《2020届高考物理第一轮考点复习 （11）光的折射全反射学习、解析+练习》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020届高考物理第一轮考点复习 （11）光的折射全反射学习、解析+练习（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、光的折射 全反射（内容分析） 基础知识 一、光的折射1折射现象：光从一种介质进入另一种介质，传播方向发生改变的现象2折射定律：折射光线、入射光线跟法线在同一平面内，折射光线、入射光线分居法线两侧，入射角的正弦跟折射角的正弦成正比3在折射现象中光路是可逆的二、折射率1定义：光从真空射入某种介质，入射角的正弦跟折射角的正弦之比，叫做介质的折射率注意：光从真空射入介质2公式：n=sini/sin，折射率总大于1即n13.各种色光性质比较：红光的n最小，最小，在同种介质中（除真空外）v最大，最大，从同种介质射向真空时全反射的临界角C最大，以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小（注意区分偏折角和折射
2、角）。4两种介质相比较，折射率较大的叫光密介质，折射率较小的叫光疏介质【例1】一束光从空气射向折射率n=的某种玻璃的表面，如图所示，i表示入射角，则（ ） A无论入射角i有多大，折射角r都不会超过450B欲使折射角r300，应以i450的角度入射C当入射角iarctan时，反射光线与折射光线恰好互相垂直D以上结论都不正确解析：针对A：因为入射角最大值imax=900，由折射定律sini/sin=n， sin=sini/n=sin900/=/2 所以max450，故A正确针对B：由sini/sin=n知，当r300时sini=sinn=sin300=/2 所以，I=450，即选项B正确针对c：当
3、入射角iarctan 时，有sini/cosi=， 由折射定律有sini/sin=n 所以cosisin，则ir=900所以在图中，OBOC故选项C也正确 答案：ABC【例2】如图所示，一圆柱形容器，底面直径和高度相等，当在S处沿容器边缘的A点方向观察空筒时，刚好看到筒底圆周上的B点保持观察点位置不变，将筒中注满某种液体，可看到筒底的中心点，试求这种未知液体的折射率是多大？解析：筒内未装液体时，S点的眼睛能看到B点以上部分，注满液体后，由O点发出的光线经液面折射后刚好进入眼睛，根据折射定律知：n=sini/sin=/2=1.58 即这种未知液体的折射率n=158三、全反射1全反射现象：光照射到
4、两种介质界面上时，光线全部被反射回原介质的现象2全反射条件：光线从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角3临界角公式：光线从某种介质射向真空（或空气）时的临界角为C，则sinC=1/n=v/c【例3】潜水员在折射率为的透明的海水下hm深处，向上观察水面，能看到的天穹和周围的景物都出现在水面上 的一个圆形面积为S的区域内，关于圆面积S和深度h的关系正确的是（ C ）A、S与水深h成正比 B、S与水深h成反比C、S与水深h的平方成正比 D、S与水深h的平方成反比【例4】完全透明的水中某深处，放一点光源在水面上可见到一个圆形的透光平面，如果透光圆面的半径匀速增大，则光源正在（ D ）A、加速
5、上升 B、加速下沉 C、匀速上升 D、匀速下沉四、棱镜与光的色散1.棱镜对光的偏折作用一般所说的棱镜都是用光密介质制作的。入射光线经三棱镜两次折射后，射出方向与入射方向相比，向底边偏折。（若棱镜的折射率比棱镜外介质小则结论相反。）作图时尽量利用对称性（把棱镜中的光线画成与底边平行）。由于各种色光的折射率不同，因此一束白光经三棱镜折射后发生色散现象，在光屏上形成七色光带（称光谱）（红光偏折最小，紫光偏折最大。）在同一介质中，七色光与下面几个物理量的对应关系如表所示。色光红橙黄绿蓝靛紫折射率小大偏向角小大频率小小速度大小【例5】发出白光的细线光源ab，长度为l0，竖直放置，上端a恰好在水面以下，如
