高考物理總復(fù)習(xí) 第56講 光的折射定律全反射講義-人教版高三物理試題

第56講光的折射定律全反射考情剖析考查內(nèi)容考綱要求考查年份考查詳情能力要求光的折射定律折射率、光的全反射光導(dǎo)纖維Ⅰ14年T12B(3)—計算，考查了光的折射定律的應(yīng)用15年T12B(3)—計算，考查了光的折射定律的應(yīng)用17年T12B(3)—計算，考查了光的折射定律的應(yīng)用,理解知識整合一、反射定律光從一種介質(zhì)射到兩種介質(zhì)的分界面時發(fā)生反射，反射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，反射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；反射角等于入射角．二、光的折射1．折射定律：折射光線跟入射光線和法線在同一平面上，并且分別位于________兩側(cè)，入射角i的正弦跟折射角γ的正弦成正比，即________＝常數(shù)(折射率)．在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的．2．折射率：光從真空射入某種________發(fā)生折射時，入射角i的正弦跟折射角r的正弦之比，叫做介質(zhì)的折射率，即n＝eq\f(sini,sinr).(1)某種介質(zhì)的折射率，等于光在真空中的速度c跟光在這種介質(zhì)中的速度v之比，即________．(2)任何介質(zhì)的折射率均大于________．(3)折射率較大的介質(zhì)稱為________介質(zhì)，折射率較小的介質(zhì)稱為________介質(zhì)．三、光的色散復(fù)色光在介質(zhì)中由于________不同而分解成單色光的現(xiàn)象，叫做光的色散．一束白光通過三棱鏡后產(chǎn)生色散在屏上形成紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫彩色光譜，說明白光是________．不同色光在介質(zhì)中的速度是不同的，紅光在玻璃中的光速最大，故紅光在玻璃中的折射率最小，偏向角也最小，而紫光在玻璃中的光速最小，故紫光在玻璃中的折射率最大，偏向角也最大，因此白光由于各色光通過棱鏡后偏向角不同而產(chǎn)生色散現(xiàn)象(如圖)．說明：(1)白光為復(fù)色光．(2)同一介質(zhì)對不同色光的折射率不同，頻率越大的色光折射率越________．紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫中，頻率最大的是________，折射率最大的是________．(3)不同色光在同一介質(zhì)中傳播速度不同．紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫中，在同一介質(zhì)中，光速最大的是________．四、全反射1．發(fā)生全反射的條件(1)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)；(2)入射角大于或等于臨界角．2．臨界角(1)在全反射中，當(dāng)折射角等于90°時的入射角叫臨界角．(2)臨界角C的計算：當(dāng)光線由某種折射率為n的介質(zhì)射入真空(或空氣)時，sinC＝eq\f(1,n).3．全反射現(xiàn)象的應(yīng)用(1)在理解并掌握了全反射現(xiàn)象及其產(chǎn)生的條件后，可以舉出一些現(xiàn)象，運用全反射的知識進(jìn)行分析解釋．例如，草葉上的露珠在陽光照射下晶瑩透亮，空試管放在盛水的燒杯中，會看到試管壁很明亮，等等．(2)光導(dǎo)纖維是全反射的實際應(yīng)用光纖傳輸信息，要求光纖內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射．光纖通信的主要優(yōu)點是容量大．方法技巧考點1對折射定律和折射率的理解1．對折射定律的理解(1)注意光線偏折的方向：如果光線從折射率(n1)小的介質(zhì)射向折射率(n2)大的介質(zhì)，折射光線向法線偏折，入射角大于折射角，并且隨著入射角的增大(減小)折射角也會增大(減小)；如果光線從折射率大的介質(zhì)射向折射率小的介質(zhì)，折射光線偏離法線，入射角小于折射角，并且隨著入射角的增大(減小)折射角也會增大(減小)．(2)折射光路是可逆的，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，定律中的公式就變?yōu)閑q\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(1,n)，式中θ1、θ2分別為此時的入射角和折射角．