高考物理复习专题十五光学电磁波与相对论第1讲光的折射全反射

专题十五光学、电磁波与相对论1/43考点内容要求热点考向光折射定律Ⅱ1.本章考查热点有光折射定律、折射率计算、全反射应用等，题型有选择、填空、计算等，难度中等偏下，光折射与全反射综合，以计算题形式考查居多；2.对于光学部分，分析几何光学中折射、全反射和临界角问题时，应注意与实际应用联络，作出正确光路图；3.电磁波和相对论部分，以考查基本概念及对规律简单了解为主，不可忽略任何一个知识点；4.对本专题两个试验，高考时直接考查频率不高，但复习时不能忽略，要注意对实验原理、器材、步骤、数据处理方法、误差分析等了解.说明：光干涉限于双缝干涉、薄膜干涉折射率Ⅰ全反射、光导纤维Ⅰ光干涉、衍射和偏振现象Ⅰ电磁波产生Ⅰ电磁波发射、传输和接收Ⅰ电磁波谱Ⅰ狭义相对论基本假设Ⅰ质能关系Ⅰ试验十五：测定玻璃折射率—试验十六：用双缝干涉测量光波长—2/433/43第1讲光折射、全反射4/43考点1光折射定律1.折射现象：光从一个介质进入另一个介质时传输方向_______现象.改变

2.折射定律 (1)内容：折射光线与入射光线、法线处于同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线________；入射角正弦与__________________成正比.两侧折射角正弦sinθ1sinθ2＝n21(θ1、θ2分别为入射角和折射角，n12

(2)表示式：是百分比常数).5/43考点2折射率入射角正弦折射角正弦

1.定义：光从真空射入某种介质发生折射时，____________与_____________之比，叫做这种介质折射率.频率决定.1光密光疏

3.计算公式：n＝________，因为v＜c，所以任何介质折射率都大于________. 对两种介质来说，若n1>n2

，则折射率为n1

介质称为________介质，折射率为n2

介质称为________介质. 4.物理意义：折射率是表示光从一个介质进入另一个介质时，发生____________物理量，与入射角θ1

及折射角θ2

大小无关.偏折程度2.定义式：n＝________.折射率由介质本身光学性质和光6/43考点3全反射

1.定义：光从光密介质入射到光疏介质分界面上时，当________增大到某一角度时，折射光线消失，只剩下反射光线现象.入射角光密光疏大于或等于

2.条件：①光从________介质射向________介质；②入射角_______________临界角. 3.临界角：折射角等于90°时入射角.若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射临界角为C，则sinC＝________.1n4.应用：全反射棱镜、____________.光导纤维7/43考点4光色散、棱镜单色光黄蓝

1.光色散：含有各种颜色光被分解为________现象叫做光色散.白光经过三棱镜会分解为红、橙、________、绿、________、靛、紫七种单色光. 2.光谱：含有各种颜色光被分解后，各种色光按其波长________排列.有序3.棱镜三角形折射率

(1)定义：截面是________玻璃仪器，能够使光发生色散，白光色散表明各色光在同一介质中________不一样. (2)三棱镜对光线作用：改变光传输方向，使复色光发生色散.8/43

【基础自测】

1.(多项选择)直线P1P2过均匀玻璃球球心O，细光束a、b平行且关于P1P2

对称，由空气射入玻璃球光路如图15-1-1所表示，a、b光相比()A.玻璃对a光折射率较大B.玻璃对a光临界角较大C.b光在玻璃中传输速度较小图15-1-1D.b光在玻璃中传输时间较短E.b光更轻易发生全反射答案：BCE9/43乙所表示.则以下说法错误是()

2.(多项选择，2016年四川卷)某同学经过试验测定半圆形玻璃砖折射率n.如图15-1-2甲所表示，O是圆心，MN是法线，AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中传输路径.该同学测得多组入射角i和折射角r，作出sini-sinr图象如图 甲乙

图

15-1-2..10/43A.光由A经O到B，n＝1.5B.光由B经O到A，n＝1.5C.光由A经O到B，n＝0.67D.光由B经O到A，n＝0.67E.增大入射角，光有可能发生全反射答案：ACD11/43

3.半径为R、介质折射率为n透明圆柱体，过其轴线OO′截面如图15-1-3所表示.位于截面所在平面内一细束光线，以角i0

由O点入射，折射光线由上边界A点射出.当光线在O点入射角减小至某一值时，折射光线在上边界B点恰好发生全反射.求A、B两点间距离.图15-1-312/43

解：如图D52所表示，当光线在O点入射角为i0

时，设折射角为r0，由折射定律得sini0sinr0＝n①

设A点与左端面距离为dA，由几何关系得图D52

若折射光线恰好发生全反射，则在B点入射角恰好为临界角C，设B点与左端面距离为dB，由折射定律得13/4314/43

4.(年新课标Ⅰ卷)如图15-1-4所示，在注满水游泳池池底有一点光源A，它到池边水平距离为3.0m.从点光源A射向池边光线AB与竖直方向夹角恰

(1)求池内水深.图15-1-4

(2)一救生员坐在离池边不远处高凳上，他眼睛到池面高度为2.0m.当他看到正前下方点光源A时，他眼睛所接收光线与竖直方向夹角恰好为45°.求救生员眼睛到池边水平距离(计算结果保留1位有效数字).15/43

