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

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．l1l2>l0

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