（新課改省份專用）2022年高考物理一輪復習 第十四章 第1節(jié) 光的折射 全反射學案（含解析）

（新課改省份專用）2022年高考物理一輪復習 第十四章 第1節(jié) 光的折射 全反射學案（含解析）新課程標準核心知識提煉1.通過實驗，理解光的折射定律。會測定材料的折射率。2.知道光的全反射現(xiàn)象及其產生的條件。初步了解光纖的工作原理、光纖技術在生產生活中的應用。3.觀察光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象，了解這些現(xiàn)象產生的條件，知道其在生產生活中的應用。會用雙縫干涉實驗測定光的波長。4.通過實驗，了解激光的特性，能舉例說明激光技術在生產生活中的應用。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。認識電磁場的物質性。6.認識電磁波譜。知道各個波段的電磁波的名稱、特征和典型應用。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發(fā)展中的意義。8.初步了解狹義相對論和廣義相對論的幾個主要觀點以及主要觀測證據(jù)。關注宇宙學研究的新進展。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論和廣義相對論實驗：測定玻璃的折射率實驗：用雙縫干涉實驗測量光的波長第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)內容：如圖所示，折射光線與入射光線、法線處在同一平面內，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側；入射角的正弦與折射角的正弦成比。(2)表達式：n。 (3)在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。2折射率(1)折射率是一個反映介質的光學性質的物理量。(2)定義式：n。(3)計算公式：n，因為v<c，所以任何介質的折射率都大于1。(4)當光從真空(或空氣)射入某種介質時，入射角大于折射角；當光由介質射入真空(或空氣)時，入射角小于折射角。3折射率的理解(1)折射率由介質本身性質決定，與入射角的大小無關。(2)折射率與介質的密度沒有關系，光密介質不是指密度大的介質。(3)同一種介質中，頻率越大的色光折射率越，傳播速度越。二、全反射光導纖維1定義光從光密介質射入光疏介質，當入射角增大到某一角度時，折射光線將全部消失，只剩下反射光線的現(xiàn)象。2條件(1)光從光密介質射入光疏介質；(2)入射角大于或等于臨界角。3臨界角折射角等于90°時的入射角。若光從光密介質(折射率為n)射向真空或空氣時，發(fā)生全反射的臨界角為C，則sin C。介質的折射率越大，發(fā)生全反射的臨界角越。4光導纖維光導纖維的原理是利用光的全反射。如圖所示。深化理解1光從光疏介質進入光密介質時，折射角小于入射角；從光密介質進入光疏介質時，折射角大于入射角。2在同種介質中，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無論折射現(xiàn)象還是反射現(xiàn)象，光路都是可逆的?；A自測一、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)已知介質對某單色光的臨界角為C，則該介質的折射率等于。()(7)密度大的介質一定是光密介質。(×)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，一部分光進入液體中。當入射角是45°時，折射角為30°，則以下說法正確的是()A反射光線與折射光線的夾角為120°B該液體對紅光的折射率為C該液體對紅光的全反射臨界角為45°D當紫光以同樣的入射角從空氣射到分界面時，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錯誤；該液體對紅光的折射率n，由sin C，可求得全反射臨界角為45°，B錯誤，C正確；該液體對紫光的折射率更大，所以折射角小于30°，D錯誤。2人教版選修34 P53T1(多選)光從介質a射向介質b，如果要在a、b介質的分界面上發(fā)生全反射，那么必須滿足的條件是()Aa是光密介質，b是光疏介質B光在介質a中的速度必須大于在介質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)生全反射必須同時滿足兩個條件：光從光密介質射向光疏介質，入射角大于或等于臨界角。而光在光密介質中的傳播速度比在光疏介質中的小，且對光的顏色，以及單色光、復合光沒有要求，故A、C正確，B、D錯誤。