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1、2022年高考物理大一轮复习第十一章光电磁波第1讲光的反射与折射全反射学案考试标准知识内容必考要求加试要求说明光的反射与折射c不要求引入相对折射率的概念全反射b光的颜色、色散b一、光的反射与折射1.反射定律反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角.2.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.3.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：
2、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)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.自测1(多选)如图是光由空气射入半圆形玻璃砖，再由玻璃砖射入空气的光路图，O点是半圆形玻璃砖的圆心.下列情况可能发生的是()答案BC二、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.临界角：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.自测2(多选)光从介质a射向介质b，如果要在a、b介质的分界面上发生
3、全反射，那么必须满足的条件是()A.a是光密介质，b是光疏介质B.光在介质a中的速度必须大于在介质b中的速度C.光的入射角必须大于或等于临界角D.必须是单色光答案AC三、光的颜色色散1.色散现象白光通过三棱镜会形成由红到紫七种色光组成的彩色光谱.2.成因由于不同色光折射率不同，它们射到另一个分界面时，折射率大的光，偏折角也大.3.光的色散现象说明(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；(3)不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速越慢.自测3(多选)如图2所示，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b，波长分别为a、b，该玻璃对单色光a
4、、b的折射率分别为na、nb，则()图2A.abC.nanb答案BC解析一束光经过三棱镜折射后，折射率小的光偏折较小，而折射率小的光波长较长，所以ab，nanb.故选项B、C正确.命题点一光的折射问题1.对折射率的理解(1)公式n中，不论是光从真空或空气射入介质，还是从介质射入真空或空气，1总是真空或空气中的光线与法线间的夹角，2总是介质中的光线与法线间的夹角.(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)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关，与入射角的大小无关.同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小.(4)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长
5、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.例1(多选)如图3所示，一个储油桶的底面直径与高均为d.当桶内没有油时，从某点A恰能看到桶底边缘的某点B.当桶内油的深度等于桶高的一半时，仍沿AB方向看去，恰好看到桶底上的点C，C、B两点相距.则下列说法正确的是()图3A.油的折射率为B.油的折射率为C.光在油中的传播速度为108 m/sD.光在油中的传播速度为108 m/s答案AC解析因
6、为底面直径与桶高相等，所以AONBON45，由ON2CN可知sin CON，因此，油的折射率n，故A正确，B错误；光在油中的传播速度v108 m/s.故C正确，D错误.变式1(多选)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，介质的折射率与光在该介质中的光速成反比D.同一频率的光由真空进入某种介质时，折射率与光在介质中的波长成反比答案CD解析介质的折射率是一个反映介质光学性质的物理量，由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角无关，故选项A、B均错；由于真空中的光速是一个定值，故n与v成反比
7、是正确的，选项C正确；由于vf，当f一定时，v与成正比，又n与v成反比，故n与也成反比，选项D正确.变式2(多选)一束光从空气射向折射率n的某种玻璃的表面，如图4所示.i代表入射角，则()图4A.当入射角i0时不会发生折射现象B.无论入射角i是多大，折射角r都不会超过45C.欲使折射角r30，应以i60的角度入射D.当入射角i满足tan i时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直答案BD解析当入射角i0时光能从空气进入玻璃，故发生了折射，A错误；当入射角是90时，根据折射定律n，解得：r45，所以无论入射角i是多大，折射角r都不会超过45，B正确；欲使折射角r30，根据折射定律n，解得：i45，故C
