2023年高考物理一轮系统复习学思用(考点分析) 第一节 光的折射与全反射

【考点分析】第一节光的折射与全反射

【考点一】折射定律和折射率的理解及应用

【典型例题1】（2022•广东肇庆市高三（下）三模）如图所示，深度为2m的游泳池充满

水，泳池底部A点有一单色光源，A点距游泳池壁的距离为1.5m,某人走向游泳池，距游

泳池边缘8点为2m时恰好看到光源，已知人的眼睛到地面的高度为1.5m,光在真空中传

播速度为3乂108面§,求：

21n

①游泳池中水对该单色光的折射率；

②光从光源A发出到射入人的眼睛所用的时间（保留两位有效数字）。

【解析】①光路如图所示，入射角a,折射角0

,“24

sinp=,==—

71.52+225

由折射定律〃=也亘=2

sina3

②该单色光在池水中传播速度为V,V=-

n

光从光源A发出到射入人的眼睛所用的时间

4

【答案】①〃=—；②fai.9xi(r8s

3

【考点二】全反射现象的理解和综合分析

【典型例题2】(2022•四川成都市高三(下)二模)如图，ABD是某三棱镜的横截面，

NA=45,ZB=60,一束光线垂直于AB边从E点射入三棱镜，恰好在8。边的中点尸

发生全反射。已知8E=L光在真空中的光速为c。求：

(1)光线第一次从三棱镜射出时的折射角正弦值;

(2)光线从E点到第一次从三棱镜射出经过的时间。

【解析】(1)光路如图所示

因光恰好在BD边的中点F发生全反射，则有C=NB=60°

由sinC=』，解得n=各8

n3

光在AD边上G点的入射角为『=90°-(180°-30°-75°)=15°

因i<60°,故光在G点第一次射出三棱镜

设折射角为「，由折射定律有«

sinz

3夜-"

解得sinr=

6

（2）光在三棱镜中的光速为v=-

n

由儿何关系有EF=BEtan60°=百L

由于N£>=NDGE=75°

RF

产为BD边的中点，故FG=FD=BF=----=2L

cos60°

所以s=EF+FG=V3A+2L

由£=可，解得/=（48+6）”

3c

—372-76（40+6/

【答案】（l）smr=--------；（2）r=---------

63c

【考点三】全反射在光纤中的应用

【典型例题3]如图为一光导纤维（可简化为一长玻璃丝）的示意图，玻璃丝长为L,

折射率为〃，AB代表端面.已知光在真空中的传播速度为c.

（1）为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，求光线在端面AB上的入射角应满

足的条件;

（2）求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间.

【解析】（1）设光线在端面A8上C点（如图所示）的入射角为i,折射角为r,

由折射定律，得”=就①

设该光线射向玻璃丝内壁。点的入射角为a,为了使该光线可在此光导纤维中传播,

应有此砥

式中，。是光线在玻璃丝内发生全反射时的临界角，

它满足〃sin0=l③

由几何关系，得a+r=90。④

由①②③④式，得siniRn匚1⑤

(2)光在玻璃丝中传播速度的大小为丫=善

光速在玻璃丝轴线方向的分量为V2=vsina⑦

光线从玻璃丝端面AB传播到其另一端面所需时间为7=々⑧

V2

光线在玻璃丝中传播，在刚好发生全反射时，光线从端面43传播到其另一端面所需的

时间最长，由②③⑥⑦⑧式，得

Tmax=^~@

【答案】(1)光线在端面A8上的入射角应满足siniwM尸f(2)光线从玻璃丝的A8

端面传播到另一端面所需的最长时间Tmax=9

【归纳总结】光导纤维是全反射现象的应用，解决此类问题要注意两点：

1.全反射问题

要使光在光导纤维侧面发生全反射，光在光纤侧面的入射角必须大于临界角，注意光在

光纤侧面的入射角与进入光纤端面时的入射角之间的关系.

2.传播时间问题

光在光纤中的传播时间，等于光纤长度与光速在光纤轴线方向的分量的比值，在刚好发

生全反射时，光速在光纤轴线方向的分量最小，时间最长.

【考点四】光路控制和色散

【典型例题4】如图所示，宽为a的平行光束从空气斜射到平行玻璃砖上表面，入射

角为60。，光束中包含两种波长的光，玻璃砖对这两种光的折射率分别为〃|=小，〃2=乎，

光束从玻璃下表面出射时恰好分成不重叠的两束，求玻璃砖的厚度d为多少？(已知sin37。

=0.6,cos37°=0.8,结果可用根式表示)

【解析】根据光的折射定律，