2013高考物理复习参考课件：选修3-4.12.1光的折射-全反射-(沪科版)资料

1、1 1对于某单色光，玻璃的折射率比水的大，则此单色光在对于某单色光，玻璃的折射率比水的大，则此单色光在玻璃中传播时（玻璃中传播时（ ）A A其速度比在水中的大，其波长比在水中的长其速度比在水中的大，其波长比在水中的长B B其速度比在水中的大，其波长比在水中的短其速度比在水中的大，其波长比在水中的短C C其速度比在水中的小，其波长比在水中的短其速度比在水中的小，其波长比在水中的短D D其速度比在水中的小，其波长比在水中的长其速度比在水中的小，其波长比在水中的长【解析【解析】选选C.C.由光在介质中的波速与折射率的关系式由光在介质中的波速与折射率的关系式v v 可知，可知，n n玻玻nn水水，所以

2、，所以v v玻玻vv水水，光的频率与介质无关，只由光，光的频率与介质无关，只由光源决定，即光在玻璃及水中传播时源决定，即光在玻璃及水中传播时f f不变，据不变，据v vff，知，知玻玻水水cn2.2.如图所示，把由同种玻璃如图所示，把由同种玻璃制成的厚度为制成的厚度为d d的立方体的立方体A A和和半径为半径为d d的半球体的半球体B B分别放在分别放在报纸上，且让半球的凸面向报纸上，且让半球的凸面向上，从正上方（对上，从正上方（对B B来说是最高点）竖直向下分别观察来说是最高点）竖直向下分别观察A A、B B中中心处报纸上的文字，下面的观察记录正确的是（心处报纸上的文字，下面的观察记录正确的

3、是（ ）看到看到A A中的字比中的字比B B中的字高中的字高看到看到B B中的字比中的字比A A中的字高中的字高看到看到A A、B B中的字一样高中的字一样高看到看到B B中的字和没有放玻璃半球时一样高中的字和没有放玻璃半球时一样高A.A. B. B.只有只有 C. C.只有只有 D.D.【解析【解析】选选A.A.通过立方体观察像比物高，通过球体观察物像通过立方体观察像比物高，通过球体观察物像重合重合, ,光路图如图所示光路图如图所示. .故故A A正确正确. .3.(20113.(2011开封模拟开封模拟)2009)2009年年1010月月6 6日日, ,瑞典皇家科学院在斯德瑞典皇家科学院在

4、斯德哥尔摩宣布哥尔摩宣布, ,将将20092009年诺贝尔物理学奖授予英国华裔科学家年诺贝尔物理学奖授予英国华裔科学家高锟以及美国科学家威拉德高锟以及美国科学家威拉德博伊尔和乔治博伊尔和乔治史密斯史密斯. .高锟高锟在有关在有关“光在纤维中的传输以用于光学通信光在纤维中的传输以用于光学通信”方面取得了突方面取得了突破性的成就破性的成就. .若光导纤维是由内芯和包层组成若光导纤维是由内芯和包层组成, ,下列说法正确下列说法正确的是的是( )( )A.A.内芯和包层折射率相同内芯和包层折射率相同, ,折射率都大折射率都大B.B.内芯和包层折射率相同内芯和包层折射率相同, ,折射率都小折射率都小C.

5、C.内芯和包层折射率不同内芯和包层折射率不同, ,包层折射率较大包层折射率较大D.D.内芯和包层折射率不同内芯和包层折射率不同, ,包层折射率较小包层折射率较小【解析【解析】选选D.D.光导纤维的作用是光在纤维中的传输过程中光导纤维的作用是光在纤维中的传输过程中, ,为使光线不射出来为使光线不射出来, ,光在内芯和包层的界面处要发生全反射光在内芯和包层的界面处要发生全反射, ,而发生全反射的条件是光从折射率较大的光密介质进入折射而发生全反射的条件是光从折射率较大的光密介质进入折射率较小的光疏介质率较小的光疏介质, ,且入射角大于等于临界角且入射角大于等于临界角, ,因此内芯是光因此内芯是光密介

6、质密介质, ,包层是光疏介质包层是光疏介质, ,故选故选D.D.4 4一束光线由空气射入截面为半圆形的玻璃砖，再由玻璃一束光线由空气射入截面为半圆形的玻璃砖，再由玻璃砖射出，入射光线的延长线沿半径方向，则图中的光路图正砖射出，入射光线的延长线沿半径方向，则图中的光路图正确的是（确的是（ ）A A B B C C D D【解析【解析】选选D.D.光从光密介质射向光疏介质时发生折射的同时光从光密介质射向光疏介质时发生折射的同时会发生反射，且折射角大于入射角，会发生反射，且折射角大于入射角，对对错，当入射角错，当入射角大于或等于临界角时发生全反射，大于或等于临界角时发生全反射，对，故选对，故选D.D

