(江苏专用)2020版高考物理大一轮复习第十四章机械振动与机械波光电磁波与相对论第三节光的折射全反射(实

1、依纲扣点强基固未.第三节光的折射全反射（实验：测定玻璃的折射率）【基础梳理】折射光线与入射光线、法线处在（内容卜亠平面内，折射光线与入射光线分别位于 法线的；入射角的正弦与折射角 的正弦成正比光的折射（表达电一號二如”、 光从真空射入某种介质发生折射时,"定义卜亠入射角的正弦与折射角的正弦的，叫这种介质的折射率-s咤折射率由介质本身的光学性香I疋义夠一质和光的_决定刹J （与光速的关系户"f射向临界角。区靈p折射光完全消失，只剩下Q （临界角卜折射角等于90。时的入射角，用C表示，sin C=須厂测定玻璃的折射率 验掌握光线发生折射的和的确定方法提示：同一两侧比值器昜频率光

2、密介质光疏介质大于或等于反射光入射角折射角【自我诊断】0判一判(1) 某种玻璃对蓝光的折射率比红光大，蓝光和红光以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光的折射角较大.()(2) 光从空气射入玻璃时，只要入射角足够大就可能发生全反射()(3) 在水中，蓝光的传播速度大于红光的传播速度.()(4) 在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里.()(5) 光纤通信利用了全反射的原理()(6) 晚上，在水池中同一深度的两点光源分别发出红光和蓝光 蓝光光源看起来浅一些()提示：XXx丁丁 (6"/r.r /rjr做一做如图所示，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

3、是 ()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1.73X IO8 m/sD. 反射光线与折射光线成90°角 提示：BCD考点1折射定律的应用【知识提炼】1.对折射率的理解公式n黔中，不论是光从真空射入介质，还是从介质射入真空，血总是真空中的光线与法线间的夹角，弘总是介 质中的光线与法线间的夹角(2) 折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关.(3) 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，光疏介质不是指密度小的介质.(4) 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

4、 越小.(5) 同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同.(6) 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=n-2.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体（球）对光路的控制结构平行玻璃砖玻璃砖上下表面是平行的三棱镜横截面为三角形的三棱镜圆柱体（球）横截面是I平行玻璃砖三棱镜圆柱体（球）应用测定玻璃的折射率全反射棱镜，改变改变光的传播光的传播方向方向【跟进题组】1. （2018高考全国卷皿）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BAC0标记上，小标记位于AC边上.D位于AB边上，过D点做

5、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点做边的垂线交直线DF于DE=2 cm,cm求三棱镜的折射率.（不考虑光线在三棱镜中的反射）nsin a=sinfl式中为三棱镜的折射率由几何关系可知0=60。ZEOF=3Q°在/XOEF 中有 EF=OEsinZEOF 由式和题给条件得OE=2 cm 根据题给条件可知，OED为等腰三角形，有 a=30°由式得=迪答案：见解析2.（2017高考全国卷I ）如图，一玻璃工件的上半 部是半径为R的半球体，O点为球心；下半部2R1111111爲膜是半径为/?、高为2/?的圆柱体，圆柱体

6、底面镀有反射膜.有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入，该光线与OC之间的距离为061?.已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行（不考虑多次 反射）.求该玻璃的折射率.由正弦定理有sin/ sin (i/)2R由几何关系，入射点的法线与OC的夹角为丄由题设条件和 几何关系有sini= 式中厶是入射光线与OC的距离.由式和题给数据得Sinr=5由式和题给数据得=寸205143答案：见解析考点2 对全反射现象的理解和应用【知识提炼】1. 求解光的折射、全反射问题的四点提醒(1) 光密介质和光疏介质是相对而言的.同一种介质，相对于 其他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质.(2) 如果

7、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.(3) 在光的反射和全反射现象中，均遵循光的反射定律，光路 均是可逆的.(4) 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.2. 解决全反射问题的一般方法(1)确定光是光密介质进入光疏介质. 应用sinC=十确定临界角.(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.3. 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，

8、光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化，即v=n'(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.利用求解光的传播时间.【典题例析】例(2018高考全国卷II)如图，AABC是一直角三棱镜的横截面，ZA = 90° , ZB=60° 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?解析(1)光线在C面上折射，由折射定律有 sin ii=nsin rxB式中，兀为棱镜的折

9、射率，和门分别是 该光线在“C面上的入射角和折射角.光 线在AC面上发生全反射，由反射定律有 l2 = r2式中2和尸2分别是该光线在AC面上的入射角和反射角 光线在AB面上发生折射，由折射定律有Hsin z3=smr3式中心和心分别是该光线在AB面上的入射角和折射角 由几何关系得2 =尸2 = 60°9厂1=，3 = 30°F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为5 =01T1）+（18O°2了2）+03，3）由式得6 =60° (2)光线在AC面上发生全反射，光线在AB面上不发生全反 射，有 nsin i2wsin C>nsin 13 式中C是全

10、反射临界角，满足nsin C=1由式知，棱镜的折射率的取值范围应为t=s答案见解析考点3 光的色散现象【知识提炼】1.光的色散 (1)现象：一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带.(2)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.2.各种色光的比较颜色红橙黄绿青蓝紫频率卩低*高同一介质中的折射率小f大同一介质中速度大f小波长大f小临界角大f小通过棱镜的偏折角小大【跟进题组】1. 实验表明，可见光通过三棱镜时各色光的折射率随波长2的变化符合科西经验公式：«=A+p+S,

