【步步高】2013年高考物理大一轮 第十二章 57 光的折射与全反射学案 新人教版选修3-4

用心 爱心 专心1 学案学案 5757 光的折射与全反射光的折射与全反射 一 概念规律题组 1 关于全反射 下列说法中正确的是 A 光从光密介质射向光疏介质时可能产生全反射 B 光从光疏介质射向光密介质时可能产生全反射 C 光从折射率大的介质射向折射率小的介质时可能产生全反射 D 光从传播速度小的介质射向传播速度大的介质时可能产生全反射 2 一束光从某种介质射入空气中时 入射角 1 30 折射角 2 60 折射光 路如图 1 所示 则下列说法正确的是 图 1 A 此介质折射率为 3 3 B 此介质折射率为 3 C 相对于空气此介质是光密介质 D 光在介质中速度比在空气中大 3 单色光在真空中的传播速度为 c 波长为 0 在水中的传播速度是 v 波长为 水对这种单色光的折射率为 n 当这束单色光从空气斜射入水中时 入射角为 1 折 射角为 2 下列说法中正确的是 A v 0 B 0 n v c c n c v sin 2 sin 1 C v cn 0 D 0 v c v c n sin 1 sin 2 图 2 4 如图 2 所示 两束不同的单色光 P 和 Q 以适当的角度射向半圆形玻璃砖 其射出 光线都是从圆心 O 点沿 OF 方向射出 则下面说法正确的是 A P 光束在玻璃中折射率大 B Q 光束的频率比 P 光束的频率大 C P 光束穿出玻璃砖后频率变大 用心 爱心 专心2 D Q 光束穿过玻璃砖所需时间长 二 思想方法题组 5 如图 3 所示 光线由空气射入半圆形玻璃砖 或由玻璃砖射入空气的光路图中 正 确的是 玻璃的折射率为 1 5 图 3 A 图乙 丁 B 图甲 丁 C 图乙 丙 D 图甲 丙 图 4 6 如图 4 所示 一束白光从顶角为 的棱镜的一个侧面 AB 以较大的入射角 i 入射 经过三棱镜后 在屏 P 上可得到彩色光带 当入射角逐渐减小到零的过程中 若屏上的彩 色光带先后全部消失 则 A 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 一 折射定律的理解和应用 1 折射现象中的光线偏折 1 光线从折射率小的介质射向折射率大的介质 折射光线向法线偏折 入射角大于折 射角 反之亦然 2 入射角 1越大 折射角 2越大 偏折越明显 1越小 2越小 偏折越轻 1 0 时 2 0 不偏折 2 光具对光线的控制作用 1 不同光具对光线的控制作用不同 但本质上是光的折射 反射规律的体现 不可盲 记 要具体问题具体分析 2 对不同光具的作用要分析透彻 灵活运用 平行玻璃砖 出射光与入射光总平行 但有侧移 三棱镜 使光线向底边偏折 圆 球 形玻璃 法线总过圆 球 心 例 1 一半径为 R 的 1 4 球体放置在水平桌面上 用心 爱心 专心3 图 5 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 3 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 5 所示 已知入射光线 与桌面的距离为R 2 求出射角 3 规范思维 针对训练 1 2011 重庆 18 在一次讨论中 老师问道 假如水中相同深度处 有 a b c 三种不同颜色的单色点光源 有人在水面上方同等条件下观测发现 b 在水下 的像最深 c 照亮水面的面积比 a 的大 关于这三种光在水中的性质 同学们能做出什么 判断 有同学回答如下 c 光的频率最大 a 光的传播速度最小 b 光的折射率最大 a 光的波长比 b 光的短 根据老师的假定 以上回答正确的是 A B C D 二 全反射的理解和应用 1 光疏介质与光密介质 光疏介质与光密介质是相对而言的 并没有绝对的意义 例如 有机玻璃 n 1 50 对 水 n 1 33 是光密介质 而对金刚石 n 2 42 是光疏介质 对于某一种介质 不能说它 是光疏介质还是光密介质 要看它与什么介质相比较 2 