2022屆高考物理一輪復習13.3光的折射全反射學案新人教版

第3講光的折射全反射知識點一光的折射定律折射率1．折射現(xiàn)象：光從一種介質進入另一種介質時，在界面上傳播方向________的現(xiàn)象．如下圖．2．折射定律(1)折射定律內容：折射光線與入射光線、法線處在________內，折射光線與入射光線分別位于________的兩側；入射角的正弦與________的正弦成正比．(2)表達式：n12＝sinθ1sin(3)在光的折射現(xiàn)象中，光路是________的．3．折射率(1)定義：光從真空射入某種介質發(fā)生折射時，入射角的____________與折射角的____________的比值．(2)定義式：n＝________．(3)物理意義：折射率n反映介質的光學特性，不能說n與sinθ1成正比，與sinθ2成反比，n由介質本身的光學性質和光的________決定．知識點二全反射光導纖維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假設n甲>n乙，那么甲是________介質假設n甲<n乙，那么甲是________介質2.全反射(1)定義：光從光密介質射入光疏介質時，當入射角增大到某一角度，折射光線________，只剩下反射光線的現(xiàn)象．(2)條件：①光從光密介質射向光疏介質．②入射角________臨界角．(3)臨界角：折射角等于90°時的入射角．假設光從光密介質(折射率為n)射向真空或空氣時，發(fā)生全反射的臨界角為C，由n＝sin90°sin3．光導纖維光導纖維的原理是利用光的全反射(如圖)．,思考辨析(1)光的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象，叫光的折射．()(2)介質的折射率跟折射角的正弦成正比．()(3)只有光從光密介質射向光疏介質并且入射角大于臨界角時才能發(fā)生全反射．()(4)密度大的介質就是光密介質．()(5)光纖通信利用了光導纖維全反射的原理．()(6)光在任何介質中的速度都大于真空中的速度．()(7)入射角等于臨界角時折射角等于90°.()(8)發(fā)生光的色散現(xiàn)象是因為不同顏色的光折射率不同．()(9)白光從水中射入空氣中入射角逐漸增大時，紅光先發(fā)生全反射．()教材改編[人教版選修3－4P48T1改編](多項選擇)一束光由空氣射向半圓柱體玻璃磚，O點為該玻璃磚截面的圓心，以下圖中能正確描述其光路的是()考點一折射率及折射定律的應用師生共研1．對折射率的理解(1)折射率大小不僅反映了介質對光的折射本領，也反映了光在介質中傳播速度的大小，v＝cn(2)折射率的大小不僅與介質本身有關，還與光的頻率有關．同一種介質中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越?。?3)同一種色光，在不同介質中雖然波速、波長不同，但頻率相同．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射出．例1人的眼球可簡化為如下圖的模型，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2，且D＝2R，求光線的會聚角α.(示意圖未按比例畫出)練1天然材料的折射率都為正值(n>0)．近年來，人們針對電磁波某些頻段設計的人工材料，可以使折射率為負值(n<0)，稱為負折射率介質．電磁波從正折射率介質入射到負折射率介質時，符合折射定律，但折射角為負，即折射線與入射線位于法線同側，如圖1所示．點波源S發(fā)出的電磁波經一負折射率平板介質后，在另一側成實像．如圖2所示，其中光線SO垂直于介質平板，那么圖中畫出的4條折射線(標號為1、2、3、4)之中，正確的選項是()A．1B．2C．3D．4練2河中有條小魚，某時刻小魚的實際深度為H，一人從水面正上方往水中看，他感覺到的小魚的深度為多大？(設水的折射率為n)考點二光的全反射師生共研1．解答全反射類問題的技巧(1)要抓住發(fā)生全反射的兩個條件：①光必須從光密介質射入光疏介質；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．2．