2．對折射率的理解(1)折射率與光速的關(guān)系：某種介質(zhì)的折射率，等于光在真空中的傳播速度c跟光在這種介質(zhì)中傳播速度v之比，即n＝eq\f(c,v)，單色光在折射率較大的介質(zhì)中光速較?。?2)折射率n是反映介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的物理量，雖然折射率的定義式：n＝eq\f(sini,sinγ)，但它的大小由介質(zhì)本身及入射光的頻率決定，與入射角、折射角的大小無關(guān)．【典型例題1】(16年南京三模)如圖所示，半徑為R的扇形AOB為透明柱狀介質(zhì)的橫截面，圓心角∠AOB＝60°.一束平行于角平分線OM的單色光由OA邊射入介質(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)從M處射出的光線與OM的夾角；(2)光在介質(zhì)中的傳播時間．1.如圖所示為直角三棱鏡的截面圖，一條光線平行于BC邊入射，經(jīng)棱鏡折射后從AC邊射出．已知∠A＝θ＝60°，求：(1)棱鏡材料的折射率n；(2)光在棱鏡中的傳播速度v(真空中光速為c)．考點2對全反射條件的理解全反射條件：(1)光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)；(2)入射角大于或等于臨界角．臨界角C表示式：由折射定律知，光由某介質(zhì)射向真空(或空氣)時，若剛好發(fā)生全反射，則n＝eq\f(1,sinC).【典型例題2】如圖所示，一半圓形玻璃磚半徑R＝18cm，可繞其圓心O在紙面內(nèi)轉(zhuǎn)動，M為一根光標(biāo)尺，開始時玻璃磚的直徑PQ與光標(biāo)尺平行，一束激光從玻璃磚左側(cè)垂直于PQ射到O點，在M上留下一光點O1.保持入射光方向不變，使玻璃磚繞O點逆時針緩慢轉(zhuǎn)動，光點在標(biāo)尺上移動，最終在距離O1點h＝32cm處消失．已知O、O1間的距離l＝24cm，光在真空中傳播速度c＝3.0×108(1)玻璃磚的折射率n；(2)光點消失后，光從射入玻璃磚到射出過程經(jīng)歷的時間t.2.(17年南通一模)如圖所示，一段圓柱形光導(dǎo)纖維長L＝20cm，圓形截面內(nèi)芯直徑d＝4.0cm，內(nèi)芯的折射率n1＝1.73，外套的折射率n2＝1.41.光從光導(dǎo)纖維的左端中心以入射角θ1＝60(1)光線從空氣進(jìn)入光導(dǎo)纖維的折射角θ2；(2)光在光導(dǎo)纖維中發(fā)生全反射的次數(shù)N.考點3光的色散如圖所示，一束白光通過三棱鏡后會分解成由紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫各色組成的光譜．注意：我們把射出棱鏡的光線與入射光線方向的夾角叫光通過棱鏡的偏向角，實驗表明，白光色散時，紅光的偏向角最小，紫光的偏向角最大，這說明玻璃對不同色光的折射率不同，紫光的折射率最大，紅光的折射率最?。镜湫屠}3】如圖，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>nbB．λa>λb，na<nbC．λa<λb，na<nbD．λa>λb，na>nb3.雨后太陽光入射到水滴中發(fā)生色散而形成彩虹．設(shè)水滴是球形的，圖中的圓代表水滴過球心的截面，入射光線在過此截面的平面內(nèi)，a、b、c、d代表四條不同顏色的出射光線，則它們可能依次是()A．紫光、黃光、藍(lán)光和紅光B．紫光、藍(lán)光、黃光和紅光C．紅光、藍(lán)光、黃光和紫光D．紅光、黃光、藍(lán)光和紫光當(dāng)堂檢測1.如圖所示，口徑較大、充滿水的薄壁圓柱形淺玻璃缸底有一發(fā)光小球，則()第1題圖A．小球必須位于缸底中心才能從側(cè)面看到小球B．小球所發(fā)的光能從水面任何區(qū)域射出C．小球所發(fā)的光從水中進(jìn)入空氣后頻率變大D．小球所發(fā)的光從水中進(jìn)入空氣后傳播速度變大2．水中某一深處有一點光源S，可以發(fā)出a、b兩種單色光，其由水中射出水面的光路如圖所示．關(guān)于這兩種單色光性質(zhì)的比較，下列判斷正確的是()A．a(chǎn)光的頻率比b光的小B．a(chǎn)光的折射率比b光的大C．a(chǎn)光在水中的傳播速度比b光的小D．a(chǎn)光在水中的波長比b光的小第2題圖第3題圖3．如圖所示，一個三棱鏡的截面為等腰直角△ABC，∠A為直角．