6、图。现考虑线光源a b发出的靠近水面法线（图中的虚线）的细光束经水面折射后所成的像，由于水对光有色散作用，若以l1表示红光成的像的长度，l2表示蓝光成的像的长度，则（D）A l1 l2 l2l0 Cl2 l1l0 Dl2 l1l0解析：红光的折射率n1小于蓝光的折射率n1，b点的像红光比蓝光靠下，所以l2 l1l0【例6】公园里灯光喷泉的水池中有处于同一深度若干彩灯，在晚上观察不同颜色彩灯的深度和 水面上被照亮的面积，下列说法正确的是（ D ）A红灯看起来较浅，红灯照亮的水面面积较小 B红灯看起来较深，红灯照亮的水面面积较小C红灯看起来较浅，红灯照亮的水面面积较大 D红灯看起来较深，红灯照亮的
7、水面面积较大2.全反射棱镜横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。选择适当的入射点，可以使入射光线经过全反射棱镜的作用在射出后偏转90o（右图1）或180o（右图2）。要特别注意两种用法中光线在哪个表面发生全反射。【例7】 如图所示，自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理。它虽然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车。尾灯的原理如图所示，下面说法中正确的是A.汽车灯光应从左面射过来在尾灯的左表面发生全反射B.汽车灯光应从左面射过来在尾灯的右表面发生全反射C.汽车灯光应从右面射过来在尾灯的左表面发生全反射D.汽车灯光应
8、从右面射过来在尾灯的右表面发生全反射解：利用全反射棱镜使入射光线偏折180，光线应该从斜边入射，在两个直角边上连续发生两次全反射。所以选C。3.玻璃砖所谓玻璃砖一般指横截面为矩形的棱柱。当光线从上表面入射，从下表面射出时，其特点是：射出光线和入射光线平行；各种色光在第一次入射后就发生色散；射出光线的侧移和折射率、入射角、玻璃砖的厚度有关；可利用玻璃砖测定玻璃的折射率。【例8】 如图所示，两细束平行的单色光a、b射向同一块玻璃砖的上表面，最终都从玻璃砖的下表面射出。已知玻璃对单色光a的折射率较小，那么下列说法中正确的有a bA.进入玻璃砖后两束光仍然是平行的B.从玻璃砖下表面射出后，两束光不再平
9、行C.从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离一定减小了D.从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离可能和射入前相同解：进入时入射角相同，折射率不同，因此折射角不同，两束光在玻璃内不再平行，但从下表面射出时仍是平行的。射出时两束光之间的距离根据玻璃砖的厚度不同而不同，在厚度从小到大变化时，该距离先减小后增大，有可能和入射前相同（但左右关系一定改变了）。4.光导纤维全反射的一个重要应用就是用于光导纤维（简称光纤）。光纤有内、外两层材料，其中内层是光密介质，外层是光疏介质。光在光纤中传播时，每次射到内、外两层材料的界面，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射。这样使从一个端面入射的光，经过多次全反射能
10、够没有损失地全部从另一个端面射出。【例13】 如图所示，一条长度为L=5.0m的光导纤维用折射率为n=的材料制成。一细束激光由其左端的中心点以= 45的入射角射入光导纤维内，经过一系列全反射后从右端射出。求：该激光在光导纤维中的速度v是多大？该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少？解：由n=c/v可得v=2.1108m/s由n=sin/sinr可得光线从左端面射入后的折射角为30，射到侧面时的入射角为60，大于临界角45，因此发生全反射，同理光线每次在侧面都将发生全反射，直到光线达到右端面。由三角关系可以求出光线在光纤中通过的总路程为s=2L/，因此该激光在光导纤维中传输所经历的时间是t=s
