高考物理大一輪復習 第十一章 光 電磁波 第1講 光的反射與折射 全反射課件.ppt

第1講光的反射與折射全反射 第十一章光電磁波 考試標準 內容索引 過好雙基關回扣基礎知識訓練基礎題目 研透命題點細研考綱和真題分析突破命題點 課時作業(yè)限時訓練練規(guī)范練速度 過好雙基關 一 光的反射與折射1 反射定律反射光線與入射光線 法線處在同一平面內 反射光線與入射光線分別位于法線的 反射角等于入射角 2 折射定律 1 內容 如圖1所示 折射光線與入射光線 法線處在內 折射光線與入射光線分別位于法線的兩側 入射角的正弦與折射角的正弦成正比 兩側 同一平面 圖1 2 表達式 n 3 在光的折射現(xiàn)象中 光路是的 3 折射率 1 折射率是一個反映介質的的物理量 2 定義式 n 3 計算公式 n 因為v c 所以任何介質的折射率都大于 4 當光從真空 或空氣 射入某種介質時 入射角大于折射角 當光由介質射入真空 或空氣 時 入射角小于折射角 可逆 光學性質 1 自測1 多選 如圖是光由空氣射入半圓形玻璃磚 再由玻璃磚射入空氣的光路圖 o點是半圓形玻璃磚的圓心 下列情況可能發(fā)生的是 答案 二 全反射1 條件 1 光從光密介質射入光疏介質 2 入射角臨界角 2 臨界角 折射角等于時的入射角 若光從光密介質 折射率為n 射向真空或空氣時 發(fā)生全反射的臨界角為c 則sinc 介質的折射率越大 發(fā)生全反射的臨界角越小 大于或等于 90 自測2 多選 光從介質a射向介質b 如果要在a b介質的分界面上發(fā)生全反射 那么必須滿足的條件是a a是光密介質 b是光疏介質b 光在介質a中的速度必須大于在介質b中的速度c 光的入射角必須大于或等于臨界角d 必須是單色光 答案 三 光的顏色色散1 色散現(xiàn)象白光通過三棱鏡會形成由紅到紫七種色光組成的光譜 2 成因由于不同色光折射率不同 它們射到另一個分界面時 折射率大的光 偏折角 3 光的色散現(xiàn)象說明 1 白光為復色光 2 同一介質對不同色光的折射率不同 頻率越大的色光折射率 3 不同色光在同一介質中的傳播速度不同 波長越短 波速 彩色 也大 越大 越慢 自測3 多選 如圖2所示 一束光經(jīng)玻璃三棱鏡折射后分為兩束單色光a b 波長分別為 a b 該玻璃對單色光a b的折射率分別為na nb 則a a bc nanb 答案 圖2 解析一束光經(jīng)過三棱鏡折射后 折射率小的光偏折較小 而折射率小的光波長較長 所以 a b na nb 故選項b c正確 解析 研透命題點 命題點一光的折射問題 1 對折射率的理解 1 公式n 中 不論是光從真空或空氣射入介質 還是從介質射入真空或空氣 1總是真空或空氣中的光線與法線間的夾角 2總是介質中的光線與法線間的夾角 2 折射率與介質的密度沒有關系 光密介質不是指密度大的介質 3 折射率的大小不僅與介質本身有關 還與光的頻率有關 與入射角的大小無關 同一種介質中 頻率越大的色光折射率越大 傳播速度越小 4 同一種色光 在不同介質中雖然波速 波長不同 但頻率相同 2 應用光的折射定律解題的一般思路 1 根據(jù)入射角 折射角及反射角之間的關系 作出比較完整的光路圖 2 充分利用光路圖中的幾何關系 確定各角之間的聯(lián)系 根據(jù)折射定律求解相關的物理量 折射角 折射率等 3 注意在折射現(xiàn)象中 光路是可逆的 例1 多選 如圖3所示 一個儲油桶的底面直徑與高均為d 當桶內沒有油時 從某點a恰能看到桶底邊緣的某點b 當桶內油的深度等于桶高的一半時 仍沿ab方向看去 恰好看到桶底上的點c c b兩點相距 則下列說法正確的是 圖3 答案 解析 答案 變式1 多選 關于折射率 下列說法正確的是a 根據(jù)n 可知 介質的折射率與入射角的正弦成正比b 根據(jù)n 可知 介質的折射率與折射角的正弦成反比c 根據(jù)n 可知 介質的折射率與光在該介質中的光速成反比d 同一頻率的光由真空進入某種介質時 折射率與光在介質中的波長成反比 解析 解析介質的折射率是一個反映介質光學性質的物理量 由介質本身和光的頻率共同決定 與入射角 折射角無關 故選項a b均錯 由于真空中的光速是一個定值 