2025新高考方案一轮物理第十三章 光第1讲　光的折射 全反射

2025新高考方案一轮物理第十三章光第十三章光基础落实课第1讲光的折射全反射第2讲光的波动性实验探究课第3讲实验：测量玻璃的折射率第4讲实验：用双缝干涉测量光的波长第1讲光的折射全反射(基础落实课)一、光的折射定律折射率1．折射现象光从一种介质另一种介质时传播方向发生的现象，如图所示(以光从空气射入水中为例)。2．折射定律(1)内容：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：。注意：1在光的折射现象中，光路是可逆的。2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。3．折射率(1)物理意义：折射率是表示介质对光线偏折能力的物理量。折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定。(2)定义式：n＝。(3)计算式：n＝，因为v<c，所以任何介质的折射率都1。二、全反射光导纤维1．定义光从介质射入介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线将全部，只剩下反射光线的现象。2．条件(1)光从光密介质射入介质。(2)入射角临界角。3．临界角(1)定义：折射角等于时的入射角。(2)公式：。若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)得sinC＝eq\f(1,n)。(3)大小：介质的折射率n越大，发生全反射的临界角C越。4．光导纤维光导纤维的原理是利用光的，如图所示。理解判断(1)光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一定发生改变。()(2)折射率与入射角的正弦成正比，与折射角的正弦成反比。()(3)折射率的大小仅与介质本身有关。()(4)密度大的介质一定是光密介质。()(5)只要入射角足够大，就能发生全反射。()(6)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eq\f(1,sinC)。()(7)根据n＝eq\f(c,v)可知，介质的折射率与光在该介质中的传播速度成反比。()逐点清(一)折射定律、折射率的理解及应用1．对折射率的理解(1)公式n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)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＝eq\f(c,n)。(3)折射率与介质的密度没有关系，折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。①同一种介质中，频率越大的光折射率越大，传播速度越小；②同一种光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。2．光路的可逆性在光的折射现象中，光路是可逆的。如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射。3．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但发生侧移通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底边偏折圆界面的法线是过圆心的直线，经过两次折射后光线向圆心偏折[考点全训]1．[对折射定律的理解](多选)如图所示，两细束平行的单色光a、b射向同一块上、下表面平行的玻璃砖的上表面，最终都从玻璃砖的下表面射出。已知玻璃对单色光b的折射率较小，那么下列说法中正确的有()A．a光在玻璃砖中传播速度比b光小B．从玻璃砖下表面射出后，两束光不一定平行C．从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离一定增大了D．从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离可能和射入前相同2．[折射率的计算]如图所示，由同种材料制成的玻璃吊坠下部分是半径为R的半球体，上部分是高为R的圆锥体，O点为半球体的球心，M为圆锥体的顶点。平行于MO的光线从半球体表面N点射入玻璃吊坠，经折射后恰好经过M点，N点到直线MO的距离为eq\f(\r(3),2)R，则该玻璃吊坠的折射率为()A．eq\f(3,2) B．eq\f(\r(6),2)C．eq\r(3) D．eq\r(6)3．[折射定律的应用](2023·浙江1月选考)如图所示为一斜边镀银的等腰直角棱镜的截面图。一细黄光束从直角边AB以角度θ入射，依次经AC和BC两次反射，从直角边AC出射。出射光线相对于入射光线偏转了α角，则α()A．等于90° B．大于90°C．小于90° D．与棱镜的折射率有关逐点清(二)全反射的理解及应用1．全反射规律的应用(1)全反射棱镜：截面是等腰直角三角形的棱镜(通常是玻璃做成的)叫全反射棱镜。它的特殊作用一般有如图所示的三种情况。(2)光导纤维：光导纤维简称“光纤”，它是非常细的特制玻璃丝(直径在几微米到一百微米之间)，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大。2．求解光的折射和全反射问题的思路确定研究的光线该光线一般是入射光线，还有可能是反射光线或折射光线；若研究的光线不明确，根据题意分析、寻找，如临界光线、边界光线等画光路图找入射点，确认界面，并画出法线，根据反射定律、折射定律作出光路图，结合几何知识推断和求解相关问题注意两点从光疏→光密：一定有反射、折射光线；从光密→光疏：如果入射角大于或等于临界角，一定发生全反射[应用体验]1．(多选)如图所示，一束光由空气斜射到透明介质球上的A点，入射角为i，则()A．