高考物理一轮复习 专题12.3 光的折射 全反射教学案.doc

专题12.3 光的折射 全反射1.理解折射率的概念，掌握光的折射定律.2.掌握全反射的条件，会进行有关简单的计算 一、光的折射定律折射率1折射现象图1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，如图1所示。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 c，故任何介质的折射率总大于1。二、全反射光导纤维1全反射(1)定义：光从光密介质射入光疏介质，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：光从光密介质射向光疏介质。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sin c。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。高频考点一光的折射定律例1(多选)如图所示，光在真空和介质的界面mn上发生偏折，那么下列说法正确的是()a光是从真空射向介质b介质的折射率为1.73c光在介质中的传播速度为1.73108 m/sd反射光线与折射光线成60角e反射光线与折射光线成90角答案：bce【变式探究】(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连线与分界面的交点。下列说法正确的是()ao1点在o点的右侧b蓝光从空气中射入水中时，速度变小c若沿ao1方向射向水中的是一束紫光，则折射光线有可能通过b点正下方的c点d若沿ao1方向射向水中的是一束红光，则折射光线有可能通过b点正上方的d点e若蓝光沿ao方向射向水中，则折射光线有可能通过b点正上方的d点答案：bcd【举一反三】一组平行的细激光束，垂直于半圆柱玻璃的平面射到半圆柱玻璃上，如图所示。已知光线沿直线穿过玻璃，它的入射点为o，光线的入射点为a，穿过玻璃后两条光线交于一点。已知半圆柱玻璃横截面的半径为r，oa，玻璃的折射率n。求两条光线射出玻璃后的交点与o点的距离。解析：两条光线的光路如图所示，设射出玻璃后两光线的交点是p，光线从玻璃射出时的入射角为i，折射角为r，根据折射定律得：n由几何关系可得i30代入得r60由几何关系可得op2rcos 30r。 答案：r高频考点二全反射现象例2如图，一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，o点为该玻璃砖截面的圆心，下图能正确描述其光路的是()答案a【变式探究】(1)打磨某剖面如图4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1，光线会在op边发生全反射答案d解析全反射的条件：sin c，90c，越小越容易发生全反射，选项a、c错误，选项d正确较大时，已从op边射出，选项b错误【举一反三】一半径为r的半圆柱形玻璃砖，横截面如图5所示已知玻璃的全反射临界角()与玻璃砖的底平面成()角度、且与玻璃砖横截面平行的平行光射到玻璃砖的半圆柱面上经柱面折射后，有部分光(包括与柱面相切的入射光)能直接从玻璃砖底面射出若忽略经半圆柱内表面反射后射出的光求底面透光部分的宽度图5答案见解析高频考点三光路控制问题例3(多选)如图所示，一细束白光通过玻璃三棱镜折射后分为各种单色光，取其中a、b、c三种色光，下列说法正确的是()a若b光为绿光，则c光可能为蓝光b若b光为绿光，则c光可能为黄光ca、b、c三色光在玻璃三棱镜中的折射率依次越来越小da、b、c三色光在玻璃三棱镜中的传播速度依次越来越小e若让a、b、c三色光以同一入射角，从某介质射向空气，b光恰能发生全反射，则c光也一定不能发生全反射解析：白光经过色散后，从c到a形成红光到紫光的彩色光带，从c到a波长在逐渐减小，因为蓝光的波长小于绿光的波长，所以如果b是绿光，c绝对不可能是蓝光，a错误，b正确；由图看出，c光的折射率最小，a光的折射率最大，由公式v分析可知，a、b、c三色光在玻璃三棱镜中的传播速度依次越来越大，故d错误，c正确；c光的折射率最小，a光的折射率最大，由临界角公式sin c分析得知，a光的临界角最小，c光临界角最大，则若让a、b、c三色光以同一入射角，从某介质射向空气，b光恰能发生全反射，则c光一定不能发生全反射，故e正确。答案：bce【变式探究】(多选)如图所示，真空中有一个半径为r、质量分布均匀的玻璃球。频率为f的激光束在真空中沿直线bc传播，在c点经折射进入玻璃球，并在玻璃球表面的d点经折射进入真空中，已知cod120，玻璃球对该激光的折射率为，则下列说法中正确的是(设c为真空中的光速)()a激光束的入射角i60b改变入射角i的大小，激光束可能在玻璃球的内表面发生全反射c光子在射入玻璃球后，频率变小d此激光束在玻璃中的波长为e从c点射入玻璃球的激光束，在玻璃球中不经反射传播的最长时间为答案：ade【举一反三】雨过天晴，人们常看到天空中出现彩虹，它是由阳光照射到空中弥漫的水珠上时出现的现象在说明这种现象时，需要分析光线射入水珠后的光路，一细束光线射入水珠，水珠可视为一个半径为r10 mm的球，球心o到入射光线的垂直距离为d8 mm，水的折射率为n.图8(1)在图8中画出该束光线射入水珠后，第一次从水珠中射出的光路图；(2)求这束光线从射向水珠到第一次射出水珠，光线偏转的角度答案(1)见解析图(2)321【2016全国卷】【物理选修34】 (2)如图1，在注满水的游泳池的池底有一点光源a，它到池边的水平距离为3.0 m从点光源a射向池边的光线ab与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角，水的折射率为.图1(i)求池内的水深；(ii)一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到池面的高度为2.0 m当他看到正前下方的点光源a时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45.