故n與v成反比是正確的 選項c正確 由于v f 當f一定時 v與 成正比 又n與v成反比 故n與 也成反比 選項d正確 答案 變式2 多選 一束光從空氣射向折射率n 的某種玻璃的表面 如圖4所示 i代表入射角 則a 當入射角i 0 時不會發(fā)生折射現(xiàn)象b 無論入射角i是多大 折射角r都不會超過45 c 欲使折射角r 30 應以i 60 的角度入射d 當入射角i滿足tani 時 反射光線跟折射光線恰好互相垂直 解析 圖4 解析當入射角i 0 時光能從空氣進入玻璃 故發(fā)生了折射 a錯誤 當入射角是90 時 根據(jù)折射定律n 解得 r 45 所以無論入射角i是多大 折射角r都不會超過45 b正確 欲使折射角r 30 根據(jù)折射定律n 解得 i 45 故c錯誤 當tani 時 根據(jù)折射定律n tani 解得sinr cosi 所以反射光線跟折射光線恰好互相垂直 故d正確 答案 變式3 多選 2015 浙江10月選考 16 為了從坦克內部觀察外部目標 在厚度為20cm的坦克壁上開了一個直徑為12cm的孔 若在孔內分別安裝由同一材料制成的如圖5所示的三塊玻璃 其中兩塊玻璃的厚度相同 坦克內的人在同一位置通過玻璃能看到的外界的角度范圍是a 甲的大于乙的b 甲的小于丙的c 乙的小于丙的d 乙的等于丙的 解析 圖5 解析對甲 乙 丙 人眼的位置一定 入射光線經(jīng)玻璃折射后進入眼睛 如圖所示 可知甲的角度范圍大于乙 丙的 乙 丙的角度范圍相同 命題點二全反射問題 1 求解全反射現(xiàn)象中光的傳播時間的一般思路 1 全反射現(xiàn)象中 光在同種均勻介質中的傳播速度不發(fā)生變化 即v 2 全反射現(xiàn)象中 光的傳播路程s應結合光路圖與幾何關系進行確定 3 由t 求傳播時間 2 解決全反射問題的一般方法 1 確定光是從光密介質進入光疏介質 2 應用sinc 確定臨界角 3 根據(jù)題設條件 判定光在傳播時是否發(fā)生全反射 4 如果發(fā)生全反射 畫出入射角等于臨界角時的臨界光路圖 5 運用幾何關系或三角函數(shù)關系以及反射定律等進行分析 判斷 計算 答案 例2 多選 光導纖維技術在現(xiàn)代生產 生活與科技方面得以廣泛應用 如圖6所示是一個質量均勻分布的有機玻璃圓柱的橫截面 b c為圓上兩點 一束單色光沿ab方向射入 然后從c點射出 已知 abo 127 boc 120 真空中光速c 3 0 108m s sin53 0 8 cos53 0 6 則a 光在該有機玻璃中傳播速度為1 875 108m sb 光在該有機玻璃中的折射率為1 8c 光在該有機玻璃中發(fā)生全反射的臨界角為37 d 若將該材料做成長300km的光導纖維 此單色光在光導纖維中傳播的最短時間為1 6 10 3s 圖6 解析 答案 變式4 多選 華裔科學家高錕獲得2009年諾貝爾物理學獎 他被譽為 光纖通信之父 光纖通訊中信號傳播的主要載體是光導纖維 它的結構如圖7所示 其內芯和外套材料不同 光在內芯中傳播 下列關于光導纖維的說法中正確的是a 內芯的折射率比外套的小 光傳播時在內芯與外套的界面上發(fā)生全反射b 內芯的折射率比外套的大 光傳播時在內芯與外套的界面上發(fā)生全反射c 波長越長的光在光纖中傳播的速度越大d 頻率越大的光在光纖中傳播的速度越大 圖7 解析 解析當內芯的折射率比外套的大 光傳播時在內芯與外套的界面上才能發(fā)生全反射 選項a錯誤 b正確 波長越長的光 頻率越小 介質對它的折射率n越小 根據(jù)公式v 光在光纖中傳播的速度越大 選項c正確 d錯誤 答案 變式5 多選 2017 紹興第一中學期末 一束白光從水中射入真空的折射光線如圖8所示 若保持入射點o不變而逐漸增大入射角 下述說法中正確的是a 若紅光射到p點 則紫光在p點上方b 若紅光射到p點 則紫光在p點下方c 紫光先發(fā)生全反射 而紅光后發(fā)生全反射d 當紅光和紫光都發(fā)生全反射時 它們的反射光線射到水底時是在同一點 圖8 解析 解析同一種介質對紫光的折射率大 而對紅光的折射率小 同一入射角時 紫光的折射角大 所以紫光在p點下方 a錯誤 b正確 同理 紫光的臨界角小 