当i足够大时，在A点将发生全反射B．当i足够大时，光从球内向外射出时将发生全反射C．无论i多大，在A点都不会发生全反射D．无论i多大，光从球内向外射出时，都不会发生全反射2．(2024·淮南模拟)光纤通信有传输容量大、衰减小、抗干扰性及保密性强等多方面的优点，我国的光纤通信起步较早，现已成为技术先进的几个国家之一。如图甲是光纤的示意图，图乙是光纤简化示意图(内芯简化为长直玻璃丝，外套简化为真空)，玻璃丝长为AC＝L，折射率为n，AB、CD代表端面，光从AB端面以某一入射角θ进入玻璃丝，在玻璃丝内部恰好发生全反射，知光在真空中传播速度为c，下列选项正确的是()A．内芯相对于外套是光疏介质B．sinθ＝eq\f(1,n)C．光在玻璃丝中传播的速度为csinθD．光在玻璃丝中从AB端面传播到CD端面所用的时间为eq\f(n2,c)L3．(2023·浙江6月选考)在水池底部水平放置三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体，直角边的长度为0.9m，水的折射率n＝eq\f(4,3)，细灯带到水面的距离h＝eq\f(\r(7),10)m，则有光射出的水面形状(用阴影表示)为()逐点清(三)光的折射和全反射的综合应用1．求解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)在全反射现象中，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．全反射现象中光的传播时间的求解要领(1)准确地判断出恰好发生全反射的临界光线是解题的关键。(2)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v＝eq\f(c,n)。(3)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。(4)利用t＝eq\f(l,v)求解光的传播时间。[典例](2023·湖北高考)如图所示，楔形玻璃的横截面POQ的顶角为30°，OP边上的点光源S到顶点O的距离为d，垂直于OP边的光线SN在OQ边的折射角为45°。不考虑多次反射，OQ边上有光射出部分的长度为()A．eq\f(1,2)d B．eq\f(\r(2),2)dC．d D．eq\r(2)d听课随笔：[应用体验]1．(2024·广州高三质检)如图所示，一细光束通过玻璃三棱镜折射后分成a、b、c三束单色光。关于这三束单色光，下列说法正确的是()A．单色光a的频率最大B．单色光c在玻璃中的传播速度最大C．通过同一双缝产生的干涉条纹的间距，单色光c的最大D．单色光a从玻璃射向空气的全反射临界角最大2．在透明均匀介质内有一球状空气泡，一束包含a、b两种单色光的细光束从介质射入空气泡，A为入射点，部分光路如图所示。已知A点的入射角为30°，介质对a光的折射率na＝eq\r(2)，下列判断正确的是()A．a光射出空气泡后的光线相对于射入空气泡前光线的偏向角为15°B．a光在该介质中传播速度大于b光在该介质中传播速度C．b光可能在D点发生全反射D．a、b光从C、D两点出射光线间的夹角等于∠COD3．(2024·安庆模拟)如图所示，一细束单色光由空气以入射角i＝60°斜射入平行玻璃砖，已知玻璃砖厚度为d，玻璃砖对该单色光的折射率为n＝eq\r(3)，该单色光在空气中的传播速度为c。(1)求这束单色光穿过玻璃砖所用的时间Δt；(2)通过作图说明通过玻璃砖的出射光束与入射光束平行，并求出出射光束相对入射光束的侧移量Δx。作业评价：请完成配套卷P450课时跟踪检测(六十五)第2讲光的波动性(基础落实课)一、光的干涉光的干涉定义在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现条纹；某些区域相互减弱，出现条纹，且加强区域和减弱区域相互的现象条件(1)两束光的频率(2)相位差(3)振动方向相同双缝干涉图样特点(1)单色光照射时形成明暗相间的的干涉条纹(2)白光照射时，中央为条纹，其余为条纹条纹间距(Δx)含义：相邻两条亮条纹(或暗条纹)中心之间的距离公式：。注意各量的意义：λ为照射光的波长、d为双缝间距、l为屏到双缝间距离薄膜干涉产生机理利用薄膜(如肥皂液薄膜)反射的光相遇而形成的。图样中同一条亮(或暗)条纹所对应薄膜厚度应用(1)利用薄膜干涉，可以检验工件平面是否平整(2)可以作为光学镜头的增透膜二、光的衍射1．明显衍射的条件在障碍物或狭缝的尺寸与光的波长，甚至比光的波长还的时候，衍射现象十分明显。2．三类常见衍射现象衍射图样图样特点解读若为单色光，中央为亮且的条纹，两侧为明暗相间的条纹，条纹间距，且离中央亮条纹越远，亮条纹的亮度，宽度若为单色光，中央是大且亮的亮斑，周围分布着明暗相间的，且越靠外，圆形亮条纹的亮度，宽度越小；亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增加而当光照射到不透明的半径的圆盘上时，在圆盘的阴影中心出现，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环三、光的偏振1．自然光：包含着在垂直于传播方向上沿振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。2．偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，沿着某个的方向振动的光。理解判断(1)频率不同的两列光波也能发生干涉。()(2)在“双缝干涉”实验中，双缝的作用是用“分光”的方法使两列光的频率相同。()(3)在双缝干涉实验中，若用白光照射，中央是最宽的白色亮条纹，两侧是宽度逐渐减小的彩色条纹。()(4)厚度相同的薄膜也可以形成干涉现象。()(5)光遇到障碍物时都能产生衍射现象。()(6)阳光下茂密的树林中，地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。