備考2025屆高考物理一輪復習講義第十四章光學第1講光的折射全反射考點2光的折射和全反射的綜合應用

考點2光的折射和全反射的綜合應用1.光密介質與光疏介質介質光密介質光疏介質折射率大小光速小大相對性若n甲＞n乙，則甲相對乙是[6]光密介質若n甲＜n丙，則甲相對丙是[7]光疏介質2.全反射（1）定義：光從[8]光密介質射入[9]光疏介質時，當入射角增大到某一角度，折射光線[10]消逝，只剩下反射光線的現(xiàn)象.（2）臨界角：折射角等于90°時的入射角.若光從介質（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，由n＝sin90°sinC，得sinC＝1n.（3）全反射現(xiàn)象及應用發(fā)生條件全反射現(xiàn)象全反射應用①光由光密介質射向光疏介質；②入射角大于或等于臨界角全反射棱鏡：全反射棱鏡可以變更光路，如圖光導纖維：由內芯和外套兩層組成，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，如圖（4）求解全反射問題的四點提示①光密介質和光疏介質是相對而言的.同一種介質，相對于其他不同的介質，可能是光密介質，也可能是光疏介質.②假如光線從光疏介質進入光密介質，則無論入射角多大，都不會發(fā)生全反射現(xiàn)象.③在全反射現(xiàn)象中，遵循光的反射定律，光路均是可逆的.④當光射到兩種介質的界面上時，一般同時發(fā)生光的折射和反射現(xiàn)象，但在全反射現(xiàn)象中，只發(fā)生反射，不發(fā)生折射，當折射角為90°時，事實上已經沒有折射光了.如圖所示，自行車后面有尾燈，它雖然本身不發(fā)光，但在夜間行駛時，從后面開來的汽車發(fā)出的強光照在尾燈上時，會有較強的光被反射回去，使汽車司機留意到前面有自行車.那么，自行車的尾燈利用了什么原理？答案利用了全反射的原理.如圖所示，兩束不同頻率的平行單色光a、b從水射入空氣（空氣折射率為1），發(fā)生如圖所示的折射現(xiàn)象（α＜β），則：（1）水對a的折射率比水對b的折射率小；（2）a、b兩束光在空氣中傳播的速度大小相等（填“相等”或“不相等”），在水中傳播的速度大小關系為va＞vb；（3）隨著a、b入射角的漸漸增大，b先發(fā)生全反射；（4）當a、b入射角為0°時，光線不偏折，能否發(fā)生折射現(xiàn)象？答案（4）能解析（1）由于α＜β，則折射率na＜nb；（2）a、b在空氣中的傳播速度相等，都等于c，由n＝cv知，在水中的傳播速度va＞vb（3）由sinC＝1n知，隨著a、b入射角的漸漸增大，b（4）當a、b入射角為0°時，光線雖然不偏折，但照舊發(fā)生折射現(xiàn)象.研透高考明確方向命題點1光的全反射條件的理解3.[多選]如圖所示，半圓形玻璃磚在空氣中，三條同一顏色、強度相同的光線均沿半徑方向由空氣射入玻璃磚并到達玻璃磚的圓心位置.下列說法正確的是 （ACD）A.若三條光線中只有一條光線在O點發(fā)生了全反射，那確定是aO光線B.若光線bO能發(fā)生全反射，那么光線cO確定能發(fā)生全反射C.若光線bO能發(fā)生全反射，那么光線aO確定能發(fā)生全反射D.若光線aO恰能發(fā)生全反射，則光線bO的反射光線比光線cO的反射光線的亮度大解析在玻璃磚圓心位置O處，光線aO的入射角最大，光線cO的入射角最小，它們都是從光密介質射向光疏介質，都有發(fā)生全反射的可能.假如只有一條光線發(fā)生了全反射，那確定是aO光線，因為它的入射角最大，所以A正確.若光線bO能發(fā)生全反射，說明它的入射角等于或大于臨界角，光線aO也確定能發(fā)生全反射，光線cO的入射角可能大于臨界角，也可能小于臨界角，因此光線cO不愿定能發(fā)生全反射，所以C正確，B錯誤.若光線aO恰能發(fā)生全反射，光線bO和cO都不能發(fā)生全反射，但光線bO的入射角更大，所以光線bO的反射光線較光線cO的反射光線強，即光線bO的反射光線的亮度較大，所以D正確.命題拓展命題情境不變，設問變更如圖所示，兩束頻率不同的光束A和B分別沿半徑方向射入半圓形玻璃磚，出射光線都是OP方向，下列說法正確的是（D）A.A光穿過玻璃磚所需的時間比B光長B.在玻璃中，B光的傳播速度比A光的大C.光由玻璃射向空氣發(fā)生全反射時，A光的全反射臨界角比B光的小D.B光的頻率比A光的頻率高解析由光路圖看出，A光的偏轉角小于B光的偏轉角，由折射定律分析可知，B光的折射率比A光的折射率大，由v＝cn公式可知，在玻璃中，B光的傳播速度比A光的小，所以B光穿過玻璃磚所需的時間比A光長，故A、B錯誤；依據sinC＝1n可知，折射率越大，全反射臨界角越小，所以光由玻璃射向空氣發(fā)生全反射時，B光的臨界角比A光的小，故C錯誤；B光的折射率比A光的折射率大，則知B光的頻率比A光的頻率高，故D命題點2光在介質中傳播時間的計算4.[2024青島三模]某聞名冰雕節(jié)上展出了一塊棱長為L＝2.0m的立方體冰塊，如圖所示.該冰塊是由水溶解了適量鹽后冰凍而成，底層不透光.在冰塊的幾何中心有一單色點光源S，該單色光對冰塊的折射率n＝2，真空中光速c＝3.0×108m/s.不考慮光在冰塊內部的多次反射.（1）求S發(fā)出的光能從立方體表面射出的總面積；（2）將點光源S移到立方體底面ABCD中心，求S發(fā)出的光在立方體內傳播的最長時間.答案（1）15.7m2（2）233×10－解析（1）設側面有光射出區(qū)域半徑為R，有sinC＝1R＝L2tanC＝依據幾何關系可知S'＝5πR2＝15.7m2（2）易知當光到達上表面頂點時不會發(fā)生全反射，且此時間程最大，則最大光程為s＝6m設光在冰中傳播速度為v，則有n＝cv，可知時間t＝解得t＝233×10－命題點3光在玻璃磚中的折射和全反射問題5.[2024湖北]如圖所示，楔形玻璃的橫截面POQ的頂角為30°，OP邊上的點光源S到頂點O的距離為d，垂直于OP邊的光線SN在OQ邊的折射角為45°.不考慮多次反射，OQ邊上有光射出部分的長度為（C）A.12d B.22d C.d D.解析結合題意可作出光路圖如圖所示，設光線SN在OQ邊的入射角為r，由幾何關系可知r＝30°，由折射定律得n＝sin45°sin30°＝2，設光線在OQ邊發(fā)生全反射的臨界角為C，則由n＝1sinC得C＝45°，即光線在圖中的A、B兩處發(fā)生全反射，由幾何關系得AB＝2AD、AD＝DS、DS＝OS2，解得AB方法點撥