（新課改省份專用）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十四章 第1節(jié) 光的折射 全反射學(xué)案（含解析）.doc

光與電磁波新課程標(biāo)準(zhǔn)核心知識(shí)提煉1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)，理解光的折射定律。會(huì)測(cè)定材料的折射率。2.知道光的全反射現(xiàn)象及其產(chǎn)生的條件。初步了解光纖的工作原理、光纖技術(shù)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。3.觀察光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象，了解這些現(xiàn)象產(chǎn)生的條件，知道其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。會(huì)用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)定光的波長(zhǎng)。4.通過(guò)實(shí)驗(yàn)，了解激光的特性，能舉例說(shuō)明激光技術(shù)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。5.了解電磁振蕩和電磁波。知道電磁波的發(fā)射、傳播和接收。認(rèn)識(shí)電磁場(chǎng)的物質(zhì)性。6.認(rèn)識(shí)電磁波譜。知道各個(gè)波段的電磁波的名稱、特征和典型應(yīng)用。知道光也是一種電磁波。7.初步了解麥克斯韋電磁理論的基本思想以及在物理學(xué)發(fā)展中的意義。8.初步了解狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論的幾個(gè)主要觀點(diǎn)以及主要觀測(cè)證據(jù)。關(guān)注宇宙學(xué)研究的新進(jìn)展。光的折射定律折射率全反射現(xiàn)象光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象激光的特性電磁振蕩和電磁波電磁波的發(fā)射、傳播和接收電磁波譜麥克斯韋電磁理論狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)量光的波長(zhǎng)第1節(jié)光的折射全反射一、光的折射定律折射率1折射定律(1)內(nèi)容：如圖所示，折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成比。(2)表達(dá)式：n。 (3)在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。2折射率(1)折射率是一個(gè)反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量。(2)定義式：n。(3)計(jì)算公式：n，因?yàn)関<c，所以任何介質(zhì)的折射率都大于1。(4)當(dāng)光從真空(或空氣)射入某種介質(zhì)時(shí)，入射角大于折射角；當(dāng)光由介質(zhì)射入真空(或空氣)時(shí)，入射角小于折射角。3折射率的理解(1)折射率由介質(zhì)本身性質(zhì)決定，與入射角的大小無(wú)關(guān)。(2)折射率與介質(zhì)的密度沒(méi)有關(guān)系，光密介質(zhì)不是指密度大的介質(zhì)。(3)同一種介質(zhì)中，頻率越大的色光折射率越，傳播速度越。二、全反射光導(dǎo)纖維1定義光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí)，折射光線將全部消失，只剩下反射光線的現(xiàn)象。2條件(1)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)；(2)入射角大于或等于臨界角。3臨界角折射角等于90時(shí)的入射角。若光從光密介質(zhì)(折射率為n)射向真空或空氣時(shí)，發(fā)生全反射的臨界角為C，則sin C。介質(zhì)的折射率越大，發(fā)生全反射的臨界角越。4光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維的原理是利用光的全反射。如圖所示。深化理解1光從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)時(shí)，折射角小于入射角；從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，折射角大于入射角。2在同種介質(zhì)中，光的頻率越高，折射率越大，傳播速度越小，全反射的臨界角越小。3無(wú)論折射現(xiàn)象還是反射現(xiàn)象，光路都是可逆的。