()(7)光的偏振现象说明光是纵波。()逐点清(一)光的干涉现象细作1对光的双缝干涉的理解1．(多选)在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是()A．改用红色激光B．改用蓝色激光C．减小双缝间距D．将屏幕向远离双缝的位置移动2．(2023·江苏高考)用某种单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到的干涉条纹如图甲所示，改变双缝间的距离后，干涉条纹如图乙所示，图中虚线是亮纹中心的位置。则双缝间的距离变为原来的()A．eq\f(1,3)倍 B．eq\f(1,2)倍C．2倍 D．3倍一点一过对双缝干涉的条纹间距的分析根据条纹间距公式：Δx＝eq\f(l,d)λ，可知：(1)对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大；(2)在入射光不变时，双缝到光屏的距离l越大、双缝间的距离d越小，干涉条纹的间距越大。细作2双缝干涉中亮、暗条纹的判断3．(2024·济南模拟)在图示的双缝干涉实验中，光源S到缝S1、S2的光程差为实验用光波波长的1.5倍，P0为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光屏上P1点到S2、S1的光程差为实验用光波波长的2.5倍。则P0处和P1处将分别呈现()A．亮条纹、暗条纹 B．亮条纹、亮条纹C．暗条纹、亮条纹 D．暗条纹、暗条纹一点一过双缝干涉中亮、暗条纹的判断方法(1)如图所示，光源S1、S2发出的光到屏上某点的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2，…)时，光屏上出现亮条纹。(2)光的路程差r2－r1＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0,1，2，…)时，光屏上出现暗条纹。细作3薄膜干涉的理解与应用4．(2024·潍坊模拟)将一圆形细铁丝圈蘸上肥皂水，使圈内附上肥皂膜，水平静置时，由于重力作用，肥皂膜中央区域略凹且厚度略大，让单色光从上方射入，如图。则从上往下可看到()A．等距的平行条纹 B．等距的环状条纹C．内密外疏的环状条纹 D．内疏外密的环状条纹5．(1)(人教版教材选择性必修1，P100练习T4)劈尖干涉是一种薄膜干涉，如图所示。将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光从上方入射后，从上往下看到的干涉条纹有如下特点：①任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；②任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在如图所示装置中抽去一张纸片，则当光入射到劈形空气薄膜后，从上往下可以观察到干涉条纹发生了怎样的变化？(2)(2023·山东高考)如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图。G为标准石英环，C为待测柱形样品，C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层。用单色平行光垂直照射上方石英板，会形成干涉条纹。已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高时，下列说法正确的是()A．劈形空气层的厚度变大，条纹向左移动B．劈形空气层的厚度变小，条纹向左移动C．劈形空气层的厚度变大，条纹向右移动D．劈形空气层的厚度变小，条纹向右移动|考|教|衔|接|教材题和高考题均考查了薄膜干涉原理，两束相干光来自空气薄膜两个表面的反射光。教材通过实验的形式探究抽去一张纸片后干涉条纹的变化，高考题则由生产实践中的具体案例切入，考薄膜干涉原理的具体应用，解答该题需根据热胀冷缩原理探究温度升高后空气薄膜的厚度变化，再判断干涉条纹的变化情况，高考题是教材试题的拓展应用。一点一过薄膜干涉的理解和应用1．形成：如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加。2．亮、暗条纹的判断(1)两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于薄膜厚度的2倍，光在薄膜中的波长为λ。在P1、P2处，Δr＝nλ(n＝1,2，3，…)，薄膜上出现亮条纹。(2)在Q处，两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍，即Δr＝(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0,1,2，3，…)，薄膜上出现暗条纹。3．应用：增透膜、检查平面的平整度。逐点清(二)光的衍射、偏振现象细作1对衍射现象的理解1．(2024·淄博模拟)(多选)某同学利用图甲所示的装置研究光的干涉和衍射，光电传感器可用来测量光屏上光强的分布。某次实验时，在电脑屏幕上得到图乙所示的光强分布。下列说法正确的是()A．这位同学在缝屏上安装的是双缝B．这位同学在缝屏上安装的是单缝C．当做干涉现象研究时，若要使干涉条纹的间距变大，应选用双缝间距较小的双缝D．当做干涉现象研究时，若要使干涉条纹的间距变小，应增大缝屏与光屏间的距离一点一过对光的衍射的理解(1)波长越长，衍射现象越明显。在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别。(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看作是沿直线传播的。细作2干涉、衍射图样的比较2．(2024·茂名高三模拟)小红利用图1所示的装置，观察红光的干涉、衍射现象，其中P是光学元件，且P