2019届高考物理二轮复习光学专题光的折射讲义.docx

光的折射1.折射定律(1)内容：如图1所示，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：n.(3)在光的折射现象中，光路是可逆的.2.折射率(1)折射率是一个反映介质的光学性质的物理量.(2)定义式：n.(3)计算公式：n，因为vc，所以任何介质的折射率都大于1.(4)当光从真空(或空气)射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质射入真空(或空气)时，入射角小于折射角.3.折射率的理解(1)折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关.(2)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.(3)同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小.一、光的折射定律1（1）折射光线在入射光线和法线所在的平面上，折射光线和入射光线分居在法线的两侧，（2）入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一常数折射定律的各种表达形式： (1为入、折射角中的较大者。)在光的折射现象中，光路也是可逆的。二、折射率： ird1 2（1） 光从真空射入某种介质时，入射角的正弦跟折射角的正弦之比（2）（2）折射率等于光在真空中的速度c 跟光在这种介质中的速度v之比，n= c/v三、通过平行玻璃砖的光线当光线从玻璃砖上表面入射，从下表面射出时，其特点是：光线通过平行玻璃砖后的出射光线和入射光线平行且有侧向位移。侧向位移的大小跟平行玻璃砖的厚度及入射角、折射率有关。各种色光在第一次入射时发生色散（第二次折射不再色散）；射出光线的侧移和折射率、入射角、玻璃砖的厚度有关；可利用玻璃砖测定玻璃的折射率。四、 通过棱镜的光线（1）光线通过三棱镜两次向底面偏折，通过三棱镜所成的像向顶角偏移，偏折角度跟棱镜材料的折射率有关，折射率越大，偏折角度越大.偏折角度还跟入射角的大小有关系.（2）白光通过三棱镜后产生色散现象，（3）全反射棱镜是横截面成等腰直角三角形的三棱镜。全反射棱镜ABCABC4545甲乙ABC光线通过棱镜后向底面偏折COMNABDP1P2P31（2）（本题4分）如图所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线，并让入射光线过圆心O，在玻璃砖（图中实线部分）另一侧垂直纸面插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，连接O P3图中MN为分界面，虚线半圆与玻璃砖对称，B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点，AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点 设AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长度为l3，DO的长度为l4，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量 （用上述给出量的字母表示），则玻璃砖的折射率可表示为 答：l1、l3；l1/l3 （每空2分）P1P2P3P4OA2 （2）（5分）（选做，适合选修34的同学）如图所示，某同学利用方格坐标纸测定半圆形玻璃砖的折射率，OA是画在纸上的直线，他在直线OA适当位置先后竖直插上P1、P2两枚大头针，如图放上玻璃砖（如粗黑线所示），然后插上P3、P4大头针。其中他确定P3大头针位置的方法应当是： 。若该同学实验操作规范准确，其记录的情况如图所示。该同学还用圆规做了一个以O为圆心，半径与玻璃砖相同的半圆（如图中虚线所示）。请您帮这位同学算出玻璃砖的折射率，写出必要的计算过程。P1P2P3P4OACBDE本小题考查用插针法测定玻璃折射率的实验数据处理方法。透过玻璃砖看，P3大头针挡住P1、P2两枚大头针的像。（2分）如图，由折射定律可得： （3分）O21入射光3.（2）（4分）如图，一玻璃柱体的横截面为半圆形，细的单色光束从空气射向柱体的O点（半圆的圆心），产生反射光束1和透射光束2，已知玻璃折射率为，当入射角时，求反射光束1和透射光束2之间的夹角多大？