基礎(chǔ)自測(cè)一、判斷題(1)光的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象叫光的折射。()(2)折射率跟折射角的正弦成正比。()(3)只要入射角足夠大，就能發(fā)生全反射。()(4)折射定律是托勒密發(fā)現(xiàn)的。()(5)若光從空氣中射入水中，它的傳播速度一定減小。()(6)已知介質(zhì)對(duì)某單色光的臨界角為C，則該介質(zhì)的折射率等于。()(7)密度大的介質(zhì)一定是光密介質(zhì)。()二、選擇題1.教科版選修34 P65T1改編如圖所示，MN是空氣與某種液體的分界面，一束紅光由空氣射到分界面，一部分光被反射，一部分光進(jìn)入液體中。當(dāng)入射角是45時(shí)，折射角為30，則以下說(shuō)法正確的是()A反射光線與折射光線的夾角為120B該液體對(duì)紅光的折射率為C該液體對(duì)紅光的全反射臨界角為45D當(dāng)紫光以同樣的入射角從空氣射到分界面時(shí)，折射角也是30解析：選C反射角為45，可求得反射光線與折射光線的夾角為105，A錯(cuò)誤；該液體對(duì)紅光的折射率n，由sin C，可求得全反射臨界角為45，B錯(cuò)誤，C正確；該液體對(duì)紫光的折射率更大，所以折射角小于30，D錯(cuò)誤。2人教版選修34 P53T1(多選)光從介質(zhì)a射向介質(zhì)b，如果要在a、b介質(zhì)的分界面上發(fā)生全反射，那么必須滿足的條件是()Aa是光密介質(zhì)，b是光疏介質(zhì)B光在介質(zhì)a中的速度必須大于在介質(zhì)b中的速度C光的入射角必須大于或等于臨界角D必須是單色光解析：選AC發(fā)生全反射必須同時(shí)滿足兩個(gè)條件：光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，入射角大于或等于臨界角。而光在光密介質(zhì)中的傳播速度比在光疏介質(zhì)中的小，且對(duì)光的顏色，以及單色光、復(fù)合光沒(méi)有要求，故A、C正確，B、D錯(cuò)誤。高考對(duì)本節(jié)內(nèi)容的考查，主要集中在折射定律和折射率的理解及應(yīng)用、光的全反射和色散現(xiàn)象，其中對(duì)色散現(xiàn)象的考查，主要以選擇題的形式呈現(xiàn)，難度一般，而對(duì)折射定律和折射率的理解及應(yīng)用以及光的全反射的考查，主要以計(jì)算題的形式進(jìn)行綜合考查，難度較大?？键c(diǎn)一折射定律和折射率的理解及應(yīng)用師生共研類1對(duì)折射率的理解(1)折射率大小不僅反映了介質(zhì)對(duì)光的折射本領(lǐng)，也反映了光在介質(zhì)中傳播速度的大小，v。(2)折射率的大小不僅與介質(zhì)本身有關(guān)，還與光的頻率有關(guān)。同一種介質(zhì)中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越小。(3)同一種色光，在不同介質(zhì)中雖然波速、波長(zhǎng)不同，但頻率相同。2平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對(duì)光路的控制平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)結(jié)構(gòu)玻璃磚上下表面是平行的橫截面為三角形的三棱鏡橫截面是圓對(duì)光線的作用通過(guò)平行玻璃磚的光線不改變傳播方向，但要發(fā)生側(cè)移通過(guò)三棱鏡的光線經(jīng)兩次折射后，出射光線向棱鏡底面偏折圓界面的法線是過(guò)圓心的直線，經(jīng)過(guò)兩次折射后向圓心偏折應(yīng)用測(cè)定玻璃的折射率全反射棱鏡，改變光的傳播方向改變光的傳播方向典例(2018全國(guó)卷)如圖，某同學(xué)在一張水平放置的白紙上畫(huà)了一個(gè)小標(biāo)記“”(圖中O點(diǎn))，然后用橫截面為等邊三角形ABC的三棱鏡壓在這個(gè)標(biāo)記上，小標(biāo)記位于AC邊上。D位于AB邊上，過(guò)D點(diǎn)做AC邊的垂線交AC于F。該同學(xué)在D點(diǎn)正上方向下順著直線DF的方向觀察，恰好可以看到小標(biāo)記的像；過(guò)O點(diǎn)做AB邊的垂線交直線DF于E；DE2 cm，EF1 cm。求三棱鏡的折射率。(不考慮光線在三棱鏡中的反射)解析如圖所示，過(guò)D點(diǎn)作AB邊的法線NN，連接OD，則、分別為O點(diǎn)發(fā)出的光線在D點(diǎn)的入射角和折射角，根據(jù)折射定律有n由幾何關(guān)系可知6030在OEF中有OE2EF2 cm所以O(shè)ED為等腰三角形，可得30解得n。答案應(yīng)用光的折射定律解題的一般思路(1)根據(jù)入射角、折射角及反射角之間的關(guān)系，作出比較完整的光路圖。