解：(1)如图D53所表示，设抵达池边光线入射角为i，

有①nsini＝sinθ由几何关系有

式中，l＝3m，h是池内水深度，联立①②式并代入题给数据解得图D5316/43

(2)设此时救生员眼睛到池边距离为x.依题意，救生员视线与竖直方向夹角为θ′＝45°.由折射定律有nsini′＝sinθ′

④

式中，i′是光线在水面入射角.设池底点光源A到水面入射点水平距离为a，由几何关系有17/43项目平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)结构玻璃砖上、下表面是平行横截面为三角形三棱镜横截面是圆热点1折射现象与折射率[热点归纳]平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路控制：18/43项目平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)对光线作用经过平行玻璃砖光线不改变传输方向，但要发生侧移经过三棱镜光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折圆界面法线是过圆心直线，经过两次折射后向圆心偏折应用测定玻璃折射率全反射棱镜，改变光传输方向改变光传输方向(续表)19/43考向1平行玻璃砖对光路控制

【典题1】人造树脂是惯用眼镜镜片材料.如图15-1-5所示，光线射在一人造树脂立方体上，经折射后，射在桌面上P点.已知光线入射角为30°，OA＝5cm，AB＝20cm，BP＝12cm，求该人造树脂材料折射率n. 图15-1-520/4321/43考向2三棱镜对光路控制

【典题2】(年广东茂名高三第一次质量监测)如图15-1-6所表示，等边三角形ABC为某透明玻璃三棱镜截面图，三棱镜折射率为.在截面上一束足够强细光束从AB边中点与AB边成30°入射角由真空射入三棱镜，求： (1)光从AB边入射时折射角？ (2)BC边出射光线与AB边入射光线夹角为多大？ 图15-1-622/43解：(1)光射入三棱镜光路如图D54所表示，i1＝60°由折射定律：n＝sini1sinr1代入数据解得r1＝30°.(2)由折射定律得sini2sinr2＝1n图D54代入数据解得r2＝60°设它与入射光线夹角为α，由几何关系得α＝(i1－r1)＋(r2－i2)由以上关系解得α＝60°.23/43考向3透明球对光控制

【典题3】(

年江苏卷)人眼球可简化为如图15-1-7所表示模型，折射率相同、半径不一样两个球体共轴，平行光束宽度为D，对称地沿轴线方向射入半径为R小球，会聚在聚角α.(示意图未按百分比画出) 图15-1-724/4325/43考向4组合体对光路控制

【典题4】(

年新课标Ⅰ卷)如图15-1-8所表示，一玻璃工件上半部是半径为R半球体，O点为球心；下半部是半径为R、高为2R圆柱体，圆柱体底面镀有反射膜.有一平行于中心轴OC光线从半球面射入，该光线与OC之间距离为0.6R.已知最终从半球面射出光线恰好与入射光线平行(不考虑屡次反射).求该玻璃折射率. 图15-1-826/43

解：如图D55所表示，依据光路对称性和光路可逆性，与入射光线相对于OC轴对称出射光线一定与入射光线平行.这样，从半球面射入折射光线，将从圆柱体底面中心C点反射. 图D55 设光线在半球面入射角为i，折射角为r.由折射定律有sini＝nsinr①27/4328/43热点2全反射现象了解及应用

[热点归纳] 1.求解光折射、全反射问题四点提醒： (1)光密介质和光疏介质是相对而言.同一个介质，相对于其它不一样介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质. (2)假如光线从光疏介质进入光密介质，则不论入射角多大，都不会发生全反射现象. (3)在光反射和全反射现象中，均遵照光反射定律，光路均是可逆. (4)当光射到两种介质界面上时，往往同时发生光折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射.29/432.处理全反射问题普通方法：(1)确定光是从光密介质进入光疏介质.(3)依据题设条件，判定光在传输时是否发生全反射.(4)如发生全反射，画出入射角等于临界角时临界光路图.(5)利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，处理问题.30/433.求解全反射现象中光传输时间普通思绪：31/43考向1全反射中临界问题

【典题5】(

年广东惠州模拟)如图15-1-9所表示，一束平行光以45°入射角照射到半径为R半圆柱形玻璃砖上表面上，已知玻璃砖对平行光折射率为.则圆柱面上光线能够射出区域所正确圆心角θ是多少？ 图15-1-932/43解：作出光路图，如图D56所表示，由折射定律，有： 图D56n＝sinisinr33/43即有∠EAO＝45°此时∠EOA＝75°因EA与OB平行，所以∠EAO＝∠AOB＝45°假如光线FC刚好在C点发生全反射，则有∠FCO＝45°此时∠FOC＝15°故知圆柱面上光线能够射出区域所正确圆心角θ＝180°－∠EOA－∠FOC＝180°－75°－15°＝90°.34/43考向2折射定律与全反射综合

[热点归纳] 求解光折射与全反射综合问题时，要抓住折射定律和发生全反射条件这两个关键.基本思绪以下： (1)判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质. (2)判断入射角是否大于临界角，明确是否发生全反射现象. (3)画出反射、折射或全反射光路图，必要时还可应用光路可逆原理画出光路图，然后结合几何知识进行推断和求解相关问题. (4)折射率n是讨论折射和全反射问题主要物理量，是联系各物理量桥梁，对跟折射率相关所相关系式应熟练掌握.35/43

【典题6】(

年新课标Ⅲ卷)如图15-1-10所表示，二分之一径为R玻璃半球，O点是半球球心，虚线OO′表示光轴(过球心O与半球底面垂直直线).已知玻璃折射率为1.5.现有一束平行光垂直入射到半球底面上，有些光线能从球面射出(不考虑被半球内表面反射后光线).求：图15-1-1036/43

(1)从球面射出光线对应入射光线到光轴距离最大值.

距离.

解：(1)如图15-1-11所表示，从底面上A处射入光线，在球面上发生折射时入射角为i，当i等于全反射临界角ic时，对应入射光线到光轴距离最大，设最大距离为l.i＝i0①37/43设n是玻璃折射率，由全反射临界角定义有nsinic＝1②图15-1-1138/4339/43

【迁移拓展】如图15-1-12所表示，三棱镜横截