2024届高考物理一轮总复习第十三章光第1讲光的折射全反射学案.docx

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1、第1讲光的折射 全反射一、光的折射定律折射率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，如图所示(以光从空气射入水中为例)。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：n。注意在光的折射现象中，光路是可逆的。当光从真空(或空气)射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质射入真空(或空气)时，入射角小于折射角。3折射率(1)折射率是衡量材料光学性能的重要指标。(2)定义式：n。(3)计算式：n，因为v c，所以任何介质的折射率都大于1。二、全反射光导纤维1全反射定义：光从

2、光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线将全部消失，只剩下反射光线的现象。2全反射条件(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。3全反射临界角(1)定义：折射角等于90时的入射角。(2)公式：sin C。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，由n得sin C。(3)大小：介质的折射率n越大，发生全反射的临界角C越小。4光导纤维光导纤维的原理是利用光的全反射，如图所示。微点判断(1)光的传播方向发生改变的现象叫光的折射。()(2)折射率跟折射角的正弦成正比。()(3)只要入射角足够大，就能发生全反射。()(4)若光从空气中射入水

3、中，它的传播速度一定减小。()(5)已知介质对某单色光的临界角为C，则该介质的折射率等于。()(6)密度大的介质一定是光密介质。()(一) 折射定律、折射率的理解及应用1对折射率的理解(1)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。(2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。(3)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。2应用光的折射定律解题的一般思路(1)根据入射角、折射角及反射角之间的关系，作出比较完整的光路图。(2)充分利用光路图中的几何关系，确定各角之间的联系，根据折射

4、定律求解相关的物理量：折射角、折射率等。(3)注意在折射现象中，光路是可逆的。多维训练1折射定律的理解如图所示，实线为空气和水的分界面，一束蓝光从空气中的A点沿AO1方向(O1点在分界面上，图中O1点和入射光线都未画出)射向水中，折射后通过水中的B点。图中O点为A、B连线与分界面的交点。下列说法错误的是( )AO1点在O点的右侧B蓝光从空气中射入水中时，速度变小C若沿AO1方向射向水中的是一束紫光，则折射光线有可能通过B点正下方的C点D若沿AO1方向射向水中的是一束红光，则折射光线有可能通过B点正上方的D点解析：选A根据折射定律，可知光由空气斜射入水中时入射角大于折射角，则画出光路图如图所示，

5、知O1点应在O点的左侧，故A错误；光从光疏介质(空气)射入光密介质(水)中时，速度变小，故B正确；紫光的折射率大于蓝光，所以折射角要小于蓝光的，则折射光线可能通过B点正下方的C点，故C正确；红光的折射率小于蓝光，折射角要大于蓝光的，则折射光线可能通过B点正上方的D点，故D正确。2折射率的求解如图所示，ABC为直角三棱镜的截面，A30，B90，一束单色光从AB边上的D点平行AC射入，折射光线刚好经过C点，已知BDAD，则三棱镜的折射率为( )A. B.C. D.解析：选A设BC长为d，则ABd，BDd，由几何关系可知，单色光在D点的入射角i60，设折射角为r，由几何关系可知sin r，则三棱镜的

6、折射率n，A正确。3折射定律的应用我国古代著作墨经中记载了小孔成倒像的实验，认识到光沿直线传播。身高1.6 m的人站在水平地面上，其正前方0.6 m处的竖直木板墙上有一个圆柱形孔洞，直径为1.0 cm、深度为1.4 cm，孔洞距水平地面的高度是人身高的一半。此时，由于孔洞深度过大，使得成像不完整，如图所示。现在孔洞中填充厚度等于洞深的某种均匀透明介质，不考虑光在透明介质中的反射。(1)若该人通过小孔能成完整的像，透明介质的折射率最小为多少？(2)若让掠射进入孔洞的光能成功出射，透明介质的折射率最小为多少？解析：(1)如图所示，若人脚处反射的光恰能成像，则透明介质的折射率最小，由几何关系得此时入

7、射角的正弦值sin i0.8，折射角的正弦值sin r，所以nmin。(2)光从光疏介质向光密介质传播，入射角接近90时为掠射。分析可知，当掠射的光恰好从洞的边缘射出时折射率最小，则有nmin。答案：(1)(2) 4.光的折射定律与反射定律的综合(2023浙江1月选考)如图所示为一斜边镀银的等腰直角棱镜的截面图。一细黄光束从直角边AB以角度入射，依次经AC和BC两次反射，从直角边AC出射。出射光线相对于入射光线偏转了角，则( )A等于90 B大于90C小于90 D与棱镜的折射率有关解析：选A做出光路图，标出各角度值分别为1 、2、3、4、5，由几何关系可得：1290，14，2345，由于n，得