全反射现象的理解 1 全反射现象是光的折射的特殊现象 发生全反射的条件 光从光密介质射向光疏 介质 入射角大于或等于临界角 2 全反射现象符合反射定律 光路可逆 用心 爱心 专心4 3 全反射发生之前 随着入射角的增大 折射角和反射角都增大 但折射角增大得快 在入射光强度一定的情况下 折射光越来越弱 反射光越来越强 发生全反射时 折射光 消失 反射光的强度等于入射光的强度 例 2 图 6 2009 四川 如图 6 所示 空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体 其内圆半径 为 r 外圆半径为 R R r 现有一束单色光垂直于水平端面 A 射入透明柱体 只经过两 2 次全反射就垂直于水平端面 B 射出 设透明柱体的折射率为 n 光在透明柱体内传播的时 间为 t 若真空中的光速为 c 则 A n 可能为 B n 可能为 2 3 C t 可能为 D t 可能为 2 2r c 4 8r c 规范思维 针对训练 2 图 7 2011 大纲全国 16 雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹 设水滴是球形 的 图 7 中的圆代表水滴过球心的截面 入射光线在过此截面的平面内 a b c d 代表 四条不同颜色的出射光线 则它们可能依次是 A 紫光 黄光 蓝光和红光 B 紫光 蓝光 黄光和红光 C 红光 蓝光 黄光和紫光 D 红光 黄光 蓝光和紫光 三 折射和全反射的综合应用 例 3 用心 爱心 专心5 图 8 2011 福建 14 如图 8 所示 半圆形玻璃砖置于光屏 PQ 的左下方 一束白光沿半 径方向从 A 点射入玻璃砖 在 O 点发生反射和折射 折射光在光屏上呈现七色光带 若入 射点由 A 向 B 缓慢移动 并保持白光沿半径方向入射到 O 点 观察到各色光在光屏上陆续 消失 在光带未完全消失之前 反射光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是 A 减弱 紫光 B 减弱 红光 C 增强 紫光 D 增强 红光 规范思维 图 9 针对训练 3 2010 重庆理综 20 如图 9 所示 空气中有一折射率为的玻璃柱 2 体 其横截面是圆心角为 90 半径为 R 的扇形 OAB 一束平行光平行于横截面 以 45 入射角照射到 OA 上 OB 不透光 若只考虑首次入射到圆孤上的光 则上有光透出部 ABAB 分的孤长为 A R B R C R D R 1 6 1 4 1 3 5 12 基础演练 1 红 黄 绿三种单色光以相同的入射角到达某介质和空气的界面时 若黄光恰好发 生全反射 则 A 绿光一定能发生全反射 B 红光一定能发生全反射 用心 爱心 专心6 C 三种单色光相比 红光在介质中的传播速率最小 D 红光在介质中的波长比它在空气中的波长长 2 2010 全国 20 频率 图 10 不同的两束单色光 1 和 2 以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后 其光路如图 10 所示 下列说法正确的是 A 单色光 1 的波长小于单色光 2 的波长 B 在玻璃中单色光 1 的传播速度大于单色光 2 的传播速度 C 单色光 1 通过玻璃板所需的时间小于单色光 2 通过玻璃板所需的时间 D 单色光 1 从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光 2 从玻璃到空气的全反射临界角 3 2009 全国 21 图 11 一玻璃砖横截面如图 11 所示 其中 ABC 为直角三角形 AC 边未画出 AB 为直角边 ABC 45 ADC 为一圆弧 其圆心在 BC 边的中点 此玻璃的折射率为 1 5 P 为一贴近 玻璃砖放置的 与 AB 边垂直的光屏 若一束宽度与 AB 边长度相等的平行光从 AB 边垂直射 入玻璃砖 则 A 从 BC 边折射出一束宽度与 BC 边长度相等的平行光 B 