解：反射角60 （1分）由折射定律 （1分）解得折射角r = 30 （1分）因此反射光束1和透射光束2之间的夹角 （1分）4、图2表示两面平行玻璃砖的截面图，一束平行于CD边的单色光入射到AC界面上，a、b是其中的两条平行光线光线a在玻璃砖中的光路已给出画出光线B从玻璃砖中首次出射的光路图，并标出出射光线与界面法线夹角的度数ABCDab45454530图2BCDab4545454530A30解：光路如图所示HrS5(选修3-4) (2)在水面上放置一个足够大的遮光板，板上有一个半径为r的圆孔，圆心的正上方h 处放一个点光源S，在水面下深H处的底部形成半径为R的圆形光亮区域(图中未画出)测得r=8cm，h=6cm，H=24cm，R=26cm，求水的折射率HhrS解：根据光路图，可知 （2分）（2分）由折射定律得，得n= （2分）iOhA6（2）如图所示，己知平行玻璃砖的折射率，厚度为d.入射光线AO以入射角i=60射到玻璃砖的上表面，经玻璃砖折射从下表面射出，出射光线与入射光线平行，求两平行光线间距离.（结果可用根式表示）解：作出光路如图，由折射定律得 所以r=300 irOCDB由图知DOC=DOB=300则 出射光线与入射光线间的距离是O1O2AB水7（6分）如图所示，空气中有A点，水中有B点，在A点置一信号源发出光波和声波讯号传到水中B，沿AO1B路径传播的是a波，沿AO2B路径传播的是b波，则a波、b波各是什么波？简述你的判断过程。答：a波是光波，b波是声波。无线电波从空气进入水中速度变小，入射角大于折射角；而超声波从空气进入水中速度变大，入射角小于折射角，所以a波是光波、b波是声波。8B（2）（模块3-4试题）ABO图示是一透明的圆柱体的横截面，其半径R20cm，折射率为，AB是一条直径，今有一束平行光沿AB方向射向圆柱体，试求：光在圆柱体中的传播速度；距离直线AB多远的入射光线，折射后恰经过B点.解：光在圆柱体中的传播速度BPCOD（2分）设光线PC经折射后经过B点，光路图如图所示由折射定律有： （2分）又由几何关系有： （1分）解得 光线PC离直线AB的距离（1分）则距离直线AB为的入射光线经折射后能到达B点ABO12（2）如图所示，玻璃球的半径为R，折射率，今有一束平行光沿直径AB方向照射在玻璃球上，试求离AB多远的入射光线最终射出后沿原方向返回。解：由光路图知122dAB解式得 即230160d=Rsin1 609、如图，一束单色光射入一玻璃球体，入射角为60。己知光线在玻璃球内经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行。此玻璃的折射率为 （ C ）O60ABCDA B1.5 C D2解析：如图，为光线在玻璃球内的光路图A、C为折射点，B为反射点，作OD平行于入射光线，NMAOBai故，所以，玻璃的折射率10.(3)如图所示，半圆玻璃砖的半径R=10cm，折射率为，直径AB与屏幕垂直并接触于A点激光a以入射角i=30射向半圆玻璃砖的圆心O，结果在水平屏幕MN上出现两个光斑求两个光斑之间的距离L解：画出如图光路图,设折射角为r,根据折射定律rNMAOBaQPi（1分）解得 （1分）由几何知识得，OPQ为直角三角形，所以两个光斑PQ之间的距离（2分）解得 （1分）11BCA(3) (3-4模块) (5分)如图所示，一个横截面为直角三角形的三棱镜，A=30，C90三棱镜材料的折射率是。一条与BC面成30角的光线射向BC面，经过AC边一次反射从AB边射出。求从AB边射出光线与AB边的夹角。解：由折射定律，在BC界面： BCA第12题（3）图 / （1分） =300 （1分）光线在AC界面发生反射再经AB界面折射 （1分） （1分）/=60则射出光线与AB面的夹角=90-/=30 （1分） 12、（9分） 物理选修34 RO一半径为R的1/4球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，如图所示已知入射光线与桌面的距离为求出射角解：本题考查几何光学知识，通过画光路图，根据折射定律，由几何关系列式求解。设入射光线与1/4球体的交点为C，连接OC，OC即为入射点的法线。因此，图中的角为入射角。过C点作球体水平表面的垂线，垂足为B。依题意，COB=。又由OBC知ROaaB 设光线在C点的折射角为，由折射定律得 解得：30 由几何关系知，光线在球体的竖直表面上的入射角30(见图)由折射定律得： 因此： ，解得：60 ABCNM乙甲AMNBC13(16分)如图甲所示，在保龄球球道的一侧平行于球道有一面竖立的平面镜，保龄球被掷出后沿球道中央线BC做匀速直线运动。有人想利用球道旁的这个平面镜测出球的运动速度，于是他在平面镜中央正前方位于球道另一侧距平面镜d=1.6m的A点，眼睛贴近地面观察，测出在平面镜中看到球像的时间t=1.5s。设他在镜中刚能看到球像时球的位置在P点，恰好看不到球像时球的位置在