求解光的折射與全反射問題的“兩點〞提醒(1)如果光線從光疏介質進入光密介質，那么無論入射角多大，都不會發(fā)生全反射現(xiàn)象．(2)當光射到兩種介質的界面上時，往往同時發(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．題型1|全反射條件的理解及規(guī)律的應用例2打磨某剖面如下圖的寶石時，必須將OP、OQ邊與軸線的夾角θ切割在θ1<θ<θ2的范圍內，才能使從MN邊垂直入射的光線，在OP邊和OQ邊都發(fā)生全反射(僅考慮如下圖的光線第一次射到OP邊并反射到OQ邊后射向MN邊的情況)，那么以下判斷正確的選項是()A．假設θ>θ2，光線一定在OP邊發(fā)生全反射B．假設θ1>θ2，光線會從OQ邊射出C．假設θ<θ1，光線會從OP邊射出D．假設θ<θ1，光線會在OP邊發(fā)生全反射題型2|光的折射和全反射的綜合應用例3[2021·新高考Ⅰ卷](多項選擇)截面為等腰直角三角形的三棱鏡如圖甲所示．DE為嵌在三棱鏡內部緊貼BB′C′C面的線狀單色可見光光源，DE與三棱鏡的ABC面垂直，D位于線段BC的中點．圖乙為圖甲中ABC面的正視圖．三棱鏡對該單色光的折射率為2，只考慮由DE直接射向側面AA′C′C的光線．以下說法正確的選項是()A．光從AA′C′C面出射的區(qū)域占該側面總面積的1B．光從AA′C′C面出射的區(qū)域占該側面總面積的2C．假設DE發(fā)出的單色光頻率變小，AA′C′C面有光出射的區(qū)域面積將增大D．假設DE發(fā)出的單色光頻率變小，AA′C′C面有光出射的區(qū)域面積將減小練3[2021·浙江1月]如下圖，一束光與某材料外表成45°角入射，每次反射的光能量為入射光能量的k倍(0<k<1)．假設這束光最終進入材料的能量為入射光能量的(1－k2)倍，那么該材料折射率至少為()A．62B．2C．1.5D練4[2021·成都一診]如下圖，一半徑為R、高度也為R的圓柱形均勻透明體的底面中心處有一點光源S，在圓柱體的上外表有一點M，M離上外表中心O的距離d＝33(1)求透明體的折射率n；(2)從透明體上外表觀察，假設要看不到光源，可用不透明的黑紙覆蓋上外表，求黑紙的最小面積Smin.練5[2021·全國卷Ⅲ，34(2)]如圖，一折射率為3的材料制作的三棱鏡，其橫截面為直角三角形ABC，∠A＝90°，∠B＝30°.一束平行光平行于BC邊從AB邊射入棱鏡，不計光線在棱鏡內的屢次反射，求AC邊與BC邊上有光出射區(qū)域的長度的比值．考點三光的色散及光路控制問題師生共研1．各種色光的比擬顏色紅橙黃綠青藍紫頻率ν低→高同一介質中的折射率小→大同一介質中速度大→小波長大→小通過棱鏡的偏折角小→大臨界角大→小雙縫干預時的條紋間距大→小2.平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對光路的控制類別工程平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)結構玻璃磚上下外表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)生側移通過三棱鏡的光線經兩次折射后，出射光線向棱鏡底邊偏折圓界面的法線是過圓心的直線，經過兩次折射后向圓心偏折應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例4如下圖，一細束白光通過玻璃三棱鏡折射后分為各種單色光，取其中a、b、c三種色光，以下有關說法正確的選項是()A．c光的頻率最高B．在真空中c光的波長最長C．玻璃對c光的折射率最大D．在三棱鏡中的c光傳播速度最小練6[2021·安徽皖南八校聯(lián)考](多項選擇)頻率不同的兩束單色光1和2以相同的入射角從同一點射入一厚平行玻璃磚，單色光1、2在玻璃磚中折射角分別為30°和60°，其光路如下圖，以下說法正確的選項是()A.射出折射光線1和2一定是平行光B．單色光1的波長大于單色光2的波長C．在玻璃中單色光1的傳播速度大于單色光2的傳播速度D．圖中單色光1、2通過玻璃磚所需的時間相等練7(多項選擇)直線P1P2過均勻玻璃球球心O，細光束a、b平行且關于P1P2對稱，由空氣射入玻璃球的光路如下圖，a、b光相比()A．