高考物理一轮复习 专题57 光的折射 全反射 光导纤维（讲）（含解析）(1).doc

专题57 光的折射 全反射 光导纤维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改变的现象2 折射定律(1)内容：如图所示，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：(3)在光的折射现象中，光路是可逆的3 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：(3)计算公式：，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4 全反射现象(1)条件：光从光密介质射入光疏介质入射角大于或等于临界角(2)现象：折射光完全消失，只剩下反射光5 临界角：折射角等于90时的入射角，用c表示，sin c.6 光的色散(1)光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象(2)光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长的有序排列(3)光的色散现象说明：白光为复色光；同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率越大；不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速越慢(4)棱镜含义：截面是三角形的玻璃仪器，可以使光发生色散，白光的色散表明各色光在同一介质中的折射率不同三棱镜对光线的作用：改变光的传播方向，使复色光发生色散考点一折射定律的理解与应用解决光的折射问题的一般方法：(1)根据题意画出正确的光路图(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，确定入射角和折射角(3)利用折射定律建立方程进行求解重点归纳1 玻璃砖对光路的控制两平面平行的玻璃砖，出射光线和入射光线平行，且光线发生了侧移，如图所示2 三棱镜对光路的控制(1)光密三棱镜：光线两次折射均向底面偏折，偏折角为，如图所示(2)光疏三棱镜：光线两次折射均向顶角偏折(3)全反射棱镜(等腰直角棱镜)，如图所示当光线从一直角边垂直射入时，在斜边发生全反射，从另一直角边垂直射出(如图甲)当光线垂直于斜边射入时，在两直角边发生全反射后又垂直于斜边射出 (如图乙)，入射光线和出射光线互相平行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典型案例如图所示，abc是三棱镜的一个截面，其折射率为，现有一细束平行与截面的光线沿mn方向射到棱镜的ab面上的n点，入射角的大小为，且，已知真空中的光速，求：光在棱镜中传播的速率；此束光进入棱镜后从棱镜射出的方向和位置（不考虑ab面的反射）。【答案】；【名师点睛】本题是折射定律、光速公式和全反射知识的综合应用当光从光密介质射入光疏介质时要考虑能否发生全反射。针对练习1如图所示，用折射率为的透明物质做成内外半径分别为a0.10m，b0.20m的空心球，内表面涂上能完全吸光的物质，不考虑光在介质内部传播时的反射光线。问：当平行光射向此球时有一部分光经过球的折射能从球右侧射出，求这部分平行入射光束的横截面积s（=3.14，要求保留作图痕迹，计算结果保留三位有效数字）。【答案】6.28102 m2【解析】【名师点睛】本题考查折射定律的应用及机械波的性质；在折射定律的应用中应注意几何关系的确定；由题意可得出能从球面射出光线的边界光线的光路图；由几何关系确定折射角，则可求得折射角，由几何关系即可求得入射光束的横截面积。针对练习2如图所示，空气中有一折射率为的玻璃柱体，其横截面是圆心角为、半径为r的扇形oab，一束平行光平行于横截面，以入射角照射到oa上，ob不透光，若只考虑首次入射到圆弧ab上的光，则弧ab上有光透出部分的弧长为： （ ）a、 b、 c、 d、【答案】b【解析】试题分析：根据折射定律有：，可得光进入玻璃后光线与竖直方向的夹角为，过o的光线垂直入射到ab界面上点c射出，c到b之间没有光线射出；越接近a的光线入射到ab界面上时的入射角越【名师点睛】注意两条特殊光线，一是从o点沿半径方向进入玻璃柱体的光线，在ao面上折射后传播入方向不变，二是在ab面上发生全反射的光线，有光透出的部分在这两条光线之间，然后根据几何关系求解。考点二全反射现象的理解与应用1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2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3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重点归纳1光的折射、全反射中的三个“一”一个规律：光的折射定律一个概念：折射率一个条件：全反射的条件2解答全反射类问题的技巧（1）解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的两个条件：一是光必须从光密介质射入光疏介质，二是入射角大于或等于临界角利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符，这样更有利于问题的分析（2）解答光的折射、全反射问题时抓好两个关键点准确作出光路图利用几何关系确定光路中的边、角关系，找准入射角和折射角典型案例一棱镜的横截面为直角三角形abc，a=30，斜边ab的长度为a，棱镜材料的折射率为。在此横截面内，一条光线以45的入射角从ac边的中点m射入棱镜。请画出光路图，并求光线从棱镜射出的点的位置（不考虑光线沿原路返回的情况）。【答案】见解析.设全反射的临界角为0，则 将已知条件代入可解得 0=45由于=600=45，因此光在d点发生全反射设此光线的出射点为bc面上的e点，由几何关系得deb=90光路图如图所示则 出射点在bc面上的e点，到b点的距离为【名师点睛】本题考查了光的折射定律以及全反射问题；题目中入射光线的位置未知，要分析两种情况进行研究，不能漏解要将折射定律与几何知识结合起来分析光路。针对练习1某单色光在某种介质中的传播速度大小为1.5108m/s，则该单色光从此介质射向真空并发生全反射的临界角是： （ ）a15 b30 c45 d60【答案】b【名师点睛】此题是对光的折射定律及全反射的考查；要知道若是光是从空气射向液体则折射率应该是入射角的正弦与折射角的正弦相比光的全反射必须从光密介质进入光疏介质，同时入射角大于临界角。针对练习2如图所示，两束单色光a、b从水面下射向a点，光线经折射后合成一束光，则正确的是： （ ）a在水中a光的波速比b光的波速小ba光的频率比b光的频率低ca光的折射率大于b光的折射率d当a、b两束光以相同的入射角从水中射到a点，入射角从0开始逐渐增大，最先消失的是a光【答案】b【解析】 b光的偏折程度大于a光的偏折程度，所以b光的折射率大于a光的折射率a光的折射率小，a光的频率小，根据知a光在介质中的速度大故ac错误，b正确根据