屏上有一亮区 其宽度小于 AB 边的长度 C 屏上有一亮区 其宽度等于 AC 边的长度 D 当屏向远离玻璃砖的方向平行移动时 屏上亮区先逐渐变小然后逐渐变大 4 图 12 一束白光从顶角为 的一边以较大的入射角 1射入并通过三棱镜后 在屏 P 上可得 到彩色光带 如图 12 所示 在入射角 1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 A 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 5 2009 浙江理综 18 如图 13 所示 用心 爱心 专心7 图 13 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 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 题号 12345 答案 6 2010 山东 37 2 图 14 如图 14 所示 一段横截面为正方形的玻璃棒 中间部分弯成四分之一圆弧状 一细束 单色光由 MN 端面的中点垂直射入 恰好能在弧面 EF 上发生全反射 然后垂直 PQ 端面射 出 1 求该玻璃棒的折射率 2 若将入射光向 N 端平移 当第一次射到弧面 EF 上时 填 能 不能 或 无法确定能否 发生全反射 7 2011 海南 18 2 一赛艇停在平静的水面上 赛艇前端有一标记 P 离水面的高 度为 h1 0 6 m 尾部下端 Q 略高于水面 赛艇正前方离赛艇前端 s1 0 8 m 处有一浮标 示意图如图 15 所示 一潜水员在浮标前方 s2 3 0 m 处下潜到深度为 h2 4 0 m 时 看到 标记刚好被浮标挡住 此处看不到船尾端 Q 继续下潜 h 4 0 m 恰好能看见 Q 求 图 15 1 水的折射率 n 2 赛艇的长度l 可用根式表示 用心 爱心 专心8 用心 爱心 专心9 能力提升 8 图 16 2011 山东 37 2 如图 16 所示 扇形 AOB 为透明柱状介质的横截面 圆心角 AOB 60 一束平行于角平分线 OM 的单色光由 OA 射入介质 经 OA 折射的光线恰平行于 OB 1 求介质的折射率 2 折射光线中恰好射到 M 点的光线 填 能 或 不能 发生全反射 9 2010 吉林长白县高三质量检测 如图 17 所示 图 17 有一截面是直角三角形的棱镜 ABC A 30 它对红光的折射率为 n1 对紫光的折 射率为 n2 在距 AC 边 d 处有一与 AC 平行的光屏 现有由以上两种色光组成的很细的光束 垂直 AB 边射入棱镜 1 红光和紫光在棱镜中的传播速度比为多少 2 为了使红光能从 AC 面射出棱镜 n1应满足什么条件 3 若两种光都能从 AC 面射出 求在光屏 MN 上两光点间的距离 用心 爱心 专心10 图 18 10 2010 常州模拟 如图 18 所示 一透明球体置于空气中 球半径 R 10 cm 折 射率 n MN 是一条通过球心的直线 单色细光束 AB 平行于 MN 射向球体 B 为入射点 2 AB 与 MN 间距为 5 cm CD 为出射光线 2 1 补全光路图并求出光从 B 点传到 C 点的时间 2 求 CD 与 MN 所成的角 11 半径为 R 的玻璃半圆柱体 图 19 横截面如图 19 所示 圆心为 O 两条平行单色红光沿截面射向圆柱面 方向与底面垂 直 光线 1 的入射点 A 为圆柱面的顶点 光线 2 的入射点为 B AOB 60 已知该玻璃 对红光的折射率 n 3 1 求两条光线经柱面和底面折射后的交点与 O 点的距离 d 2 若入射的是单色蓝光 则距离 d 将比上面求得的结果大还是小 用心 爱心 专心11 学案学案 5757 光的折射与全反射光的折射与全反射 课前双基回扣 1 ACD 2 BC 3 B 4 BD 5 A 6 B 思维提升 1 光的折射 1 光从真空射入某种介质发生折射时 入射角的正弦与折射角的正弦之比 叫做这种 介质的绝对折射率 简称折射率 2 