2022届高考物理一轮复习第14单元机械振动机械波光电磁波与相对论3光的折射全反射学案新人教版

word 文档 - 1 - / 26 第 3 讲 光的折射 全反射 知识点一 光的折射定律 折射率 1．折射现象：光从一种介质进入另一种介质时，在界面上传播方向________的现象．如 图所示． 2．折射定律 (1)折射定律内容：折射光线与入射光线、法线处在________内，折射光线与入射光线分别 位于________的两侧；入射角的正弦与________的正弦成正比． (2)表达式：n12＝ sin sin ，式中 n12 是比例系数． (3)在光的折射现象中，光路是________的． 3．折射率 (1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的________与折射角的________的比 值． (2)定义式：n＝________. (3)物理意义：折射率 n 反映介质的光学特性，不能说 n 与 sin θ1 成正比，与 sin θ2 成 反比，n 由介质本身的光学性质和光的________决定． word 文档 - 2 - / 26 知识点二 全反射 光导纤维 1．光密介质与光疏介质 介质 光密介质 光疏介质 折射率 大 小 光速 小 大 相对性 若 n 甲>n 乙，则甲是________介质 若 n 甲f 红得 n 蓝>n 红，又因 n＝ sin θ sin θ ，θ2 相同，故θ1 蓝>θ1 红，蓝光在 D 点射出时的折射角大于 60°. 答案： 3 大于 练 2 解析： 过 D 点作 AB 边的法线 NN′，连接 OD，则∠ODN＝α为 O 点发出的光线在 D 点的入射 角；设该光线在 D 点的折射角为β，如图所示．根据折射定律有 n sin α＝sin β① 式中 n 为三棱镜的折射率 word 文档 - 20 - / 26 由几何关系可知 β＝60°② ∠EOF＝30°③ △OEF 中有 EF＝OE sin ∠EOF④ 由③④式和题给条件得 OE＝2 cm⑤ 根据题给条件可知，△OED 为等腰三角形，有 α＝30°⑥ 由①②⑥式得 n＝ 3 ⑦ 答案： 3 例 2 解析： (ⅰ)如图，设光线在 D 点的入射角为 i，折射角为 r.折射光线射到 BC 边上的 E 点．设光 线在 E 点的入射角为θ，由几何关系，有θ＝90°－(30°－r)>60°① 根据题给数据得 word 文档 - 21 - / 26 sin θ >sin 60° > n ② 即θ大于全反射临界角，因此光线在 E 点发生全反射． (ⅱ)设光线在 AC 边上的 F 点射出棱镜，光线的入射角为 i′，折射角为 r′，由几何关系、 反射定律及折射定律，有 i＝30°③ i′＝90°－θ④ sin i＝n sin r⑤ n sin i′＝sin r′⑥ 联立①③④⑤⑥式并代入题给数据，得 sin r′＝ − 3 4 ⑦ 由几何关系，r′即 AC 边射出的光线与最初的入射光线的夹角． 答案：(ⅰ)会发生全反射 理由见解析 (ⅱ) − 3 4 练 3 解析： (1)如图所示，连接 O、S，有 tan θ＝ d R ＝ 3 3 ，解得θ＝30°，入射角 i＝θ＝30°，折射角 word 文档 - 22 - / 26 为 r＝60°，由折射定律得 n＝ sin r sin i ＝ 3 . (2)设临界角为 C，黑纸的最小半径为 rmin，则 sin C＝ n ＝ 3 3 ，i＝C 时恰好发生全反射，同 几何关系得 sin C＝ 香䁒 香䁒 min＝ R，故 Smin＝π rmin ＝ πR2 答案：(1) 3 (2)π R 练 4 解析： 如图(a)所示，设从 D 点入射的光线经折射后恰好射向 C 点，光在 AB 边上的入射角为θ1， 折射角为θ2，由折射定律有 sin θ1＝n sin θ2① 设从 DBX 围入射的光折射后在 BC 边上的入射角为θ′，由几何关系有 θ′＝30°＋θ2② 由①②式并代入题给数据得 θ2＝30°③ n sin θ′>1④ 所以，从 DBX 围入射的光折射后在 BC 边上发生全反射，反射光线垂直射到 AC 边，AC 边上全部有光射出． word 文档 - 23 - / 26 设从 ADX 围入射的光折射后在 AC 边上的入射角为θ″，如图(b)所示．