《江苏专用2020版高考物理新增分大一轮复习第十三章机械振动与机械波光电磁波与相对论第3讲光的折射全反射讲义含解析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《江苏专用2020版高考物理新增分大一轮复习第十三章机械振动与机械波光电磁波与相对论第3讲光的折射全反射讲义含解析（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3讲光的折射全反射一、光的折射定律折射率1.折射定律(1)内容：如图1所示，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.图1(2)表达式：n.(3)在光的折射现象中，光路是可逆的.2.折射率(1)折射率是一个反映介质的光学性质的物理量.(2)定义式：n.(3)计算公式：n，因为vc，所以任何介质的折射率都大于1.(4)当光从真空(或空气)斜射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质斜射入真空(或空气)时，入射角小于折射角.3.折射率的理解(1)折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关.(2)折射率与介质的密度没有关系，
2、光密介质不是指密度大的介质.(3)同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小.自测1一束光以60的入射角从空气射入折射率n的玻璃中，则折射角为，光在玻璃中的传播速度为.答案30108m/s二、光的色散复色光在介质中由于折射率不同而分解成单色光的现象，叫做光的色散.一束白光射向三棱镜，由于各色光通过棱镜后偏向角不同而产生色散现象(如图2).图2说明：(1)白光为复色光.(2)同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率越大.红、橙、黄、绿、青、蓝、紫中，频率最大的是紫色光，折射率最大的是紫色光.(3)不同色光在同一介质中传播速度不同，红、橙、黄、绿、青、蓝、紫中，在同一介质中，
3、光速最大的是红光.三、全反射1.条件：(1)光从光密介质射入光疏介质.(2)入射角大于或等于临界角.2.现象：折射光完全消失，只剩下反射光.3.临界角：sinC，C为折射角等于90时所对应的入射角.4.应用：(1)全反射棱镜.(2)光导纤维，如图3所示.图3自测2一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，下图能正确描述其光路的是()答案A四、实验：测定玻璃的折射率1.实验原理如图4所示，当光线AO以一定的入射角1穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线OB，从而求出折射光线OO和折射角2，再根据n或n，算出玻璃的折射率.图42.实验器材玻璃砖、白纸、木
4、板、大头针、图钉、量角器(或圆规)、三角板、铅笔.3.实验步骤(1)如实验原理图所示，把白纸用图钉固定在木板上.(2)在白纸上画一直线aa作为界面，过aa上的一点O画出界面的法线NN，并画一条线段AO作为入射光线.(3)把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa对齐，再用直尺画出玻璃砖的另一边bb.(4)在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2.(5)从玻璃砖bb一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向直到P2的像挡住P1的像.再在bb一侧插上两枚大头针P3、P4，使P3能挡住P1、P2的像，P4能挡住P3及P1、P2的像.(6)移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分
5、别记下它们的位置，过P3、P4作直线OB交bb于O.连接O、O，OO就是玻璃砖内折射光线的方向.AON为入射角，OON为折射角.(7)改变入射角，重复实验.命题点一折射定律和折射率的理解及应用1.对折射定律的理解(1)注意光线偏折的方向：如果光线从折射率(n1)小的介质射向折射率(n2)大的介质，折射光线向法线偏折，入射角大于折射角，并且随着入射角的增大(减小)，折射角也会增大(减小)；如果光线从折射率大的介质射向折射率小的介质，折射光线偏离法线，入射角小于折射角，并且随着入射角的增大(减小)，折射光线消失之前，折射角也会增大(减小).(2)折射光路是可逆的，如果让光线逆着原来的折射光线射到界
6、面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射，但要注意：计算折射率时都可以直接用大角的正弦比上小角的正弦，即n.2.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)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.例1(2018南京市、盐城市二模)两束平行的单色细光束，垂直于半圆柱玻璃的平面射到半圆柱玻璃上，如图5所示.已知其中一条光线沿直线穿过玻璃，它的入射点是O；另一条光线的入射点为A，穿过玻璃后两条光线交于P点.已知玻璃截面的圆半径为R，OA，OPR，光在真空中传播的速度为
7、c.求：图5(1)玻璃材料的折射率；(2)入射点为A的光线在玻璃中传播的时间.答案(1)(2)解析(1)光路图如图所示.过A点的光线沿直线进入玻璃，在半圆面上的入射点为B，入射角设为1，折射角设为2，则sin1因为OPR，由几何关系(余弦定理)知BPR，则折射角260由折射定律得玻璃的折射率为n(2)光在玻璃中传播速度v，又ABR，故时间t.变式1(2018常州市一模)如图6所示，水深为H的池底有一半径为r的圆形单色光源，在水面上形成圆形光斑.已知水的折射率为n，真空中的光速为c.求：图6(1)光到达水面的最短时间t；(2)圆形光斑的半径R.答案(1)(2)r解析(1)光在水中传播的速度为：v
