2020版高考物理一轮复习第3讲光的折射全反射教案新人教版.docx

第3讲光的折射全反射考点1折射定律折射率1对折射定律和折射率的理解及应用(1)折射率只由介质本身的光学性质和光的频率决定由n定义和计算，与入射角1、折射角2无关(2)由n可计算光的折射率，n是光从真空射入某种介质的折射率对两种介质来说，若n1n2，则折射率为n1的称为光密介质，折射率为n2的称为光疏介质(3)光从一种介质进入另一种介质时频率不变，波长改变，光速改变，可以根据vf和n判断(4)从空气中看水中深度为h处的物体的视深为h(n为水的折射率)，同理可知从水中看空气中高度为H的物体的视高为HnH.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入射光线发生折射 (2018全国卷)如图，某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“”(图中O点)，然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上，小标记位于AC边上D位于AB上，过D点做AC边的垂线交AC于F.该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察，恰好可以看到小标记的像；过O点做AB边的垂线交直线DF于E；DE2 cm，EF1 cm.求三棱镜的折射率(不考虑光线在三棱镜中的反射)审题指导(1)“恰好可以看到小标记的像”理解为“从O点发出的光经过D点折射后垂直AC边射出”(2)画出光路图，找到入射角和折射角，求折射率【解析】本题考查折射定律过D点作AB边的法线NN，连接OD，则ODN为O点发出的光线在D点的入射角；设该光线在D点的折射角为，如图所示根据折射定律有nsinsin式中n为三棱镜的折射率由几何关系可知60EOF30OEF中有EFOEsinEOF由式和题给条件得OE2 cm根据题给条件可知，OED为等腰三角形，有30由式得n【答案】1(2019唐山模拟)(多选)如图所示，光在真空和介质的界面MN上发生偏折，那么下列说法正确的是(BCE)A光是从真空射向介质B介质的折射率为1.73C光在介质中的传播速度为1.73108 m/sD反射光线与折射光线成60角E反射光线与折射光线成90角解析：因为折射角大于入射角，所以光是从介质射向真空的，选项A错误据折射率公式n，所以n1.73，选项B正确再由折射率n，代入数据得v1.73108 m/s，选项C正确反射光线与折射光线成90角，选项D错误，E正确2(2018全国卷)如图，ABC为一玻璃三棱镜的横截面，A30.一束红光垂直AB边射入，从AC边上的D点射出，其折射角为60，则玻璃对红光的折射率为.若改用蓝光沿同一路径入射，则光线在D点射出时的折射角大于(填“小于”“等于”或“大于”)60.解析：本题考查折射定律在三棱镜中的应用等知识由题意知，160，由几何关系知230，由n，得n.由f蓝f红得n蓝n红，又因n，2相同，故1蓝1红，蓝光在D点射出时的折射角大于60.解决光的折射问题的思路(1)根据题意画出正确的光路图(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角均以法线为标准(3)利用折射定律、折射率公式求解考点2全反射现象的理解和应用1对全反射的理解(1)如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象(2)光的全反射现象遵循光的反射定律，光路是可逆的(3)当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射当折射角等于90时，实际上就已经没有折射光了(4)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求解全反射现象中光的传播时间的三个注意事项(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 (2018全国卷)如图，ABC是一直角三棱镜的横截面，A90，B60.一细光束从BC边的D点折射后，射到AC边的E点，发生全反射后经AB边的F点射出EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中点不计多次反射(1)求出射光相对于D点的入射光的偏角；(2)为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？