7、.5.5.（20112011泉州模拟）在空气中，泉州模拟）在空气中，一条光线以一条光线以6060的入射角射到一的入射角射到一平行玻璃板的上表面平行玻璃板的上表面abab上，已知上，已知该玻璃板的折射率为该玻璃板的折射率为 ，下列说，下列说法正确的是（法正确的是（ ）A A光线可能在光线可能在abab面上发生全反射而不能进入玻璃板面上发生全反射而不能进入玻璃板B B光线肯定能从光线肯定能从abab面进入玻璃板且折射角为面进入玻璃板且折射角为3030C C光线可能在光线可能在cdcd面上发生全反射而不能射出玻璃板面上发生全反射而不能射出玻璃板D D光线肯定能从光线肯定能从cdcd面射出玻璃板且折射

8、角为面射出玻璃板且折射角为30303【解析【解析】选选B. B. 光从光疏介质射向光密介质不会发生全反光从光疏介质射向光密介质不会发生全反射，射，A A错；由错；由sinrsinr= = = = 得得r=30r=30，B B对；对；cdcd面上的入射面上的入射角是角是3030，小于临界角，小于临界角C C，不能发生全反射，且从，不能发生全反射，且从cdcd面射出面射出玻璃板时的折射角为玻璃板时的折射角为6060，C C、D D错错. .sinin12一、折射定律的理解和应用一、折射定律的理解和应用1.1.折射定律是描述在折射现象中同一平面折射定律是描述在折射现象中同一平面“三线与两角三线与两角

9、”的的关系，由关系，由n= n= 可知，入射角可知，入射角i i越大，折射角越大，折射角r r也越大，光线也越大，光线偏折程度也越大偏折程度也越大. .2.2.几何光学问题的解答思路几何光学问题的解答思路(1)(1)几何光路作图几何光路作图确定入射光线、入射点确定入射光线、入射点. .找界面、作法线找界面、作法线( (若界面为曲面找其切面若界面为曲面找其切面) )画出入射角、反射角、折射角画出入射角、反射角、折射角( (光线光线) )(2)(2)据折射定律、几何边角关系列式计算据折射定律、几何边角关系列式计算. .sinisinr3.3.各种光具对光路改变规律各种光具对光路改变规律（1 1）平

10、行玻璃砖）平行玻璃砖不改变入射光的性质和方向，出射光与入射光总平行，但有不改变入射光的性质和方向，出射光与入射光总平行，但有侧移，且入射角侧移，且入射角i i、玻璃砖厚度、玻璃砖厚度d d和折射率和折射率n n越大，侧移越大，侧移h h越大越大. .平行光照射到平行玻璃砖上，入射光的宽度等于出射光的宽平行光照射到平行玻璃砖上，入射光的宽度等于出射光的宽度，而玻璃砖中折射光的宽度随入射角增大而增大度，而玻璃砖中折射光的宽度随入射角增大而增大. .（2 2）三棱镜）三棱镜光密三棱镜光密三棱镜当光线从一侧面射入，从另一侧面射出时，光线两次均向底面当光线从一侧面射入，从另一侧面射出时，光线两次均向底面

11、偏折偏折. .光疏三棱镜光疏三棱镜当光线从一侧面射入，从另一侧面射出时，光线两次均向顶当光线从一侧面射入，从另一侧面射出时，光线两次均向顶角偏折角偏折. .三棱镜成像三棱镜成像当物体发出的光线从三棱镜的一侧面射入，从另一侧面射出当物体发出的光线从三棱镜的一侧面射入，从另一侧面射出时，逆着出射光线可以看到物体的虚像时，逆着出射光线可以看到物体的虚像. .全反射棱镜（等腰直角棱镜）：当光线从一直角边垂直射全反射棱镜（等腰直角棱镜）：当光线从一直角边垂直射入时，在斜边发生全反射，从另一直角边垂直射出；当光线入时，在斜边发生全反射，从另一直角边垂直射出；当光线垂直于斜边射入时，在两直角边都发生全反射后

12、又垂直于斜垂直于斜边射入时，在两直角边都发生全反射后又垂直于斜边射出边射出. .如图所示如图所示. .全反射棱镜的优点：全反射棱镜和平面镜在改变光路方面全反射棱镜的优点：全反射棱镜和平面镜在改变光路方面效果是相同的，相比之下，全反射棱镜成像更清晰，光能损效果是相同的，相比之下，全反射棱镜成像更清晰，光能损失更少，常应用于潜望镜失更少，常应用于潜望镜. .（3 3）圆）圆( (球球) )形玻璃：法线总过圆形玻璃：法线总过圆( (球球) )心，几何关系要充分心，几何关系要充分利用圆的性质利用圆的性质. .4.4.应用近似法求解视深应用近似法求解视深一般瞳孔的线度一般瞳孔的线度d=2d=23 3毫米

