2019版高考物理大一轮复习 第十四章 振动和波 光 相对论 第39讲 光的折射全反射学案

1、第39讲光的折射全反射考纲要求考情分析命题趋势1.光的折射定律2折射率3全反射、光导纤维2017全国卷，34(2)2017全国卷，34(2)2017全国卷，34(2) 2017江苏卷，12B(3)2017北京卷，14 2016全国卷，34(2)2016全国卷，34(2)高考对本部分知识的考查主要以选择题和计算题的形式出现高考试题往往综合考查光的折射和光的全反射学习中要注意理解折射率、临界角、全反射的条件，掌握折射率、临界角的有关计算高考最新考纲说明中删除了“相对折射率作要求”这一说明1光的折射定律折射率(1)折射现象光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向发生_改变_的现象，如图所示(2)折射

2、定律内容：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的_两侧_；入射角的正弦与折射角的正弦成_正比_(2)表达式：n12，式中n12是比例常数(3)折射率物理意义：折射率反映介质的光学特征，折射率大，说明光线从真空射入到该介质时_偏折大_，反之偏折小定义式：n，不能说n与sin 1成正比，与sin 2成反比折射率由介质本身的光学性质和光的_频率_决定计算公式：n2全反射光导纤维(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(2)全反射定义：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某

3、一角度时，折射光线将_消失_，只剩下反射光线的现象条件：a光从光密介质射向光疏介质b入射角_大于或等于_临界角临界角：折射角等于90时的入射角若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，则sin C.介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小(3)光导纤维光导纤维的原理是利用光的全反射1判断正误(1)光的传播方向发生改变的现象叫光的折射()(2)无论是折射光路，还是全反射光路都是可逆的()(3)折射率跟折射角的正弦成正比()(4)只要入射角足够大，就能发生全反射()(5)光从空气射入水中，它的传播速度一定增大()(6)在同一种介质中，光的频率越大，折射率越大()(7)已

4、知介质对某单色光的临界角为C，则该介质的折射率等于.()(8)密度大的介质一定是光密介质()一1对折射率的理解(1)公式n中，不论光是从真空射入介质，还是从介质射入真空，1总是真空中的光线与法线间的夹角，2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，光在介质中的传播速度越小(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

5、界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射例1(2017重庆诊断性测试)如图所示，一透明球体置于空气中，球半径R10 cm，折射率n，MN是一条通过球心的直线，单色细光束AB平行于MN射向球体，B为入射点，AB与MN间距为5 cm，CD为出射光线(1)补全光路图并求出光从B点传到C点的时间；(2)求CD与MN所成的角解析(1)连接BC，如图所示在B点光线的入射角、折射角分别标为i、r，sin i，所以i45.由折射定律，在B点有n，sin r，故r30，BC2Rcos r，t代入数据解得t8.21010 s(2)由几何关系可知COP15，OCP135，30答案(1)见解析(2)30应用光的折射

6、定律解题的一般思路(1)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圈(2)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(3)注意在折射现象中，光路是可逆的二光的折射与全反射的综合应用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在光的折射和全反射现象中，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，不发生折射解决全反射问题的一般

7、方法(1)确定光是从光密介质进入光疏介质(2)应用sin C确定临界角(3)根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射(4)如发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图(5)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、计算 例2(2017全国卷)如图，一玻璃工件的上半部是半径为R的半球体，O点为球心；下半部是半径为R、高为2R的圆柱体，圆柱体底面镀有反射膜有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入，该光线与OC之间的距离为0.6R.已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射)求该玻璃的折射率解析如图，根据光路的对称性和光路可逆性，与入射光线相对于OC轴对称的出射光

8、线一定与入射光线平行这样，从半球面射入的折射光线，将从圆柱体底面中心C点反射设光线在半球面的入射角为i，折线角为r.由折射定律有sin insin r，由正弦定理有，由几何关系，入射点的法线与OC的夹角为i，有sin i.式中l为入射光线与OC的距离，由式和题给数据得sin r，由得n1.43答案1.43三光的色散1光的色散：把复色光分解为单色光的现象叫做光的色散白光通过棱镜后，被分解为红、橙、黄、绿、蓝、靛和紫七种颜色(如图)2正确理解光的色散(1)光的颜色由光的频率决定(2)各种色光的比较颜色红橙黄绿青蓝紫频率低高同一介质中的折射率小大同一介质中速度大小波长大小临界角大小通过棱镜的偏折角小