审题指导(1)根据光路图及几何特点，确定入射角和折射角，求出偏折角；(2)发生上述光路的条件为：在AC边发生全反射及在AB边不发生全反射【解析】(1)光线在BC边上折射，由折射定律有sini1nsinr1式中，n为棱镜的折射率，i1和r1分别是该光线在BC边上的入射角和折射角光线在AC边上发生全反射，由反射定律有r2i2式中i2和r2分别是该光线在AC边上的入射角和反射角光线在AB边上发生折射，由折射定律有nsini3sinr3式中i3和r3分别是该光线在AB边上的入射角和折射角由几何关系得i2r260，r1i330F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为(r1i1)(180i2r2)(r3i3)由式得60(2)光线在AC边上发生全反射，光线在AB边上不发生全反射，有nsini2nsinCnsini3式中C是全反射临界角，满足nsinC1由式知，棱镜的折射率n的取值范围应为n2【答案】(1)60(2)n23(多选)如图是不平行玻璃砖的截面，a、b两束单色光从空气垂直玻璃砖上表面射入，在下表面上反射和折射情况如图所示，则a、b两束光(ABE)A在同种均匀介质中传播时，b光的传播速度大B以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角较大C在真空中，a光的波长大于b光波长D在玻璃中，nanb，故D错误；根据n，知vanb，则fafb，由cf知ab，C错误；当b光逆时针转动时，b光在玻璃砖下表面的入射角会增大，当该角大于b光的临界角时，b光就会发生全反射，E正确4(2019山西模拟)一块半圆柱形玻璃砖，其横截面是半径为R的半圆，AB为半圆的直径，O为圆心，如图所示现让一细单色光束垂直AB沿半径Oa方向射到玻璃砖上，光沿Oa方向从玻璃砖的左侧射出若保持光的入射方向不变，将光沿Oa方向向上平移(真空中的光速为c，不考虑光在玻璃砖内的多次反射)(1)当细光束平移到距O点R的M点时，玻璃砖左侧恰好不再有光线射出，求玻璃砖对该单色光的折射率；(2)当细光束平移到距O点R的N点时，出射光线与Oa延长线的交点为f，求光由N点传播到f点的时间解析：(1)如图所示，光束由M处平行Oa射入，在b处发生全反射，ObM为临界角由临界角公式：sinC又sinC解得：n(2)如图所示，光束由N点平行Oa射入，在e点发生折射，设入射角为，折射角为.有n又sin得：60由几何关系得30，eNR，efR光在玻璃中传播速度：v光在玻璃中N、e间传播的时间：t1光在空气中e、f间传播的时间：t2光由N点传播到f点的时间tt1t2答案：(1)(2)解答全反射类问题的技巧(1)根据题意画出光的折射或恰好发生全反射的光路图(2)作图时找出具有代表性的光线，如符合边界条件的临界光线等(3)利用平面几何知识分析线、角关系，找出入射角、折射角或临界角注意入射角、折射角均以法线为标准(4)以刚好发生全反射的光线为比较对象，来判断光线是否发生全反射，从而画出其他光线的光路图考点3光的色散1光的颜色单色光的颜色是由其频率决定的，当它从一种介质进入另一种介质时，它的频率不变，因而其颜色也不变2波长、频率和波速的关系光速v与波长、频率f的关系为vf，光从一种介质进入另一种介质时，波长改变，光速改变3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4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1实验表明，可见光通过三棱镜时各色光的折射率n随波长的变化符合科西经验公式：nA，其中A、B、C是正的常量太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如图所示则(D)A屏上c处是紫光B屏上d处是红光C屏上b处是紫光D屏上a处是红光解析：由科西经验公式可知，光的波长越长，折射率越小太阳光经三棱镜发生色散，从红光到紫光的波长越来越短，即折射率越来越大，所以a处是红光，d处是紫光，则A、B、C错误，D正确2(多选)如图所示，一束光斜射向厚度为d的矩形玻璃砖，经它折射后射出a、b两束光线，则下列说法正确的是(ACE)A玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率B在真空中，a光的波长小于b光的波长C在玻璃中，a光的传播速度大于b光的传播速度D从玻璃砖底边射出的a、b光传播方向不平行E如果只将玻璃砖的厚度d减半，那么从玻璃砖底边射出的a、b光线间的距离将减小解析：a光的偏折程度小，折射率小，故A正确；在真空中，折射率小的光波长长，故B错误；在玻璃中v，知a光的传播速度较大，C正确；根据平行玻璃砖对光的控制作用，知出射光与入射光平行，D错误；当玻璃砖的厚度减半时，a、b两出射光的间距也会减小，E正确3(多选)固定的半圆形玻璃砖的横截面如图，O点为圆心，OO为直径MN的垂线足够大的光屏PQ紧靠玻璃砖右侧且垂直于MN.由A、B两种单色光组成的一束光沿半径方向射向O点，入射光线与OO夹角较小时，光屏NQ区域出现两个光斑，逐渐增大角，当时，光屏NQ区域A光的光斑消失，继续增大角，当时，光屏NQ区域B光的光斑消失，则(AD)A玻璃砖对A光的折射率比对B光的大BA光在玻璃砖中传播速度比B光的大C时，光屏上只有1个光斑D