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高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題52 光的折射 全反射 光導(dǎo)纖維(講)(含解析)1

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高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題52 光的折射 全反射 光導(dǎo)纖維(講)(含解析)1

第十二章 選修3-4本章考查的熱點(diǎn)有簡諧運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)及圖象、波的圖象以及波長、波速、頻率的關(guān)系,光的折射和全反射,題型以選擇題和填空題為主,難度中等偏下,波動(dòng)與振動(dòng)的綜合及光的折射與全反射的綜合,有的考區(qū)也以計(jì)算題的形式考查復(fù)習(xí)時(shí)應(yīng)注意理解振動(dòng)過程中回復(fù)力、位移、速度、加速度等各物理量的變化規(guī)律、振動(dòng)與波動(dòng)的關(guān)系及兩個(gè)圖象的物理意義,注意圖象在空間和時(shí)間上的周期性,分析幾何光學(xué)中的折射、全反射和臨界角問題時(shí),應(yīng)注意與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系,作出正確的光路圖;光和相對論部分,以考查基本概念及對規(guī)律的簡單理解為主,不可忽視任何一個(gè)知識(shí)點(diǎn)1理解折射率的概念,掌握光的折射定律2掌握全反射的條件,會(huì)進(jìn)行有關(guān)簡單的計(jì)算1折射現(xiàn)象光從一種介質(zhì)斜射進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)傳播方向改變的現(xiàn)象2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正比(2)表達(dá)式:(3)在光的折射現(xiàn)象中,光路是可逆的3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:(3)計(jì)算公式:,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4全反射現(xiàn)象(1)條件:光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)入射角大于或等于臨界角(2)現(xiàn)象:折射光完全消失,只剩下反射光5臨界角:折射角等于90時(shí)的入射角,用C表示,sin C6光的色散(1)光的色散現(xiàn)象:含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象(2)光譜:含有多種顏色的光被分解后,各種色光按其波長的有序排列(3)光的色散現(xiàn)象說明:白光為復(fù)色光;同一介質(zhì)對不同色光的折射率不同,頻率越大的色光折射率越大;不同色光在同一介質(zhì)中的傳播速度不同,波長越短,波速越慢(4)棱鏡含義:截面是三角形的玻璃儀器,可以使光發(fā)生色散,白光的色散表明各色光在同一介質(zhì)中的折射率不同三棱鏡對光線的作用:改變光的傳播方向,使復(fù)色光發(fā)生色散考點(diǎn)一折射定律的理解與應(yīng)用解決光的折射問題的一般方法:(1)根據(jù)題意畫出正確的光路圖(2)利用幾何關(guān)系確定光路中的邊、角關(guān)系,確定入射角和折射角(3)利用折射定律建立方程進(jìn)行求解重點(diǎn)歸納1玻璃磚對光路的控制兩平面平行的玻璃磚,出射光線和入射光線平行,且光線發(fā)生了側(cè)移,如圖所示2三棱鏡對光路的控制(1)光密三棱鏡:光線兩次折射均向底面偏折,偏折角為,如圖所示(2)光疏三棱鏡:光線兩次折射均向頂角偏折(3)全反射棱鏡(等腰直角棱鏡),如圖所示當(dāng)光線從一直角邊垂直射入時(shí),在斜邊發(fā)生全反射,從另一直角邊垂直射出(如圖甲)當(dāng)光線垂直于斜邊射入時(shí),在兩直角邊發(fā)生全反射后又垂直于斜邊射出(如圖乙),入射光線和出射光線互相平行特別提醒不同顏色的光的頻率不同,在同一種介質(zhì)中的折射率、光速也不同,發(fā)生全反射現(xiàn)象的臨界角也不同典型案例如圖所示,一個(gè)折射率為的三棱鏡的截面為等腰直角,為直角。此截面所在平面內(nèi)的一束光線沿與AB邊成角()的方向入射到AB邊的中點(diǎn)P處,若要光線進(jìn)入三棱鏡后能射到AC邊上且能在AC面上發(fā)生全反射,則應(yīng)滿足什么條件?【答案】【名師點(diǎn)睛】解答本題的關(guān)鍵在于利用幾何關(guān)系找出入射角、折射角和它們之間的關(guān)系,由折射定律可列出方程求解。