11、/v=2.710-8s。五、各光学元件对光路的控制特征（1）光束经平面镜反射后，其会聚（或发散）的程度将不发生改变。这正是反射定律中“反射角等于入射角”及平面镜的反射面是“平面”所共同决定的。（2）光束射向三棱镜，经前、后表面两次折射后，其传播光路变化的特征是：向着底边偏折，若光束由复色光组成，由于不同色光偏折的程度不同，将发生所谓的色散现象。（3）光束射向前、后表面平行的透明玻璃砖，经前、后表面两次折射后，其传播光路变化的特征是；传播方向不变，只产生一个侧移。（4）光束射向透镜，经前、后表面两次折射后，其传播光路变化的特征是：凸透镜使光束会聚，凹透镜使光束发散。六、各光学镜的成像特征物点发出
12、的发散光束照射到镜面上并经反射或折射后，如会聚于一点，则该点即为物点经镜面所成的实像点；如发散，则其反向延长后的会聚点即为物点经镜面所成的虚像点。因此，判断某光学镜是否能成实（虚）像，关键看发散光束经该光学镜的反射或折射后是否能变为会聚光束（可能仍为发散光束）。（1）平面镜的反射不能改变物点发出的发散光束的发散程度，所以只能在异侧成等等大的、正立的虚像。（2）凹透镜的折射只能使物点发出的发散光束的发散程度提高，所以只能在同侧成缩小的、正立的虚像。（3）凸透镜的折射既能使物点发出的发散光束仍然发散，又能使物点发出的发散光束变为聚光束，所以它既能成虚像，又能成实像。七、几何光学中的光路问题几何光学
13、是借用“几何”知识来研究光的传播问题的，而光的传播路线又是由光的基本传播规律来确定。所以，对于几何光学问题，只要能够画出光路图，剩下的就只是“几何问题”了。而几何光学中的光路通常有如下两类：（1）“成像光路”一般来说画光路应依据光的传播规律，但对成像光路来说，特别是对薄透镜的成像光路来说，则是依据三条特殊光线来完成的。这三条特殊光线通常是指：平行于主轴的光线经透镜后必过焦点；过焦点的光线经透镜后必平行于主轴；过光心的光线经透镜后传播方向不变。（2）“视场光路”即用光路来确定观察范围。这类光路一般要求画出所谓的“边缘光线”，而一般的“边缘光线”往往又要借助于物点与像点的一一对应关系来帮助确定。规
14、律方法 一. 用光的折射解释自然现象现象一:星光闪烁与光折射由于重力的影响，包围地球的大气密度随高度而变化；另外，由于气候的变化，大气层的各处又在时刻不断地变化着，这种大气的物理变化叫做大气的抖动由于大气的抖动便引起了空气折射率的不断变化我们观望某一星星时，星光穿过大气层进入眼睛，于是看到了星光之后由于大气的抖动，使空气折射率发生变化，星光传播的路径便发生了改变，这时星光到达另一地点，我们站在原来的地方就看不见它的光了，便形成一次闪烁大气的抖动是时刻不停的，并与气候密切相关一般大气抖动明显地大气折射率而形成一次闪烁的时间间隔是14秒，所以，我们观望星空时，看到的星光是闪烁的了现象二:蓝天、红日
15、与光散射光在传播过程中，遇到两种均匀媒质的分界面时，会产生反射和折射现象但当光在不均匀媒介质中传播时，情况就不同了由于一部分光线不能直线前进，就会向四面八方散射开来，形成光的散射现象地球周围由空气形成的大气层，就是这样一种不均匀媒质因此，我们看到的天空的颜色，实际上是经大气层散射的光线的颜色科学家的研究表明，大气对不同色光的散射作用不是“机会均等”的，波长短的光受一的散射最厉害当太阳光受到大气分子散射时，波长较短的蓝光被散射得多一些由于天空中布满了被散射的蓝光，地面上的人就看到天空呈现出蔚蓝色空气越是纯净、干燥，这种蔚蓝色就越深、越艳如果天空十分纯净，没有大气和其他微粒的散射作用，我们将看不到这种璀璨的蓝色比如在2万米以上的高空，空气气体分子特别稀薄，散射作用已完全消失，天空也会变得暗淡同样道理，旭日初升或日落西山时
