2020年高考物理備考微專題精準突破專題7.5光的折射與全反射(解析版)

1、2020年高考物理備考微專題精準突破專題 7.5 光的折射與全反射【專題詮釋】一、光的折射定律 折射率1折射定律(1) 內容：如圖所示，折射光線與入射光線、法線處在同一平面內，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(3)在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的2折射率(1) 折射率是一個反映介質的光學性質的物理量sin 1(2)定義式： nsin 2.c(3) 計算公式： n vc，因為 v<c，所以任何介質的折射率都大于1.(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3折射率的理解(1) 折射

2、率由介質本身性質決定，與入射角的大小無關(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) 同一種介質中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越小二、全反射 光導纖維 1定義：光從光密介質射入光疏介質，當入射角增大到某一角度時，折射光線將全部消失，只剩下反射光 線的現(xiàn)象2條件： （1） 光從光密介質射入光疏介質 （2）入射角大于或等于臨界角3臨界角：折射角等于 90°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1界角為 C，則 sin C n.介質的折射率越大，發(fā)生全反射的臨界角越小4光導纖維光導纖維的原理是利用光的全反射（如圖所示 ）

3、【高考領航】【2019·新課標全國卷】 如圖，一艘帆船靜止在湖面上，帆船的豎直桅桿頂端高出水面3 m。距水面 4 m的湖底 P 點發(fā)出的激光束，從水面出射后恰好照射到桅桿頂端，該出射光束與豎直方向的夾角為53°（取4sin53 =°0.8）。已知水的折射率為 3 。3（ 1）求桅桿到 P點的水平距離；（ 2）船向左行駛一段距離后停止，調整由P點發(fā)出的激光束方向，當其與豎直方向夾角為45°時，從水面射出后仍然照射在桅桿頂端，求船行駛的距離?！敬鸢浮浚?1）7 m （2） 5.5m【解析】（ 1）設光束從水面射出的點到桅桿的水平距離為x1，到 P 點的水平距

4、離為 x2；桅桿高度為 h1，P點處水深為 h2：激光束在水中與豎直方向的夾角為。由幾何關系有x1 tan53 x2 tan 由折射定律有 sin53 =°nsin 設桅桿到 P 點的水平距離為 x，則 x=x1+x2聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)得x=7 m （2）設激光束在水中與豎直方向的夾角為 45°時，從水面出射的方向與豎直方向夾角為 i ，由折射定律有 sin i =nsin45 °設船向左行駛的距離為 x'，此時光束從水面射出的點到桅桿的水平距離為x'1，到 P 點的水平距離為 x'2，則x1 x2 x x x1 tani h1x2 ta

5、n45 h2聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)得 x'=（6 2 3）m=5.5 m 【2019·新課標全國卷】 如圖，直角三角形 ABC為一棱鏡的橫截面， A=90°， B=30°。一束光線平行于 底邊 BC射到 AB邊上并進入棱鏡，然后垂直于 AC邊射出。1）求棱鏡的折射率；2）保持 AB邊上的入射點不變，逐漸減小入射角，直到BC邊上恰好有光線射出。求此時 AB邊上入射角的 正弦。答案】（ 1） 3 （2） 3 2 2解析】（ 1）光路圖及相關量如圖所示。光束在AB 邊上折射，由折射定律得式中 n 是棱鏡的折射率。由幾何關系可知 +=60° 由幾何關系和反

6、射定律得聯(lián)立式，并代入 i=60°得 n= 3 （ 2）設改變后的入射角為 i ，折射角為 ，由折射定律得sinisin=n依題意，光束在 BC 邊上的入射角為全反射的臨界角 c，且sinc=1n由幾何關系得c=+'30°由式得入射角的正弦為2【 2018·高考全國卷】 如圖，某同學在一張水平放置的白紙上畫了一個小標記“?”圖（中 O 點 ），然后用橫截面為等邊三角形 ABC 的三棱鏡壓在這個標記上， 小標記位于 AC 邊上 D 位于 AB 邊上， 過 D 點做 AC 邊的 垂線交 AC 于 F .該同學在 D 點正上方向下順著直線 DF 的方向觀察，恰好

7、可以看到小標記的像；過 O 點做AB 邊的垂線交直線 DF 于 E；DE2 cm，EF1 cm.求三棱鏡的折射率 （不考慮光線在三棱鏡中的反射 ）【答案】：見解析【解析】：過 D點作 AB邊的法線 NN，連接 OD，則ODN為 O點發(fā)出的光線在 D點的入射角；設該 光線在 D 點的折射角為 ，如圖所示根據(jù)折射定律有nsin sin 式中 n 為三棱鏡的折射率由幾何關系可知 60°在OEF 中有 EF OE sin EOF由式和題給條件得 OE2 cm根據(jù)題給條件可知， OED 為等腰三角形，有30 °由式得 n 3. 【技巧方法】1.解決光的折射問題的思路(1)根據(jù)題意畫出

