2019版高考物理一轮复习第十五章光电磁波与相对论第1讲光的折射全反射学案.doc

第1讲光的折射全反射考情微解读见学生用书P212 微知识1 光的直线传播1光源光源是能自行发光的物体，它的特点是能将其他形式的能转化为光能。光在介质中的传播就是能量的传播。2光沿直线传播的条件及光速(1)光在同种均匀介质中，总是沿着直线传播，光在真空中的传播速度c3.0108_m/s。光在任何介质中的传播速度都小于c。(2)若n为介质的折射率，则光在此介质中的传播速度v。微知识2 光的折射1折射现象光从一种介质进入另一种介质时，在界面上光路发生改变的现象。2折射定律折射光线与入射光线、法线在同一平面内；折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦和折射角的正弦成正比，即n。3折射率(1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的折射率。(2)表达式：n。(3)决定因素：由介质本身及光的频率共同决定，与入射角、折射角的大小无关，与介质的密度有关。(4)折射率与光速的关系。介质的折射率等于光在真空中的速度与在该介质中的速度之比，即n。(5)光疏介质与光密介质。任何介质的折射率都大于1，折射率越大，光在其中的传播速度就越小。两种介质相比较，折射率大的介质叫光密介质，折射率小的介质叫光疏介质。 特别提醒(1)在光的折射现象中，光路是可逆的。(2)公式n中，1是真空(或空气)中的光线与法线间的夹角，2是介质中的光线与法线间的夹角，不一定称1为入射角，2为折射角。微知识3 全反射1定义光从光密介质射向光疏介质，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90时，折射光完全消失，只剩下反射光的现象。2条件(1)光从光密介质射向光疏介质；(2)入射角大于或等于临界角。3临界角指折射角等于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。4应用光导纤维应用了光的全反射原理。一、思维辨析(判断正误，正确的画“”，错误的画“”。)1折射率的大小由介质和光的频率共同决定，与入射角、折射角的大小无关。()2密度大的物体为光密介质，密度小的物体为光疏介质。()3光从一种介质进入另一种介质时，光的频率不变。()4不同颜色的光在真空中的传播速度都相同，均为3.0108 m/s。()5在同一种介质中，红光的折射率小于紫光的折射率。()二、对点微练1(光的反射和折射)一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光a、b。已知a光的频率小于b光的频率。下列哪个光路图可能是正确的()解析因a光的频率小于b光的频率，则a光的折射率小于b光的折射率，射入玻璃后a光的折射角较大；两种光从玻璃中岀射时应该平行射出，故选B项。答案B2(折射率)如图，一个三棱镜的截面为等腰直角ABC，A为直角。此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边，进入棱镜后直接射到AC边上，并刚好能发生全反射。该棱镜材料的折射率为()A.B.C.D.解析如图所示，由23，n与n，解得n。答案A3(光的色散)虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球来说明。两束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带，光路如图所示。M、N、P、Q点的颜色分别为()A紫、红、红、紫 B红、紫、红、紫C红、紫、紫、红 D紫、红、紫、红解析玻璃对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大，由折射定律和反射定律可知M点为紫色、N点为红色，P点为红色，Q点为紫色，故A项正确。答案A4(全反射)某种介质对空气的折射率是，一束光从该介质射向空气，入射角是60，则下列光路图中正确的是(图中为空气，为介质)()解析由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由sinC，得C45160，故在两介质的界面上会发生全反射，只有反射光线，没有折射光线，故选项D正确。答案D见学生用书P213微考点1折射定律的理解和应用核|心|微|讲对折射率的理解1公式n中，不论是光从真空射入介质，还是从介质射入真空，1总是真空中的光线与法线间的夹角，2总是介质中的光线与法线间的夹角。2折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关。3折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质。4折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。