13、，因此毫米，因此i i和和r r都非常小，如图所示都非常小，如图所示则则sinitanisinitani= =sinrtanrsinrtanr= =由折射定律由折射定律 =n=n得视深公式得视深公式h=h=同理可得视高公式同理可得视高公式h=nhh=nh0 0. .ah0ahsinisinr0hn 这里的视深指的是沿着界面的法线方向去观察这里的视深指的是沿着界面的法线方向去观察时时, ,像点离界面的距离像点离界面的距离. .【例证【例证1 1】（】（20102010海南高考）海南高考）(10(10分分) )一光线以很小的入射一光线以很小的入射角角i i射入一厚度为射入一厚度为d d、折射率为、

14、折射率为n n的平板玻璃，求出射光线与的平板玻璃，求出射光线与入射光线之间的距离（入射光线之间的距离（很小时，很小时，sin=,cossin=,cos=1=1）. . 【解题指导【解题指导】本题审题应明确以下两点：本题审题应明确以下两点：（1 1）“以很小的入射角以很小的入射角i i射入射入”意味着计算时要做近似处理意味着计算时要做近似处理. .（2 2）“出射光线与入射光线之间的距离出射光线与入射光线之间的距离”通过作图加以明通过作图加以明确确. .【自主解答【自主解答】如图，设光线以很小的入射如图，设光线以很小的入射角角i i入射到平板玻璃表面上的入射到平板玻璃表面上的A A点，折射角点，

15、折射角为为r r，从平板玻璃另一表面上的，从平板玻璃另一表面上的B B点射出点射出. .设设ACAC为入射光线的延长线，由折射定律和为入射光线的延长线，由折射定律和几何关系可知，它与出射光线平行几何关系可知，它与出射光线平行. .过过B B点点作作BDACBDAC，交，交ACAC于于D D点，则点，则BDBD的长度就是的长度就是出射光线与入射光线之间的距离，由折射出射光线与入射光线之间的距离，由折射定律得定律得n= n= 由几何关系得由几何关系得BAD=i-rBAD=i-r sinisinrdABcosr出射光线与入射光线之间的距离为出射光线与入射光线之间的距离为 当入射角当入射角i i很小时

16、，有很小时，有sinisini=i=i，sinrsinr=r=r，sin(i-r)=i-rsin(i-r)=i-r，cosrcosr=1=1由此及由此及式得式得答案答案: :BDABsin(ir)n1 dBDinn1 din【变式训练】如图所示，在水面下【变式训练】如图所示，在水面下同一深度并排紧挨着放置分别能发同一深度并排紧挨着放置分别能发出红光、黄光、蓝光和紫光的四个出红光、黄光、蓝光和紫光的四个灯泡，一人站在这四盏灯正上方离灯泡，一人站在这四盏灯正上方离水面有一定距离处观察，他感觉离水面最近的那盏灯发出的水面有一定距离处观察，他感觉离水面最近的那盏灯发出的光是（光是（ ）A A红光红光

17、B B黄光黄光 C C蓝光蓝光 D D紫光紫光【解析【解析】选选D.D.从空气中观察灯泡时，灯泡发出的光经水面折从空气中观察灯泡时，灯泡发出的光经水面折射后进入观察者的眼睛，折射光线的延长线交于一点，这点射后进入观察者的眼睛，折射光线的延长线交于一点，这点就是灯的虚像，像的位置比实际位置离水面的距离要近些，就是灯的虚像，像的位置比实际位置离水面的距离要近些，竖直向下看时，有竖直向下看时，有h h ，因紫光的折射率最大，故紫光，因紫光的折射率最大，故紫光的视深最小的视深最小01hn二、对折射率的进一步理解二、对折射率的进一步理解1.1.对于折射率，可以从几何光学和物理光学两方面描绘，对于折射率，

18、可以从几何光学和物理光学两方面描绘，即即 ,n,n是沟通几何光学和物理光学的桥梁，是沟通几何光学和物理光学的桥梁，n= n= 只是只是定义式，或者说定义式，或者说 的比值能反映的比值能反映n n的大小但的大小但n n的大小与的大小与i i、r r无关，不能称无关，不能称n n与与sinisini成正比，与成正比，与sinrsinr成反比，不同介质成反比，不同介质n n不同不同. .2.n2.n的大小由介质和光的频率共同决定，光的色散说明不同频率的大小由介质和光的频率共同决定，光的色散说明不同频率的色光在同一介质中传播时的速率不同，折射率不同，该介质的色光在同一介质中传播时的速率不同，折射率不同

19、，该介质对频率较高的色光的折射率大，对频率较低的色光的折射率小，对频率较高的色光的折射率大，对频率较低的色光的折射率小，它反映了介质对光线的偏折能力，它反映了介质对光线的偏折能力，n n越大，偏折能力越大越大，偏折能力越大sinicnsinrvsinisinrsinisinr3.3.七种色光的比较七种色光的比较 不同频率（颜色）的光在同一种介质中，折射不同频率（颜色）的光在同一种介质中，折射率、传播速度、波长、临界角间的关系一直是高考的热点问率、传播速度、波长、临界角间的关系一直是高考的热点问题题. .要理解和确定这些关系可从三棱镜对光的色散入手，熟要理解和确定这些关系可从三棱镜对光的色散入手