8、正確的光路圖(2) 利用幾何關系確定光路中的邊、角關系，要注意入射角、折射角均以法線為標準(3) 利用折射定律、折射率公式求解(4) 注意折射現(xiàn)象中光路的可逆性2.解答全反射類問題的技巧(1)解答全反射類問題時，要抓住發(fā)生全反射的兩個條件： 光必須從光密介質射入光疏介質；入射角大于或等于臨界角(2)利用好光路圖中的臨界光線，準確地判斷出恰好發(fā)生全反射的光路圖是解題的關鍵，且在作光路圖時盡 量與實際相符(3) 求解全反射現(xiàn)象中光的傳播時間的一般思路： 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 c.n 全反射現(xiàn)象中，光的傳播路程應結合光路圖與幾何關系進行確定利用 t l求解光的傳

9、播時間v【最新考向解碼】例 1.(2019 ·遼寧省沈陽市一模 )a、b、c 三條平行光線垂直于半圓柱體玻璃磚的截面直徑從空氣射向玻璃磚， 如圖所示，光線 b正好過圓心 O，光線 a、c從光線 b 的兩側對稱入射，光線 a、c從玻璃磚下表面進入空氣 后與光線 b 交于 P、 Q，則下列說法正確的是 ( )A 玻璃對三種光的折射率關系為na>nb>ncB玻璃對 a 光的折射率大于對 c 光的折射率C在相同條件下進行雙縫干涉實驗， a 光的條紋間距比 c 光窄D a、 c光分別從空氣射入某種介質中， c 光發(fā)生全反射時臨界角較小Ea 光比 c光穿過該半圓柱體玻璃磚所需時間長【

10、答案】 BCE【解析】 由圖可知， a光和 c光入射角相同，但 a光折射角較小，根據(jù)折射率公式可知，玻璃對 a 光的折 射率大于對 c 光的折射率，由于 b 光入射角為 0°，故無法判斷玻璃對 b 光的折射率大小， A 錯誤， B 正確； 由于 a 光的折射率大，波長較短，則在相同條件下進行雙縫干涉實驗， a 光的條紋間距比 c 光窄， C 正確； a、 c 光分別從空氣射入某種介質中時，不能發(fā)生全反射， D 錯誤；根據(jù)公式 vnc，由于 a 光的折射率大， 則 a 光在玻璃中的傳播速度較小，又由圖可知 a 光在玻璃磚中的傳播路徑較長，故 a 光比 c 光穿過該半圓 柱體玻璃磚所需時

11、間長， E 正確。例 2.(2019 ·山東淄博一模 ) 某種透明材料制成的空心球體外徑是內徑的2 倍，其過球心的某截面 ( 紙面內 ) 如圖所示。一束單色光 (在紙面內 )從外球面上 A 點入射，入射角為 45°時，光束經折射后恰好與內球面相切。(1)求該透明材料的折射率；(2)欲使光束從 A 點入射后，恰好在內球面上發(fā)生全反射，則應將入射角變?yōu)槎嗌俣龋俊敬鸢浮?(1) 2 (2)30 °【解析】 (1)作光路圖如圖甲，設光束經折射后到達內球面上B 點，由題意知，入射角 i 45°，折射角 r BAO由幾何關系有： sinr AO 0.5 AO由折射定

12、律有： n sinisinr并在 C 點恰好發(fā)生全反代入數(shù)據(jù)解得： n 2。(2)作光路圖如圖乙，設在 A點的入射角為 i時，光束經折射后到達內球面上C 點，射，則光束在內球面上的入射角 ACD 等于臨界角 C。由 sinC 1n代入數(shù)據(jù)得： ACD C45由正弦定理有sin ACO AO sin CAOCOAO2R，COR，ACO180° ACD，解得：sin CAO sinACD2由折射定律有：sini sin CAO其半徑為 R，折射率為已知 OA 3R，光解得： sini 0.5，即此時的入射角 i 30°。例 3.(2019 ·山西呂梁模擬 ) 如圖所示

13、是一透明半圓柱體的橫截面， O 為橫截面的圓心，3，OA水平且垂直于橫截面，從 A點射出一條光線 AB 經折射后水平射出半圓柱體， 速為 c. 求：(1)光沿 AO 直線進入透明半圓柱體中，從 A傳到 O點的時間； (2)入射點 B到 OA的垂直距離 BC.【答案】：(1) 2 3c1 R (2)2所以 B 到 OA 的垂直距離 hRsin 2R.【微專題精練】1關于光的傳播現(xiàn)象及應用，下列說法正確的是( )A 一束白光通過三棱鏡后形成了彩色光帶是光的色散現(xiàn)象B光導纖維內芯材料的折射率比外套材料的折射率大C海面上的海市蜃樓將呈現(xiàn)倒立的像，位置在實物的上方，又稱上現(xiàn)蜃景D一束色光從空氣進入水中，

