14.1第十四章光的折射全反射第54课时光的折射全反射（原卷版）讲义人教版高三物理一轮大单元考点题

目录TOC\o"13"\h\z\u第54课时光的折射、全反射 1考点一质点折射定律及折射率的理解与应用 1题型1：折射现象 2题型2：折射定律及折射率的定性分析 3题型3：折射定律及折射率的定理计算 3考点二全反射现象的理解与应用 4题型1：全反射现象分析 6题型2：全发射条件与临界角 6题型3：折射与全发射的综合应用 7考点三光路控制与色散 10题型1：光路控制 10题型2：光的色散 11巩固训练·提升能力 12考点一质点折射定律及折射率的理解与应用必备知识·回顾梳理1．光的反射现象与折射现象一般来说，光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质，这个现象叫作光的反射；另一部分光会进入第2种介质，这个现象叫作光的折射。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：eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n12，式中n12是比例常数。(3)在光的折射现象中，光路是可逆的。3．折射率(1)定义：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，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，用符号n表示。(2)物理意义：折射率反映介质的光学特性，折射率大，说明光线以相同入射角从真空斜射入该介质时偏折的角度大，反之偏折的角度小。(3)定义式：n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，不能说n与sinθ1成正比、与sinθ2成反比，对于确定的某种介质而言，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定。(4)光在不同介质中的传播速度不同；某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝eq\f(c,v)。由于c>v，故任何介质的折射率都大于1。4．光密介质与光疏介质(1)光密介质：折射率较大的介质。(2)光疏介质：折射率较小的介质。(3)光密介质与光疏介质是相对的。某种介质相对其他不同介质可能是光密介质，也可能是光疏介质。关键能力·规律方法1.对折射率的理解(1)公式n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)中，光不论是从真空射入介质，还是从介质射入真空，θ1都是指真空中的光线与法线间的夹角，θ2都是指介质中的光线与法线间的夹角。(2)折射率大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中传播速度的大小，v＝eq\f(c,n)。(3)折射率由介质本身的性质和入射光的频率共同决定，与入射角和折射角的大小无关。(4)折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质。(5)同一种介质中，频率越高的色光折射率越大，传播速度越小。(6)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长可能不同，但频率相同。2．光路的可逆性在光的折射现象中，光路是可逆的。如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射射出。例题分析·考点题型题型1：折射现象1.（单选）玻璃中有一个球形气泡。一束平行光射入气泡，下列光路图中正确的是(

)A. B.C. D.题型2：折射定律及折射率的定性分析2.（单选）如图所示，光束a在玻璃与真空的分界面处分成b、c两束单色光。对b、c光，下列说法正确的是(

)A.b光的频率较大B.玻璃对b光的折射率较大C.在玻璃中传播时，c光的速度较大D.用同一装置进行双缝干涉实验，b光的相邻亮条纹中心间距较大题型3：折射定律及折射率的定理计算3.某透明柱形材料的横截面是半径为R的四分之一圆，其BC面涂有反光涂层。如图所示的截面内，一与AB边平行的细光束从圆弧上D点入射，光束进入柱体后射到BC边上的E点，经反射后直接射到A点。已知D到AB的距离为32R，光在空气中的速度为(1)材料的折射率;(2)光从D传播到A的时间。变式训练·举一反三4.（单选）如图所示，一束激光照射在横截面为正方形的透明玻璃柱上，光线与横截面平行，则透过玻璃柱的光线可能是图中的(

