《2020年高考物理一轮复习 第15章 第66讲 光的折射 全反射学案（含解析）（选修3-4）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020年高考物理一轮复习 第15章 第66讲 光的折射 全反射学案（含解析）（选修3-4）（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第66讲 光的折射 全反射考点一光的折射1光的折射光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向会改变，这种现象叫做光的折射。如图所示。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。(3)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入射光线发生折射。3折射率(1)定义光从真空射入某种介质发生折射时，入射角i的正弦与折射角r的正弦之比，用n表示。(2)定义式：n。任何介质的折射率总大于1。(3)意义：介质的折射率反映了介质对光的折射本领。(4)折射率
2、与光速的关系某种介质的折射率，等于光在真空中的速度与光在这种介质中的速度之比，即n。(5)决定折射率大小的因素：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。(6)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。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
3、不同介质中光速不同，这正是光发生折射的原因，n与v成反比，C正确；把vf代入n得n，即n与成反比，D错误。2教材母题(人教版选修34 P47例题)如图所示，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。求油的折射率和光在油中传播的速度。变式子题人站在距槽边D为L1.2 m处，刚好能看到槽底B的位置，人眼距地面的高度为H1.6 m。槽中注满某透明液体时，人刚好能看到槽底中央O点处。求液体的折射率及光在液体中的传播速度。答案1.711.75108 m/s解析由题意作图如图所示
4、，连接人眼与B点，延长CD作为法线，从图中可以看出，折射角2CDB。连接D与O点，则入射角1CDO。因为sin2，又因为sin1，由sin2，得BDOC，CD，代入得CDOC，所以sin1。故液体的折射率n1.71，光在液体中的速度为v1.75108 m/s。考点二测定玻璃的折射率1实验原理如图所示，用插针法确定入射角和折射角，根据n计算玻璃折射率。2实验器材两侧面平行的玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器、刻度尺、铅笔。3实验步骤与数据处理(1)把白纸用图钉钉在木板上。(2)用刻度尺在纸面上作一条直线aa，过aa上一点O作垂直于aa的线段NN，再过O点作一条线段AO，并使NOA即1适当大
5、些。(3)在AO线上竖直地插两枚大头针P1、P2，并使间距适当大些，在白纸上沿直线aa放上被测玻璃砖。(4)沿玻璃砖的另一个侧面再作一条直线bb。(5)在玻璃砖的bb一侧白纸上竖直地插一枚大头针P3，使P3恰好能同时挡住aa一侧所插的大头针P2、P1的像。接着，在玻璃砖的bb一侧再竖直地插一枚大头针P4，使P4能挡住P3本身以及P1、P2的像。(6)标记下P1、P2、P3、P4的位置，移去玻璃砖，拔去大头针，过P3、P4作一条直线OB，交bb于O点，连接OO就是入射光线AO在玻璃砖内的折射光线，折射角为2。(7)用量角器量出入射角1和折射角2的大小，记入表格内。(8)用上述方法分别测出入射角是
6、15、30、45、60和75时的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，记入表格里。(9)数据处理计算法：n，并取平均值。图象法：作出sin1sin2图象，如图甲所示，nk。辅助线段法：如图乙所示，作辅助线AB垂直于OB，量出A、O，作辅助线CD垂直于OD，量出C、O，则sin1，sin2，即可求出：n。“单位圆”法：以入射点O为圆心，以适当长度R为半径画圆，交入射光线OA于E点，交折射光线OO于E点，过E作NN的垂线EH，过E作NN的垂线EH。如图丙所示，sin1，sin2，OEOER，则n。4注意事项与误差分析(1)实验时，将大头针尽可能竖直地插在纸板上，并且使P1和P2之间、P3与P4之间距
7、离适当大一些，这样可以减小确定光路方向时出现的误差。(2)入射角1应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大，太大会导致反射光太强、折射光太弱，不易确定P3、P4的位置。(3)在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，更不能把玻璃砖当尺子画界线。(4)在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。在“测定玻璃的折射率”的实验中，(1)小朱同学在实验桌上看到方木板上有一张白纸，白纸上有如图甲所示的实验器材，他认为除了缺刻度尺还少了一种器材，请你写出所缺器材的名称：_。老师将器材配齐后，他进行实验，图乙是他在操作过程中的一个状态，请你指出第四枚大头针应在图乙中的位置_(填“A”“B”或“C
