2019版高考物理总复习 选考部分 机械振动 机械波 光 电磁波 相对论简介 基础课3 光的折射 全反射学案.doc

基础课3光的折射全反射知识排查光的折射定律折射率1.折射现象光从一种介质斜射入另一种介质时传播方向发生改变的现象，如图1所示。图12.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；入射角的正弦值与折射角的正弦值成正比。(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角大，反之偏折角小。(2)定义式：n，不能说n与sin 1成正比，与sin 2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，说明实验时光由A经过O到D，选项A错误，B正确；在由空气进入该玻璃砖时，光的频率不变，光的波长变为原来的，选项C错误，D正确；以入射角i60由空气进入该玻璃砖时，由折射定律n，其折射角的正弦值为sin rsin i，选项E正确。答案BDE2.(2018上海长宁区模拟)某同学为了测量截面为正三角形的玻璃三棱镜的折射率，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的左侧插上两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的右侧观察到P1和P2的像，当P1的像恰好被P2的像挡住时，插上大头针P3和P4，使P3挡住P1、P2的像，P4也挡住P1、P2的像，在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图15所示。图15(1)在图上画出对应的光路。(2)为了测出三棱镜玻璃材料的折射率，若以AB为分界面，需要测量的量是_，在图上标出它们。(3)三棱镜玻璃材料折射率的计算公式是n_。(4)若在描绘三棱镜轮廓的过程中，放置三棱镜的位置发生了微小的平移(移至图中的虚线位置，底边仍重合)，若仍以AB为分界面，则三棱镜玻璃材料折射率的测量值_真实值(填“大于”“小于”或“等于”)。解析(1)光路图如图所示。(2)若以AB为分界面，需要测量的量为入射角1、折射角2。(3)该三棱镜玻璃材料的折射率的计算公式为n。(4)若在描绘三棱镜轮廓的过程中，放置三棱镜的位置发生了微小的平移，仍以AB为分界面，将入射光线与AB的交点和出射光线与BC的交点连接起来，从而可知该连接线发生偏转，导致折射角变小，所以测量值比真实值大。答案(1)如解析图所示(2)入射角1、折射角2(3)(4)大于活页作业(时间：40分钟)A级：保分练1.(多选)如图1所示，MN是介质1和介质2的分界面，介质1、2的绝对折射率分别为n1、n2，一束细光束从介质1射向介质2中，测得160，230，根据你所学的光学知识判断下列说法正确的是()图1A.介质2相对介质1的相对折射率为B.光在介质2中的传播速度小于光在介质1中的传播速度C.介质1相对介质2来说是光密介质D.光从介质1进入介质2可能发生全反射现象E.光从介质1进入介质2，光的波长变短解析光从介质1射入介质2时，入射角与折射角的正弦之比叫做介质2相对介质1的相对折射率，所以有n21，选项A正确；因介质2相对介质1的相对折射率为，可以得出介质2的绝对折射率大，因n，所以光在介质2中的传播速度小于光在介质1中的传播速度，选项B正确；介质2相对介质1来说是光密介质，选项C错误；光从光密介质射入光疏介质时，有可能发生全反射现象，选项D错误；光从介质1进入介质2，光的频率不变，速度变小，由vf可知，光的波长变短，选项E正确。答案ABE2.(多选)如图2，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为，经折射后射出a、b两束光线。则()图2A.在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度B.在真空中，a光的波长小于b光的波长C.玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率D.若改变光束的入射方向使角逐渐变大，则折射光线a首先消失E.分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距解析由题图知，光从玻璃砖射出时，入射角相同，a光的折射角大于b光的折射角，玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率，a光在玻璃中的传播速度比b光的小，a光的频率比b光的大，在真空中，a光的波长较短，a光形成的干涉条纹间距较小，选项A、B正确，C、E错误；a光的全反射临界角较小，当入射角增大时，a光先发生全反射，其折射光线先消失，选项D正确。答案ABD3.(2018河北衡水中学调研)(多选)如图3所示，一块上、下表面平行的玻璃砖的厚度为L，玻璃砖的折射率n，若光从上表面AB射入的入射角i60，光在真空中的光速为c，则()图3A.折射角r30B.光在玻璃中传播的时间为C.光在玻璃中传播的时间为D.改变入射角i，光在下表面CD可能发生全反射E.