14、波長將變短，色光的顏色也將發(fā)生變化E一束白光從空氣斜射進入水中，也將發(fā)生色散【答案】：ABE【解析】：一束白光通過三棱鏡后形成了彩色光帶是光的色散現(xiàn)象， A 正確；由全反射的條件可知，內芯材 料的折射率比外套材料的折射率要大，故 B 正確；海市蜃樓將呈現(xiàn)正立的像，位置在實物的上方，又稱上AO1點在 O 點的右側B藍光從空氣中射入水中時，速度變小C若沿 AO1方向射向水中的是一束紫光，則折射光線有可能通過B 點正下方的 C點D若沿 AO1方向射向水中的是一束紅光，則折射光線有可能通過B點正上方的 D 點E若藍光沿 AO 方向射向水中，則折射光線有可能通過 B 點正上方的 D 點答案】：BCDR【

15、解析】：(1)由 nc得 v c 3cv n 3因為 t1 R3 1 Rv ，tt2c又知道 t t1 t2，B 到 OA 的垂直距離 BCh， BOA ，入射角為，聯(lián)立解得 t 2 3c 1 Rc(2)如圖所示，設入射點對OAB，由正弦定理得AB 3R sin sin 又ssiinn 3，得 ABROA所以 OAB 為等腰三角形， cos 2 3，故 30° OB 2 現(xiàn)蜃景， C 錯誤；色光進入水中，光的頻率不變，顏色不變， D 錯誤；白光斜射入水中，由于水對不同色光 的折射率不同，各種色光將分開，故 E 正確2一光纖通訊中信號傳播的主要載體是光導纖維，它的結構如圖所示，可看成一

16、段直線，其內芯和外套的 材料不同，光在內芯中傳播，下列關于光導纖維的說法正確的是 ( )A 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 B內芯的折射率比外套的大，光傳播時在外套與外界的界面上發(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 E若紫光以如圖所示角度入射時，恰能在光纖中發(fā)生全反射，則改用紅光以同樣角度入射時，不能在光纖 中發(fā)生全反射【答案】：ACE【解析】：當內芯的折射率比外套的大時， 光傳播時在內芯與外套的界面上才能發(fā)生全反射， 故選項 A 正確， B 錯誤；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

17、 cn，光在光纖中傳播的速度越 大，故選項 C 正確， D 錯誤；根據(jù) sin C n1知，折射率越大，全反射臨界角越小，紅光的折射率小，則全 反射臨界角大，若紫光恰能發(fā)生全反射，則紅光不能發(fā)生全反射，故選項 E 正確3(2019 貴·州六校聯(lián)考 )如圖所示，實線為空氣和水的分界面，一束藍光從空氣中的A 點沿 AO1方向 (O1點在分界面上，圖中 O1點和入射光線都未畫出 )射向水中，折射后通過水中的 B點圖中 O點為 A、B 連線與 分界面的交點下列說法正確的是 ( )O1 點應解析】：據(jù)折射定律知，光由空氣斜射入水中時入射角大于折射角，則畫出光路圖如圖所示，知在 O 點的左側，故

18、 A 錯；光從光疏介質 （空氣 ）進入光密介質 （水 ）中時，速度變小，故 B 對；紫光的折射率 大于藍光，所以折射角要小于藍光的，則可能通過B點正下方的 C 點，故 C 對；若是紅光，折射率小于藍光，折射角大于藍光的，則可能通過 B點正上方的 D 點，故 D 對；若藍光沿 AO 方向射入，根據(jù)折射定律 知，折射光線不可能過 B點正上方的 D 點，故 E錯4一束光從空氣射向折射率 n 2的某種玻璃的表面，如圖所示， i 代表入射角，則 （ ）A 當入射角 i30°時，折射角 r45°B 無論入射角 i 為多大，折射角 r 都不會超過 45°C欲使折射角 r 30&

19、#176;，應以 i 45 °的角度入射D 當入射角 iarctan 2時，反射光線跟折射光線恰好互相垂直E當入射角大于臨界角時，會發(fā)生全反射【答案】：BCD【解析】：根據(jù)折射定律得 nsin isin 30 ° 2，sin r 2，故 A 錯誤；當入射角最大時，折射角最大，sin r sin r 4最大入射角為 90°，根據(jù)折射定律得 nsin r sin r 2，解得最大折射角 r 45°，故 B 正確；欲使折射角 r 30°，根據(jù)折射定律 nsin i sin i 2，解得 i 45°，故 C 正確；設入射角為 時反射光線與折

