高考物理一轮课件78-第1讲光的折射全反射和色散

第1讲光的折射全反射和色散知识梳理

一、光的折射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。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①两侧

;入射角的正弦与折射角的正弦成②

正比

。(2)表达式:

=③

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

该介质时④偏折大

,反之偏折小。(2)定义式:n=

,不能说n与sinθ1成正比,与sinθ2成反比。折射率由介质本身的光学性质和光的⑤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。(4)同一种介质对不同的色光的折射率略有不同,对紫光的折射率最大,

红光最小。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①消失

,只剩下反射光线的现象。(2)条件:a.光从光密介质射向光疏介质。b.入射角②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sinC=③

。介质的

折射率越大,发生全反射的临界角越小。二、全反射2.光导纤维光导纤维的工作原理是光的全反射。

1.光的色散:白光通过三棱镜后,出射光束变为红、橙、黄、绿、青、

蓝、紫七色光的光束。由七色光组成的光带称为③光谱

。这种现

象叫光的色散。

三、光的色散2.不同色光的比较

颜色红、橙、黄、绿、青、蓝、紫频率ν低

高同一介质的折射率小

大同一介质中速度大

小波长大

小同一介质的临界角大

小1.一束单色光由空气射入玻璃,这束光的

()A.速度变慢,波长变短B.速度不变,波长变短C.频率增高,波长变长D.频率不变,波长变长A答案

A单色光由空气射入玻璃时,是由光疏介质进入光密介质,故其

速度会减小,由于光在不同介质中传播时频率不变,故由v=λf可知,其速

度减小时,波长变短。2.一束光从某种介质射入空气中时,入射角θ1=30°,折射角θ2=60°,折射光

路如图所示,则下列说法正确的是

()

A.此介质折射率为

B.此介质折射率为

C.相对于空气此介质是光疏介质D.光在介质中速度比在空气中大B答案

B根据折射定律有,

=

=

=

=

,得:n=

,故A错误,B正确。由于入射角小于折射角,可知相对于空气此介质是光密介

质,故C错误。光在介质中速度比在空气中小,故D错误。3.很多公园的水池底部装有彩灯,当一细束由红、蓝两色组成的灯光从

水中斜射向空气时,关于光在水面可能发生的反射和折射现象,下列光

路图中正确的是

()

C答案

C红光、蓝光都要发生反射,红光的折射率较小,所以红光发生

全反射的临界角较蓝光大,蓝光发生全反射时,红光不一定发生,故C正

确。4.如图所示,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,

其出射光线都是从圆心O点沿OF方向射出,则下面说法正确的是

()

A.玻璃对P光的折射率大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D.P光束穿过玻璃砖所需时间长B答案

B由图看出,单色光Q偏折较大,根据折射定律得知,玻璃对Q光

的折射率较大,所以Q光束的频率比P光束的频率大,故A错误,B正确。

光的频率与介质无关,P光束穿出玻璃砖后频率不变,故C错误。由v=

分析得知,P在玻璃中传播速度较大,所以P穿过玻璃砖所需时间比Q短,

故D错误。

深化拓展考点一折射定律的理解和应用考点二全反射的理解和应用考点三光的色散深化拓展考点一折射定律的理解和应用1.折射现象中的光线偏折(1)光线从光疏介质射向光密介质,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θ1越大,折射角θ2越大,偏折越明显;θ1越小,θ2越小,偏折越不明

显,θ1=0时,θ2=0不偏折。

【情景素材·教师备用】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。平行玻璃砖三棱镜圆(球)形玻璃

出射光与入射光总平行,但有侧移使光线向底边偏折法线总过圆(球)心1-1高速公路上的标志牌常用“回归反光膜”制成,夜间行车时,它能

将车灯照射出去的光逆向返回,标志牌上的字特别醒目。这种“回归反

光膜”是用球体反射元件制成的。如图所示,反光膜内均匀分布着直径

为10μm的玻璃珠,所用玻璃的折射率为

,为使入射的光线经玻璃珠的折射、反射、再折射后恰好和入射光线平行,那么第一次入射时的入

射角是

()

A.60°

B.45°

C.30°

D.15°A答案

A设入射角为i,折射角为θ,作出光路图如图所示。因为出射光

线恰好和入射光线平行,所以i=2θ,根据折射定律有

=

=

,所以θ=30°,i=2θ=60°。

1-2平行的a、b两种单色光的光束以相同的入射角从空气斜射向某

种长方体玻璃砖上表面的同一位置,在玻璃砖下表面将分开为不同的单

色光光束。若a光的频率小于b光的频率,则以下光路图中正确的是

()

A答案

A因为光的频率fa<fb,故折射率na<nb,在玻璃砖上表面,入射角相

等,由折射定律知折射角ra>rb,B、D项错误;由几何关系及折射定律可知,

入射光线与出射光线平行,A项正确,C项错误。考点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。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,要看它与什么介质相

比较。2.全反射现象的发生全反射发生之前,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。【情景素材·教师备用】

2-1如图所示,一个玻璃三棱镜的截面为等腰直角△ABC,∠A为直角,

玻璃三棱镜的折射率为

。此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边的中点,对这条光线进入棱镜之后的光路分析正确的

是

()A.直接射到AC边上,发生全反射现象B.直接射到BC边上,发生全反射现象C.直接射到AC边上,部分光线从AC边射出D.直接射到BC边上,部分光线从BC边射出A答案

A由光路图可知光线在AB边上的入射角为45°,由n=

可知,该光线经过AB边后的折射角为30°,则光线将会到达AC边,且入射角为60°,由sinC=

可知光在该玻璃棱镜中发生全反射的临界角为45°,故光线在AC边上将发生全反射现象,故A正确。

2-2光纤通信是一种现代化的通信手段,它可以为客户提供大容量、

高速度、高质量的通信服务,为了研究问题方便,我们将光导纤维简化

为一根长直玻璃管,如图所示。设此玻璃管长为L,折射率为n。已知从

玻璃管左端面射入玻璃管的光线在玻璃管的侧面上恰好能发生全反射,

最后从玻璃管的右端面射出。设光在真空中的传播速度为c,则光通过

此段玻璃管所需的时间为

()

A.

B.

C.

D.

A答案

A用C表示临界角,则有sinC=

,光在介质中的传播速度为v=

。光在沿玻璃管轴线的方向上匀速传播。所用时间为t=

=

=

。故A正确。考点三光的色散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.在真空中,各种色光的速度均为c=3×108m/s。色光从真空进入介质速

度都要减小,v=

。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。

3-1

(2017北京理综,14,6分)如图所示,一束可见光穿过平行玻璃砖后,

变为a、b两束单色光。如果光束b是蓝光,则光束a可能是

()

A.红光

B.黄光C.绿光

D.紫光D答案

D由题图可知,可见光穿过玻璃砖后,发生了色散,其中a光的侧

移距离大于b光的侧移距离,说明玻璃对a光的折射率大于对b光的折射

率,同种介质对红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的折射率依次增大,由于b

光是蓝光,故只有D选项符合题意。3-2两束不同频率的单色光a、b从空气平行射入水中,发生了如图所

示的折射现象(α>β)。下列结论中正确的是

()

A.光束b的频率比光束a的低B.在水中的传播速度,光束a的比光束b的小C.水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小D.若光束从水中射向空气,则光束b的临界角比光束a的临界角大C答案

C由公式n=

,可得折射率na<nb,C正确;由na<nb知频率νa<νb,A错误;由v=

知传播速度va>vb,B错误;由sinC=

知临界角Ca>Cb,D错误。3-3如图所示,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