5同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。典|例|微|探【例1】某次探矿时发现一天然透明矿石，经测量其折射率n。人工打磨成球形后置于空气中(如图所示)，已知球半径R10 cm，MN是一条通过球心O的直线，单色细光束AB平行于MN射向球体，B为入射点，AB与MN间距为d5 cm，CD为出射光线。求：(1)光从B点传到C点的时间。(2)CD与MN所成的角。【解题导思】(1)光在矿石中的传播距离如何求解？答：通过光的折射定律和几何知识结合求得。(2)光在矿石中的传播速度是光速c吗？答：不是，在矿石中的光的传播速度为。 解析光路图如图。(1)光线在B点界面的入射角与折射角分别为1，2。由数学知识得sin1，145。由折射率n，得sin2。光在球体中传播的速度 v，BC间的距离s2Rcos2，则光线在球中传播的时间t109 s。(2)在C点折射角为，根据光路可逆性得145。由几何知识得COP1BOC1804512015，因COP，得 COP451530。答案(1)109 s(2)30光的折射问题规范求解的步骤及注意问题(1)一般解题步骤依据题意准确作出光路图，注意作准法线。利用数学知识找到入射角和折射角。利用折射定律列方程。(2)“三点注意事项”根据折射定律和入射光线画出折射光线，找到入射角和折射角，要注意入射角、折射角是入射光线、折射光线与法线的夹角。应用公式n时，一定要确定准哪个角在分子上，哪个角在分母上。注意在折射现象中，光路是可逆的。题|组|微|练1.如图所示，一束单色光从空气入射到棱镜的AB面上，经AB和AC两个面折射后从AC面进入空气。当出射角i和入射角i相等时，出射光线相对于入射光线偏转的角度为。已知棱镜顶角为，则计算棱镜对该色光的折射率表达式为()A. B.C. D.解析如图所示，i2，i1。由折射定律可知n，A项正确。答案A2.半径为R的玻璃半圆柱体，横截面如图所示，圆心为O。两束细平行单色红光沿截面射向圆柱面，方向与底面垂直，光线1的入射点A为圆柱面的顶点，光线2的入射点为B，AOB60，已知该玻璃对红光的折射率n。(1)求两条光线经圆柱面和底面折射后的交点与O点的距离d。(2)若入射的是单色蓝光，则距离d将比上面求得的结果大还是小？(3)若1、2分别为白色细光束，且沿AO方向在O的下方放一光屏。则光屏上出现什么现象？解析(1)光路如图所示，可知160，由n，得230，由几何关系及折射定律公式得130，260，OCR，在OCD中可得ODdR。(2)由于蓝光比红光波长小，折射率大，所以d将减小。(3)由于折射率越大d越小，因此白光束经玻璃半圆柱体后，将在光屏上形成自下而上为红橙黄绿蓝靛紫的彩色光带。答案(1)(2)小(3)自下而上红橙黄绿蓝靛紫的彩色光带微考点2全反射现象核|心|微|讲1全反射的理解(1)如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象。(2)光的全反射现象遵循光的反射定律，光路是可逆的。(3)当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射。当折射角等于90时，实际上就已经没有折射光了。(4)全反射现象可以从能量的角度去理解：当光由光密介质射向光疏介质时，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，这时就发生了全反射。2全反射的有关现象及应用(1)海水浪花呈白色、玻璃(水)中气泡看起来特别亮、沙漠蜃景、夏天的柏油路面看起来“水淋淋”的、海市蜃楼、钻石的夺目光彩、水下灯照不到整个水面、全反射棱镜等。(2)光导纤维结构：简称光纤，是一种透明的玻璃纤维丝，直径在几微米到一百微米之间，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，即内芯是光密介质，外套是光疏介质。原理：光在光纤的内芯中传播，每次射到内、外层的界面上时，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射。典|例|微|探【例2】半径为R、介质折射率为n的透明圆柱体，过其轴线OO的截面如图所示。位于截面所在平面内的一细束光线，以角i0由O点入射，折射光线由上边界的A点射出。当光线在O点的入射角减小至某一值时，折射光线在上边界的B点恰好发生全反射。求A、B两点间的距离。【解题导思】在上边界上的B点刚好发生全反射时的临界角如何计算？答：sinC 解析当光线在O点的入射角为i0时，设折射角为0，由折射定律得n。由A点与左端面的距离为dA，由几何关系得sin0。若折射光线恰好发生全反射，则在B点的入射角恰好为临界角C，设B点与左端面的距离为dB，由折射定律得sinC，由几何关系得sinC。设A、B两点间的距离为d，可得ddBdA，联立式得d()R。