11、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（A.屏上C处是紫光D.屏上。处是红光C.屏上b处是紫光解析：选D白色光经过三棱镜后产生色散现象，在光屏由上 至下依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫.由于紫光的折射 率最大，所以偏折最大；红光的折射率最小，则偏折程度最 小.故屏上°处为红光，屏上处为紫光，D正确.2. 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和P0两条 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C.红、紫、紫、红B.红、紫

12、、红.紫D.紫、红、紫.红解析:选A.七色光中红光的折射率最小,紫光的折射率最大, 故经玻璃球折射后红光的折射角较大，由玻璃球出来后将形 成光带，而两端分别是红光和紫光，根据光路图可知M、Q 点为紫光，N、P点为红光，故选项A正确.3. (1)束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光a、方已知a光的频率小于b光的频率.下面光路图可能正确的是ABb(2)如图所示，含有两种单色光的一细光束，以入射角射入厚度为的平行玻璃砖中，该玻璃砖对两种单色光的折射率 分别为衍和兀2,且«1>«2.求两束单色光从下表面射出时出 射点之间的距离.解析：（1）由于a光的频率

13、小于光的频率，可知a光的折射 率小于b光的折射率.在上表面b两束单色光的入射角相 同，由折射定律可判断出a光的折射角大于b光的折射角.在 下表面，光线由玻璃射向空气，光线折射率为折射角正弦比 入射角正弦，故下表面的折射角应与上表面的入射角相同, 即通过玻璃砖后的出射光线应与原入射光线平行.则wi光路图如图所示，sin sin 0sin riJ W2_sin r2Xjx2tantan r2=Ax=X2XiA答案：(1)B联立各式解得考点4 实验:测定玻璃的折射率【知识提炼】1. 实验原理：用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线OB 确定出2点，画出折射光线然后测量出角1和代入公式2. 实验过程

14、 (1)铺白纸、画线. 如图所示，将白纸用图钉按在平木板 上，先在白纸上画出一条直线如作为界 面，过M上的一点O画出界面的法线 MN,并画一条线段AO作为入射光线. 把玻璃砖平放在白纸上，使它的长边跟必,对齐，画出玻璃 砖的另一条长边(2)插针与测量.在线段AO上竖直地插上两枚大头针Pi、P2,透过玻璃砖 观察大头针Pi、Pi的像，调整视线的方向，直到Pi的像被 卩2挡住，再在观察的这一侧依次插两枚大头针卩3、P4,使P3 挡住P1、卩2的像，尸4挡住尸1、卩2的像及卩3,记下卩3、几的 位置. 移去玻璃砖，连接卩3、Pl并延长交仍，于"，连接OO,即 为折射光线，入射角0! = Z

15、AOMf折射角02=ZOrON. 用量角器测出入射角和折射角，查出它们的正弦值，将数 据填入表格中. 改变入射角01，重复以上实验步骤，列表记录相关测量数 据.3. 数据处理 (1)计算法：用量角器测量入射角血和折射角2,并查出其正弦值sin久和sin仇.算出不同入射角时的噩,并取平均值.如图所示，其斜率为折射率.(3)"单位圆”法确定sin弘、sin%，计算折射率加 以入射点O为圆心，以一定的长度R为111111半径画圆，交入射光线04于E点，交折射光线OO于Q点，过E作NM的垂线EH,过E作NM的垂线E7T如图所sin %sin O2示，sin%=器，sin2=涪,OE=OE&#

16、39;=R,贝!| nPff禽只要用刻度尺量出EH. EGT的长度就可以求出几【跟进题组】1. （2016高考四川卷）某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折 射率如图甲所示，O是圆心，MV是法线，AO. BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径.该同学测得多组入射角i和折射角八作出sin i-sin r图象如图乙所示则（）甲乙A. 光由A经O到n = 1.5B. 光由经O到A，n = l,5C. 光由A经O到B, w=0.67D. 光由经O到A, m=067解析：选B由题图乙可知，入射角Z小于折射角厂，则可知光 是从玻璃砖进入空气，即光由B经O到A；由折射率公式,sin r 0.9_

17、一 ， 十丄"=甌=亦=15 B项正确2. （2019郑州一中模拟）（i）几位同学做“用插针法测定玻璃折射率”实验,图亦直线aabb '表示在白纸上画出的玻砖的两个界面.几位同学进行了如下操作:A. 甲同学选定的玻璃砖两个光学面与方，不平行，其他操作正确B 乙同学在白纸上正确画出平行玻璃砖的两个界面aa，和bb' 后，将玻璃砖向必方向平移了少许，其他操作正确C.丙同学在白纸上画°力、方夕两界面时，其间距比平行玻璃砖两光学面的间距稍微大些，其他操作正确上述几位同学的操作，对玻璃折射率的测定结果没有影响的 是（填写选项前的字母）.在用插针法测玻璃砖折射率的实验中，已确定好入射方向AO,插了两枚大头针Pi和”2，如图所示（是三条直线）.在以后的操作说法中你认为正确的是b0bfA. 在，侧调整观察视线，另两枚大头针P3和几可能插在线上B. 保持O点不动，