玻璃對a光的折射率較小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考點四光的折射、全反射在生活、生產、科技中的應用1．[2021·浙江名校聯(lián)考](多項選擇)某大學研制出了正六棱柱“隱形衣〞．有同學將正六棱柱放進裝滿水的透明魚缸，向著棱的方向看，可以看到魚缸另一側的大學?；眨挥靡恢сU筆穿過正六棱柱中心軸線的孔洞，再向棱方向觀察，鉛筆插進孔洞的那段消失不見了(如圖甲所示，圖乙為光路說明圖)，關于此實驗說法正確的選項是()A．隱形的原理是光發(fā)生了全反射B．光由水進入該介質，折射角大于入射角C．隱形的原理是光被介質吸收了D．光在該介質中的傳播速度大于在水中的傳播速度2．如下圖，夏天，在平靜無風的海面上，向遠方望去，有時能看到山峰、船舶、集市、廟宇等出現(xiàn)在空中，沙漠里有時也會看到遠處的水源、仙人掌近在咫尺，這就是“蜃景〞．以下有關“蜃景〞的說法中錯誤的選項是()A．海面上上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要小B．沙面上上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要小C．A是“蜃景〞，B是景物D．C是“蜃景〞，D是景物3．[2021·山東濟南檢測]光刻機是生產大規(guī)模集成電路的核心設備，光刻機的曝光波長越短，分辨率越高．“浸沒式光刻〞是一種通過在光刻膠和投影物鏡之間參加浸沒液體，從而減小曝光波長、提高分辨率的技術．如下圖，假設浸沒液體的折射率為1.44，當不加液體時光刻膠的曝光波長為193nm，那么加上液體時光刻膠的曝光波長變?yōu)?)A．161nmB．134nmC．93nmD．65nm4．(多項選擇)為了從坦克內部觀察外部目標，在厚度為20cm的坦克壁上開了一個直徑為12cm的孔，假設在孔內分別安裝由同一材料制成的如圖甲、乙、丙所示的三塊玻璃，其中兩塊玻璃的厚度相同．坦克內的人在同一位置通過玻璃能看到的外界的角度范圍是()A．甲的大于乙的B．甲的小于丙的C．乙的小于丙的D．乙的等于丙的5．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3m．距水面4m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sin53°＝0.8)．水的折射率為43A．5mB．7mC．6.5mD．8m6．[2021·遼寧沈陽月考]市場上有種燈具俗稱“冷光燈〞，用它照射物品時能使被照物品處產生的熱效應大大降低，從而廣泛地應用于博物館、商店等處，如下圖．這種燈降低熱效應的原因之一是在燈泡后面放置的反光鏡玻璃外表上鍍一層薄膜(例如氟化鎂)，這種膜能消除不鍍膜時玻璃外表反射回來的熱效應最顯著的紅外線．以λ表示紅外線的波長，那么所鍍薄膜的最小厚度應為()A．18λB．14λC．12第3講光的折射全反射根底落實知識點一1．發(fā)生改變2．(1)同一平面法線折射角(3)可逆3．(1)正弦正弦(2)sinθ知識點二1．光密光疏2．(1)消失(2)大于等于(3)1思考辨析(1)×(2)×(3)√(4)×(5)√(6)×(7)√(8)√(9)×教材改編答案：AC考點突破例1解析：設入射角為i.折射角為r.由幾何關系得sini＝D2R＝解得i＝45°，由折射定律有n＝sini解得折射角為γ＝30°，且由幾何關系有i＝γ＋α2解得α＝30°.答案：30°練1解析：由題中的材料可知，點波源發(fā)出的電磁波經一負折射率介質時，折射光線和入射光線應位于法線的同側，那么AB錯誤；又要求在介質平板另一側成實像，而光線3所成的像是從介質中折射出的光線的反向延長線與SO的交點，該像應是虛像，所以C錯誤；由題意可知折射光線4符合題意，D正確．答案：D練2解析：如下圖，設小魚在S處，從魚身上反射的光線SO垂直水面射出，射出的另一條光線SO1與SO間的夾角很小，那么θ2、θ1為一組對應的入射角和折射角，θ1、θ2均很?。蓴?shù)學知識可知sinθ1≈tanθ1＝asinθ2≈tanθ2＝a由折射定律得n＝sinθ1sinθ2＝aha答案：H例2解析：作出θ1<θ<θ2時的光路如下圖．由圖中幾何關系有i1＝90°－θ，2θ＋90°－i1＋90°－i2＝180°，即i1＋i2＝2θ.