紫光先達到臨界角 紅光后達到臨界角 c正確 根據(jù)光的反射定律 紅光和紫光都發(fā)生全反射時 反射光線的傳播方向一致 所以它們的反射光線射到水底時是在同一點 d正確 答案 變式6 多選 如圖9所示為半圓形透明介質的橫截面 其半徑為r 一束光從半圓形透明介質的左邊緣以入射角60 射入透明介質 光束在半圓形透明介質的弧形面發(fā)生兩次反射后剛好從半圓形透明介質的另一邊緣射出 已知光在真空中傳播的速度為c 則 解析 圖9 解析由幾何關系知 光束的折射角r 30 光線在介質中傳播路程s 3r 命題點三光路控制和色散 1 平行玻璃磚 三棱鏡和圓柱體 球 對光路的控制 2 各種色光的比較 例3 多選 如圖10所示 兩束平行的甲光和乙光 相距為d 斜射到置于空氣中的矩形玻璃磚上 若光線在玻璃磚內不重疊 當它們從玻璃磚的下表面射出時a 若甲為紫光 乙為紅光 則兩條出射光線間距離一定大于db 若甲為紫光 乙為紅光 則兩條出射光線間距離可能小于dc 若甲為紅光 乙為紫光 則兩條出射光線間距離可能大于dd 若甲為紅光 乙為紫光 則兩條出射光線間距離一定小于d 答案 解析 圖10 考向1平行玻璃磚對光路的控制 解析根據(jù)光學規(guī)律知兩束出射光線仍平行 玻璃磚對紅光和紫光的折射率不同 紫光的折射率大 紫光的側移量大 紅光的側移量小 用極限法 小到等于零 不偏轉 沿直線傳播 若甲為紫光 乙為紅光 兩條出射光線間距離一定大于d 如圖a所示 選項a正確 b錯誤 若甲為紅光 乙為紫光 則兩條出射光線間距離一定小于d 如圖b所示 選項c錯誤 d正確 考向2三棱鏡對光路的控制例4 多選 如圖11所示 截面為abc的玻璃直角三棱鏡放置在空氣中 寬度均為d的紫 紅兩束光垂直照射三棱鏡的一個直角邊ab 在三棱鏡的另一側放置一平行于ab邊的光屏 足夠寬 屏的距離遠近可調 在屏上出現(xiàn)紫 紅兩條光帶 可能是a 紫色光帶在上 紅色光帶在下 紫色光帶較寬b 紫色光帶在下 紅色光帶在上 紫色光帶較寬c 紅色光帶在上 紫色光帶在下 紅色光帶較寬d 紅色光帶在下 紫色光帶在上 紅色光帶較寬 答案 圖11 解析 解析紫光的頻率比紅光大 故三棱鏡對紫光的折射率比對紅光的大 通過三棱鏡后紫光偏離入射方向的角度大 故在屏上形成的光帶比紅光窄 當光屏離三棱鏡的距離適當時 紫光既可以在紅光的上面 也可以在紅光的下面 故c d選項正確 變式7 多選 一束白光從頂角為 的三棱鏡的一邊以較大的入射角i射入并通過三棱鏡后 在屏p上可得到彩色光帶 如圖12所示 在入射角i逐漸減小到零的過程中 假如屏上的彩色光帶先后全部消失 則a 紅光最先消失 紫光最后消失b 紫光最先消失 紅光最后消失c 折射后的出射光線向底邊bc偏折d 折射后的出射光線向頂角a偏折 解析 答案 圖12 解析白光從ab面射入玻璃后 由于紫光偏折程度大 從而到達另一側面ac時的入射角較大 且因玻璃對紫光的折射率大 sinc 因而其臨界角最小 故隨著入射角i的減小 進入玻璃后的各色光中紫光首先發(fā)生全反射不從ac面射出 后依次是藍 青 綠 黃 橙 紅光發(fā)生全反射而不從ac面射出 故b c正確 考向3半圓柱形玻璃磚對光路的控制例5 多選 如圖13 一束光沿半徑方向射向一塊半圓柱形玻璃磚 在玻璃磚底面上的入射角為 經(jīng)折射后射出a b兩束光線 則a 在玻璃中 a光的傳播速度小于b光的傳播速度b 在真空中 a光的波長小于b光的波長c 玻璃磚對a光的折射率小于對b光的折射率d 若改變光束的入射方向使 角逐漸變大 則折射光線a首先消失 解析 答案 圖13 解析由題圖可知 a光的折射角大于b光的折射角 根據(jù)折射定律可以判斷出玻璃磚對a光的折射率大于對b光的折射率 故c錯誤 根據(jù)n 可知 在玻璃中 a光的傳播速度小于b光的傳播速度 故a正確 a光的頻率大于b光的頻率 根據(jù) 可知 在真空中a光的波長小于b光的波長 故b正確 若改變光束的入射方向使 角逐漸變大 因為a光的折射率大 a光發(fā)生全反射的臨界角小 則折射光線a首先消失 故d正確 課時作業(yè) 1 多選 一束單色光經(jīng)空氣射入玻璃 這束光的a 速度變慢 波長變短b 速度不變 波長變短c 頻率增高 波長變長d 