針對練習(xí)1如圖所示,在MN的下方足夠大的空間是玻璃介質(zhì),其折射率n,玻璃介質(zhì)的上邊界MN是屏幕玻璃中有一個(gè)正三角形空氣泡,其邊長l40cm,頂點(diǎn)與屏幕接觸于C點(diǎn),底邊AB與屏幕平行一束激光a垂直于AB邊射向AC邊的中點(diǎn)O,結(jié)果在屏幕MN上出現(xiàn)兩個(gè)光斑(1)求兩個(gè)光斑之間的距離L(2)若任意兩束相同的激光同時(shí)垂直于AB邊向上射入空氣泡,求屏幕上相距最遠(yuǎn)的兩個(gè)光斑之間的距離【答案】40 cm 80 cm【解析】 (1)畫出光路圖如圖甲所示在界面AC,入射角i60,由折射定律解得折射角r30由光的反射定律得反射角60;由幾何關(guān)系得,ODC是邊長為的正三角形,OEC為等腰三角形,且CEOC;則兩個(gè)光斑之間的距離LDCCE40 cm甲乙(2)作出入射點(diǎn)在A、B的光線的光路圖,如圖乙所示,由圖可得屏幕上相距最遠(yuǎn)的兩個(gè)光斑之間的距離PQ2l80 cm【名師點(diǎn)睛】本題是幾何光學(xué)問題,是折射定律、反射定律與幾何知識(shí)的綜合應(yīng)用要充分運(yùn)用幾何知識(shí),求解兩個(gè)光斑之間的距離針對練習(xí)2一透明柱狀介質(zhì),如圖所示,其橫截面為扇形AOC,O為圓心,半徑為R,圓心角為600;AC關(guān)于OB對稱。一束足夠?qū)捚叫杏贠B的單色光由OA和OC面射入介質(zhì),介質(zhì)折射率為 ,要使ABC面上沒有光線射出,至少在O點(diǎn)左側(cè)垂直O(jiān)B放置多長的遮光板?(不考慮ABC面的反射)【答案】折射光線射向球面AC,在E點(diǎn)恰好發(fā)生全反射,入射角為,有解得:【名師點(diǎn)睛】幾何光學(xué)是3-4部分的重點(diǎn),也高考的熱點(diǎn),關(guān)鍵要能正確作出光路圖,掌握折射定律和光速公式這些基礎(chǔ)知識(shí)。熟練掌握折射定律的公式及全反射公式考點(diǎn)二全反射現(xiàn)象的理解與應(yīng)用1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2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)生折射當(dāng)折射角等于90時(shí),實(shí)際上就已經(jīng)沒有折射光了3全反射現(xiàn)象可以從能量的角度去理解:當(dāng)光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí),在入射角逐漸增大的過程中,反射光的能量逐漸增強(qiáng),折射光的能量逐漸減弱,當(dāng)入射角等于臨界角時(shí),折射光的能量已經(jīng)減弱為零,這時(shí)就發(fā)生了全反射重點(diǎn)歸納1光的折射、全反射中的三個(gè)“一”一個(gè)規(guī)律:光的折射定律一個(gè)概念:折射率一個(gè)條件:全反射的條件2解答全反射類問題的技巧(1)解答全反射類問題時(shí),要抓住發(fā)生全反射的兩個(gè)條件:一是光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì),二是入射角大于或等于臨界角利用好光路圖中的臨界光線,準(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)生全反射的光路圖是解題的關(guān)鍵,且在作光路圖時(shí)盡量與實(shí)際相符,這樣更有利于問題的分析(2)解答光的折射、全反射問題時(shí)抓好兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)準(zhǔn)確作出光路圖利用幾何關(guān)系確定光路中的邊、角關(guān)系,找準(zhǔn)入射角和折射角典型案例如圖所示,四分之一圓柱體玻璃磚半徑R=8cm,放在水平地面上,一束激光平行于OB從OA上C點(diǎn)射入玻璃磚,恰好從玻璃磚的曲面上D點(diǎn)射出,最后激光打在水平地面上E點(diǎn),BE=2cm,求:OC的距離;該玻璃的折射率?!敬鸢浮俊久麕燑c(diǎn)睛】解決光學(xué)問題的關(guān)鍵要掌握全反射的條件、折射定律、臨界角公式、光速公式,運(yùn)用幾何知識(shí)結(jié)合解決這類問題針對練習(xí)1某種液體的折射率為,距液面下深h處有一個(gè)點(diǎn)光源,從液面上看液面被光源照亮的圓形區(qū)域的直徑為: ( )A2h B2h Ch Dh【答案】B【解析】 水下點(diǎn)光源射向空氣時(shí),當(dāng)照射越遠(yuǎn)時(shí)入射角越大,照射越近則入射角越小由水的折射率n可求出水的臨界角 則;當(dāng)入射角i等于450時(shí),恰好發(fā)生全反射從液面上看液面被光源照亮的圓形區(qū)域的直徑為D=2h; 故選:B【名師點(diǎn)睛】此題是關(guān)于全反射的考查,運(yùn)用恰好發(fā)生全反射來確定光斑區(qū)域的大小,水下點(diǎn)光源是向四面八方照射,當(dāng)從水中射向空氣時(shí),若入射角大于或等于臨界角,就會(huì)發(fā)生光的全反射所以有區(qū)域的光不會(huì)射出。針對練習(xí)2如圖所示為用某種透明材料制成的一塊柱形棱鏡的橫截面圖,圓弧CD是半徑為R的四分之一圓周,圓心為光線從AB面上的M點(diǎn)入射,入射角i=60 ,光進(jìn)入棱鏡后恰好在BC面上的O點(diǎn)發(fā)生全反射,然后由CD面射出已知OB段的長度l=6cm,真空中的光速c=30108m/s求:透明材料的折射率n光從M點(diǎn)傳播到點(diǎn)O所用的時(shí)間t【答案】【名師點(diǎn)睛】本題是折射現(xiàn)象和全反射現(xiàn)象的綜合,關(guān)鍵作出光路圖,掌握全反射的條件和臨界角公式,結(jié)合幾何關(guān)系求解

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