由几何关系有 θ″＝90°－θ2⑤ 由③⑤式和已知条件可知 n sin θ″>1⑥ 即从 ADX 围入射的光折射后在 AC 边上发生全反射，反射光线垂直射到 BC 边上．设 BC 边上有光线射出的部分为 CF，由几何关系得 CF＝AC·sin 30°⑦ AC 边与 BC 边有光出射区域的长度的比值为 AC CF ＝2⑧ 答案：2 例 3 解析：光线在玻璃砖上表面的折射角等于在下表面的入射角，由光路可逆性原理可 知，出射光线的折射角等于入射光线的入射角，因此出射光线 1 和 2 相互平行，A 正确；在 上表面，单色光 1 比单色光 2 偏折程度大，则单色光 1 的折射率大，频率大，波长短，B 错 误；根据 v＝ 知，单色光 1 在玻璃砖中的传播速度小，C 错误；设入射角为 i，单色光 1、单 色光 2 折射角分别为γ1＝ 30°，γ2＝ 60°，由 n＝ sin i sin γ ，光在玻璃中传播距离 l＝ d cos γ ，光在玻 璃中的传播速度 v＝ ，可知光在玻璃中传播时间 t＝ l v ＝ d sin i c sin γ cos γ ＝ d sin i c sin γ 又 sin 2γ1＝sin 60° ＝ 3 ，sin 2γ2＝sin 120°＝ 3 ，所以单色光 1 与单色光 2 通过玻璃砖所需时间相等，D 正确； word 文档 - 24 - / 26 根据 sin C＝ n 知，单色光 1 的折射率大，则临界角小，E 正确． 答案：ADE 练 5 解析：如图所示，由折射率公式 n＝ sin i sin r ，可得 r＝30°，由几何关系可知折射光在 三棱镜内平行于底边 AC，由对称性可知其在 BC 边射出时的出射角也为 45°，因此光束的偏 向角为 30°，则两束光平行，故 A、B 正确；由于同种材料对不同的色光的折射率不同，相对 于黄光而言红光的折射率小，绿光的折射率较大，因此折射后绿光的偏向角大些，红光的偏 向角小些，故 C 错误，D 正确；若让入射角增大，则折射角增大，出射光束仍然平行，故 E 错误． 答案：ABD 练 6 解析： 由图可知 a、b 两入射光线的入射角 i1＝i2，折射角 r1>r2，由折射率 n＝ sin i sin r 知玻璃对 b 光的折射率较大，选项 A 正确；设玻璃对光的临界角为 C，sin C＝ n ，a 光的临界角较大，故 选项 B 错误；光在介质中的传播速度 v＝ ，则 a 光的传播速度较大，b 光的传播速度较小， 故选项 C 正确；b 光的传播速度小，且通过的路程长，故 b 光在玻璃中传播的时间长，故选 项 D 错误，E 正确． word 文档 - 25 - / 26 答案：ACE 例 4 解析：本实验考查光学中测定玻璃折射率的操作方法、误差分析、数据处理，培养 考生的实验能力，体现实验探究中证据、解释的素养要素． (1)所用玻璃砖两表面是否平行，与提高实验精确度无关，故 B 错．选用细的大头针有利 于提高精确度，故 C 错．所用玻璃砖两表面及插在玻璃砖同侧的两枚大头针的间距尽量大些， 可以减小测量的相对误差，故 A、D 均正确． (2)利用平行玻璃砖做本实验时，入射光线进入玻璃砖后折射光线靠近法线，而穿出玻璃 砖的光线与入射光线平行，故根据孔洞作出的两条光线应平行且下面的光线应向左错开一小 段距离．故 A、B、C 错误，D 正确． (3)由折射率的定义式可知，n＝ sin ∠ AOC sin ∠ BOD ＝ AC AO BD BO ＝ AC BD . 答案：(1)AD (2)D (3) AC BD 练 7 解析：玻璃砖转动时，射在其直径所在平面内的光线的入射角增大，当增大到等于 临界角θ时，发生全反射现象，因 sin θ＝ n ，可见只要测出临界角即可求得折射率 n，而θ和 玻璃砖直径绕 O 点转过的角度相等，因此只要测出玻璃砖直径边绕 O 点转过的角度即可． 答案：玻璃砖直径边绕 O 点转过的角度θ sin θ 练 8 解析：(2)折射率 n＝ sin i sin r ，sin i 与 sin r 可利用图中的方格进行粗略的计算，或是利 用直尺测量计算． (3)光路图如图所示，光线 P1P2 经两次折射后沿 P3A 射出，所以填 A. word 文档 - 26 - / 26 答案：(1)图略 (2)1.53(1.50～1.56 均正确) (3)A