20、，熟记红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光的折射率依次增大的记红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光的折射率依次增大的顺序，再由顺序，再由 等公式，就可确定同种等公式，就可确定同种介质对不同颜色（频率）的光的折射关系，也就能确定光速、介质对不同颜色（频率）的光的折射关系，也就能确定光速、波长、临界角间的关系波长、临界角间的关系. .c1nvsinCvn， ，【例证【例证2 2】如图所示，】如图所示，ABAB为一块透明为一块透明的光学材料左侧的端面的光学材料左侧的端面. .建立直角坐建立直角坐标系如图，设该光学材料的折射率标系如图，设该光学材料的折射率沿沿y y轴正方向均匀减小轴正方向均匀减小. .现有一

21、束单现有一束单色光色光a a从原点从原点O O以某一入射角以某一入射角由空由空气射入该材料内部，则该光线在该材料内部可能的光路是图气射入该材料内部，则该光线在该材料内部可能的光路是图中的（中的（ ） 【解题指导【解题指导】本题的题眼是本题的题眼是 “ “材料的折射率沿材料的折射率沿y y轴正轴正方向均匀减小方向均匀减小”，我们可从中提炼出以下两个方面：，我们可从中提炼出以下两个方面：（1 1）“折射率均匀减小折射率均匀减小”体现了体现了“微元法微元法”的思想，需将的思想，需将沿沿y y轴方向的介质分割成折射率不同的薄层后分析轴方向的介质分割成折射率不同的薄层后分析. .（2 2）“沿沿y y轴

22、正方向均匀减小轴正方向均匀减小”而不是而不是“沿沿x x轴正方向均匀轴正方向均匀减小减小”，本题很容易因此导致错解，本题很容易因此导致错解. .【自主解答【自主解答】选选D.D.如图所示，由于如图所示，由于该材料折射率由下向上均匀减小，该材料折射率由下向上均匀减小，可以设想将它分割成折射率不同的可以设想将它分割成折射率不同的薄层薄层. .光线射到相邻两层的界面时，光线射到相邻两层的界面时，如果入射角小于临界角，则射入上如果入射角小于临界角，则射入上一层后折射角大于入射角，光线偏离法线一层后折射角大于入射角，光线偏离法线. .到达更上层的界到达更上层的界面时入射角逐渐增大，当入射角达到临界角时发

23、生全反射，面时入射角逐渐增大，当入射角达到临界角时发生全反射，光线开始向下射去直到从该材料中射出，故光线开始向下射去直到从该材料中射出，故D D正确正确. .【互动探究】海市蜃楼、沙漠蜃景两种现象中，哪种现象的【互动探究】海市蜃楼、沙漠蜃景两种现象中，哪种现象的产生原因与上述情景相似？产生原因与上述情景相似？【解析【解析】由于海面上空水蒸气随高度升高而减少，空气的密由于海面上空水蒸气随高度升高而减少，空气的密度也随之变化，因此离海面越高的地方，折射率越小，因此度也随之变化，因此离海面越高的地方，折射率越小，因此海市蜃楼形成与上述情形相似海市蜃楼形成与上述情形相似. .三、对全反射的理解和应用三

24、、对全反射的理解和应用1.1.光密介质和光疏介质光密介质和光疏介质（1 1）当光从两种介质表面发生折射时，折射率大的介质为光）当光从两种介质表面发生折射时，折射率大的介质为光密介质，折射率小的介质为光疏介质密介质，折射率小的介质为光疏介质. .（2 2）光密介质与光疏介质是相对而言的，同一种介质，相对）光密介质与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，也可能是光疏介质于其他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质. .2.2.全发射的成因分析全发射的成因分析（1 1）从几何光学角度分析）从几何光学角度分析光从光疏介质射入光密介质时，入射角大于折射角，因此光从

25、光疏介质射入光密介质时，入射角大于折射角，因此光线从光疏介质进入光密介质时，无论入射角多大，都不会光线从光疏介质进入光密介质时，无论入射角多大，都不会发生全反射现象发生全反射现象. .光从光密介质射入光疏介质时，入射角小于折射角，随入光从光密介质射入光疏介质时，入射角小于折射角，随入射角变大，折射角也变大，当折射角达到射角变大，折射角也变大，当折射角达到9090时发生全反射时发生全反射. .全反射现象是光的折射现象的特例全反射现象是光的折射现象的特例. .（2 2）从光强角度分析）从光强角度分析3.3.全反射的有关现象及应用全反射的有关现象及应用(1)(1)海水浪花呈白色、玻璃（水）中气泡看起

26、来特别亮、沙海水浪花呈白色、玻璃（水）中气泡看起来特别亮、沙漠蜃景、夏天的柏油路面看起来漠蜃景、夏天的柏油路面看起来“水淋淋水淋淋”、海市蜃楼、钻、海市蜃楼、钻石的夺目光彩、水下灯照不到整个水面、全反射棱镜等石的夺目光彩、水下灯照不到整个水面、全反射棱镜等. .（2 2）光导纤维）光导纤维结构：简称光纤，是一种透结构：简称光纤，是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有几明的玻璃纤维丝，直径只有几微米到几十微米之间，由内芯微米到几十微米之间，由内芯和外套两层组成，内芯的折射和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，即内芯是光密介质，外套是光疏介质率大于外套的折射率，即内芯是光密介质，外套是光疏介质.