此截面所在平面內(nèi)的光線沿平行于BC邊的方向射到AB邊，進(jìn)入棱鏡后直接射到AC邊上，并剛好能發(fā)生全反射．該棱鏡材料的折射率為()A.eq\r(3)B.eq\r(2)C.eq\f(3,2)D.eq\f(\r(6),2)4．(17年南通三模)如圖所示，在水平桌面上倒立著一個透明圓錐，底面是半徑r＝0.24m的圓，圓錐軸線與桌面垂直，過軸線的豎直截面是等腰三角形，底角θ＝30°.有一束光線從距軸線a＝0.15m處垂直于圓錐底面入射，透過圓錐后在水平桌面上形成一個小光點．已知透明圓錐介質(zhì)的折射率n＝1.73，真空中光速c＝3.0×108(1)光在圓錐中傳播的時間t；(2)桌面上光點到圓錐頂點O間的距離l.第4題圖5．(17年江蘇高考)人的眼球可簡化為如圖所示的模型，折射率相同、半徑不同的兩個球體共軸，平行光束寬度為D，對稱地沿軸線方向射入半徑為R的小球，會聚在軸線上的P點．取球體的折射率為eq\r(2)，且D＝eq\r(2)R，求光線的會聚角α(示意圖未按比例畫出)．第5題圖第56講光的折射定律全反射知識整合基礎(chǔ)自測二、1.法線eq\f(sini,sinγ)2.介質(zhì)(1)n＝eq\f(c,v)(2)1(3)光密光疏三、折射率復(fù)色光(2)大紫光紫光(3)紅光方法技巧·典型例題1·(1)60°(2)eq\f(R,c)【解析】(1)n＝eq\f(sin60°,sin30°)＝eq\r(,3)eq\f(sinα,sin30°)＝eq\r(,3)α＝60°(2)2xcos30°＝Rv＝eq\f(c,n)t＝eq\f(x,v)＝eq\f(R,c).·變式訓(xùn)練1·(1)eq\r(,3)(2)eq\f(\r(,3),3)c【解析】(1)由題意可得．光在玻璃中的折射角為30°所以，n＝eq\f(sin60°,sin30°)＝eq\r(,3)(2)根據(jù)n＝eq\f(c,v)得v＝eq\f(\r(,3),3)c.·典型例題2·(1)1.67(2)2×10－9s【解析】(1)發(fā)生全反射時光路如答圖，tanθ＝eq\f(h,l)＝eq\f(4,3)全反射臨界角C＝eq\f(π,2)－θ玻璃的折射率n＝eq\f(1,sinC)＝eq\f(5,3)＝1.67(2)光在玻璃中傳播的速度v＝eq\f(c,n)全反射時光穿過玻璃磚的時間t＝eq\f(2R,v)＝2×10－9s·變式訓(xùn)練2·(1)30°(2)3次【解析】(1)由折射定律有n1＝eq\f(sinθ1,sinθ2)代入數(shù)據(jù)得θ2＝30°(2)由幾何關(guān)系有N＝eq\f(L－\f(d,2)tan60°,dtan60°)＋1代入數(shù)據(jù)得N＝3.4取N＝3次．·典型例題3·B【解析】由圖可知，a、b兩束光通過三棱鏡后，發(fā)生色散，b的折射較明顯，所以三棱鏡對b光的折射率較大．又因為光的頻率越大，介質(zhì)對光的折射率就越大，所以b的頻率大于a的頻率．由C＝λv可知頻率越大的光，波長越?。訠正確．·變式訓(xùn)練3·B【解析】由折射圖像可知a光的偏折程度最大，說明水滴對a的折射率最大，故a的頻率最大，由v＝λf可知，a的波長最小，abcd偏折程度依次減小，故為紫光、藍(lán)光、黃光和紅光．當(dāng)堂檢測1．D【解析】發(fā)光小球沿水平方向發(fā)出的光，均能射出玻璃缸，不發(fā)生全反射，選項A錯誤；小球發(fā)出的光射到水面上時，當(dāng)入射角大于等于臨界角時，會發(fā)生全反射，選項B錯誤；光的頻率由光源決定，光由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時，光的頻率不變，選項C錯誤；根據(jù)n＝eq\f(c,v)，光在水中的傳播速度較小，選項D正確．2．A【解析】據(jù)圖知，a、b兩束光的入射光相等，b光的折射角大于a光的折射角，根據(jù)折射定律可得出a光的折射率小于b光的折射率，則a光的頻率小于b光的頻率，由c＝λf則知a光的波長大于b光的波長，由v＝eq\f(c,n)知，a光在水中的傳播速度大．故A正確，BCD錯誤．3．D【解析】光線沿平行于BC邊的方向射到AB邊上，第一次折射時入射角為45°，射到AC邊剛好發(fā)生全反射根據(jù)全反射公式sinC＝eq\f(1,n)，在AC邊上的入射角為臨界角C，根據(jù)幾何關(guān)系，第一次折射時的折射角為90°－C，根據(jù)折射定律為n＝eq\f(sin45°,sin（90°－C）)＝eq\f(sin45°,cosC)，聯(lián)立兩式可以計算可得n＝eq\f(\r(6),2)，所以D項正確；ABC項錯誤．4．(1)3.0×10－10s(2)0.10m(1)圓錐中的光速v＝eq\f(c,n)傳播時間t＝eq