)A.① B.② C.③ D.④5.（多选）已知在某一温度下，海水的折射率随盐度的变大而变大。如图将一复色光束从海水射向平行空气砖(做空气砖的玻璃壁很薄，可忽略厚度)的一个表面，当入射角合适时，组成复色光的光束1和2均从平行表面射出，侧移量分别为d1和d2，且A.光束1的频率大于光束2的频率B.在海水中，光束1的传播速度大于光束2的传播速度C.若海水的盐度变大，则d1和dD.若海水的盐度变大，则d1和d6.（多选）如图所示，透明材料制成的直角三棱镜的∠CAB=θ2，一束单色光线从BC边以入射角θ1射入，经AC边反射后从AB边垂直射出。若光在空气中的速度为cA.θ2<π4B.2θ考点二全反射现象的理解与应用必备知识·回顾梳理1．全反射(1)条件：①光从光密介质射入光疏介质；②入射角等于或大于临界角。(2)现象：折射光完全消失，只剩下反射光。(3)临界角：折射角等于90°时的入射角。光从介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是sinC＝eq\f(1,n)。(4)应用：①全反射棱镜；②光导纤维。2．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)色散规律：白光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光组成的，折射率依次增大，红光的最小，紫光的最大，当一束白光入射到棱镜界面时，七种色光以相同的入射角射到棱镜界面，各种色光的折射角不同，红光偏折得最小，紫光偏折得最大；当它们从另一个界面射出时，仍然是紫光的偏折最大，红光的偏折最小。(3)光的色散现象说明①白光为复色光；②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；③不同色光在同一介质中的传播速度不同，根据n＝eq\f(c,v)，频率越大，折射率越大，则波速越小。(4)光的色散的种类除光的折射时的色散，还有光的干涉时的色散、光的衍射时的色散。关键能力·规律方法1.发生全反射的条件(1)光必须从光密介质射入光疏介质；(2)入射角必须大于或等于临界角。2．全反射的理解(1)如果光从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象。(2)光的全反射遵循光的反射定律，光路是可逆的。(3)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，实际上已经没有折射光了。(4)从能量角度理解全反射现象：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，折射光的能量减弱为零，这时就发生了全反射。3．全反射的有关现象海水浪花呈白色、玻璃或水中的气泡看起来特别亮、沙漠蜃景、海市蜃楼、钻石的光彩夺目、水下的灯不能照亮整个水面等。4．全反射的应用(1)全反射棱镜：用来改变光的方向。(2)光导纤维(简称光纤)①结构：是一种透明的玻璃纤维丝，直径在几微米到一百微米之间，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，即内芯是光密介质，外套是光疏介质。②原理：光在光纤的内芯中传播，每次射到内芯和外套的界面上时，入射角都大于临界角，从而发生全反射。例题分析·考点题型题型1：全反射现象分析7.（单选）海市蜃楼分为两种形式：海面的海市蜃楼和沙漠中的海市蜃楼。观察对比下列两幅图像，下列说法正确的是(

)A.两图都是折射现象，没有反射现象B.海市蜃楼的原理和平面镜相同C.两图都是光从光密介质进入光疏介质，最终发生了全反射D.海面附近与沙漠表面，底层空气均比上层空气稠密题型2：全发射条件与临界角8.（单选）如图所示，ABC为一直角三棱镜，其中∠A=30∘，D、E、F是三条边上的中点.紧贴DA.FB区域都有光直接射出 B.CF区域都有光直接射出C.CE区域都有光直接射出 D.EA区域都有光直接射出题后反思全反射问题的分析思路：1．确定光是从光密介质进入光疏介质。2．应用sinC＝eq\f(1,n)确定临界角。3．根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射。4．如果发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图。5．运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算，解决问题。题型3：折射与全发射的综合应用9.（单选）如图所示为四分之一透明介质圆柱体，半径为R，高为3R，一束光垂直射到圆柱体的ABCD面上。已知透明介质的折射率为233，不考虑光在介质内的反射透光，则弧面ABFEA.13πR2 B.23π10.如图所示，ABCD是一直角梯形棱镜的横截面，位于截面所在平面内的一束光线由O点以α=45∘角射入，已知棱镜的折射率n=2，BC=CD=16cm，OB=8(1)光线在棱镜AB边的折射角;(2)光线在棱镜中传播的时间。题后反思分析折射和全反射综合问题的思路(1)首先判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质。(2)光从光疏介质进入光密介质时，判断入射角是否大于或等于临界角，明确是否会发生全反射现象(或求出全反射临界角，画出临界光线)。(3)然后画出反射、折射或全反射的光路图(必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图)，再由光学规律结合几何知识推断和求解相关问题。变式训练·举一反三11.（单选）如图所示的光纤树是孩子们喜欢的玩具，它由很多根粗细均匀、密度相同的透明纤维丝制成。每根纤维丝发光原理可以等效为右图的装置，底部放置光源，可向各个方向发出同种颜色的光，光射向纤维丝截面后，可在侧面看到一根根发光的细丝，光源可以调出红、绿、蓝三种不同颜色的光，三种色光中，红光折射率最小，蓝光最大，下列说法正确的是(