8、错误；当tan i时，根据折射定律ntan i，解得sin rcos i，所以反射光线跟折射光线恰好互相垂直，故D正确.变式3(多选)(xx浙江10月选考16)为了从坦克内部观察外部目标，在厚度为20 cm的坦克壁上开了一个直径为12 cm的孔，若在孔内分别安装由同一材料制成的如图5所示的三块玻璃，其中两块玻璃的厚度相同.坦克内的人在同一位置通过玻璃能看到的外界的角度范围是()图5A.甲的大于乙的 B.甲的小于丙的C.乙的小于丙的 D.乙的等于丙的答案AD解析对甲、乙、丙，人眼的位置一定，入射光线经玻璃折射后进入眼睛，如图所示，可知甲的角度范围大于乙、丙的，乙、丙的角度范围相同.命题点二全反射
9、问题1.求解全反射现象中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s应结合光路图与几何关系进行确定.(3)由t求传播时间.2.解决全反射问题的一般方法(1)确定光是从光密介质进入光疏介质.(2)应用sin C确定临界角.(3)根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射.(4)如果发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图.(5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、计算.例2(多选)光导纤维技术在现代生产、生活与科技方面得以广泛应用.如图6所示是一个质量均匀分布的有机玻璃圆柱的横截面，B、C为圆
10、上两点，一束单色光沿AB方向射入，然后从C点射出.已知ABO127，BOC120.真空中光速c3.0108 m/s，sin 530.8，cos 530.6.则()图6A.光在该有机玻璃中传播速度为1.875108 m/sB.光在该有机玻璃中的折射率为1.8C.光在该有机玻璃中发生全反射的临界角为37D.若将该材料做成长300 km的光导纤维，此单色光在光导纤维中传播的最短时间为1.6103 s答案AD解析根据折射定律得：n1.6，则光在有机玻璃中传播的速度为：v m/s1.875108 m/s，故A正确，B错误.根据sin C得，sin C0.625，故C错误.当光线与光导纤维平行时，传播的时
11、间最短，则传播的时间t s1.6103 s，故D正确.变式4(多选)华裔科学家高锟获得xx年诺贝尔物理学奖，他被誉为“光纤通信之父”.光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图7所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播.下列关于光导纤维的说法中正确的是()图7A.内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射B.内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射C.波长越长的光在光纤中传播的速度越大D.频率越大的光在光纤中传播的速度越大答案BC解析当内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上才能发生全反射，选项A错误，B正确；波长越长的光，频率
12、越小，介质对它的折射率n越小，根据公式v，光在光纤中传播的速度越大，选项C正确，D错误.变式5(多选)(xx绍兴第一中学期末)一束白光从水中射入真空的折射光线如图8所示，若保持入射点O不变而逐渐增大入射角，下述说法中正确的是()图8A.若红光射到P点，则紫光在P点上方B.若红光射到P点，则紫光在P点下方C.紫光先发生全反射，而红光后发生全反射D.当红光和紫光都发生全反射时，它们的反射光线射到水底时是在同一点答案BCD解析同一种介质对紫光的折射率大，而对红光的折射率小，同一入射角时，紫光的折射角大，所以紫光在P点下方，A错误，B正确；同理，紫光的临界角小，紫光先达到临界角，红光后达到临界角，C正
13、确；根据光的反射定律，红光和紫光都发生全反射时，反射光线的传播方向一致，所以它们的反射光线射到水底时是在同一点，D正确.变式6(多选)如图9所示为半圆形透明介质的横截面，其半径为R.一束光从半圆形透明介质的左边缘以入射角60射入透明介质，光束在半圆形透明介质的弧形面发生两次反射后刚好从半圆形透明介质的另一边缘射出.已知光在真空中传播的速度为c.则()图9A.透明介质的折射率为B.透明介质的折射率为C.透明介质全反射临界角的正弦值为D.光线在透明介质中传播时间为答案BC解析由几何关系知，光束的折射角r30由n知介质的折射率n.故A错误，B正确.由sin C知，发生全反射临界角的正弦值为sin C
14、，故C正确.光线在介质中传播路程s3R.传播时间t又v知t，故D错误.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2.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速度大小波长大小临界角大小通过棱镜的偏折角小大考向1平行玻璃砖对光路的控制例3(多选)如图10所示，两束平行的甲光和乙光，相距为d，斜射到置于空气中的矩形玻璃砖上，若光线在玻璃砖内不重叠，当它们从玻璃砖的下表面射出时()图10A.若甲为紫光，乙为红光，则两条出射光线间距离一定大于dB.若甲为紫光，乙为红光，则两条出射光线间距离可能小于dC.若甲为红光，乙为紫光，则两条出射光线间距离可能大于dD.若甲为红光