8、5，则(1)(18022)(18023)(54)90，故A正确。(二) 光的色散、光路的控制问题1光的色散(1)现象：一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带。(2)成因：棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光通过棱镜后的偏折程度最小；对紫光的折射率最大，紫光通过棱镜后的偏折程度最大，从而产生色散现象。2各种色光的比较分析颜色红橙黄绿青蓝紫频率低高同一介质中的折射率小大同一介质中的速度大小同一介质中的波长大小通过同一棱镜的偏折角小大同一介质中的临界角大小同一装置的双缝干涉条纹间距大小多维训练1三棱镜的色散如图所示，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b，其在玻璃三棱镜中

9、的波长分别为a、b，该玻璃对单色光a、b的折射率分别为na、nb，则( )Aanb Bab，nanbCab，nab，nanb解析：选B一束光经过三棱镜折射后，折射率小的光偏折较小，在介质中的波长较长。所以ab，na45，故光在MN边发生全反射，即不能从MN边射出，故C正确；根据几何关系可知光在A点发生全反射后到达NP边的B点，根据光的折射的可逆性可知，光从NP边的B点折射后的折射角为45，故D错误。2半圆形玻璃砖某种材料制成的半圆形透明砖平放在方格纸上，将激光束垂直于AC面射入，可以看到光束从圆弧面ABC出射，沿AC方向缓慢平移该砖，在如图所示位置时，出射光束恰好消失，该材料的折射率为( )A

10、1.2B1.4C1.6D1.8解析：选A画出激光束从玻璃砖射出时恰好发生全反射的入射角，如图所示。由全反射的条件得sin ，由几何关系知sin ，联立解得n1.2，故A正确，B、C、D错误。3扇形玻璃砖(多选)如图所示，空气中有一折射率为 的玻璃柱体，其横截面是圆心角为90、半径为R的扇形，一束光平行于横截面，以入射角照射到OA上，OB不透光。只考虑首次入射到圆弧上的光( )A若45，则AB面上最大的入射角大于45B若45，则AB面上最大的入射角为45C若45，则AB面上有光透出部分的弧长为RD若增大，则AB面上有光透出部分的弧长变长解析：选AC若45，根据折射定律有，可得光进入玻璃后光线与O

11、B的夹角为30，过O点的光线垂直入射到AB界面上的点C，如图所示，C到B之间没有光线射出；越接近A的光线入射到AB界面上时的入射角越大，可知AB面上最大的入射角大于45，故A正确，B错误。若45，根据sin C，得临界角为45；如果AB界面上的临界点为D，此光线在AO界面上点E入射，在三角形ODE中可求得OD与OA的夹角为1804512015，A到D之间没有光线射出，由此可得有光线射出的圆弧对应圆心角为90(3015)45，有光透出部分的弧长为l2RR，故C正确。增大，则折射角也增大，根据几何关系，设折射角为，则有光线射出的部分对应的圆心角为9018045(90)45，可知对应的弧长不变，故D

12、错误。4三角形玻璃砖(2022全国乙卷)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sin i时，恰好没有光线从AB边射出棱镜，且DEDA。求棱镜的折射率。解析：因为当sin i时，恰好没有光线从AB边射出，可知光线在E点发生全反射，设临界角为C，则sin C由几何关系可知，光线在D点的折射角为r902C则n，联立可得n1.5。答案：1.5课时跟踪检测一、立足主干知识，注重基础性和综合性1.如图所示，一束单色光从介质1射入介质2，在介质1、2中的波长分别为1、2，频率分别为f1

13、、f2，则( )A12Cf1f2解析：选B根据折射定律可知折射率小的介质光线与法线的夹角大，因此n1v2，因为光从一种介质进入另一种介质时频率不变，即f1f2，根据vf，可知波长与波速成正比，即12。2(2022浙江6月选考)如图所示，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往大水球中央注入空气，形成了一个空气泡，气泡看起来很明亮，其主要原因是( )A气泡表面有折射没有全反射B光射入气泡衍射形成“亮斑”C气泡表面有折射和全反射D光射入气泡干涉形成“亮斑”解析：选C当光从水中射到空气泡的界面处时，一部分光的入射角大于或等于临界角，发生了全反射现象；还有一部分光折射到内壁然后再折射出去

14、，所以水中的空气泡看起来比较亮。3.(2021北京等级考)如图所示的平面内，光束a经圆心O射入半圆形玻璃砖，出射光为b、c两束单色光。下列说法正确的是( )A这是光的干涉现象B在真空中光束b的波长大于光束c的波长C玻璃砖对光束b的折射率大于对光束c的折射率D在玻璃砖中光束b的传播速度大于光束c的传播速度解析：选C光束a经圆心O射入半圆形玻璃砖，出射光为b、c两束单色光，这是光的色散现象，A错误；由题图可知光束c的折射角大于光束b的折射角，根据折射定律可知ncnb，C正确；由于光的折射率越大，其频率越大，波长越短，则光束b在真空中的波长较短，B错误；根据v 知，光束c的折射率小，则光束c在玻璃砖

