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铸就辉煌选考部分选修3-4第十六章

光学

电磁波 相对论[高考研读]考点要求命题视角复习策略光的折射定律Ⅱ高考命题主要考查几何

光学中的光的折射、全

反射、折射率及各种物

理量的关系，一般以计

算题的形式考查．有时

也以选择题的形式考查

麦克斯韦的电磁场理论、电磁波的传播和电磁波

谱以及相对论.1.复习过程中要加强对光折射率Ⅰ的反射定律的理解，强全反射、光导纤维Ⅰ化光路图中的几何图形光的干涉、衍射和偏振Ⅰ的边角关系的训练，理电磁波的产生Ⅰ解光的折射定律、折射电磁波的发射、传播和接收Ⅰ率、全反射及光的色电磁波谱Ⅰ散．狭义相对论的基本假设Ⅰ2．加强对光的干涉、衍质能关系Ⅰ射，麦克斯韦的电磁场实验15

测定玻璃的折射率实验16

用双缝干涉测光的波长理论，电磁波的产生与传播及电磁波谱的记忆和理解.第1节

光的折射

全反射栏目

导

航1234抓知识点抓重难点课时跟踪检测抓易错点抓知识点用心研读领悟细微深处1一、光的折射现象1．光的折射现象光从一种介质进入另一种介质时，

传播方向

发生改变的现象称为光的折射现象．2．光的折射定律(1)内容：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线和入射光线分(2)公式：sinθ1sinθ21

2＝n(θ

、θ

分别为入射角和折射角，n为常数)．正弦别位于法线的两侧；入射角的

跟折射角的

正弦

成正比．(2)公式：n＝

.3．折射率(1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率．sinθ1sinθ2(3)物理意义：折射率是表示光线从一种介质进入另一种介质时，发生偏折程度的物理量，与入射角

θ1

及折射角

θ2

的大小

无关

．cn＝

v

，其中c、v

分别是光在真空、介质中的速度．在光的折射现象中，光路是

可逆

的．加深理解对折射率的理解11．公式

n＝sinθ1中，不论是光从真空射入介质，还是从介质射入真空，θ

总是sinθ2真空中的光线与法线间的夹角，θ2

总是介质中的光线与法线间的夹角．折射率与入射角的大小无关，与介质的密度无关，光密介质不是指密度大的介质．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．同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率不变．二、全反射1．光密介质与光疏介质介质项目光密介质光疏介质折射率大小光速小大相对性若n甲>n乙，则甲是

光密介质若n甲<n乙，则甲是

光疏

介质1射向真空(空气)时，发生全反射的临界角用sinC＝n计算．全反射光从

光密

介质入射到

光疏

介质的分界面上，入射角满足一定条件时，光

全部

反射回光密介质的现象，叫全反射．临界角折射角等于

90°

_时的入射角，称为临界角．当光从折射率为

n

的某种介质4．光导纤维光导纤维的原理是利用光的

全反射

．判断正误．3．只要入射角足够大，就能发生全反射．(

)4．若光从空气中射入水中，它的传播速度一定减小．(

)即时突破5．已知介质对某单色光的临界角为C，则该介质的折射率等于1sinC6．密度大的介质一定是光密介质．(

)光的传播方向发生改变的现象叫光的折射．(

×

)折射率跟折射角的正弦成正比．(

×

)×√.(

√

)×抓重难点动手演练掌握提分技巧2重难点

1

折射定律及折射率的应用1．对折射率的理解(1)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＝c.n(2)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．(3)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同．2．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制A.sinα＋θ2αsin2B．sinα＋θ2θsin2C. sinθ

αsinθ－2D．

sinα

θsinα－2(2015年安徽卷)如图所示，一束单色光从空气入射到棱镜的AB面上，经AB和AC两个面折射后从AC面进入空气．当出射角i′和入射角i相等时，出射光线相对于入射光线偏转的角度为θ.已知棱镜顶角为α，则计算棱镜对该色光的折射率表达式为()例1【解析】