光一定能从CD面射出解析由n得sin r0.5，得r30，故A正确；光在玻璃中传播的速度为v，由几何知识可知光在玻璃中传播的路程为s，则光在玻璃中传播的时间为t，故B错误，C正确；由于光在CD面上的入射角等于光在AB面上的折射角，根据光路可逆性原理可知光一定能从CD面射出，故D错误，E正确。答案ACE4.(多选)如图4所示为一横截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜，两种颜色不同的可见细光束a、b垂直于底边从空气射向玻璃，光路如图所示，则下列说法正确的是()图4A.玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率B.a光和b光由空气进入玻璃棱镜后频率都变小C.a光和b光在玻璃中传播时a光的波长小于b光的波长D.在相同条件下进行双缝干涉实验，a光的条纹间距比b光的大E.a光和b光以相同的入射角由玻璃射向空气，若逐渐增大入射角，则b光先发生全反射解析两束光在直角边的入射角i相同，折射角rarb，由折射定律得navb，且fab，选项C错误；由双缝干涉条纹间距公式x知，xaxb，选项D正确；由sin C知，CaCb，故b光先发生全反射，选项E正确。答案ADE5.玻璃半圆柱体的半径为R，横截面如图5所示，圆心为O，A为圆柱面的顶点。两条单色红光分别按如图方向沿截面入射到圆柱体上，光束1指向圆心，方向与AO夹角为30，光束2的入射点为B，方向与底面垂直，AOB60，已知玻璃对该红光的折射率n，求两条光线经底面折射后的交点与O点的距离d。图5解析光路图如图所示，光线2在B点折射时，入射角i60由折射定律有n得sin r，r30入射到底面的入射角i60r30则sin rnsin i，r60折射光线交AO延长线于D点根据几何知识知LOCR同理，光线1从O点射出，折射光线与CD交于E点，折射角EOD60则EOD为等边三角形，dOEODLOCtan 30答案B级：拔高练6.(多选)一玻璃半圆柱置于空气中，其横截面(纸面)如图6所示，O为半圆的圆心。一束由红光和紫光组成的复色光，沿半径PO方向射入半圆柱后被分成两束光OA、OB，PON。已知折射光OB是单色光，光线PO可在纸面内绕O点顺时针旋转()，逆时针旋转(90)，则下列说法正确的是()图6A.OB是红光B.OA是由红光和紫光组成的复色光C.玻璃对紫光的折射率小于D.顺时针旋转时，光线OB可能消失，光线OA绕O点逆时针旋转E.逆时针旋转时，光线OB可能消失，光线OA绕O点顺时针旋转解析光在界面发生反射和折射，入射角相同时，红光折射角小于紫光折射角，折射光OB是红光，紫光已经发生了全反射，选项A正确；反射光OA是由红光和紫光组成的复色光，选项B正确；图中角大于或等于紫光全反射的临界角，由sin 可得玻璃对紫光的折射率n，选项C错误；若光线PO在纸面内绕O点顺时针旋转()，入射角减小，则光线OB不可能消失，光线OA绕O点逆时针旋转，选项D错误；若光线PO在纸面内绕O点逆时针旋转(90)，入射角增大，则光线OB可能消失，光线OA绕O点顺时针旋转，选项E正确。答案ABE7.如图7为三棱镜ABC的截面图，A70，入射光线垂直于AC射入棱镜，已知该光在玻璃与空气的界面处发生全反射的临界角为45，光在真空中传播速度为c。求：图7(1)光线在三棱镜中传播的速度；(2)光线第一次从三棱镜射入空气时的折射角。解析(1)根据sin 45，可得玻璃对该光的折射率n，由n，解得光线在三棱镜中传播的速度v(2)画出光在三棱镜传播的光路图，如图所示。光线先射到AB面上，入射角i170，大于全反射的临界角45，故光线在AB面上发生全反射，光射到BC面上，入射角i250，大于全反射的临界角45，故光线在BC面上发生全反射，光线第二次射到AB面上时，入射角小于全反射的临界角45，故光线从三棱镜AB面射入空气，由折射定律n，解得r45。答案(1)c(2)458.如图8所示为截面为四分之三圆的玻璃柱，圆弧ABC面镀银，圆弧的半径为10 cm。一细光束垂直OA并从OA的中点D射入玻璃柱，玻璃柱对该光的折射率为，光在真空中的传播速度为c3108 m/s，求：图8(1)光从玻璃柱中射出时的光线与入射光的夹角；(2)光在玻璃柱中传播的时间(结果保留3位有效数字)。解析(1)光束射入玻璃柱后的光路如图所示，在E点有sinDEO，得DEO30由几何关系知，DEOBEOEBOOBF光在OC面上射出时的入射角r30由折射定律n得光从OC面射出时的折射角i45则光从玻璃柱中射出时的光线与入射光的夹角为i135(2)光在玻璃柱中传播的路程为sDEEBBFDERcos 30BE2Rcos 30BF光在玻璃柱中传播的速度为v光在玻璃柱中传播的时间为t代入数据解得t4.33109 s答案(1)135(2)4.33109 s9.如图9所示，在一个足够大的水池中有一名潜水员在水面下E处潜泳，E处与水面的距离为1 m，与岸边的水平距离为1.1 m，潜水员在E处恰好看不到离岸边2 m、高出岸边1 m的标志物P，已知岸边距离水面的高度BC为0.3 m。图9(1)求水的折射率；(2)若此时潜水员打开自身携带的一个点光源，同时竖直下潜，若要使水面上能出现一个最大的完整的圆形透光区域，则潜水员需要下潜多少距离？(不考虑光的多次反射