27、 .原理：光在光纤的内芯中传播，每次射到内、外层的界面原理：光在光纤的内芯中传播，每次射到内、外层的界面上时，都要求入射角大于或等于临界角，从而发生全反射上时，都要求入射角大于或等于临界角，从而发生全反射【例证【例证3 3】（】（20102010重庆高考）如重庆高考）如图所示，空气中有一折射率为图所示，空气中有一折射率为 的的玻璃柱体，其横截面是圆心角为玻璃柱体，其横截面是圆心角为9090、半径为半径为R R的扇形的扇形OABOAB、一束平行光平、一束平行光平行于横截面，以行于横截面，以4545入射角射到入射角射到OAOA上，上，OBOB不透光，若考虑首次入射到圆弧不透光，若考虑首次入射到圆弧

28、 上的光，则上的光，则 上有光上有光透出的部分的弧长为透出的部分的弧长为A. B. C. D.A. B. C. D.1R61R41R35R122ABAB【标准解答【标准解答】选选B.B.根据折射定律，得根据折射定律，得sinrsinr= = 可得光进入玻璃后光线与竖直可得光进入玻璃后光线与竖直方向的夹角为方向的夹角为3030. .过过O O的光线垂直入射到的光线垂直入射到ABAB界面上界面上D D点射出，点射出，D D到到B B之间没有光线射出，之间没有光线射出，如图所示，越接近如图所示，越接近A A的光线入射到的光线入射到ABAB界面上界面上时的入射角越大，发生全反射的可能性越大，根据临界角

29、公时的入射角越大，发生全反射的可能性越大，根据临界角公式式sinCsinC= = 得临界角为得临界角为4545，设到达，设到达C C点的光线恰好发生全点的光线恰好发生全反射，则反射，则OCO=45OCO=45，因此，因此AOC=15AOC=15，C C、D D之间有光射之间有光射出，对应的圆心角出，对应的圆心角COD=45COD=45，由此可得有光线射出的圆弧，由此可得有光线射出的圆弧对应部分的弧长为对应部分的弧长为 RR. .sin451221214 【规律方法【规律方法】全反射问题的处理思路全反射问题的处理思路全反射问题在题中常以临界情况出现，多是选择题，画光路全反射问题在题中常以临界情况

30、出现，多是选择题，画光路图时应注意以下几点：图时应注意以下几点：（1 1）首先要根据临界角判断是否会发生全反射，若发生全）首先要根据临界角判断是否会发生全反射，若发生全发射，则不存在折射光线发射，则不存在折射光线. .（2 2）在确定是否发生全反射的情况下，再根据折射定律确）在确定是否发生全反射的情况下，再根据折射定律确定入射角或折射角，之后再进行作图、分析和计算定入射角或折射角，之后再进行作图、分析和计算. .【变式训练】某有线制导导弹发射时，在导弹发射基地和导【变式训练】某有线制导导弹发射时，在导弹发射基地和导弹间连一根细如蛛丝的特制光纤弹间连一根细如蛛丝的特制光纤( (像放风筝一样像放风

31、筝一样) )，它双向传，它双向传输信号，能达到有线制导作用光纤由纤芯和包层组成，其输信号，能达到有线制导作用光纤由纤芯和包层组成，其剖面如图所示，其中纤芯材料的折射率剖面如图所示，其中纤芯材料的折射率n n1 1=2=2，包层折射率，包层折射率n n2 2= = ，光纤长度为，光纤长度为 kmkm( (已知当光从折射率为已知当光从折射率为n n1 1的介的介质射入折射率为质射入折射率为n n2 2的介质时，入射角的介质时，入射角i i、折射角、折射角r r间满足关系间满足关系n n1 1sini=nsini=n2 2sinr)sinr)33 3(1)(1)试通过计算说明从光纤一端入射的光信号是

32、否会通过包试通过计算说明从光纤一端入射的光信号是否会通过包层层“泄漏泄漏”出去出去(2)(2)若导弹飞行过程中，将有关参数转变为光信号，利用光若导弹飞行过程中，将有关参数转变为光信号，利用光纤发回发射基地，经瞬间处理后转化为指令光信号返回导弹，纤发回发射基地，经瞬间处理后转化为指令光信号返回导弹，求信号往返需要的最长时间求信号往返需要的最长时间. .【解析【解析】(1)(1)由题意由题意, ,在纤芯和包层分界面上全反射临界角在纤芯和包层分界面上全反射临界角C C，满足满足n n1 1sinC=nsinC=n2 2sin90sin90得得C=60C=60. .如图所示，当光在端面上的如图所示，当