那么有i2＝3θ－90°，可見θ越大時i2越大、i1越?。构饩€在OP上發(fā)生全反射，應有i1≥C，即θ≤90°－C；要使光線在OQ上發(fā)生全反射，應有i2≥C，即θ≥30°＋C3.可見在OP邊和OQ邊都發(fā)生全反射時應滿足θ1<30°＋C3≤θ≤90°－C<θ2.故當θ>θ2時一定有θ>90°－C，光線一定不會在OP邊上發(fā)生全反射，同時也一定有θ>30°＋C3，即光線假設能射在OQ邊上，一定會發(fā)生全反射，故A、B錯誤．當θ<θ1時，一定有θ<90°－C答案：D例3解析：由全反射臨界角與折射率的關系sinC＝1n＝12可知，臨界角為45°，即光線垂直BC方向射出在AC面恰好發(fā)生全反射，由幾何知識可知光從AA′C′C面出射的區(qū)域占該側面總面積的12，所以A項正確，B項錯誤；假設DE發(fā)出的單光色頻率減小，那么折射率n隨之減小，由sinC＝1n可知，其臨界角增大，所以AA′答案：AC練3解析：此題考查了光的折射和全反射知識，以及理解能力、推理能力、應用數(shù)學知識處理物理問題的能力，表達了物理觀念中能量觀念的要素和科學思維中科學推理的要素．設入射光能量為E，如果光能夠折射進入某材料，那么一局部能量發(fā)生反射(kE)．一局部能量進入該材料．反射光在另一界面的入射角為45°，因此光也能夠反射和折射進入該材料．根據題意，最終進入材料的能量為(1－k2)E.說明光只經過兩次界面的反射與折射，第三次發(fā)生全反射，畫出光路圖如下圖，那么n＝sin45°sinα，n＝1sinβ＝1cosα，聯(lián)立得sinα＝22cosα，解得sinα答案：A練4解析：(1)如下圖，連接O、S，有tanθ＝dR＝33，解得θ＝30°，入射角i＝θ＝30°，折射角為r＝60°，由折射定律得n＝sinr(2)設臨界角為C，黑紙的最小半徑為rmin，那么sinC＝1n＝33，i＝C時恰好發(fā)生全反射，同幾何關系得sinC＝rminrmin2+R2min＝2答案：(1)3(2)π練5解析：如圖(a)所示，設從D點入射的光線經折射后恰好射向C點，光在AB邊上的入射角為θ1，折射角為θ2，由折射定律有sinθ1＝nsinθ2①設從DB范圍入射的光折射后在BC邊上的入射角為θ′，由幾何關系有θ′＝30°＋θ2②由①②式并代入題給數(shù)據得θ2＝30°③nsinθ′>1④所以，從DB范圍入射的光折射后在BC邊上發(fā)生全反射，反射光線垂直射到AC邊，AC邊上全部有光射出．設從AD范圍入射的光折射后在AC邊上的入射角為θ″，如圖(b)所示．由幾何關系有θ″＝90°－θ2⑤由③⑤式和條件可知nsinθ″>1⑥即從AD范圍入射的光折射后在AC邊上發(fā)生全反射，反射光線垂直射到BC邊上．設BC邊上有光線射出的局部為CF，由幾何關系得CF＝AC·sin30°⑦AC邊與BC邊有光出射區(qū)域的長度的比值為ACCF答案：2例4解析：根據光的色散規(guī)律可知，a光的頻率最高，選項A錯誤；c的頻率最小，故在真空中c光的波長最長，選項B正確；由題圖可知，玻璃對a光的折射率最大，選項C錯誤；在三棱鏡中c光傳播速度最大，選項D錯誤．答案：B練6解析：光線在玻璃磚上外表的折射角等于在下外表的入射角，由光路可逆性原理可知，出射光線的折射角等于入射光線的入射角，因此出射光線1和2相互平行，A正確．在上外表，單色光1比單色光2偏折程度大，那么單色光1的折射率大，頻率大，波長短，B錯誤．根據v＝cn知，單色光1在玻璃磚中的傳播速度小，C錯誤．設入射角為i，單色光1、單色光2折射角分別為γ1＝30°，γ2＝60°，由n＝sinisinγ，光在玻璃中傳播距離l＝dcosγ，光在玻璃中的傳播速度v＝cn，可知光在玻璃中傳播時間t＝lv＝dsinicsinγ答案：AD練7解析：由圖可知a、b兩入射光線的入射角i1＝i2，折射角r1>r2，由折射率n＝sinisinr知玻璃對b光的折射率較大，選項A正確；設玻璃對光的臨界角為C，sinC＝1n，a光的臨界角較大，應選項B錯誤；光在介質中的傳播速度v＝cn，那么a光的傳播速度較大，b答案：AC1．解析：隱形的原理是光發(fā)生了折射，不是全反射，A錯誤；由光路圖可知光由水進入該介質，折射角大于入射角，B正確；隱形