(2)充分利用光路圖中的幾何關(guān)系，確定各角之間的聯(lián)系，根據(jù)折射定律求解相關(guān)的物理量：折射角、折射率等。(3)注意在折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。 題點(diǎn)全練1折射率的計(jì)算(2018全國(guó)卷)如圖，ABC為一玻璃三棱鏡的橫截面，A30。一束紅光垂直AB邊射入，從AC邊上的D點(diǎn)射出，其折射角為60，則玻璃對(duì)紅光的折射率為_(kāi)。若改用藍(lán)光沿同一路徑入射，則光線在D點(diǎn)射出時(shí)的折射角_(填“小于”“等于”或“大于”)60。解析：根據(jù)光路的可逆性，在AC面由空氣射入玻璃三棱鏡，入射角為60時(shí)，折射角為30。根據(jù)光的折射定律有n。玻璃對(duì)藍(lán)光的折射率比對(duì)紅光的折射率大，沿同一路徑入射時(shí)，r角仍為30不變，對(duì)應(yīng)的i角變大，因此折射角大于60。答案：大于2折射定律的應(yīng)用(2017江蘇高考)人的眼球可簡(jiǎn)化為如圖所示的模型。折射率相同、半徑不同的兩個(gè)球體共軸。平行光束寬度為D，對(duì)稱地沿軸線方向射入半徑為R的小球，會(huì)聚在軸線上的P點(diǎn)。取球體的折射率為，且DR。求光線的會(huì)聚角。(示意圖未按比例畫(huà)出)解析：由幾何關(guān)系sin i，解得i45則由折射定律n，解得r30且ir，解得30。答案：303折射定律與反射定律的應(yīng)用(2017全國(guó)卷)如圖，一玻璃工件的上半部是半徑為R的半球體，O點(diǎn)為球心；下半部是半徑為R、高為2R的圓柱體，圓柱體底面鍍有反射膜。有一平行于中心軸OC的光線從半球面射入，該光線與OC之間的距離為0.6R。已知最后從半球面射出的光線恰好與入射光線平行(不考慮多次反射)。求該玻璃的折射率。解析：如圖，根據(jù)光路的對(duì)稱性和光路可逆性，與入射光線相對(duì)于OC軸對(duì)稱的出射光線一定與入射光線平行。這樣，從半球面射入的折射光線，將從圓柱體底面中心C點(diǎn)反射。設(shè)光線在半球面的入射角為i，折射角為r。由折射定律有sin insin r由正弦定理有由幾何關(guān)系，入射點(diǎn)的法線與OC的夾角為i。由題設(shè)條件和幾何關(guān)系有sin i式中L是入射光線與OC的距離。由式和題給數(shù)據(jù)得sin r由式和題給數(shù)據(jù)得n1.43。答案：1.43考點(diǎn)二光的全反射師生共研類對(duì)全反射現(xiàn)象的四點(diǎn)提醒(1)光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對(duì)而言的。同一種介質(zhì)，相對(duì)于其他不同的介質(zhì)，可能是光密介質(zhì)，也可能是光疏介質(zhì)。(2)如果光線從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，則無(wú)論入射角多大，都不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象。(3)在光的反射和全反射現(xiàn)象中，均遵循光的反射定律，光路均是可逆的。(4)當(dāng)光射到兩種介質(zhì)的界面上時(shí)，往往同時(shí)發(fā)生光的折射和反射現(xiàn)象，但在全反射現(xiàn)象中，只發(fā)生反射，不發(fā)生折射。典例如圖為三棱柱形棱鏡的橫截面，該橫截面為直角邊為d1 m的等腰直角三角形。一細(xì)光束由AB面斜射入，并逐漸調(diào)節(jié)入射角及入射點(diǎn)的位置，使細(xì)光束經(jīng)AB面折射后直接射到AC面，且當(dāng)細(xì)光束與AB面的夾角為30時(shí)，該細(xì)光束恰好不能從AC面射出。求：(1)該棱鏡的折射率為多大？(2)如果入射點(diǎn)到A點(diǎn)的距離為，光在真空中的傳播速度為c3.0108 m/s，則光束從AB面?zhèn)鞑サ紸C面所用的時(shí)間應(yīng)為多少？(結(jié)果可保留根號(hào))解析(1)由題意作出光路圖，如圖所示由幾何關(guān)系可知入射角為9060由于在AC面發(fā)生了全反射，則n又因?yàn)樵贏B面上：n解得：n。(2)由幾何關(guān)系可知OE，因?yàn)閟in 所以cos ，則DE m光在棱鏡中的速度為v108 m/s則光束從AB面?zhèn)鞑サ紸C面所用的時(shí)間t108 s。答案(1)(2)108 s求解全反射現(xiàn)象中光的傳播時(shí)間的技巧(1)準(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)生全反射的臨界光線是解題的關(guān)鍵。