求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留1位有效数字)（2）【答案】(i)2.6 m(ii)0.7 m【解析】(i)如图，设到达池边的光线的入射角为i，依题意，水的折射率n，光线的折射角90，由折射定律有nsin isin 由几何关系有sin i式中，l3 m，h是池内水的深度，联立式并代入题给数据得h m2.6 m2【2016全国卷】【物理选修34】(2)如图1所示，玻璃球冠的折射率为，其底面镀银，底面的半径是球半径的倍；在过球心o且垂直于底面的平面(纸面)内，有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的m点，该光线的延长线恰好过底面边缘上的a点求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角图1（2）【答案】150【解析】设球半径为r，球冠底面中心为o，连接oo，则ooab.令oao，有cos 即30由题意maab所以oam60连接on，由几何关系知manmon，故有mno60由式得eno30于是eno为反射角，on为反射光线这一反射光线经球面再次折射后不改变方向所以，经一次反射后射出玻璃球冠的光线相对于入射光线的偏角为180eno1501.【2015重庆11（1）】1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，光路如题11图1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【答案】a【解析】白光中的可见光部分从红到紫排列，对同一介质的折射率，由折射定律知紫光的折射角较小，由光路可知，紫光将到达m点和q点，而红光到达n点和p点，故选a。2.【2015福建13】2如图所示，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 （ ）aanb bab，na nb cab，na b，na nb【答案】b3.【2015海南16（2）】4一半径为r的半圆形玻璃砖，横截面如图所示。已知玻璃的全反射临界角r（r0)。现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值(n光线在玻璃砖内会发生三次全反射，最后由g点射出，如图，由反射定律和几何关系得ogocr射到g点的光有一部分被反射，沿原路返回到达c点射出。 答案()r()光线从g点射出时，ogocr，射到g点的光有一部分被反射，沿原路返回到达c点射出32014新课标全国卷，34(2)一厚度为h的大平板玻璃水平放置，其下表面贴有一半径为r的圆形发光面。在玻璃板上表面放置一半径为r的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上。已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求平板玻璃的折射率。答案4(2014四川卷，3)如图6所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球，则()图6a小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球b小球所发的光能从水面任何区域射出c小球所发的光从水中进入空气后频率变大d小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大答案d5(2014福建卷，13)如图，一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，o点为该玻璃砖截面的圆心，下图能正确描述其光路的是()解析光从玻璃砖射向空气时，如果入射角大于临界角，则发生全反射；如果入射角小于临界角，则在界面处既有反射光线，又有折射光线，但折射角应大于入射角，选项a正确，选项c错误。当光从空气射入玻璃砖时，在界面处既有反射光线，又有折射光线，且入射角大于折射角，选项b、d错误。答案a62014重庆卷，11(1)打磨某剖面如图7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45时会发生全反射现象b只有当190时才会发生全反射c无论入射角1是多大，折射角2都不会超过45d欲使折射角230，应以145的角度入射e当入射角的正切tan 1时，反射光线和折射光线恰好互相垂直答案cde解析发生全反射现象的条件是：光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于临界角，所以选项a、b均错误；由折射率n可知，当入射角最大为90时，折射角245，所以c正确；由折射率n可知，选项d、e均正确8(多选)如图4所示，两束平行的甲光和乙光，相距为d，斜射到置于空气中的矩形玻璃砖上，若光线在玻璃砖内不重叠，当它们从玻璃砖的下表面射出时()图4a若甲为紫光，乙为红光，则两条出射光线间距离一定大于db若甲为紫光，乙为红光，则两条出射光线间距离可能小于dc若甲为红光，乙为紫光，则两条出射光线间距离可能大于dd若甲为红光，乙为紫光，则两条出射光线间距离一定小于d答案ad9一束白光从顶角为的一边以较大的入射角i射入并通过三棱镜后，在屏p上可得到彩色光带，如图11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()图11a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，黄光最后消失答案b解析白光从ab面射入玻璃后，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，sin c，因而其全反射的临界角最小，故随着入射角i的减小，进入玻璃后的各色光中紫光首先发生全反射不从ac面射出，后依次是蓝、青、绿、黄、橙、红，逐渐发生全反射而不从ac面射出10.(多选)固定的半圆形玻璃砖的横截面如图7，o点为圆心，oo为直径mn的垂线足够大的光屏pq紧靠玻璃砖右侧且垂直于mn.由a、b两种单色光组成的一束光沿半径方向射向o点，入射光线与oo夹角较小时，光屏nq区域出现两个光斑，逐渐增大角，当时，光屏nq区域a光的光斑消失，继续增大角，当时，光屏nq区域b光的光斑消失，则()图7a玻璃砖对a光的折射率比对b光的大ba光在玻璃砖中传播速度比b光的大c时，光屏上只有1个光斑d时