高中物理新高考第一輪復(fù)習(xí)教案：第1講　光的折射　全反射

第十三章

光第1講光的折射全反射必備知識新學(xué)法基礎(chǔ)落實一、光的折射與折射率1．折射光從一種介質(zhì)斜射進(jìn)入另一種介質(zhì)時傳播方向改變的現(xiàn)象．2．折射定律(如圖)

[主干知識·填一填]正比可逆入射角折射角光學(xué)頻率大于較大較小光密光疏≥折射光90°2．光的色散(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彩色光譜，如圖．(2)成因由于n紅＜n紫，所以以相同的入射角射到棱鏡界面時，紅光和紫光的__________不同，就是說紫光偏折的更明顯些，當(dāng)它們射到另一個界面時，__________的偏折角最大，__________偏折角最?。凵浣亲瞎饧t光1．光從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)時，折射角小于入射角；從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時，折射角大于入射角．2．在同種介質(zhì)中，光的頻率越高，折射率越大，傳播速度越小，全反射的臨界角越小．3．無論折射現(xiàn)象還是反射現(xiàn)象，光路都是可逆的．[規(guī)律結(jié)論·記一記][必刷小題·測一測]××√√××二、經(jīng)典小題速練1．水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分別為1.33、1.55、1.60和1.63.如果光按下面幾種方式傳播，可能發(fā)生全反射的是(

)A．從水晶射入玻璃B．從水射入二硫化碳C．從玻璃射入水中D．從水射入水晶解析：C要發(fā)生全反射，光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，滿足此條件的是C.C2.(粵教版選擇性必修第—冊P126T2)(多選)華裔科學(xué)家高錕被譽(yù)為“光纖之父”，他獲得2009年諾貝爾物理學(xué)獎．光纖通信中信號傳播的主要載體是光導(dǎo)纖維，它的結(jié)構(gòu)如圖所示，其纖芯和包層材料不同，光在纖芯中傳播．下列關(guān)于光導(dǎo)纖維的說法正確的是(

)A．纖芯的折射率比外套的大，光傳播時在纖芯與包層的界面上發(fā)生全反射B．纖芯的折射率比外套的小，光傳播時在纖芯與包層的界面上發(fā)生全反射C．波長越短的光在光纖中傳播的速度越大D．頻率越低的光在光纖中傳播的速度越大AD3.(魯科版選擇性必修第一冊P93T3)

如圖所示，一束由兩種單色光組成的復(fù)色光Ⅰ從空氣中射向水面，進(jìn)入水面后變成Ⅱ、Ⅲ兩束光，折射角分別為α和β，且α>β，下列說法正確的是(

)A．若光束Ⅱ是藍(lán)光，光束Ⅲ有可能是紫光B．若光束Ⅱ是紫光，光束Ⅲ有可能是藍(lán)光C．光束Ⅱ與光束Ⅲ在水中的速率之比v1∶v2＝sinβ∶sin

αD．光束Ⅱ與光束Ⅲ在水中的波長之比λ1∶λ2＝sinβ∶sin

αA關(guān)鍵能力新探究思維拓展2．光路的可逆性在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的．如果讓光線逆著原來的折射光線射到界面上，光線就會逆著原來的入射光線發(fā)生折射．例

1“三步”巧解決光的折射問題(1)根據(jù)題意畫出正確的光路圖．(2)利用幾何關(guān)系確定光路中的邊、角關(guān)系，要注意入射角、折射角均以法線為標(biāo)準(zhǔn)．(3)利用折射定律、折射率公式求解．方法技巧A2．(折射定律的綜合應(yīng)用)(2020·山東省泰安市高三下學(xué)期二模)如圖所示，圓心角60°、半徑為R的扇形AOB為透明柱狀介質(zhì)的橫截面，一束平行于角平分線OM的單色光經(jīng)由界面OA射入介質(zhì)，折射光線平行于OB且恰好射向M(不考慮反射光線，已知光在真空中的傳播速度為c)．求：(1)介質(zhì)的折射率；(2)光在介質(zhì)中的傳播時間．例

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．①光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)．②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(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)生全反射的光路圖是解題的關(guān)鍵，且在做光路圖時盡量與實際相符．方法技巧C2.(三角形玻璃磚中的全反射問題)如圖，△ABC是一直角三棱鏡的橫截面，∠A＝90°，∠B＝60°，一細(xì)光束從BC邊的D點折射后，射到AC邊的E點，發(fā)生全反射后經(jīng)AB邊的F點射出，EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中點，不計多次反射．(1)求出射光相對于D點的入射光的偏角；(2)為實現(xiàn)上述光路，棱鏡折射率的取值應(yīng)在什么范圍？解析：(1)光線在BC面上折射，作出多次折射后的光路如圖所示．由折射定律，有：sini1＝nsin