33、光在端面上的入射角最大（入射角最大（i im m=90=90）时，）时，折射角折射角r r也最大，在纤芯与包层也最大，在纤芯与包层分界面上的入射角分界面上的入射角ii最小在最小在端面上端面上i im m=90=90时，由时，由n n1 1= =得得r rm m=30=30, ,这时在侧面上这时在侧面上i=90i=90-30-30=60=60=C.=C.所以，在所有情况中从端面入射到光纤中的信号都不会从包所以，在所有情况中从端面入射到光纤中的信号都不会从包层中层中“泄漏泄漏”出去出去msin90sinr(2)(2)当在端面上入射角最大时所用的时间最长，这时光在纤当在端面上入射角最大时所用的时间最

34、长，这时光在纤芯中的总路程：芯中的总路程：s= s= ，光在纤芯中的速度：光在纤芯中的速度：v= v= ，时间时间答案：答案：（1 1）见解析）见解析 （2 2）8 81010-5-5 s sm2Lcosr1cn51m2n Lst8 10 svccosr 【例证【例证4 4】(2011(2011潍坊模拟潍坊模拟) )如图所如图所示，一束截面为圆形示，一束截面为圆形( (半径为半径为R)R)的平的平行复色光垂直射向一玻璃半球的平行复色光垂直射向一玻璃半球的平面，经折射后在屏幕面，经折射后在屏幕S S上形成一个圆上形成一个圆形彩色亮区形彩色亮区. .已知玻璃半球的半径为已知玻璃半球的半径为R R，

35、屏幕，屏幕S S至球心的距离为至球心的距离为D(DD(D3R)3R)，不考虑光的干涉和衍射，不考虑光的干涉和衍射，试问试问: :(1)(1)在屏幕在屏幕S S上形成的圆形亮区的最外侧是什么颜色上形成的圆形亮区的最外侧是什么颜色? ?(2)(2)若玻璃半球对若玻璃半球对(1)(1)中色光的折射率为中色光的折射率为n n，请你求出圆形亮，请你求出圆形亮区的最大半径区的最大半径. .【标准解答【标准解答】(1)(1)由于紫光频率最大，折射由于紫光频率最大，折射率最大，偏折角最大，故最外侧为紫色率最大，偏折角最大，故最外侧为紫色. . (2) (2)如图，紫光刚要发生全反射时的临界如图，紫光刚要发生全

36、反射时的临界光线射在屏幕光线射在屏幕S S上的点上的点E E到亮区中心到亮区中心G G的距离的距离r r就是所求最大半径就是所求最大半径. . 设紫光临界角为设紫光临界角为C C，由全反射的知识可知，由全反射的知识可知: sinC: sinC 由几何知识可知：由几何知识可知：AB=RsinCAB=RsinC= = ，OB=RcosCOB=RcosC= =FB=ABFB=ABtanCtanC= =GF=D-(OB+BF)=GF=D-(OB+BF)=所以有所以有答案：答案：（1 1）紫色）紫色 （2 2）1nRn2n1Rn2Rn n1GEGFABFB2GFrGEABD n1nRFB 2D n1nR

37、 2nRDn1 对全反射的条件机械记忆导致错误对全反射的条件机械记忆导致错误如图所示，放在空气中折射率为如图所示，放在空气中折射率为n n的平行玻璃砖，表面的平行玻璃砖，表面M M和和N N平行平行，P P、Q Q两个面相互平行且与两个面相互平行且与M M、N N垂直垂直. .一束光射到表面一束光射到表面M M上（光上（光束不与束不与M M平行），则（平行），则（ ）A.A.如果入射角大于临界角，光在表面如果入射角大于临界角，光在表面M M发生全反射发生全反射B.B.无论入射角多大，光在表面无论入射角多大，光在表面M M都不会发生全反射都不会发生全反射C.C.光可能在表面光可能在表面N N发生

38、全反射发生全反射D.D.由于由于M M与与N N平行，光只要通过平行，光只要通过M M就可能在表面就可能在表面N N发生全反射发生全反射【常见错误【常见错误】易错选易错选C C项项. .【易错分析【易错分析】对易错选项及错误原因具体分析如下：对易错选项及错误原因具体分析如下：【正确解答【正确解答】如图甲所示，光射到表面如图甲所示，光射到表面M M的入射角为的入射角为i(i90i(i90) )，折射角为，折射角为r r，则，则sinr=sini/n1/n=sinCsinr=sini/n1/n=sinC，即，即sinrsinCsinr)()下列结论中正确的下列结论中正确的是（是（ ）A A光束光束