9、大例3(多选)如图所示，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为，经折射后射出a、b两束光线则(ABD)A在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度B在真空中，a光的波长小于b光的波长C玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率D若改变光束的入射方向使角逐渐变大，则折射光线a首先消失E分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距解析通过光路图可看出，折射后a光的偏折程度大于b光的偏折程度，玻璃砖对a光的折射率大于b光的折射率，选项C错误；a光的频率大于b光的频率，波长小于b光的波长，选项B正确；由n知，在玻璃中，a光的传播速度小于

10、b光的传播速度，选项A正确；入射角增大时，折射率大的光线首先发生全反射，a光首先消失，选项D正确；做双缝干涉实验时，根据x得a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距，选项E错误1假设地球表面不存在大气层，那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比(B)A将提前B将延后C在某些地区将提前，在另一些地区将延后D不变解析假如地球周围没有大气层，太阳光将沿直线传播，如图所示，在地球上B点的人将在太阳到达A点时看到日出；而地球表面有大气层，由于空气折射率大于1，并且离地球表面越近，大气层越密，折射率越大，太阳光将沿如图中AB曲线进入在B处的人眼中，使在B处的人看到了日出但B处的人认为光是沿直线传

11、播的，则认为太阳位于地平线上的A点，而此时太阳还在地平线下，日出时间提前了，所以无大气层时日出时间将延后故选项B正确2如图所示，P、Q是两种透明材料制成的两块直角梯形的棱镜，叠合在一起组成一个长方体某单色光沿与P的上表面成角的方向斜射入P，其折射光线正好垂直通过两棱镜的界面已知材料的折射率nPnQ，则下列说法正确的是(D)A一定没有光线从Q的下表面射出B从Q的下表面射出的光线一定与入射到P的上表面的光线平行C如果光线从Q的下表面射出，出射光线与下表面所夹的锐角一定大于D如果光线从Q的下表面射出，出射光线与下表面所夹的锐角一定小于解析作出光路图，如图所示由题意可知，光线垂直射入Q，根据折射定律，

12、则有nP，nQ；因为nPnQ，所以0)现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值(n0)，称为负折射率材料，位于空气中的这类材料，入射角i与折射角r依然满足n，但是折射线与入射线位于法线的同一侧(此时折射角取负值)现空气中有一上下表面平行的负折射率材料，一束电磁波从其上表面射入，下表面射出若该材料对此电磁波的折射率n1，正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是(B)解析由题意知，折射线和入射线位于法线的同一侧，n1，由折射定律可知，入射角等于折射角，所以选项B正确1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(A)解析光从玻璃砖射

13、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，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2打磨某剖面如图所示的宝石时，必须将OP、OQ边与轴线的夹角切磨在12，光线一定在OP边发生全反射B若2，光线会从OQ边射出C若1，光线会从OP边射出D若C，i2C，于是有3090C，即12时，OQ边一定全反射，OP边可能发生部分反射，选项A、B错误；当1时，OP边一定发生全反射，OQ边可能全反射，也可能发生部分反射，选项C错误，D正确3如图，一束光经玻璃三

14、棱镜折射后分为两束单色光a、b，波长分别为a、b，该玻璃对单色光a、b的折射率分别为na、nb，则(B)AanbBab，nanbCab，nab，nanb解析由题图知，三棱镜对b光的折射率较大所以nab，所以选项B正确，A、C、D错误4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.已知棱镜顶角为，则计算棱镜对该色光的折射率表达式为(A)A BC D解析如图所示，设AB面上的折射角为，AC面上的入射角为，由于i，由光的折射定律及光路可逆知，又设两法线的夹角为，则由几何关系得：180，又由180