8、当光竖直向上传播到达水面时，时间最短，最短时间为：t(2)设发生全反射的临界角为C，有：sinC则圆形光斑的半径为：RrHtanCr.命题点二全反射现象的理解与应用分析折射、全反射综合问题的基本思路(1)判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质.(2)判断入射角是否大于或等于临界角，明确是否发生全反射现象.(3)画出反射、折射或全反射的光路图，必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图，然后结合几何知识进行推断和求解相关问题.(4)折射率n是讨论折射和全反射问题的重要物理量，是联系各物理量的桥梁，应熟练掌握跟折射率有关的所有关系式.例2(2018苏锡常镇一调)如图7所示，一束光沿
9、圆心方向射入半圆形玻璃后从直径边射出.入射光线与法线的夹角为30，折射光线与法线的夹角为45，已知光在真空中的速度为c.图7(1)求这束光在玻璃砖中的传播速度.(2)以O点为圆心顺时针旋转玻璃砖，至少旋转多大角度折射光消失？答案(1)c(2)15解析(1)由光的折射定律可知：n，则vc(2)sinC，所以C45，则453015，即顺时针旋转15.变式2(2018南京市、盐城市一模)如图8所示，一束光垂直于AB面照射到折射率n2的等腰透明介质上.光在真空中的传播速度为c.求：图8(1)光在该介质中传播的速度；(2)光在该介质AC面上发生全反射，A的最小值.答案(1)c(2)30解析(1)vc(2
10、)设发生全反射的临界角为C，n，C30，故A的最小值为30命题点三光路控制和色散1.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制类别项目平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)结构玻璃砖上下表面是平行的横截面为三角形横截面是圆对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底边偏折圆界面的法线是过圆心的直线，经过两次折射后向圆心偏折应用测定玻璃的折射率全反射棱镜，改变光的传播方向改变光的传播方向特别提醒不同颜色的光的频率不同，在同一种介质中的折射率、光速也不同，发生全反射现象的临界角也不同.2.光的色散及成因(1)含有多种颜色的光被分解为单色光的现象
11、称为光的色散.(2)含有多种颜色的光从一种介质进入另一种介质，由于介质对不同色光的折射率不同，各种色光的偏折程度不同，所以产生光的色散.3.各种色光的比较颜色红橙黄绿青蓝紫频率f低高同一介质中的折射率小大同一介质中传播速度大小波长大小临界角大小通过棱镜的偏折角小大例3(2018南通市等七市三模)如图9所示，真空中有一个半径为R的均匀透明介质球，一细光束沿直线AB传播，在介质球表面的B点经折射进入球，入射角160，在球面上另一点又一次经折射后进入真空，此时光的传播方向相对于光线AB偏转了60.已知真空中的光速为c，求：图9(1)介质球的折射率n；(2)光在介质球中传播的时间t.答案(1)(2)解
12、析(1)光路图如图所示由几何关系可知折射角230由折射定律有n解得n(2)光在介质中传播的距离sR传播的速度v则t.变式3(2019涟水中学月考)频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后，其光路如图10所示.下列说法正确的是()图10A.单色光1的波长大于单色光2的波长B.在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度C.单色光1的光子能量小于单色光2的光子能量D.单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角答案D解析单色光1比单色光2偏折程度大，则单色光1的折射率大，频率大，故单色光1的波长小，A错误；根据v知，单色光1的折射率大，则单色
13、光1在玻璃中传播的速度小，B错误；单色光1的频率大，根据Eh知，单色光1的光子能量大，C错误；根据sinC知，单色光1的折射率大，则临界角小，D正确.命题点四测定玻璃的折射率实验数据处理方法(1)计算法：用量角器测量入射角1和折射角2，并查出其正弦值sin1和sin2.算出不同入射角时的，并取平均值.(2)作sin1sin2图象：改变不同的入射角1，测出不同的折射角2，作sin1sin2图象，由n可知图象应为过原点的直线，如图11所示，其斜率为折射率.图11(3)“单位圆”法确定sin1、sin2，计算折射率n.以入射点O为圆心，以一定的长度R为半径画圆，交入射光线AO于E点，交折射光线OO于
14、E点，过E作NN的垂线EH，过E作NN的垂线EH.如图12所示，sin1，sin2，OEOER，则n.只要用刻度尺量出EH、EH的长度就可以求出n.图12例4(2018扬州市一模)如图13所示，一束单色光照射到平行玻璃砖上表面，入射方向与界面的夹角30，测得入射点A到竖直光屏的距离为6cm，玻璃砖的厚度为6cm，在玻璃砖下方光屏上出现的光点C到玻璃砖下表面的距离为4cm，求该玻璃砖的折射率n.图13答案解析此光在玻璃砖上表面的入射角为i9060FDBECEtani4tan 60 cm4 cmAFADFD6 cm4 cm2 cm由几何知识得折射角的正切值为：tan r解得折射角r30由n解得：n.变式4(2018扬州中学高三初考)在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔a、b、c的位置相同，且插在c位置的针正好挡住插在a、b位置的针的像，但最后一个针孔的位置不同，分别为d、e两点，如图14所示.计算折射率时，用(填“d”或“e”)点得到的值较小，用(填“d”或“e”)点得到的值误差较小.图1
