《新高考物理一轮复习精品讲义专题11.1 光的折射和全反射、测量玻璃的折射率（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新高考物理一轮复习精品讲义专题11.1 光的折射和全反射、测量玻璃的折射率（含解析）（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 专题11.1 光的折射和全反射、测量玻璃的折射率【讲】目录一 讲核心素养1二 讲必备知识1【知识点一】折射定律和折射率的理解及应用1【知识点二】全反射现象的理解和综合分析6【知识点三】光的色散10【知识点四】实验:测定玻璃的折射率11三讲模型思想14（一）不同光学介质模型对光路控制14模型一 半圆形玻璃砖15模型二 三角形玻璃砖16（二）光导纤维的构造及传播原理18一 讲核心素养1.物理观念：折射率、全反射。(1)知道折射率的概念定义以及其物理意义是描述介质对光的偏折程度的一个物理量。(2)知道光的全反射现象及其产生的条件。2.科学思维：折射定律、常见光学介质模型。(1)通过实验，理解光的折
2、射定律。(2)掌握常见光学介质模型对光路的控制特点及光路图的构建。3.科学态度与责任：知道光的全反射现象及其产生的条件。初步了解光纤的工作原理、光纤技术在生产生活中的应用。4.科学实验：通过实验，理解光的折射定律。会测量材料的折射率。二 讲必备知识【知识点一】折射定律和折射率的理解及应用1.折射定律(1)内容：如图所示，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。(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
3、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，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。【例1】(20211月辽宁普高校招生适应性测试，2)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、f2，则()A.12 B.12C.f1f2 D.f1f2【答案】B【解析】光从一种介质进入另外一种介质时频率不变，故选项C、D错误
4、；光从介质1进入介质2，折射光线靠近法线，可知介质2为光密介质，光进入介质2传播速度变小，波长变短，选项B正确，A错误。【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维及物理观念。要求考生在正确理解折射率的概念。【归纳总结】1.对折射率的理解(1)折射率的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.光路的可逆性在光的折射现象中，光路是可逆的。如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的
5、入射光线发生折射。【变式训练1】关于折射率，下列说法正确的是()A. 根据 n 可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比B. 根据 n 可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比C. 根据n 可知，介质的折射率与介质中的光速成反比D. 同一频率的光由第一种介质进入第二种介质时，折射率与波长成正比【答案】C【解析】：介质的折射率n由介质本身及光的频率决定，与入射角、折射角无关，A、B错误；光在不同介质中的速度不同，由n 知，n与v成反比，C正确；把vf代入n，得n，则n与成反比，D错误。【变式训练2】很多公园的水池底部都装有彩灯，当一束由红、蓝两色光组成的灯光从水中斜射向空气时，下列光路图可能存在的一
6、种情况是()ABCD【答案】C【解析】：当两种色光都能折射到空气中时，根据折射定律n，由于红光与蓝光的折射率不同，在入射角相等时，折射角一定不同，蓝色光的折射角大，题图A不可能；光线射到水面时一定有反射，所以反射光中红光和蓝光都有，题图B、题图D不可能；由于红光的折射率比蓝光小，由临界角公式sin C 知，红光的临界角比蓝光的大，有可能是蓝光发生了全反射而红光没有发生全反射，题图C有可能。【例2】20211月广东学业水平选择考适应性测试，16(2)如图所示，救生员坐在泳池旁边凳子上，其眼睛到地面的高度h0为1.2 m，到池边的水平距离L为1.6 m，池深H为1.6 m，池底有一盲区。设池水的折
7、射率为。当池中注水深度h为1.2 m和1.6 m时，池底盲区的宽度分别是多少。【答案】答案1.43 m1.2 m【解析】当池中注水深度h为1.2 m，光路图如图所示根据几何关系知sin i即i53根据折射率可求得sin r即r37根据几何关系可知盲区宽度为stan 531.2 mtan 37 m1.43 m同理可得，当池中注水深度为1.6 m时，池底盲区宽度为s1.6 mtan 371.2 m。【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维。【技巧总结】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