r1①式中，n為棱鏡的折射率，i1和r1分別是該光線在BC面上的入射角和折射角．光線在AC面上發(fā)生全反射，由反射定律有i2＝r2②式中i2和r2分別是該光線在AC面上的入射角和反射角，光線在AB面上發(fā)生折射，由折射定律有nsini3＝sinr3③式中i3和r3分別是該光線在AB面上的入射角和折射角．由幾何關(guān)系得i2＝r2＝60°，r1＝i3＝30°④F點的出射光相對于D點的入射光的偏角為δ＝(r1－i1)＋(180°－i2－r2)＋(r3－i3)⑤由①②③④⑤式得δ＝60°.⑥(2)光線在AC面上發(fā)生全反射，光線在AB面上不發(fā)生全反射，有nsini2≥nsinC＞nsini3⑦式中C是全反射臨界角，滿足nsin

C＝1⑧由④⑦⑧式知，棱鏡的折射率n的取值范圍應(yīng)為≤n＜2.⑨命題點三光的色散現(xiàn)象(自主學(xué)習(xí))[核心整合]1．現(xiàn)象：一束白光通過三棱鏡后在屏上會形成彩色光帶．2．成因：棱鏡材料對不同色光的折射率不同，對紅光的折射率最小，紅光通過棱鏡后的偏折程度最小，對紫光的折射率最大，紫光通過棱鏡后的偏折程度最大，從而產(chǎn)生色散現(xiàn)象．3．各種色光的比較顏色紅橙黃綠青藍(lán)紫頻率f低→高同一介質(zhì)中的折射率小→大同一介質(zhì)中的速度大→小波長大→小臨界角大→小通過棱鏡的偏折角小→大雙縫干涉時的條紋間距大→小

[題組突破]1.(三棱鏡的色散)如圖所示，一束光經(jīng)玻璃三棱鏡折射后分為兩束單色光a、b，其在玻璃三棱鏡中的波長分別為λa、λb，該玻璃對單色光a、b的折射率分別為na、nb，則(

)A．λa＜λb，na＞nb

B．λa＞λb，na＜nbC．λa＜λb，na＜nb D．λa＞λb，na＞nbB2.(平行玻璃磚的色散)如圖所示，一束可見光穿過平行玻璃磚后，變?yōu)閍、b兩束單色光．如果光束b是藍(lán)光，則光束a可能是(

)A．紅光

B．黃光C．綠光

D．紫光D

3．(球形玻璃的色散)虹和霓是太陽光在水珠內(nèi)分別經(jīng)過一次和兩次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球來說明．兩束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上會形成MN和PQ兩條彩色光帶，光路如圖所示．M、N、P、Q點的顏色分別為(

)A．紫、紅、紅、紫

B．紅、紫、紅、紫

C．紅、紫、紫、紅

D．紫、紅、紫、紅解析：A由題圖可知，射到M點的光線進(jìn)入玻璃球時的折射角小于射到N點的光線進(jìn)入玻璃球時的折射角，所以玻璃球?qū)ι涞組點的光的折射率大于玻璃球?qū)ι涞絅點的光的折射率，故M點的顏色為紫色，N點的顏色為紅色；同理可得P點的顏色為紅色，Q點的顏色為紫色，所以只有A項正確．A核心素養(yǎng)新導(dǎo)向?qū)W科培優(yōu)素養(yǎng)培優(yōu)34三類光學(xué)元件對光路的控制特點平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對光路的控制平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)結(jié)構(gòu)玻璃磚上下表面是平行的橫截面為三角形橫截面是圓對光線的作用通過平行玻璃磚的光線不改變傳播方向，但要發(fā)生側(cè)移通過三棱鏡的光線經(jīng)兩次折射后，出射光線向棱鏡底面偏折圓界面的法線是過圓心的直線，光線經(jīng)過兩次折射后向圓心一側(cè)偏折應(yīng)用測定玻璃的折射率全反射棱鏡，改變光的傳播方向改變光的傳播方向

(全反射棱鏡對光路的控制)自行車上的紅色尾燈不僅是裝飾品，也是夜間騎車的安全指示燈，它能把來自后面的光照反射回去．某種自行車尾燈可簡化為由許多整齊排列的等腰直角三棱鏡(折射率n>)組成，棱鏡的橫截面如圖所示．一平行于橫截面的光線從O點垂直AB邊射入棱鏡，先后經(jīng)過AC邊和CB邊反射后，從AB邊的O′點射出，則出射光線是(

)A．平行于AC邊的光線①B．平行于入射光線的光線②C．平行于CB邊的光線③D．平行于AB邊的光線④解析：B垂直AB邊射入棱鏡的光線經(jīng)過兩次全反射后又垂直AB邊射出，故出射光線應(yīng)是平行于入射光線的光線②，故選項B正確．典例1

B

(平板玻璃磚對光路的控制)如圖所示，a、b和c是三塊平行玻璃磚，它們相互之間也平行，折射率大小na＞nb＞nc，厚度之比ha∶hb∶hc＝3∶2∶1.一束單色光從空氣以入射角i射到a的上表面，在a、b、c中光線的側(cè)移分別為da、db、dc.則(