15、中的传播速度大，D错误。4(2022广州高三检测)(多选)如图所示，一束由两种单色光混合的复色光沿PO方向射向一上、下表面平行的厚玻璃平面镜的上表面，得到三束光、。下列有关这三束光的判断正确的是( )A光束仍为复色光，光束、为单色光B光束在玻璃中的传播速度比光束小C增大角且90，光束、会远离光束D改变角且90，光束、一定与光束平行解析：选ABD由题意画出如图所示的光路图，可知光束是反射光线，所以仍是复色光，而光束、由于折射率的不同导致偏折分离，所以光束、是单色光，故A正确；由于光束的偏折程度大于光束，所以玻璃对光束的折射率大于对光束的折射率，根据v可知，光束在玻璃中的传播速度比光束小，故B正确

16、；当增大角且90，即入射角减小时，光束、会靠近光束，故C错误；因为厚玻璃平面镜的上下表面是平行的，根据光的入射角与反射角相等以及光的可逆性，可知改变角且)。下列结论中正确的是( )A光束b的频率比光束a低B在水中的传播速度，光束a比光束b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的临界角大解析：选C根据图示和折射定律n可知，b光的折射率较大，则b的频率较大，故A错误，C正确；由n可知，b光的折射率较大，在同种介质中传播速度较小，即在水中的传播速度，光束a比光束b大，故B错误；由临界角公式sin C分析得到，b光的折射率较大，对同种介质的临界角较

17、小，故D错误。7(2022广东高考)一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体，液体上方是空气，其截面如图所示。一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动，它所发出的光束始终指向圆心O点。当光束与竖直方向成45角时，恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束。已知光在空气中的传播速度为c，求液体的折射率n和激光在液体中的传播速度v。解析：当光束与竖直方向成45角时，恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束，说明光恰好发生全反射，其临界角为C45由sin C，解得n该激光在液体中的传播速度vc。答案：c二、强化迁移能力，突出创新性和应用性8光刻机是制造芯片的核心装备，利用光源发出的紫外线，将精

18、细的设计图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片。为提高光刻机清晰投影最小图像的能力，在透镜组和硅片之间充有液体。紫外线进入液体后与其在真空中相比( )A波长变短B光子能量增加C频率降低 D传播速度增大解析：选A紫外线进入液体后与在真空中相比，频率不变，传播速度减小，根据，可知波长变短；根据hf，可知光子能量不变。故A正确。9(2022河北衡水中学高三模拟)汽车氙气大灯(前照灯)通常需要透镜(近似看作半球形玻璃砖)才能达到更好的照明效果，保证行车安全，图甲为该系统工作的原理图。图乙是使用近光灯时透镜调节光线的原理图，图中MN为透镜的竖直直径，透镜的半径为R，一束单色光的入射点P与球心O的距离为lR

19、，入射光线与MN的夹角为37，已知透镜对该入射光的折射率为n1.6，透镜距地面的距离为h1.0 m(可认为远大于透镜半径)，求近光灯照射的距离L(sin 370.6，cos 370.8，tan 838.1)。解析：单色光的折射路径如图所示，由题意可得n，解得r30由正弦定理可得则30，则53由几何关系知30则有Lhtan()，解得L8.1 m。答案：8.1 m10(2021山东等级考)超强超短光脉冲产生方法曾获诺贝尔物理学奖，其中用到的一种脉冲激光展宽器截面如图所示。在空气中对称放置四个相同的直角三棱镜，顶角为。一细束脉冲激光垂直第一个棱镜左侧面入射，经过前两个棱镜后分为平行的光束，再经过后两

20、个棱镜重新合成为一束，此时不同频率的光前后分开，完成脉冲展宽。已知相邻两棱镜斜面间的距离d100.0 mm，脉冲激光中包含两种频率的光，它们在棱镜中的折射率分别为n1 和n2。取sin 37，cos 37，1.890。(1)为使两种频率的光都能从左侧第一个棱镜斜面射出，求的取值范围；(2)若37，求两种频率的光通过整个展宽器的过程中，在空气中的路程差L(保留3位有效数字)。解析：(1)设C是全反射的临界角，光线在第一个三棱镜右侧斜面上恰好发生全反射时，根据折射定律得sin C代入较大的折射率得C45所以顶角的范围为045(或45)。(2)脉冲激光从第一个三棱镜右侧斜面射出时发生折射，设折射角分别为1和2，由折射定律得n1n2设两束光在前两个三棱镜斜面之间的路程分别为L1和L2，则L1L2L2(L1L2)联立式，代入数据得L14.4 mm。答案：(1)045(或45)(2)14.4 mm