15、，则解得，又由几何关系得ii，解得i，则棱镜对该色光的折射率n，故选项A正确5(2017全国卷)如图，一半径为R的玻璃半球，O点是半球的球心，虚线OO表示光轴(过球心O与半球底面垂直的直线)已知玻璃的折射率为1.5.现有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光线能从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线)求：(1)从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值；(2)距光轴的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离解析(1)如图，从底面上A处射入的光线，在球面上发生折射时的入射角为i，当i等于全反射临界角iC时，对应入射光线到光轴的距离最大，设最大距离为l.此时有iiC，设n是玻璃的

16、折射率，由全反射临界角的定义有nsin iC1，由几何关系有sin i.联立式并利用题给条件，得lR.(2)设与光轴相距的光线在球面B点发生折射时的入射角和折射角分别为i1和r1，由折射定律有nsin i1sin r1.设折射光线与光轴的交点为C，在OBC中，由正弦定理有，由几何关系有Cr1i1，sin i1，联立式及题给条件得OCR2.74R答案(1)R(2)2.74R6如图，在注满水的游泳池的池底有一点光源A，它到池边的水平距离为3.0 m从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角，水的折射率为(1)求池内的水深；(2)一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到池

17、面的高度为2.0 m当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45.求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留一位有效数字)解析(1)如图，设到达池边的光线的入射角为i.依题意，水的折射率n，光线的折射角90.由折射定律有nsin isin ，由几何关系有sin i，式中，l3 m，h是池内水的深度联立式并代入题给数据得h m2.6 m(2)设此时救生员的眼睛到池边的距离为x.依题意，救生员的视线与竖直方向的夹角为45由折射定律有nsin isin ，式中，i是光线在水面的入射角设池底点光源A到水面入射点的水平距离为a.由几何关系有sin i，xlah，式中h2 m

18、联立式得x(31)m0.7 m答案(1)2.6 m(2)0.7 m课时达标第39讲 解密考纲主要考查光的折射和光的全反射，应透彻理解折射率、临界角、全反射的条件，掌握折射率、临界角的计算1如图所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球，则(D)A小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球B小球所发的光能从水面任何区域射出C小球所发的光从水中进入空气后频率变大D小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大解析光从水中进入空气，只要在没有发生全反射的区域，就可以看到光线射出，所以选项A、B错误；光的频率是由光源决定的，与介质无关，所以选项C错误；由v得，光从水中进入空气后传播速度变大，所以选

19、项D正确2关于光纤的说法，正确的是(C)A光纤是由高级金属制成的，所以它比普通电线容量大B光纤是非常细的特制玻璃丝，但导电性能特别好，所以它比普通电线衰减小C光纤是非常细的特制玻璃丝，由内芯和外套两层组成，光纤是利用全反射原理来实现光的传导的D在实际应用中，光纤必须呈笔直状态，因为弯曲的光纤是不能导光的解析光导纤维的作用是传导光，是特制玻璃丝，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大载有声音、图象及各种数字信号的激光传播时，在内芯和外套的界面上发生全反射光纤具有容量大、衰减小、抗干扰性强等特点在实际应用中，光纤是可以弯曲的故选项C正确3实验表明，可见光通过三棱镜时各色光的折射率n随波长的变

20、化符合柯西经验公式：nA，其中A、B、C是正的常量太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如图所示则(D)A屏上c处是紫光B屏上d处是红光C屏上b处是紫光D屏上a处是红光解析根据nA知波长越长，折射率越小，光线偏折越小从题图可知，d光偏折最厉害，折射率最大，应是紫光；a光偏折最小，折射率最小，应是红光；选项D正确4某物理兴趣小组用实验探究光的色散规律，他们将半圆形玻璃砖放在竖直面内，在其左上方竖直放置一个很大的光屏P，让一复色光束SA射向玻璃砖的圆心O后，有两束单色光a和b射向光屏P，如图所示他们根据实验现象提出了以下四个猜想，你认为正确的是(B)A单色光a的波长小于单色光b的波长B在玻璃中单色光a的传播速度大于单色光b的传播速度C单色光a通过玻璃砖所需的时间大于单色光b通过玻璃砖所需