39、b b的频率比光束的频率比光束a a的低的低B B在水中的传播速度，光束在水中的传播速度，光束a a比光束比光束b b小小C C水对光束水对光束a a的折射率比水对光束的折射率比水对光束b b的折射率小的折射率小D D若光束从水中射向空气，则光束若光束从水中射向空气，则光束b b的临界角比光束的临界角比光束a a的临的临界角大界角大【解析【解析】选选C.C.由公式由公式n n 可得可得: :折射率折射率n na annb b，C C正确；正确；由由n na annb b知，频率知，频率a avvb b，B B错误；由错误；由sinCsinC 知临界角知临界角C Ca aCCb b，D D错误错

40、误12 sinsincn1n7.7.如图所示，半圆形玻璃砖的半径为如图所示，半圆形玻璃砖的半径为R R，直径为直径为MNMN，一束白光从，一束白光从Q Q点以垂直于直点以垂直于直径径MNMN的方向射入半圆形玻璃砖，从玻璃的方向射入半圆形玻璃砖，从玻璃砖的圆弧面射出后，打到光屏砖的圆弧面射出后，打到光屏P P上得到由上得到由红到紫的彩色光带已知红到紫的彩色光带已知QMQM . .如果保持入射光线和光屏如果保持入射光线和光屏的位置不变，而使半圆形玻璃砖沿直径方向向上或向下移的位置不变，而使半圆形玻璃砖沿直径方向向上或向下移动，移动的距离小于动，移动的距离小于 ，则有（，则有（ ）A.A.半圆形玻璃

41、砖向上移动的过程中，屏上红光最先消失半圆形玻璃砖向上移动的过程中，屏上红光最先消失B.B.半圆形玻璃砖向上移动的过程中，屏上紫光最先消失半圆形玻璃砖向上移动的过程中，屏上紫光最先消失C.C.半圆形玻璃砖向下移动的过程中，屏上红光最先消失半圆形玻璃砖向下移动的过程中，屏上红光最先消失D.D.半圆形玻璃砖向下移动的过程中，屏上紫光最先消失半圆形玻璃砖向下移动的过程中，屏上紫光最先消失R2R2【解析【解析】选选D.D.当玻璃砖上移时，从玻璃进入空气的光线的入当玻璃砖上移时，从玻璃进入空气的光线的入射角在减小，所以不管哪种色光都不会发生全反射，故射角在减小，所以不管哪种色光都不会发生全反射，故A A、

42、B B错在向下移动时，由于从玻璃进入空气的光线的入射角在错在向下移动时，由于从玻璃进入空气的光线的入射角在增大，紫光的临界角最小，入射角增大后，先达到紫光的临增大，紫光的临界角最小，入射角增大后，先达到紫光的临界角，最后达到红光的临界角所以紫光首先发生全反射，界角，最后达到红光的临界角所以紫光首先发生全反射，在屏上消失，故在屏上消失，故C C错，错，D D对对8.(20118.(2011莆田模拟莆田模拟) )公园里灯光喷泉的水池中有处于同一深公园里灯光喷泉的水池中有处于同一深度的若干彩灯度的若干彩灯. .在晚上观察不同颜色的彩灯的深度和水面上在晚上观察不同颜色的彩灯的深度和水面上被照亮的面积被

43、照亮的面积, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( )( )A.A.红灯看起来较浅红灯看起来较浅, ,红灯照亮的水面面积较小红灯照亮的水面面积较小B.B.红灯看起来较深红灯看起来较深, ,红灯照亮的水面面积较小红灯照亮的水面面积较小C.C.红灯看起来较浅红灯看起来较浅, ,红灯照亮的水面面积较大红灯照亮的水面面积较大D.D.红灯看起来较深红灯看起来较深, ,红灯照亮的水面面积较大红灯照亮的水面面积较大【解析【解析】选选D.D.本题考查视深及光的本题考查视深及光的全反射全反射. .设彩灯深度为设彩灯深度为h,h,色光折射率色光折射率为为n,n,则视深为则视深为h= ,h= ,由于红光折射由于红光

44、折射率最小率最小, ,所以红灯看起来较深所以红灯看起来较深, ,恰好发生全反射时的光路如图恰好发生全反射时的光路如图所示所示, ,由由sinCsinC= = 知知, ,红光的临界角红光的临界角C C最大最大, ,则红灯照亮的水面则红灯照亮的水面半径半径R=htanCR=htanC最大最大, ,所以红灯照亮的水面面积所以红灯照亮的水面面积S=RS=R2 2也最大也最大. .故正确选项为故正确选项为D.D.hn1n9.(20119.(2011太原模拟太原模拟) )如图所示如图所示,MN,MN是位是位于竖直平面内的光屏于竖直平面内的光屏, ,放在水平面上的放在水平面上的半圆柱形玻璃砖的平面部分半圆柱