8、”)。(2)小红利用方格坐标纸测定玻璃的折射率，如图丙所示，AO是画在纸上的直线，她在直线AO适当位置竖直插上P1、P2两枚大头针，放上半圆形玻璃砖，使其圆心与O重合，然后插上P3、P4两枚大头针，以确定折射光线。其中她确定P3大头针位置的方法应当是_。操作完成后，她用圆规作了一个以O为圆心、半径与玻璃砖半径相同的半圆(如图丙中虚线所示)，则她测出玻璃的折射率n_。解析(1)实验器材还缺少大头针；依据光的折射定律，及玻璃砖上下表面平行，那么出射光线与入射光线相互平行，因此第四枚大头针应在图乙中的位置B处。(2)透过玻璃砖看，P3大头针挡住P1、P2两枚大头针的像；如图，作出法线，过圆与入射光线
9、、折射光线的交点作法线的垂线CA和DB，由数学知识得，入射角和折射角的正弦值分别为：sini，sinr，其中CODO，则折射率n1.5。答案(1)大头针B(2)挡住P1、P2的像1.5方法感悟(1)平行玻璃砖的出射光线和入射光线平行。(2)对半圆形玻璃砖，入射光线若沿半径，则折射角和入射角均为0，即光线进入玻璃砖时方向不发生变化。(3)过出射点作出法线，运用数学知识求出入射角和折射角的正弦值，再由折射定律求出折射率。(2018浙江模拟)在用插针法做“测定玻璃砖折射率”的实验中，某同学先在白纸上画出一直线并让待测玻璃砖一界面ab与线重合放置，再进行插针观察，如图所示。梯形abcd是其主截面的边界
10、线，而A、B、C、D为该同学在某次实验时插入的4枚大头针的位置情况。(1)请在图中完成测量玻璃砖折射率的有关光路图，并标出入射角和折射角；(2)用和写出计算折射率的公式n_；(3)若所画的cd线比实际界面向外平移了一些，则测得的折射率将_(填“偏小”不变”或“偏大”)。答案(1)图见解析(2)(3)偏大解析(1)连接AB作为入射光线，入射点为E，连接CD作为出射光线，出射点为F，连接EF，即为玻璃砖内的折射光线。光路图如图所示：(2)根据折射定律得：n。(3)根据光路图可知，若所画的cd线比实际界面向外平移了一些，折射角偏小，入射角不变，根据n，可知测得的折射率将偏大。考点三光的全反射1发生全
11、反射的条件(1)光必须从光密介质射入光疏介质，例如从水中或玻璃中射入空气中。(2)入射角必须大于或等于临界角。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sinC。3全反射现象可以从能量的角度去理解：当光由光密介质射向光疏介质时，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，这时就发生了全反射。光导纤维就是利用了这一原理。4解决全反射问题的一般步骤(1)确定光是从光密介质进入光疏介质。(2)应用sinC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
12、射。(4)如发生全反射，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、运算，解决问题。1在自行车的后挡泥板上，常常安装着一个“尾灯”，其实它不是灯，它是用一种透明的塑料制成的，其截面如图所示。夜间，从自行车后方来的汽车灯光照在“尾灯”上时，“尾灯”就变得十分明亮，以便引起汽车司机的注意。从原理上讲，它的功能是利用了()A光的折射 B光的全反射C光的干涉 D光的衍射答案B解析全反射可以让反射光的强度更大一些，故B正确。2教材母题(人教版选修34 P53T6)如图是一个用折射率n2.4的透明介质做成的四棱柱的横截面图，其中AC90，B60。现有一
13、条光线从图示的位置垂直入射到棱镜的AB面上，画出光路图，确定射出的光线。注意：每个面的反射光线和折射光线都不能忽略。变式子题(2018吉林长春质检)如图所示是一种折射率n1.5的棱镜，用于某种光学仪器中。现有一束光线沿MN的方向射到棱镜的AB界面上，入射角的大小为i(sini0.75)。求：(1)光在棱镜中传播的速率；(2)此束光线射出棱镜后的方向，写出推导过程并画出光路图(不考虑返回到AB面上的光线)。答案(1)2.0108 m/s(2)见解析解析(1)由折射率与光速的关系知v2.0108 m/s。(2)光路图如图所示，设光线进入棱镜后的折射角为r，由n得sinr0.5解得r30。光线射到B
14、C界面的入射角i190(1806075)45。由sinCC，光线在BC面上发生全反射，光线沿DE方向射到AC边时，与AC边垂直，故此束光线射出棱镜后方向与AC界面垂直。考点四光的色散与光路控制1光的色散(1)含有多种颜色的光被分解为单色光的现象称为光的色散。本讲只讨论光的折射中的色散，光的干涉、衍射中也有色散现象，详情见下讲内容。(2)光折射时的色散现象：一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带。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。(3)各种色光的比较2平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制(2015重庆高考)虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球来说明。两束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带，光路如图所示。M、N、P、Q点的颜色分别为 ()A紫、红、红、紫 B红、紫、红、紫C红、紫、紫、红 D紫、红、紫、红解析由题图可知，射到M点的光线进入玻璃球时的折射角小于射到N点的光线进入玻璃球时的折射角，