)A.光从截面处射入纤维丝后频率变大 B.光从截面处射入纤维丝后波长变大C.红光在纤维丝中的波长比蓝光大 D.射向纤维丝截面的光不会从侧面射出12.一细束单色光在三棱镜ABC的侧面AC上以大角度由D点入射(入射面在棱镜的横截面内)，入射角为i，经折射后射至AB边的E点，如图所示。逐渐减小i，E点向B点移动，当sini=16时，恰好没有光线从AB边射出棱镜，且13.（单选）图示为某同学设计的一种测量液体折射率的方案。将一绿光点光源置于足够大的容器内，光源距水面深度为h，水面被光源照亮的区域直径为d，已知光在真空中的传播速度大小为c。下列说法正确的是(

)A.该液体的折射率为2B.光传播至液体上表面的最短时间为hC.若将绿光换为红光，水面照亮的区域变大D.若将点光源换为平行水面的正方形面光源，水面照亮的区域为正方形14.（多选）光导纤维在现代通信网络中发挥着重要作用。如图所示，长为L的直光导纤维由内芯和外套两层介质组成，一束激光从端面AB以某一入射角α射向内芯，在内芯的内侧面入射角为θ，此时恰好发生全反射。设内芯的折射率为n，光在真空中的传播速度为c，则(

)A.sinB.激光在内芯中的传播路程为LC.若α=0，则激光在内芯中传播的时间为nLD.若增大α，激光在内芯中仍能发生全反射考点三光路控制与色散关键能力·规律方法1.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制类别项目平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)结构上下表面平行横截面为三角形横截面是圆对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底边偏折圆界面的法线是过圆心的直线，经过两次折射后向圆心偏折应用测量玻璃的折射率全反射棱镜，改变光的传播方向改变光的传播方向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。2．折射时光的色散及成因(1)含有多种颜色的光被分解为单色光的现象称为光的色散。(2)含有多种颜色的光从一种介质进入另一种介质，由于同一介质对不同色光的折射率不同，各种色光的偏折程度不同，所以产生光的色散。不同色光的比较：颜色红橙黄绿青蓝紫频率低→高折射时的偏折程度小→大通过棱镜的偏折角小→大同一介质中的折射率小→大同一介质中的速度大→小波长大→小全反射临界角大→小例题分析·考点题型题型1：光路控制15.（单选）如图所示，a、b两束相互平行的单色光，以一定的入射角照射到两面平行玻璃砖上表面，经平行玻璃砖折射后汇聚成一束复色光c，从平行玻璃砖下表面射出。下列说法中正确的是(

)A.在玻璃介质中，a光的传播速度大于b光的传播速度B.增大入射角，a光在玻璃砖下表面可发生全反射C.用同一装置在相同条件下分别做双缝干涉实验，a光条纹间距小D.经过玻璃砖折射后，a的侧向位移小于b的侧向位移题型2：光的色散16.（单选）在美丽的夏日雨后，我们通常能看见的彩虹是红色在外、紫色在内，这被称为“虹”，有时还能看见一组相对“虹”而言颜色较淡的彩色圆弧，这被称为“霓”，图甲和图乙为霓虹产生的原理图，图中用虚线或实线代表红光或紫光，下列说法正确的是(

