出射到空氣時(shí)的入射角等于光從空氣射入水珠時(shí)的折射角,根據(jù)光的可逆性知,它們由水珠出射到空氣的折射角均等于光從空氣射入水珠的入射角,所以甲乙丙,選項(xiàng)D正確.11.(多選)如圖9所示,杯中裝滿水,上方有一點(diǎn)A,杯底有一點(diǎn)B,A、B連線和水面的交點(diǎn)為O,現(xiàn)在A點(diǎn)用很細(xì)的一束紅光照向水面上的P點(diǎn),正好在B點(diǎn)形成亮點(diǎn).若在A點(diǎn)用很細(xì)的另一顏色的光照向水面上的Q點(diǎn),也正好在B點(diǎn)形成亮點(diǎn).下列說法正確的是()圖9A.不管另一種光是什么顏色,P點(diǎn)和Q點(diǎn)都在O點(diǎn)的右邊B.若另一種光是紫色,則Q點(diǎn)距O點(diǎn)較遠(yuǎn)C.若另一種光是藍(lán)色,則Q點(diǎn)距O點(diǎn)較近D.若另一種光是黃色,P點(diǎn)和Q點(diǎn)都在O點(diǎn)的左邊答案AB解析光從空氣射入水中發(fā)生折射,根據(jù)折射定律知:折射角小于入射角,故知要在B點(diǎn)形成亮點(diǎn),P、Q都應(yīng)在O點(diǎn)右邊,故A正確,D錯(cuò)誤.假設(shè)紫光也照向水面上的P點(diǎn),由于水對(duì)紫光的折射率大于水對(duì)紅光的折射率,根據(jù)折射定律n可知紫光的折射角較小,折射光線更靠近法線,則杯底上光斑落在B點(diǎn)的左側(cè),所以要使紫光照向水面上的Q點(diǎn),也正好在B點(diǎn)形成亮點(diǎn),Q點(diǎn)距O點(diǎn)更遠(yuǎn),故B正確.水對(duì)藍(lán)光的折射率也比水對(duì)紅光的大,同理,若另一種光是藍(lán)色,Q點(diǎn)距O點(diǎn)較遠(yuǎn),故C錯(cuò)誤.12.如圖10所示,一個(gè)三棱鏡的截面為等腰直角ABC,A為直角.此截面所在平面內(nèi)的光線沿平行于BC邊的方向射到AB邊,進(jìn)入棱鏡后直接射到AC邊上,并剛好能發(fā)生全反射.該棱鏡材料的折射率為()圖10A.B.C.D.答案A解析三棱鏡的截面為等腰直角ABC,光線沿平行于BC邊的方向射到AB邊,則第一次折射時(shí)的入射角等于45,射到AC邊上,并剛好能發(fā)生全反射,則有sinC.由折射定律可得:n,聯(lián)立得:n.13.(多選)如圖11所示,一細(xì)束白光通過玻璃三棱鏡折射后分成各種單色光,對(duì)其中a、b、c三種色光,下列說法正確的是()圖11A.c色光在該玻璃三棱鏡中的速度最大B.三種色光的波長(zhǎng)關(guān)系為abcC.若分別讓a、b、c三色光通過同一雙縫干涉裝置,則a光形成的相鄰干涉條紋的間距最大D.若讓a、b、c三色光以相同的入射角從某介質(zhì)射向真空,b光恰能發(fā)生全反射,則a光也一定能發(fā)生全反射答案AD解析根據(jù)光的偏折程度可知,該玻璃三棱鏡對(duì)c光的折射率最小,對(duì)a光的折射率最大,則c光的波長(zhǎng)最長(zhǎng),a光波長(zhǎng)最短,故B錯(cuò)誤.c光的折射率最小,由公式v分析得知,三色光在玻璃三棱鏡中傳播時(shí)c光速度最大,故A正確.c光的波長(zhǎng)最長(zhǎng),a光波長(zhǎng)最短,而相鄰干涉條紋的間距與波長(zhǎng)成正比,則a光形成的相鄰干涉條紋的間距最小,故C錯(cuò)誤.a光的折射率最大,由臨界角公式sin C分析得知,a光的臨界角最小,若讓a、b、c三色光以相同的入射角從某介質(zhì)射向真空,b光恰能發(fā)生全反射,則a光也一定能發(fā)生全反射,故D正確.14.(多選)如圖12甲所示,可以用來測(cè)定半圓柱形玻璃磚的折射率n,O是圓心,MN是法線.一束單色光線以入射角i30由玻璃磚內(nèi)部射向O點(diǎn),折射角為r,當(dāng)入射角增大到也為r時(shí),恰好無光線從玻璃磚的上表面射出.讓該單色光分別通過寬度不同的單縫a、b后,得到圖乙所示的衍射圖樣(光在真空中的傳播速度為c).則下列說法正確的是()圖12A.此光在玻璃磚中的全反射臨界角為60B.玻璃磚的折射率nC.單縫b寬度較大D.光的偏振現(xiàn)象說明光是一種縱波答案BC解析根據(jù)折射定律有n,由題知,玻璃磚的全反射臨界角等于C,則有sinC,結(jié)合i30,Cr,解得n,C45,故A錯(cuò)誤,B正確.由題圖乙知,單色光通過單縫a后衍射現(xiàn)象比較明顯,所以單縫a寬度較小,單縫b寬度較大,故C正確.偏振是橫波特有的現(xiàn)象,光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波,故D錯(cuò)誤.15.(多選)ABCDE為單反照相機(jī)取景器中五棱鏡的一個(gè)截面示意圖,ABBC,由a、b兩種單色光組成的細(xì)光束從空氣垂直AB射入棱鏡,經(jīng)兩次反射后光線垂直BC射出,且在CD、AE邊只有a光射出,光路如圖13所示,則a、b兩束光()圖13A.在真空中,a光的傳播速度比b光大B.在棱鏡內(nèi),a光的傳播速度比b光小C.以相同的入射角從空氣斜射入水中,b光的折射角較小D.分別通過同一雙縫干涉裝置,a光的相鄰亮條紋間距大答案CD解析所有光在真空中有相同的速度,A錯(cuò)誤;在CD界面上,由題圖可知,相同入射角a光發(fā)生了折射,b光發(fā)生了全反射,說明b光比a光折射率大,由公式v可知,同種介質(zhì)中a光傳播速度大,B錯(cuò)誤;由于b光的折射率大,根據(jù)n,可知以相同的入射角從空氣斜射入水中時(shí),b光的折射角較小,C正確;折射率小的光的波長(zhǎng)長(zhǎng),通過同一雙縫干涉裝置,a光的相鄰亮條紋間距大,D正確.- 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