頻率不變 波長變短 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析光在玻璃中的傳播速度為v 所以光經(jīng)空氣進入玻璃 傳播速度減小 由波長 波速和頻率三者的關系v f 光經(jīng)空氣進入玻璃 頻率f不變 波長變短 故a d正確 2 多選 關于光從一種介質射入另一種介質時所發(fā)生的現(xiàn)象 下列說法中正確的是a 光從一種介質射向另一種介質時傳播方向一定改變b 有一部分光進入另一種介質 另一部分光被界面反射回原介質c 隨著入射角增大 折射光增強 反射光減弱d 隨著入射角增大 折射光減弱 反射光增強 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 多選 2016 浙江桐鄉(xiāng)茅盾中學模擬 光射到兩種不同介質的分界面 分析其后的傳播情形可知a 折射現(xiàn)象的出現(xiàn)說明光是縱波b 光總會分為反射光和折射光c 折射光與入射光的傳播方向可能相同d 發(fā)生折射是因為光在不同介質中的傳播速度不同 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析 解析折射是橫波 縱波共有的現(xiàn)象 光是一種電磁波 而電磁波是橫波 a錯誤 當光從光密介質射向光疏介質而且入射角不小于臨界角時 就只有反射光而無折射光 b錯誤 當入射角等于0 時折射光與入射光傳播方向相同 c正確 由惠更斯原理對折射的解釋可知d正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 4 多選 在沒有月光的夜間 一個池面較大的水池底部中央有一盞燈s 可看做點光源 小魚在水中游動 它向水面上方看去 看到了亮點s1 小鳥在水面上方飛翔 它向下方水面看去 看到了亮點s2 設水中無雜質 周圍無光源 水面平靜 下面的說法中正確的是a 小魚看到s1屬于光的反射現(xiàn)象 s1的位置與小魚的位置無關b 小魚看到s1屬于光的折射現(xiàn)象 s1的位置與小魚的位置有關c 小鳥看到s2屬于光的反射現(xiàn)象 s2的位置與小鳥的位置無關d 小鳥看到s2屬于光的折射現(xiàn)象 s2的位置與小鳥的位置有關 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析 解析小魚在水中看到的亮點s1是平面鏡成像 水面相當于平面鏡 屬于光的反射成像 根據(jù)光的反射定律可知 s燈的位置不變 通過水面所成的虛像位置不變 所以小魚看到的s1的位置不變 即s1的位置與小魚的位置無關 故a項正確 b項錯誤 小鳥在水面上方 看到亮點s2是折射現(xiàn)象 小鳥在不同位置時 射入小鳥眼的折射光線不同 折射光線的反向延長線在不同位置交于不同點 小鳥看到的是一個亮點 它的位置與鳥的位置有關 故c項錯誤 d項正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 5 多選 如圖1所示 光在真空和介質的界面mn上發(fā)生偏折 那么下列說法正確的是a 光是從真空射向介質b 介質的折射率為1 73c 光在介質中的傳播速度為1 73 108m sd 反射光線與折射光線成60 角 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 圖1 解析介質的折射率等于為空氣中角度的正弦值和介質中角度的正弦值之比 空氣中角度較大 對應正弦值較大 對應題圖乙中折射角r 故oa為折射光線 光線從b經(jīng)o到a 由折射率計算公式得n 1 5 6 多選 某同學通過實驗測定半圓形玻璃磚的折射率n 如圖2甲所示 o是圓心 mn是法線 ao bo分別表示某次測量時光線在空氣和玻璃磚中的傳播路徑 該同學測得多組入射角i和折射角r 作出sini sinr圖象如圖乙所示 則a 光由a經(jīng)o到bb 光由b經(jīng)o到ac n 0 67d n 1 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 圖2 解析 答案 7 多選 