高考對本節(jié)內容的考查，主要集中在折射定律和折射率的理解及應用、光的全反射和色散現(xiàn)象，其中對色散現(xiàn)象的考查，主要以選擇題的形式呈現(xiàn)，難度一般，而對折射定律和折射率的理解及應用以及光的全反射的考查，主要以計算題的形式進行綜合考查，難度較大?？键c一折射定律和折射率的理解及應用師生共研類1對折射率的理解(1)折射率大小不僅反映了介質對光的折射本領，也反映了光在介質中傳播速度的大小，v。(2)折射率的大小不僅與介質本身有關，還與光的頻率有關。同一種介質中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越小。(3)同一種色光，在不同介質中雖然波速、波長不同，但頻率相同。2平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對光路的控制平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)結構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光線的作用通過平行玻璃磚的光線不改變傳播方向，但要發(fā)生側移通過三棱鏡的光線經兩次折射后，出射光線向棱鏡底面偏折圓界面的法線是過圓心的直線，經過兩次折射后向圓心偏折應用測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·全國卷)如圖，某同學在一張水平放置的白紙上畫了一個小標記“·”(圖中O點)，然后用橫截面為等邊三角形ABC的三棱鏡壓在這個標記上，小標記位于AC邊上。D位于AB邊上，過D點做AC邊的垂線交AC于F。該同學在D點正上方向下順著直線DF的方向觀察，恰好可以看到小標記的像；過O點做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D點作AB邊的法線NN，連接OD，則、分別為O點發(fā)出的光線在D點的入射角和折射角，根據(jù)折射定律有n由幾何關系可知60°30°在OEF中有OE2EF2 cm所以OED為等腰三角形，可得30°解得n。答案應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系，作出比較完整的光路圖。(2)充分利用光路圖中的幾何關系，確定各角之間的聯(lián)系，根據(jù)折射定律求解相關的物理量：折射角、折射率等。(3)注意在折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。 題點全練1折射率的計算(2018·全國卷)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點射出，其折射角為60°，則玻璃對紅光的折射率為_。若改用藍光沿同一路徑入射，則光線在D點射出時的折射角_(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，折射角為30°。根據(jù)光的折射定律有n。玻璃對藍光的折射率比對紅光的折射率大，沿同一路徑入射時，r角仍為30°不變，對應的i角變大，因此折射角大于60°。答案：大于2折射定律的應用(2017·江蘇高考)人的眼球可簡化為如圖所示的模型。折射率相同、半徑不同的兩個球體共軸。平行光束寬度為D，對稱地沿軸線方向射入半徑為R的小球，會聚在軸線上的P點。取球體的折射率為，且DR。求光線的會聚角。(示意圖未按比例畫出)解析：由幾何關系sin i，解得i45°則由折射定律n，解得r30°且ir，解得30°。答案：30°3折射定律與反射定律的應用(2017·全國卷)如圖，一玻璃工件的上半部是半徑為R的半球體，O點為球心；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)光路的對稱性和光路可逆性，與入射光線相對于OC軸對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點反射。設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系，入射點的法線與OC的夾角為i。由題設條件和幾何關系有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考點二光的全反射師生共研類對全反射現(xiàn)象的四點提醒(1)光密介質和光疏介質是相對而言的。同一種介質，相對于其他不同的介質，可能是光密介質，也可能是光疏介質。(2)如果光線從光疏介質進入光密介質，則無論入射角多大，都不會發(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)當光射到兩種介質的界面上時，往往同時發(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。