20、sin r sin 30 °射光線垂直，則折射角為 （90 ° ），根據(jù)折射定律得 nsin i 2tan ，解得 arctan 2，故 D 正確； sin r光從空氣射入玻璃時，無論入射角多大，都不會發(fā)生全反射，故 E 錯誤6. （2019 ·西安質檢 ） 如圖所示，從點光源 S 發(fā)出的一細束白光以一定的角度入射到三棱鏡的表面，經過三棱鏡的折射后發(fā)生色散現(xiàn)象，在光屏的 ab 間形成一條彩色光帶下面的說法中正確的是 （ ）B在真空中 a側光的波長小于 b 側光的波長C三棱鏡對 a 側光的折射率大于對 b 側光的折射率D在三棱鏡中 a 側光的傳播速率大于 b 側光的

21、傳播速率E在同種條件下做雙縫干涉實驗， a 光的條紋間距小于 b 光【答案】 BCE.【解析】：紅光的折射率小，所以偏折角小，故 b 側為紅色光， a 側為紫色光，紅色光的波長比紫色光的波 長長，干涉條紋間距也大，在玻璃中的傳播速率也大，B、 C、E 正確， A、D 錯誤7. 彩虹是由陽光進入雨滴，先折射一次，然后在雨滴的背面反射，最后離開水滴時再折射一次形成的形 成示意圖如圖所示，一束白光 L 由左側射入雨滴， a、b 是白光射入雨滴后經過一次反射和兩次折射后的其 中兩條出射光 (a、b 是單色光 )下列關于 a光與 b 光的說法中正確的是 ( )A雨滴對 a 光的折射率大于對 b光的折射率

22、Ba 光在雨滴中的傳播速度小于 b光在雨滴中的傳播速度C用同一雙縫干涉儀做光的雙縫干涉實驗，a 光條紋間距大于 b 光條紋間距Da光、b 光在雨滴中傳播的波長都比各自在真空中傳播的波長要長E若 a 光、 b光在同一介質中，以相同的入射角由介質射向空氣，若b 光能夠發(fā)生全反射，則 a 光也一定能夠發(fā)生全反射【答案】 ABEc【解析】：.從光的折射光路可知， a 光折射率大，即 na> nb，選項 A 對；根據(jù) n cv，折射率越大，在介質中 的傳播速度越小，即 a 光在雨滴中傳播速度小，選項 B 對；折射率越大，頻率越高，波長越短，即a 光波長短，雙縫干涉實驗中，由 x l 知波長越長條紋

23、間距越寬，所以a 光雙縫干涉條紋間距窄，選項C 錯；dD 錯；光在兩種介質表面發(fā)生折射時，頻率不變，從空氣進入雨滴，傳播速度變小，所以波長變小，選項光線從介質到空氣，發(fā)生全反射的臨界角sin C1，即 a 光全反射的臨界角小，當 b 光能夠發(fā)生全反射時，n已經超過了 a 光的臨界角， a光也一定能夠發(fā)生全反射，選項 E 對8. (2019 江·西上饒六校聯(lián)考 )如圖所示，在平靜的湖面岸邊處，垂釣者的眼睛恰好位于岸邊P 點正上方 0.9 m高度處，浮標 Q 離 P 點 1.2 m 遠，魚餌燈 M 在浮標正前方 1.8 m 遠處的水下，垂釣者發(fā)現(xiàn)魚餌燈剛好被浮標擋住，已知水的折射率 n

24、43.(1)求魚餌燈離水面的深度；(2)若魚餌燈緩慢豎直上浮，當它離水面多深時， 魚餌燈發(fā)出的光恰好無法從水面PQ 間射出？【答案】：(1)2.4m (2)1.6 m【解析】：(1) 設入射角、折射角分別為 i、 r ，設魚餌燈離水面的深度為 h2則 sin i 2s 2， sin r 2s 2 s12 h12s22 h22根據(jù)光的折射定律可知： nssiinn ri，解得： h22.4 m.(2)當魚餌燈離水面深度為h3時，水面 PQ 間恰好無光射出，此時魚餌燈與浮標的連線和豎直方向夾角恰好為臨界角 C ，則：sin C1，由幾何關系得： sin C 2s2 2，得： h33 7 m1.6 m.ns22 h2359(2019 ·江西六校聯(lián)考 )如圖所示， AOB 為扇形玻璃磚，一細光束照射到 AO 面上的 C 點，入射光線與 AO1面的夾角為 30°，折射光線平行于 BO 邊，圓弧的半徑為 R，C 點到 BO 面的距離為 12R，ADBO， DAO 30°，光在空氣中的傳播速度為 c，求：(1)玻璃磚的折射率及光線在圓弧面上出