圖3中a是一束白光 射向半圓玻璃磚的圓心o 折射后發(fā)生了色散 折射后對紅光和紫光的說法正確的是a 光線1是紅光 光線2是紫光b 光線1是紫光 光線2是紅光c 光線3是紅光 光線4是紫光d 光線3是紫光 光線4是紅光 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 圖3 8 多選 光在某種介質中的傳播速度是1 5 108m s 光從該介質射向空氣時a 介質的臨界角是30 b 大于或等于30 的所有角都是臨界角c 入射角大于或等于30 時都能發(fā)生全反射d 臨界角可能是60 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 9 多選 直線p1p2過均勻玻璃球球心o 細光束a b平行且關于p1p2對稱 由空氣射入玻璃球的光路如圖4所示 a b光相比a 玻璃對a光的折射率較大b 玻璃對a光的臨界角較小c b光在玻璃中的傳播速度較小d b光在玻璃中的傳播時間較長 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 圖4 解析 解析由題圖可知 b折射程度較大 故玻璃對b的折射率較大 a錯誤 由sinc 知b的臨界角較小 b錯誤 由v 知 b在玻璃中的傳播速度較小 c正確 b在玻璃中傳播距離大且傳播速度小 由t 知 b在玻璃中的傳播時間較長 d正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 10 多選 空氣中懸浮著一顆球形小水珠 一縷陽光水平入射 如圖5所示 n甲 n乙和n丙分別表示水對甲光 乙光和丙光的折射率 判斷以下表述正確的是a n甲 n乙 n丙b 波長 的關系 甲 乙 丙c 頻率f的關系f甲 f乙 f丙d 光由水珠出射到空氣的折射角關系 甲 乙 丙 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析 圖5 解析從空氣射入小水珠時 三種色光的入射角相同 甲光的折射角較大 說明其折射率最小 n甲 乙 丙 選項b錯誤 c正確 光由水珠出射到空氣時的入射角等于光從空氣射入水珠時的折射角 根據(jù)折射定律 它們由水珠出射到空氣的折射角均等于光從空氣射入水珠的入射角 所以 甲 乙 丙 選項d正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 11 多選 兩束不同頻率的單色光a b從空氣平行射入水中 發(fā)生了如圖6所示的折射現(xiàn)象 下列結論中正確的是a 在水中的傳播速度 光束a比光束b大b 在水中的傳播速度 光束a比光束b小c 水對光束a的折射率比水對光束b的折射率小d 水對光束a的折射率比水對光束b的折射率大 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 圖6 12 多選 2016 臺州市9月選考 如圖7所示 一束白光以60 的入射角射到一水平放置的平面鏡上 反射后在正上方與平面鏡平行的光屏上留下一光點a 現(xiàn)將一塊上下兩面平行的透明玻璃塊平放在平面鏡上 如圖中虛線所示 當進入透明玻璃塊的光線經(jīng)平面鏡反射后再從透明玻璃塊的上表面射出 則下列說法正確的是a 光屏上形成一個光點且在a點左側b 在玻璃塊的下表面最左端是紫光c 在a點的右側光屏上出現(xiàn)光的色散現(xiàn)象d 在光屏上形成一條彩色光帶 最靠近a點的是紅光 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 圖7 解析 解析將一塊上 下兩面平行的透明玻璃塊平放在平面鏡上后 光進入玻璃塊折射 光路圖如圖所示 又紅光折射率最小 紫光折射率最大 紫光偏折最厲害 所以光屏上最靠近a的是紅光 綜上b d正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 13 多選 如圖8所示 兩細束平行單色光a b射向置于空氣中橫截面為矩形的玻璃磚的下表面 設玻璃磚足夠長 若發(fā)現(xiàn)玻璃磚的上表面只有一束光線射出 則下列