)A．逐漸增大i，從c下表面射出的光線將消失B．逐漸減小i，從c下表面射出的光線將消失C．在i一定時，da∶dc＝3∶1D．在i一定時，db∶dc＞2∶1解析：D光線在任一塊平行玻璃磚上表面的折射角與下表面的入射角相等，根據(jù)光路可逆性，知無論增大或減小i都不會在玻璃磚下表面發(fā)生全反射，故AB項錯誤；在平行玻璃磚發(fā)生的側(cè)移與玻璃磚的厚度成正比，隨折射率的增大而增大，所以，在i一定時，da∶dc＞3∶1，db∶dc＞2∶1，故C項錯誤，D項正確．典例2

D

(玻璃球?qū)饴返目刂?直線P1P2過均勻玻璃球球心O，細(xì)光束a、b平行且關(guān)于P1P2對稱，由空氣射入玻璃球的光路如圖所示．則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短典例3

C限時規(guī)范訓(xùn)練[基礎(chǔ)鞏固]1．在一次討論中，老師問道：“假如水中相同深度處有a、b、c三種不同顏色的單色點光源，有人在水面上方同等條件下觀測發(fā)現(xiàn)，b在水下的像最深，c照亮水面的面積比a的大，關(guān)于這三種光在水中的性質(zhì)，同學(xué)們能做出什么判斷？”有同學(xué)回答如下：①c光的頻率最大；②a光的傳播速度最小；③b光的折射率最大；④a光的波長比b光的短，根據(jù)老師的假定，以上回答正確的是(

)A．①②

B．①③C．②④

D．③④1234567891011C12345678910112.(2021·浙江卷)用激光筆照射透明塑料制成的光盤邊緣時觀察到的現(xiàn)象如圖所示．入射點O和兩出射點P、Q恰好位于光盤邊緣等間隔的三點處，空氣中的四條細(xì)光束分別為入射光束a、反射光束b、出射光束c和d，已知光束a和b間的夾角為90°，則(

)A．光盤材料的折射率n＝2B．光在光盤內(nèi)的速度為真空中光速的三分之二C．光束b、c和d的強(qiáng)度之和等于光束a的強(qiáng)度D．光束c的強(qiáng)度小于O點處折射光束OP的強(qiáng)度1234567891011D12345678910113．(多選)如圖所示的是在四川景區(qū)九寨溝拍攝的一張風(fēng)景照片，湖水清澈見底，近處湖面水下的樹枝和池底都看得很清楚，而遠(yuǎn)處則只看到對岸山峰和綠樹的倒影，水面下的景物則根本看不到．下列說法正確的是(

)A．遠(yuǎn)處山峰的倒影非常清晰，是因為來自山峰的光線在水面上發(fā)生了全反射B．光從空氣射入水中，光的波速變小，波長變小C．遠(yuǎn)處水面下景物的光線到水面處，入射角較大，可能發(fā)生了全反射，所以看不見D．來自近處水面下景物的光射到水面處，入射角較小，反射光強(qiáng)而折射光弱，因此有較多的能量射出水面而進(jìn)入人的眼睛中1234567891011BC解析：BC遠(yuǎn)處山峰的倒影非常清晰，是因為山峰的光線在水面上發(fā)生了反射，但不是全反射，因為全反射只有光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時才可能發(fā)生，故A錯誤．光線由空氣射入水中，光的波速變小，頻率不變，由波速公式v＝λf知波長變小，故B正確．遠(yuǎn)處水面下景物的光線射到水面處，入射角很大，當(dāng)入射角大于或等于全反射臨界角時能發(fā)生全反射，光線不能射出水面，因而看不見，故C正確．近處水面下景物的光線到水面處，入射角越小，反射光越弱而折射光越強(qiáng)，射出水面而進(jìn)入人眼睛中的能量越多，故D錯誤．12345678910111234567891011A12345678910115．兩束不同頻率的單色光a、b從空氣射入水中，發(fā)生了如圖所示的折射現(xiàn)象(α>β)．下列結(jié)論中正確的是(

)A．光束b的頻率比光束a低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．若光束從水中射向空氣，則光束b的臨界角比光束a的臨界角大1234567891011C12345678910116．(2021·廣東卷)如圖所示，一種光學(xué)傳感器是通過接收器Q接收到光的強(qiáng)度變化而觸發(fā)工作的．光從擋風(fēng)玻璃內(nèi)側(cè)P點射向外側(cè)M點再折射到空氣中，測得入射角為α，折射角為β；光從P點射向外側(cè)N點，剛好發(fā)生全反射并被Q接收，求光從玻璃射向空氣時臨界角θ的正弦值表達(dá)式．123456789101112345678910111234567891011AB12345678910111234567891011B