实验证明 介质的折射率等于光在真空中的传播速度与光在该介质中的传播速度之 比 即 n c v 任何介质的折射率都大于 1 2 光的全反射 1 光照射到两种介质界面上时 光线全部被反射回原介质的现象称为全反射现象 2 发生全反射的条件 光线从光密介质射向光疏介质 入射角大于或等于临界角 3 临界角 折射角等于 90 时的入射角 设光线从某种介质射向真空或空气时的临 界角为 C 则 sin C 1 n 3 不同色光在同一介质中速度不同 频率越高 折射率越大 速度越小 波长越短 临界角越小 核心考点突破 例 1 60 解析 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 sin 3 2 设光线在 C 点的折射角为 由折射定律得 用心 爱心 专心12 sin sin 3 由 式得 30 由几何关系知 光线在球体的竖直表面上的入射角 见右图 为 30 由折射定律得 因此 sin sin sin 1 3 3 2 解得 60 规范思维 几何光学就是以光线为工具研究光的传播规律 正确规范地作出光路图 是解决几何光学问题的关键和前提 根据光路图找出入射角和折射角 利用题目所给信息 由几何关系确定入射角和折射角的正弦值 例 2 AB 紧贴内圆入射的光线到达界面时入射角最小 由已知条件可知该入射角为 45 所以该材料折射率的最小值为 A B 正确 光在该介质中通过的最小路程为 4r 2 所以光传播时间的最小值为 C D 错误 4 2r c 规范思维 在解决光的折射 全反射问题时 应根据题意分析光路 利用几何知识 分析线 角关系 比较入射角和临界角的大小关系 看是否满足全反射条件 有时还要灵 活运用光路的可逆性来进行分析 例 3 C 因 n红C紫 因此当增大入射角 1 n 时 紫光先发生全反射 紫光先消失 且当入射光的入射角逐渐增大时 折射光强度会逐 渐减弱 反射光强度会逐渐增强 故应选 C 规范思维 掌握折射的规律和全反射的条件 规律 知道不同色光在同一介质中的 折射率不同 就能正确解答本题 针对训练 1 C 2 B 3 B 思想方法总结 1 画光路图应注意的问题 1 光线实际是从哪个物体发出的 2 光线是从光密介质向光疏介质传播的还是从光 疏介质向光密介质传播的 3 必要的时候还需要借助光的可逆性原理 4 注意作图时一 定要规范 光线与法线 光线的反向延长线等应该用实线和虚线区分 2 各种色散现象的规律 1 光的颜色取决于频率 从红光到紫光 频率逐渐增大 波长逐渐减小 色光由真空 进入介质 频率不变 波长减小 2 色光从真空进入介质速度都要减小 在同一种介质中 从红光到紫光 速度逐渐减 小 3 在同一种介质中 从红光到紫光 折射率逐渐增大 3 折射类 全反射类问题的分析方法一般是先作光路图 借助图形找出几何关系 利 用 n 及 n 和 v f 进行计算 利用 sin C 判断临界角 找出临界光线 利 sin 1 sin 2 c v 1 n 用心 爱心 专心13 用光路图解答问题 并注意光路的可逆性 课时效果检测 1 A 2 AD 3 BD 4 B 5 AC 6 1 2 能 2 解析 1 因为细束单色光由 MN 端面中点垂直射入 所以到达弧面 EF 界面时入射角为 45 又因为恰好发生全反射 所以 45 为临界角 C 由 sin C 可知 该玻璃棒的折射 1 n 率 n 1 sin C2 2 若将入射光向 N 端平移 第一次射到弧面 EF 上的入射角将增大 即大于临界角 45 所以能发生全反射 7 1 2 m 4 3 24 7 7 3 8 解析 根据题意画出如图所示的示意图 1 根据几何知识 知 sin i 0 8 s1 s2 1 h2 1 sin r 0 6 s2 s2 2 h2 2 根据折射定律得折射率 n sin i sin r 4 3 2 潜水员恰好能看见 Q 时 有 sin C 1 n 3 4 又 sin C s1 s2 l s1 s2 l 2 h2 h 2 代入数据得 l m 24 7 7 3 8 8 1 2 不能 3 解析