高中物理点击中光的折射与全反射问题知识点分析新人教版选修3

点击高考中光的折射与全反射问题点击高考中光的折射与全反射问题 光的折射与全反射问题是近年来命题频率最高的的知识点 在新课标教材中 此部分内容属于选考 系列 在今后的高考中出题的可能性很大 并且试题的灵活性有所加强 下面就近两年的高考题加以分 析 找出解题规律 以便同学们全面掌握该类问题的解题方法 1 光的折射问题 求解方法先知道 依据光的折射定律和折射率公式解答问题时 首先依据题意画出光路图 找出入射 角和折射角 并确定大小 在应用 sin sin i n r 和 c n v 列式求解 注意运用有关几何知识列出辅助方程 例 1 如图 1 所示 空气中一块圆截异型玻璃砖 折射率为2 现有一束细 光束 垂直射到 AO 面上 经玻璃砖反射 折射后 经 OB 面平行返回 角 AOB 为 135 圆半径为 r 则入射点 P 距圆心 O 的距离为 A rsin15 B rsin7 5 C 1 2 r D 1 4 r 解析 一束细光束垂直射到 AO 面上 经玻璃砖反射 折射后 经 OB 面平行返 回 如图 2 所示 因角 AOB 为 135 所以从 OB 面出射的光线的折射角为 45 根据 折射定律有 2sin sin45 解得 30 根据几何关系及光的反射的知识得 15 2 即 7 5 故 OP rsin7 5 答案 B 例 2 09 江苏 图 3 是北京奥运会期间安置在游泳池底部的照相机拍摄的一张照片 照相机的镜头竖 直向上 照片中 水利方运动馆的景象呈现在半径11rcm 的圆型范围内 水面上的运动员手到脚的长 度10lcm 若已知水的折射率为 4 3 n 请根据运动员的实际身高估算该游泳池的水深h 结果保留 两位有效数字 解析 如图 4 设照片圆形区域的实际半径为R 运动员的实际长为L A P O B 图 1 A P O B 45 图 2 图 3图 4 折射定律 sin90nsin 几何关系 l L r R hR R sin 22 得r l L nh 1 2 取mL2 2 解得 1 2mh m6 2 6 1都算对 点评 此类问题涉及到光的反射 反射定律 光的折射 折射定律 折射率等知识点 考查推理 能力和应用数学处理物理问题的能力 体现了 考试大纲 中对 能够根据已知的知识和物理事实 条 件 对物理问题进行逻辑推理和论证 得出正确的结论或作出正确的判断 和 必要时能运用几何图形 函数图像进行表达 分析 的能力要求 考生见到几何光学题要先画好光路图 利用光的反射定律 折 射定律 结合相关的几何条件列式求解 2 全反射和临界角问题 求解方法先知道 在解答有关全反射问题时 应依据公式 1 sinc n 先求出临界角 然后画出光路图 结 合有关知识列式求解 或者是先画出光路图 再利用有关知识求解未知量 例 2 09 浙江理综 如图 5 所示 有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点 并 偏折到 F 点 已知入射方向与边AB的夹角为 o 30 E F分别为边AB BC的中点 则 A 该棱镜的折射率为3 B 光在F点发生全反射 C 光从空气进入棱镜 波长变小 D 从F点出射的光束与入射到E点的光束平行 解析 在 E 点作出法结线可知入射角为 60o 折射角为 30o 折射率为3 由光路的可逆性可知 在 BC 边上的入射角小于临界角 不会发生全反射 B 错 由公式 n 介介 介 可知 C 对 三棱镜两次折射 使得光线都向底边偏折 不会与入射到E点的光束平行 故 D 错 答案 AC 例 2 09 宁夏 一棱镜的截面为直角三角形 ABC A 30o 斜边 AB a 棱镜材料的折射率为n 图 5 在此截面所在的平面内 一条光线以 45o的入射角从 AC 边的中点 M 射入棱镜射出的点的位置 不考 虑光线沿原来路返回的情况 解析 设入射角为 i 折射角为 r 由折射定律得 sin sin i n r 由已知条件及 式得 0 30r 如果入射光线在法线的右侧 光路图如图 7 所示 设出射点为 F 由几何关系可得 3 8 AFa 即出射点在 AB 边上离 A 点 3 8 a的位置 如果入射光线在法线的左侧 光路图如图 8 所示 设折射光线与 AB 的交点为 D 由几何关系可知 在 D 点的入射角 0 60 设全发射的临界角为 c 则 1 sin c n 由 和已知条件得 0 45 c 因此 光在 D 点全反射 设此光线的出射点为 E 由几何关系得 DEB 0 90 a2BDAF 0 sin30BEBD 联立 式得 1 8 BEa 图 6 图 7 图 8 即出射点在 BC 边上离 B 点 1 8 a的位置 点评 此类题涉及到折射率 全反射 临界角 光导纤维等知识点 考查理解能力和推理能力 体现了 考试大纲 中对 理解物理概念 物理规律的确切含义 理解物理规律