2025高考物理总复习光的折射全反射

第1讲光的折射全反射高考总复习2025课程标准1.通过实验,理解光的折射定律。会测定材料的折射率。2.知道光的全反射现象及其产生的条件。初步了解光纤的工作原理、光纤技术在生产生活中的应用。3.观察光的干涉、衍射和偏振现象,了解这些现象产生的条件,知道其在生产生活中的应用。会用双缝干涉实验测定光的波长。4.了解电磁振荡和电磁波。知道电磁波的发射、传播和接收。认识电磁场的物质性。5.认识电磁波谱。知道各个波段的电磁波的名称、特征和典型应用。知道光也是一种电磁波。6.初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想以及在物理学发展中的意义。7.通过实验,了解激光的特性,能举例说明激光技术在生产生活中的应用。8.初步了解狭义相对论和广义相对论的几个主要观点以及主要观测证据。关注宇宙学研究的新进展核心素养试题情境生活实践类全反射棱镜、光导纤维、增透膜、偏振滤光片、激光、雷达、射电望远镜、红外摄影、X射线管等学习探索类折射定律、全反射、测定玻璃的折射率、光的干涉现象、光的衍射、光的偏振现象、电磁振荡、电磁场和电磁波、相对论时空观、用双缝干涉测光的波长考点一折射定律及折射率的应用强基础•固本增分1.光的折射现象光从一种介质进入另一种介质时,

发生改变的现象称为光的折射现象。

2.折射定律(1)内容:如图所示,折射光线与入射光线、法线处在

内,折射光线与入射光线分别位于法线的

;入射角的

与折射角的

成正比。

(2)表达式:

=n12。

(3)在光的折射现象中,光路是

的。

传播方向同一平面两侧正弦正弦可逆3.折射率(1)折射率是一个反映介质的光学特性的物理量。(3)计算公式:,因为v<c,所以任何介质的折射率都大于

。

(4)当光从真空(或空气)射入某种介质时,入射角大于折射角;当光由介质射入真空(或空气)时,入射角小于折射角。1√××人教版教材选择性必修第一册第87页表中给出了几种介质的折射率,当光从真空中射入这些介质中后,传播速度最慢的是

。当光垂直这些介质界面射入时,折射角为

。表几种介质的折射率(λ=589.3nmt=20℃)金刚石0°研考点•精准突破1.对折射率的六点理解(1)公式

中,不论光是从真空射入介质,还是从介质射入真空,θ1总是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。(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。(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,

。2.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制特点

考向一

平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制问题典题1

如图所示,真空中有一个半径为R的均匀透明材料制成的球,两条相同光线与球的一条直径平行且处于同一平面中,与该直径的距离均为d=R,两光线折射后正好交于球面,已知光在真空中的速度为c。求:(1)该透明材料的折射率;(2)光线在球中传播的时间(不考虑光线在球中的多次反射)。解析

(1)设球的折射率为n,两束光刚好交于球面上,如图所示,令光线射入球中时的入射角为i,折射角为r,则由图中的几何关系有r=i审题指导

关键词句获取信息如图所示透明球半径已知,两条光线与球一直径平行,且d=R两光线折射后正好交于球面经球体折射,折射光线确定规律方法

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。考向二

光在介质中传播时间的计算典题2(2024江苏镇江模拟)如图所示,某长方体透明材料长为L,一单色光斜射到上表面A点,反射光线和折射光线恰好垂直且入射光线的延长线与折射光线间的夹角为30°,折射光线经长方体侧面反射后射到下表面,已知光在真空中的传播速度为c,求:(1)透明材料对此单色光的折射率;(2)光从透明材料上表面射到下表面的时间。解析

(1)设入射角为α,由几何关系有2α-30°=90°可得α=60°,则折射角β=60°-30°=30°考点二光的折射、全反射的综合应用强基础•固本增分1.光密介质与光疏介质