答案()R题|组|微|练3.打磨某剖面如图所示的宝石时，必须将OP、OQ边与轴线的夹角切磨在12，光线一定在OP边发生全反射B若2，光线会从OQ边射出C若1，光线会从OP边射出D若2，则光线在OP上不发生全反射，选项A、B错误。答案D4.如图所示，半圆玻璃砖的半径R10 cm，折射率为n，直径AB与屏幕垂直并接触于B点。激光a以入射角130射向半圆玻璃砖的圆心O，结果在屏幕MN上出现两个光斑。求两个光斑之间的距离L。解析画出如图所示的光路图设折射角为2，根据折射定律n，解得260由几何知识得，OPQ为直角三角形，所以两个光斑之间的距离PQ，即L cm23.1 cm。答案23.1 cm见学生用书P215光路控制问题素能培养平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制 特别提醒不同颜色的光的频率不同，在同一种介质中的折射率、光速也不同，发生全反射现象的临界角也不同。经典考题如图，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b，波长分别为a、b，该玻璃对单色光a、b的折射率分别为na、nb，则()Aab，nanb Bab，nanbCab，nanb Dab，nanb解析由题图知，三棱镜对b光的折射率较大，所以nanb。又因为光的频率越大，介质对光的折射率就越大，故b光的频率大于a光的频率，又根据cf，所以b光的波长小于a光的波长，即ab，所以B项正确，A、C、D项错误。答案B对法对题1.如图所示，两细束平行的单色光a、b射向同一块玻璃砖的上表面，最终都从玻璃砖的下表面射出。已知玻璃对单色光a的折射率较小，那么下列说法中正确的有()A进入玻璃砖后两束光仍然是平行的B从玻璃砖下表面射出后，两束光不再平行C从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离一定减小了D从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离可能和射入前相同解析进入时入射角相同，折射率不同，因此折射角不同，两束光在玻璃内不再平行，但从下表面射出时仍是平行的，射出时两束光之间的距离根据玻璃砖的厚度不同而不同，在厚度从小到大变化时，该距离先减小后增大，有可能和入射前相同(但左右关系一定改变了)。答案D2直线P1P2过均匀玻璃球球心O，细光束a、b平行且关于P1P2对称，由空气射入玻璃球的光路如图所示。a、b光相比()A玻璃对a光的折射率较大B玻璃对a光的临界角较小Cb光在玻璃中的传播速度较小Db光在玻璃中的传播时间较短解析由题图可知，b折射程度较大，故玻璃对b的折射率较大，A项错误；由sinC知b的临界角较小，B项错误；由v知，b在玻璃中的传播速度较小，C项正确；b在玻璃中传播距离大且传播速度小，由t知，b在玻璃中的传播时间较长，D项错误。答案C见学生用书P2151某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n。如图甲所示，O是圆心，MN是法线，AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径。该同学测得多组入射角i和折射角，作出sinisin图象如图乙所示。则()A光由A经O到B，n1.5B光由B经O到A，n1.5C光由A经O到B，n0.67D光由B经O到A，n0.67解析由题图乙可知，入射角i小于折射角，则可知光是从玻璃砖进入空气，即光由B经O到A；由折射率公式，n1.5，B项正确。答案B2(多选)光在某种介质中的传播速度是1.5108 m/s，光从该介质射向空气时()A介质的临界角是30B大于或等于30的所有角都是临界角C入射角大于或等于30时都能发生全反射D临界角可能是60解析由n2，sinC知临界角C30，所以A、C项正确。答案AC3.(多选)半圆形玻璃砖横截面如图，AB为直径，O点为圆心。在该截面内有a、b两束单色可见光从空气垂直于AB射入玻璃砖，两入射点到O的距离相等。两束光在半圆边界上反射和折射的情况如图所示，则a、b两束光()A在同种均匀介质中传播，a光的传播速度较大B以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角大C在真空中，a光的波长小于b光波长D让a光向A端逐渐平移，将发生全反射解析由题图可知，b光发生了全反射，a光没有发生全反射，即a光发生全反射的临界角Ca大于b光发生全反射的临界角Cb，根据sinC，知a光的折射率小，即navb，选项A正确；根据n，当i相等时，ab，选项B错误，a光束向A端平移，射到圆面的入射角增大到大于临界角，发生全反射，故选项D正确。答案AD4.(多选)如图所示，实线为空气和水的分界面，一束蓝光从空气中的A点沿AO1方向(O1点在分界面上，图中O1点和入射光线都未画出)射向水中，折射后通过水中的B点。图中O点为A、B连线