(2)光的傳播路程應(yīng)結(jié)合光路圖與幾何關(guān)系進(jìn)行確定，所以作光路圖時(shí)應(yīng)盡量與實(shí)際相符。(3)光在同種均勻介質(zhì)中的傳播速度不發(fā)生變化，即v。(4)利用t求解光的傳播時(shí)間。 題點(diǎn)全練1.全反射現(xiàn)象自行車上的紅色尾燈不僅是裝飾品，也是夜間騎車的安全指示燈，它能把來(lái)自后面的光照反射回去。某種自行車尾燈可簡(jiǎn)化為由許多整齊排列的等腰直角三棱鏡(折射率n)組成，棱鏡的橫截面如圖所示。一平行于橫截面的光線從O點(diǎn)垂直AB邊射入棱鏡，先后經(jīng)過(guò)AC邊和CB邊反射后，從AB邊的O點(diǎn)射出，則出射光線是()A平行于AC邊的光線B平行于入射光線的光線C平行于CB邊的光線D平行于AB邊的光線答案：B2應(yīng)用全反射原理求折射率利用插針?lè)梢詼y(cè)量水的折射率，其做法是，取一厚度可以忽略不計(jì)的圓形薄木片，在它的圓心處垂直插入一根較長(zhǎng)的大頭針，讓圓形薄木片浮在水面上，調(diào)整大頭針插入薄木片的深度，直至從水面上方的各個(gè)方向向水中觀察，都恰好看不到水中的大頭針。(1)需要測(cè)量的物理量有哪些？寫(xiě)出物理符號(hào)和相應(yīng)的物理意義。(2)根據(jù)(1)中所測(cè)量的物理量寫(xiě)出水的折射率表達(dá)式。解析：由題意知，大頭針的下端的光線在木板的邊緣處由水進(jìn)入空氣時(shí)，恰好發(fā)生全反射，此時(shí)入射角等于臨界角C，如圖所示。根據(jù)n知，若要求折射率，需測(cè)量薄木片的半徑R，大頭針在水面下的長(zhǎng)度h，代入得：n。答案：(1)薄木片的半徑R，大頭針在水面下的長(zhǎng)度h(2)3折射定律和全反射規(guī)律的綜合應(yīng)用(2017全國(guó)卷)如圖，一半徑為R的玻璃半球，O點(diǎn)是半球的球心，虛線OO表示光軸(過(guò)球心O與半球底面垂直的直線)。已知玻璃的折射率為1.5?，F(xiàn)有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光線能從球面射出(不考慮被半球的內(nèi)表面反射后的光線)。求：(1)從球面射出的光線對(duì)應(yīng)的入射光線與光軸距離的最大值；(2)距光軸的入射光線經(jīng)球面折射后與光軸的交點(diǎn)到O點(diǎn)的距離。解析：(1)如圖，從底面上A處射入的光線，在球面上發(fā)生折射時(shí)的入射角為i，當(dāng)i等于全反射臨界角ic時(shí)，對(duì)應(yīng)入射光線到光軸的距離最大，設(shè)最大距離為l。iic設(shè)n是玻璃的折射率，由全反射臨界角的定義有nsin ic1由幾何關(guān)系有sin i聯(lián)立式并利用題給條件，得lR。(2)設(shè)與光軸相距的光線在球面B點(diǎn)發(fā)生折射時(shí)的入射角和折射角分別為i1和r1，由折射定律有nsin i1sin r1設(shè)折射光線與光軸的交點(diǎn)為C，在OBC中，由正弦定理有由幾何關(guān)系有Cr1i1sin i1聯(lián)立式及題給條件得OCR2.74R。答案：(1)R(2)2.74R考點(diǎn)三光的色散現(xiàn)象基礎(chǔ)自修類題點(diǎn)全練1三棱鏡的色散如圖所示，一束光經(jīng)玻璃三棱鏡折射后分為兩束單色光a、b，波長(zhǎng)分別為a、b，該玻璃對(duì)單色光a、b的折射率分別為na、nb，則()Aa<b，na>nbBa>b，na<nbCa<b，na<nbDa>b，na>nb解析：選B一束光經(jīng)過(guò)三棱鏡折射后，折射率小的光偏折較小，而折射率小的光波長(zhǎng)較長(zhǎng)。所以a>b，na<nb。故選項(xiàng)B正確。2平行玻璃磚的色散(2017北京高考)如圖所示，一束可見(jiàn)光穿過(guò)平行玻璃磚后，變?yōu)閍、b兩束單色光。如果光束b是藍(lán)光，則光束a可能是()A紅光 B黃光C綠光D紫光解析：選D由題圖可知，光束a的折射角小，根據(jù)n知，光束a的折射率大于光束b的折射率，頻率越大，折射率越大，且已知光束b是藍(lán)光，選項(xiàng)中頻率大于藍(lán)光頻率的只有紫光，故光束a可能是紫光，D項(xiàng)正確。名師微點(diǎn)1光的色散(1)成因：棱鏡材料對(duì)不同色光的折射率不同，對(duì)紅光的折射率最小，紅光通過(guò)棱鏡后的偏折程度最小，對(duì)紫光的折射率最大，紫光通過(guò)棱鏡后的偏折程度最大，從而產(chǎn)生色散現(xiàn)象。(2)現(xiàn)象：一束白光通過(guò)三棱鏡后在屏上會(huì)形成彩色光帶。2各種色光的比較顏色紅橙黃綠青藍(lán)紫頻率低高同一介質(zhì)中的折射率小大同一介質(zhì)中的速度大小波長(zhǎng)大小通過(guò)棱鏡的偏折角小大臨界角大小雙縫干涉時(shí)的條紋間距大小