如图所示，设

AB

面上的折射角为

γ，AC

面上的入射角为

γ′，由于i′＝i，由光的折射定律及光路可判知γ′＝γ，又设两法线的夹角为β，则由几何关α系得：γ＋γ′＋β＝180°，又由α＋β＝180°，则解得：γ＝2，又由几何关系得：γ＋γ′＋θ＝i＋i′，解得i＝α＋θ2sini，则棱镜对光的折射率n＝sinγ＝sinα＋θ2αsin2，故A

正确．【答案】

A应用光的折射定律解题的一般思路根据入射角、折射角及反射角之间的关系，作出比较完整的光路图．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．注意在折射现象中，光路是可逆的．提分秘笈跟踪训练

1

(多选)关于折射率，下列说法正确的是()sinθ2A．根据n＝sinθ1可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比sinθ2B．根据n＝sinθ1可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比cC．根据n＝v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成反比是正确的，选项C正确；由于v＝λf，当f一定时，v与λ成正比，又n与v成反比，故n与λ也成反比，选项D正确．答案：CD(2015年山东卷)半径为R、介质折射率为n的透明圆柱体，过其轴线OO′的截面如图所示．位于截面所在平面内的一细束光线，以角i0由O点入射，折射光线由上边界的A点射出．当光线在O点的入射角减小至某一值时，折射光线在上边界的

B点恰好发生全反射．求A、B两点间的距离．重难点2光的折射、全反射的综合应用例2【解析】光路如图：当光线从A

点射出时，设折射角为r，由光的折射定律可知：n＝sini01，则A

点到左端面的距离为x

＝

R

sinr

tanr；若在B

点发生全反射时，则sinC1＝n，故B

点离左端面的距离x2＝RtanC，联立解得A、B

间的距离为Δx＝x2－x1＝R

1

n2－1—n2－sin2i0sini0.【答案】R

1

n2－1—n2－sin2i

0sini0提分秘笈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．1(2)应用sinC＝n确定临界角．根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射．如发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图．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．跟踪训练

2

(2014年福建卷)如图，一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，下图能正确描述其光路的是(

)解析：光从玻璃砖射向空气时，如果入射角大于临界角，则发生全反射；如果入射角小于临界角，则在界面处既有反射光线，又有折射光线，但折射角应大于入射角，选项A正确，选项C错误；当光从空气射入玻璃砖时，在界面处既有反射光线，又有折射光线，且入射角大于折射角．选项B、D错误．答案：A抓易错点亲身体会击破薄弱环节3如图所示为一透明玻璃半球，在其下面有一平行半球上表面水平放置的光屏．两束关于中心轴OO′对称的激光束从半球上表面垂直射入玻璃半球，恰能从球面射出．当光屏距半球上表面h1＝40cm时，从球面折射出的两束光线汇聚于光屏与OO′轴的交点，当光屏距上表面h2＝70

cm时，在光屏上形成半径r＝40

cm的圆形光斑．求该半球形玻璃的折射率．例1易错点

1对于光的折射，找不到几何关系而出错【解析】光路如图所示，设临界光线AE、BF

入射后，设E、F

两点发生全反射，由几何关系可得∠O2QP＝C，O2O3＝h2－h1＝0.3

mO2Q＝

(O2O3)2＋(O3Q)2＝0.5

m.sinC＝O2O3＝3O2Q

5又由折射定律得：n＝1

5sinC＝3.【错后感悟】光路图是做题的关键.【答案】53例2易错点

2不能掌握全反射的条件而出错如图所示，ABCD是一直角梯形棱镜的横截面，位于截面所在平面内的2，AB＝BC＝8

cm，OA一束光线由O

点垂直AD

边射入．已知棱镜的折射率n＝＝2

cm，∠OAB＝60°.(1)求光线第一次射出棱镜时，出射光线的方向；

(2)第一次的出射点距C

点的距离．1【解析】

(1)设发生全反射的临界角为

C，由折射定律得

sinC＝n①代入数据得C＝45°②光路图如图所示，由几何关系可知光线在AB

边和BC

边的入射角均为60°，均发生全反射．设光线在CD

边的入射角为α，折射角为β，由几何关系得α＝30°，小于临界角，光线第一次射出sinα棱镜是在CD

边，由折射定律得n＝sin