介质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,则甲对乙来说是

介质

若n甲<n丙,则甲对丙来说是

介质

光密光疏2.全反射

光密光疏光密光疏大于等于3.全反射棱镜

棱镜对光路的控制如图所示,玻璃棱镜的截面为等腰直角三角形,当光从图中所示的方向射入玻璃时,由于光的方向与玻璃面

,光线不发生偏折。但在玻璃内部,光射向玻璃与空气的界面时,入射角

临界角,发生

。

垂直大于等于全反射4.光导纤维当光在有机玻璃棒内传播时,如果从有机玻璃射向空气的入射角

临界角,光会发生

,于是光在有机玻璃棒内沿着

形路线传播。这就是光导纤维导光的原理。

大于全反射锯齿√×√研考点•精准突破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)光的反射和全反射现象,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.求解光的折射和全反射问题的思路

3.求解全反射现象中光的传播时间的注意事项(1)在全反射现象中,光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化,即

。(2)在全反射现象中,光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定。(3)利用

求解光的传播时间。考向一

全反射的理解和应用典题3(多选)(2023湖南卷)一位潜水爱好者在水下活动时,利用激光器向岸上救援人员发射激光信号,设激光光束与水面的夹角为α,如图所示。他发现只有当α大于41°时,岸上救援人员才能收到他发出的激光光束,下列说法正确的是(

)C.当他以α=60°向水面发射激光时,岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°D.当他以α=60°向水面发射激光时,岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角大于60°BC解析

如图甲所示,其临界角C=90°-α,n=,A错误,B正确;当α=60°时,入射角i=30°,如图乙所示,根据折射定律,光从光密介质到光疏介质(空气),折射角大于入射角,所以救援人员接收激光光束与水面夹角小于60°,C正确,D错误。典题4(多选)(2024湖南常德统考)光纤通信中信号传播的主要载体是光纤,它的结构如图甲所示,一束激光由光导纤维左端的点O以α=60°的入射角射入一直线光导纤维内,恰好在光导纤维的侧面(侧面与过O的法线平行)发生全反射,如图乙所示。下列说法正确的是(

)A.光纤内芯的折射率比外套的小B.光从左端空气中进入光纤内芯后,其频率不变C.频率越大的光在光纤中传播的速度越大D.内芯对这种激光的折射率n=BD解析

激光在内芯和外套的界面上发生全反射,所以内芯是光密介质,外套是光疏介质,即光纤内芯的折射率比外套的大,A错误;光从左端空气中进入光纤内芯后,波长和波速会发生变化,但频率和周期不变,B正确;频率越大的光,介质对它的折射率越大,根据

,光在光纤中传播的速度越小,C错误;根据折射定律D正确。考向二

折射定律和全反射的综合应用典题5(2022湖南卷)如图所示,某种防窥屏由透明介质和对光完全吸收的屏障构成,其中屏障垂直于屏幕平行排列,可实现对像素单元可视角度θ的控制(可视角度θ定义为某像素单元发出的光在图示平面内折射到空气后最大折射角的2倍)。透明介质的折射率n=2,屏障间隙l=0.8mm。发光像素单元紧贴屏下,位于相邻两屏障的正中间。不考虑光的衍射。(1)若把发光像素单元视为点光源,要求可视角度θ控制为60°,求屏障的高度d。(2)若屏障高度d'=1.0mm,且发光像素单元的宽度不能忽略,求像素单元宽度x最小为多少时,其可视角度θ刚好被扩为180°(只要看到像素单元的任意一点,即视为能看到该像素单元)。考向三

视深视高问题视深是人眼看透明物体内部某物点时像点离界面的距离。视高是沿竖直方向从透明物体中看空中物体时的高度。中学阶段,在处理视深和视高问题时,一般都是沿着界面的法线方向去观察。典题6

如图所示,深H=2.0m的游泳池注满水,池底有一点光源P,它到池边的水平距离为L=3.5m。一个小孩站在池边观察,他的眼睛到地面的高度为h=1.5m,点光源发出的光经水面上离池边距离l=2.0m的Q点折射后恰好射入小孩的眼睛。(1)若小孩从点光源的正上方向下观察,他看到的点光源与水面的距离为多少?(2)若点光源以速度v=0.5m/s向上运动,试写出水面上光斑的面积随时间的变化关系式。答案

(1)1.5m(2)S=(2-0.5t)2m2(0<t<4s)解析

(1)画出光路如