8、关系，根据折射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。【变式训练1】 (2021重庆市上学期一诊)用某种材料做成的直角三棱镜ABC，如图6所示，一束光线从AB面的中点P平行于底边BC射入棱镜，经BC面反射后垂直于AC边射出，已知AB长为 a，真空中光速为c，求：(1)该材料对光的折射率；(2)该光在三棱镜中的传播时间。【答案】(1)(2)【解析】(1)画出光路如图由几何关系可知，光线在P点的入射角i60，折射角为r30，则折射率n。(2)光线在玻璃中的速度vPDBPaBD2PBcos 30 DC 光在三棱镜中传播距离xPDDCsin 60a 传播时间t。【
9、变式训练2】如图所示，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面3 m。距水面 4 m 的湖底P点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹角为53(取sin 530.8)。已知水的折射率为 。(1)求桅杆到P点的水平距离；(2)船向左行驶一段距离后停止，调整由P点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为45时，从水面射出后仍照射在桅杆顶端，求船行驶的距离。【答案】：(1)7 m(2)5.5 m【解析】：(1)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1，到P点的水平距离为x2；桅杆高度为h1，P点处水深为h2；激光束在水中与竖直方向的夹角为。由几何关系有 tan
10、 53tan 由折射定律有n设桅杆到P点的水平距离为x，则xx1x2联立式并代入题给数据得x7 m。(2)设激光束在水中与竖直方向的夹角为45时，从水面出射的方向与竖直方向的夹角为i，由折射定律有n设船向左行驶的距离为x，此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1，到P点的水平距离为x2，则x1x2xxtan itan 45联立式并代入题给数据得x(63)m5.5 m。【知识点二】全反射现象的理解和综合分析(1)定义：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90时，折射光完全消失，只剩下反射光的现象。(2)条件：光从光密介质射入光疏介质；入射角大于或等于临界角。(3)临
11、界角：折射角等于90时的入射角。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，则sin C。介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。【例3】 2020全国卷，34(2)直角棱镜的折射率n1.5，其横截面如图所示，图中C90，A30，截面内一细束与BC边平行的光线，从棱镜AB边上的D点射入，经折射后射到BC边上。()光线在BC边上是否会发生全反射？说明理由；()不考虑多次反射，求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值。【答案】()见解析()【解析】()如图，设光线在D点的入射角为i，折射角为r。折射光线射到BC边上的E点。设光线在E点的入射角为，由几何关系，有9
12、0(30r)60根据题给数据得sin sin 60即大于全反射临界角，因此光线在E点发生全反射。()设光线在AC边上的F点射出棱镜，光线的入射角为i，折射角为r，由几何关系、反射定律及折射定律，有i30i90sin insin rnsin isin r联立式并代入题给数据，得sin r由几何关系，r即AC边射出的光线与最初的入射光线的夹角。【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维。【必备知识】1.分析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
13、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。2.求光的传播时间的一般思路(1)全反射现象中，光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化。即v。(2)全反射现象中。光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定。(3)利用t求解光的传播时间。【变式训练1】 2020全国卷，34(2)如图，一折射率为的材料制作的三棱镜，其横截面为直角三角形ABC，A90，B30。一束平行光平行于BC边从AB边射入棱镜，不计光线在棱镜内的多次反射，求AC边与BC边上有光出射区域的长度的比值。
14、【答案】2【解析】如图(a)所示，设从D点入射的光线经折射后恰好射向C点，光在AB边上的入射角为1，折射角为2，其中，由几何知识可知160，由折射定律有sin 1nsin 2图(a)设从DB范围入射的光折射后在BC边上的入射角为，由几何关系有302由式并代入题给数据得230nsin 1图(b)所以，从DB范围入射的光折射后在BC边上发生全反射，反射光线垂直射到AC边，AC边上全部有光射出。设从AD范围入射的光折射后在AC边上的入射角为，如图(b)所示。由几何关系有902由式和已知条件可知nsin 1即从AD范围入射的光折射后在AC边上发生全反射，反射光线垂直射到BC边上。设BC边上有光线射出的部分为CF，由几何关系得CFACsin 30AC边与BC边有光出射区域的长度的比值为2【变式训练2】(2021山东青岛巿一模)如图，一小孩在河水清澈的河面上以1 m/s的速度游泳，t0时刻他看到自己正下方的河底有一小石块，t3 s时他恰好看不