一細光束由AB面斜射入，并逐漸調節(jié)入射角及入射點的位置，使細光束經AB面折射后直接射到AC面，且當細光束與AB面的夾角為30°時，該細光束恰好不能從AC面射出。求：(1)該棱鏡的折射率為多大？(2)如果入射點到A點的距離為，光在真空中的傳播速度為c3.0×108 m/s，則光束從AB面?zhèn)鞑サ紸C面所用的時間應為多少？(結果可保留根號)解析(1)由題意作出光路圖，如圖所示由幾何關系可知入射角為90°60°由于在AC面發(fā)生了全反射，則n又因為在AB面上：n解得：n。(2)由幾何關系可知OE，因為sin 所以cos ，則DE m光在棱鏡中的速度為v×108 m/s則光束從AB面?zhèn)鞑サ紸C面所用的時間t×108 s。答案(1)(2)×108 s求解全反射現(xiàn)象中光的傳播時間的技巧(1)準確地判斷出恰好發(fā)生全反射的臨界光線是解題的關鍵。(2)光的傳播路程應結合光路圖與幾何關系進行確定，所以作光路圖時應盡量與實際相符。(3)光在同種均勻介質中的傳播速度不發(fā)生變化，即v。(4)利用t求解光的傳播時間。 題點全練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，它能把來自后面的光照反射回去。某種自行車尾燈可簡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點垂直AB邊射入棱鏡，先后經過AC邊和CB邊反射后，從AB邊的O點射出，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應用全反射原理求折射率利用插針法可以測量水的折射率，其做法是，取一厚度可以忽略不計的圓形薄木片，在它的圓心處垂直插入一根較長的大頭針，讓圓形薄木片浮在水面上，調整大頭針插入薄木片的深度，直至從水面上方的各個方向向水中觀察，都恰好看不到水中的大頭針。(1)需要測量的物理量有哪些？寫出物理符號和相應的物理意義。(2)根據(jù)(1)中所測量的物理量寫出水的折射率表達式。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入空氣時，恰好發(fā)生全反射，此時入射角等于臨界角C，如圖所示。根據(jù)n知，若要求折射率，需測量薄木片的半徑R，大頭針在水面下的長度h，代入得：n。答案：(1)薄木片的半徑R，大頭針在水面下的長度h(2)3折射定律和全反射規(guī)律的綜合應用(2017·全國卷)如圖，一半徑為R的玻璃半球，O點是半球的球心，虛線OO表示光軸(過球心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(不考慮被半球的內表面反射后的光線)。求：(1)從球面射出的光線對應的入射光線與光軸距離的最大值；(2)距光軸的入射光線經球面折射后與光軸的交點到O點的距離。解析：(1)如圖，從底面上A處射入的光線，在球面上發(fā)生折射時的入射角為i，當i等于全反射臨界角ic時，對應入射光線到光軸的距離最大，設最大距離為l。iic設n是玻璃的折射率，由全反射臨界角的定義有nsin ic1由幾何關系有sin i聯(lián)立式并利用題給條件，得lR。(2)設與光軸相距的光線在球面B點發(fā)生折射時的入射角和折射角分別為i1和r1，由折射定律有nsin i1sin r1設折射光線與光軸的交點為C，在OBC中，由正弦定理有由幾何關系有Cr1i1sin i1聯(lián)立式及題給條件得OCR2.74R。答案：(1)R(2)2.74R考點三光的色散現(xiàn)象基礎自修類題點全練1三棱鏡的色散如圖所示，一束光經玻璃三棱鏡折射后分為兩束單色光a、b，波長分別為a、b，該玻璃對單色光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一束光經過三棱鏡折射后，折射率小的光偏折較小，而折射率小的光波長較長。所以a>b，na<nb。故選項B正確。2平行玻璃磚的色散(2017·北京高考)如圖所示，一束可見光穿過平行玻璃磚后，變?yōu)閍、b兩束單色光。如果光束b是藍光，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是藍光，選項中頻率大于藍光頻率的只有紫光，故光束a可能是紫光，D項正確。名師微點1光的色散(1)成因：棱鏡材料對不同色光的折射率不同，對紅光的折射率最小，紅光通過棱鏡后的偏折程度最小，對紫光的折射率最大，紫光通過棱鏡后的偏折程度最大，從而產生色散現(xiàn)象。(2)現(xiàn)象：一束白光通過三棱鏡后在屏上會形成彩色光帶。2各種色光的比較顏色紅橙黃綠青藍紫頻率低高同一介質中的折射率小大同一介質中的速度大小波長大小通過棱鏡的偏折角小大臨界角大小雙縫干涉時的條紋間距大小