)A.霓颜色较淡的主要原因是水滴距离人限更远B.“霓”与“虹”顺序刚好相反，是红色在内、紫色在外C.图甲表示“虹”的产生原理，其中虚线代表紫光D.图乙表示“霓”的产生原理，其中虚线代表紫光变式训练·举一反三17.（单选）2021年12月9日中国女航天员王亚平第二次在太空给学生授课，第三次太空授课内容还在征集中。如果她下次在太空再做水球实验，如图甲用一细束强白光偏离直径30∘照射太空中失重状态的水球;又用如图乙、丙、丁的三个玻璃砖对比实验，让一细束强白光都以如图30∘入射角分别射向半球形玻璃砖上A.图甲中从右侧折射出来包含所有颜色的光，最下方的是红光，通过同一狭缝衍射条纹间距更大B.图乙中，若球直径为30cm，则各色光都经过5×10C.图丙中光从下表面射出时，一定与上表面入射光平行，且紫光在最左边D.图丁中从右侧折射出来的光最上方是紫光，光子能量大，最容易使物质发生光电效应现象18.（单选）如图所示，一束可见光穿过玻璃三棱镜后，变为a、b、c三束单色光。如果b光是绿光，则以下说法正确的是(

)A.a光可能是蓝光 B.c光可能是红光C.a光的频率小于b光的频率 D.c光的波长大于b光的波长巩固训练·提升能力一、单选题。1.如图甲所示，自行车后尾灯本身并不发光，但夜晚在灯光的照射下会显得特别明亮，研究发现尾灯内部是由折射率较大的实心透明材料制成，结构如图乙所示。当光由实心材料右侧面垂直入射时，自行车尾灯看起来特别明亮的原因是(

)A.光的折射 B.光的全反射 C.光的干涉 D.光的衍射2.如图所示，一束单色光从介质II射入介质I时发生折射，图中虚线为法线，光线与法线的夹角α<β。已知两种介质的折射率nI、nII与α、β满足关系nA.该单色光在介质I中的频率大于在介质II中的频率B.该单色光在介质I中的速度小于在介质II中的速度C.减小介质II中的入射角β，该单色光可能发生全反射D.增大介质II中的入射角β，该单色光可能发生全反射3.如图所示，半径为12cm的半圆形透明柱体与屏幕MN接触于B点，MN垂直于直径AB，一单色光a以入射角53°射向圆心O，反射光线b与折射光线c恰好垂直。已知光在真空中的传播速度为3×108m/sA.柱体的折射率为5B.两个光斑之间的距离为20cmC.增大光束a的入射角，可以在O点发生全反射D.光在介质中的传播速度v=2.25×4.如图所示，一棱镜的截面为直角三角形ABC，∠A=30∘，一束单色光从AC边的P点进入棱镜，棱镜对该单色光的折射率为3。当入射角等于i时，折射到AB边上的光线刚好发生全反射，则入射角A.33 B.24 C.5.如图所示，一足够高的长方体玻璃砖abcd和光屏P均竖直放置在水平地面上。用激光笔从ad侧O点以60°入射角照射，激光射到屏上A点，移走玻璃砖，激光射到屏上B点(图上未标出A、B)，A、B两点之间距离为l。已知玻璃砖折射率为3，不考虑光的反射。则长方体玻璃砖厚度为A.233l B.3l6.有一透明材料制成的C型半圆柱体，内径是R，外径是2R，其横截面(纸面内)如图所示，O'O是对称轴，一束单色光(纸面内)从半圆柱体外表面上O'点射入，光线与O'O直线所成夹角i=60°时，经折射后恰好与内表面相切。已知真空中的光速为c，不考虑多次反射，下列说法正确的是A.这束单色光在该材料中的折射率为B.这束单色光在该材料中的传播时间为3RC.当入射角i大于60°时，该单色光可能在半圆柱体内发生全反射D.该单色光在内圆柱面恰好发生全反射时，从O'点射入的光线与O'O直线的夹角i=30°二、多选题。7.半径为R的半圆柱形玻璃砖置于空气中，其横截面如图所示，O为圆心，AB面水平，设光在空气中的传播速率为c。一束单色光与水平面成45°角照射到AB面上的D点，D为OA中点，折射光线刚好照射到圆弧最低点C，光线在C点折射后照射到地面上的E点(图中未画出)，现将入射点从D点移到O点，保持入射方向始终与原入射方向平行，最终光线也照射到地面上的E点，不考虑光的反射。则下列说法正确的是A.玻璃砖对光的折射率为2 B.C点到E点的距离为C.C点离地面的高度为R D.