45、形玻璃砖的平面部分abab与屏平行与屏平行. .由光源由光源S S发出的一束白光沿半圆半径射入发出的一束白光沿半圆半径射入玻璃砖玻璃砖, ,通过圆心通过圆心O O再射到屏上再射到屏上. .在水平面内以在水平面内以O O点为圆心沿逆点为圆心沿逆时针方向缓缓转动玻璃砖时针方向缓缓转动玻璃砖, ,在光屏上出现了彩色光带在光屏上出现了彩色光带. .当玻璃当玻璃砖转动角度大于某一值砖转动角度大于某一值, ,屏上彩色光带中的某种颜色的色光屏上彩色光带中的某种颜色的色光首先消失首先消失. .有关彩色的排列顺序和最先消失的色光是（有关彩色的排列顺序和最先消失的色光是（ ）A.A.左红右紫左红右紫, ,红光红光

46、 B.B.左红右紫左红右紫, ,紫光紫光C.C.左紫右红左紫右红, ,红光红光 D.D.左紫右红左紫右红, ,紫光紫光【解析【解析】选选B.B.当玻璃砖以当玻璃砖以O O点为圆心逆点为圆心逆时针方向转动时时针方向转动时, ,入射光线与法线夹角入射光线与法线夹角( (即入射角即入射角) )增大增大, ,由于玻璃对紫光的折由于玻璃对紫光的折射率大射率大, ,因此从因此从O O点出射光照在光屏上点出射光照在光屏上形成左边红光右边紫光的光带形成左边红光右边紫光的光带, ,光路图如图所示光路图如图所示. .随着入射角随着入射角i i增大增大, ,折射角也增大折射角也增大, ,紫光最早出现全反射紫光最早出

47、现全反射, ,因此最先消失的因此最先消失的色光是紫光色光是紫光, ,故选故选B B. .10.10.如图所示，在水中有一厚度不计的薄玻璃片制成的中空如图所示，在水中有一厚度不计的薄玻璃片制成的中空三棱镜，里面是空气，一束白光三棱镜，里面是空气，一束白光A A从棱镜的左边射入，从棱从棱镜的左边射入，从棱镜的右边射出时发生了色散，射出的可见光分布在镜的右边射出时发生了色散，射出的可见光分布在a a点和点和b b点点之间（如图），则（之间（如图），则（ ）A.A.从从a a点射出的光是红光，从点射出的光是红光，从b b点射出的点射出的光是紫光光是紫光B.B.从从a a点射出的光是紫光，从点射出的光是

48、紫光，从b b点射出的点射出的光是红光光是红光C.C.从从a a点和点和b b点射出的光都是红光，从点射出的光都是红光，从abab中点射出的光是紫光中点射出的光是紫光D.D.从从a a点和点和b b点射出的光都是紫光，从点射出的光都是紫光，从abab中点射出的光是红光中点射出的光是红光 【解题提示【解题提示】本题应注意题目的条件与情境设置本题应注意题目的条件与情境设置: :(1)“(1)“厚度不计的薄玻璃片厚度不计的薄玻璃片”是理想化条件是理想化条件, ,当作水和空气的当作水和空气的界面界面. .(2)(2)这是光疏三棱镜的问题这是光疏三棱镜的问题, ,应防止定势思维当作光密三棱镜应防止定势思

49、维当作光密三棱镜进行分析进行分析. .【解析【解析】选选B.B.对于光疏三棱镜，当光线从一侧面射入，从另对于光疏三棱镜，当光线从一侧面射入，从另一侧面射出时，光线向顶角偏折，折射率越大，则向顶角偏一侧面射出时，光线向顶角偏折，折射率越大，则向顶角偏折越大，紫光折射率比红光大，因此紫光向顶角偏折大，折越大，紫光折射率比红光大，因此紫光向顶角偏折大，A A、C C、D D错错,B,B对对. .二、计算题（本大题共二、计算题（本大题共2 2小题，共小题，共3030分，要有必要的文字说分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位）明和解题步骤，有数值计算的要注明单位）11.(1211.(1

50、2分分) )如图所示是一种折射率如图所示是一种折射率n n1.51.5的棱镜，现有一束的棱镜，现有一束光线沿光线沿MNMN的方向射到棱镜的的方向射到棱镜的ABAB界面上，入射角的正弦值为界面上，入射角的正弦值为sinisini0.75.0.75.求：求：(1)(1)光在棱镜中传播的速率；光在棱镜中传播的速率；(2)(2)通过计算说明此束光线射出棱镜后的方向并画出光路图通过计算说明此束光线射出棱镜后的方向并画出光路图( (不考虑返回到不考虑返回到ABAB面上的光线面上的光线) )【解析【解析】(1)(1)由由n n 得得v v 2 210108 8 m/s m/s. (4. (4分分) )(2)(2)设光线进入棱镜后的折射角为设光线进入棱镜后的折射角为r r，由，由 n n，得得sinrsinr 0.