(江蘇專用)2020版高考物理大一輪復(fù)習(xí)第十四章機械振動與機械波光電磁波與相對論第三節(jié)光的折射全反射(實

1、依綱扣點強基固未.第三節(jié)光的折射全反射（實驗：測定玻璃的折射率）【基礎(chǔ)梳理】折射光線與入射光線、法線處在（內(nèi)容卜亠平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于 法線的；入射角的正弦與折射角 的正弦成正比光的折射（表達電一號二如”、 光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時,"定義卜亠入射角的正弦與折射角的正弦的，叫這種介質(zhì)的折射率-s咤折射率由介質(zhì)本身的光學(xué)性香I疋義夠一質(zhì)和光的_決定剎J （與光速的關(guān)系戶"f射向臨界角。區(qū)靈p折射光完全消失，只剩下Q （臨界角卜折射角等于90。時的入射角，用C表示，sin C=須廠測定玻璃的折射率 驗掌握光線發(fā)生折射的和的確定方法提示：同一兩側(cè)比值器昜頻率光

2、密介質(zhì)光疏介質(zhì)大于或等于反射光入射角折射角【自我診斷】0判一判(1) 某種玻璃對藍光的折射率比紅光大，藍光和紅光以相同的入射角從空氣斜射入該玻璃中，藍光的折射角較大.()(2) 光從空氣射入玻璃時，只要入射角足夠大就可能發(fā)生全反射()(3) 在水中，藍光的傳播速度大于紅光的傳播速度.()(4) 在潛水員看來，岸上的所有景物都出現(xiàn)在一個倒立的圓錐里.()(5) 光纖通信利用了全反射的原理()(6) 晚上，在水池中同一深度的兩點光源分別發(fā)出紅光和藍光 藍光光源看起來淺一些()提示：XXx丁丁 (6"/r.r /rjr做一做如圖所示，光在真空和介質(zhì)的界面MN 上發(fā)生偏折，那么下列說法正確的

3、是 ()A. 光是從真空射向介質(zhì)B. 介質(zhì)的折射率為1.73C. 光在介質(zhì)中的傳播速度為1.73X IO8 m/sD. 反射光線與折射光線成90°角 提示：BCD考點1折射定律的應(yīng)用【知識提煉】1.對折射率的理解公式n黔中，不論是光從真空射入介質(zhì)，還是從介質(zhì)射入真空，血總是真空中的光線與法線間的夾角，弘總是介 質(zhì)中的光線與法線間的夾角(2) 折射率由介質(zhì)本身性質(zhì)決定，與入射角的大小無關(guān).(3) 折射率與介質(zhì)的密度沒有關(guān)系，光密介質(zhì)不是指密度大的介質(zhì)，光疏介質(zhì)不是指密度小的介質(zhì).(4) 折射率的大小不僅與介質(zhì)本身有關(guān)，還與光的頻率有 關(guān).同一種介質(zhì)中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度

4、 越小.(5) 同一種色光，在不同介質(zhì)中雖然波速、波長不同，但頻率相同.(6) 折射率大小不僅反映了介質(zhì)對光的折射本領(lǐng)，也反映了光 在介質(zhì)中傳播速度的大小v=n-2.平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體（球）對光路的控制結(jié)構(gòu)平行玻璃磚玻璃磚上下表面是平行的三棱鏡橫截面為三角形的三棱鏡圓柱體（球）橫截面是I平行玻璃磚三棱鏡圓柱體（球）應(yīng)用測定玻璃的折射率全反射棱鏡，改變改變光的傳播光的傳播方向方向【跟進題組】1. （2018高考全國卷皿）如圖，某同學(xué)在一張水平放置的白紙上畫了一個小標記“（圖中O點），然后用橫截面為等邊三角形ABC的三棱鏡壓在這個BAC0標記上，小標記位于AC邊上.D位于AB邊上，過D點做

5、AC邊的垂線交AC于F該同學(xué)在D點正上方向下順著直線DF的方向觀察，恰好可以看到小標記的像；過O點做邊的垂線交直線DF于DE=2 cm,cm求三棱鏡的折射率.（不考慮光線在三棱鏡中的反射）nsin a=sinfl式中為三棱鏡的折射率由幾何關(guān)系可知0=60。ZEOF=3Q°在/XOEF 中有 EF=OEsinZEOF 由式和題給條件得OE=2 cm 根據(jù)題給條件可知，OED為等腰三角形，有 a=30°由式得=迪答案：見解析2.（2017高考全國卷I ）如圖，一玻璃工件的上半 部是半徑為R的半球體，O點為球心；下半部2R1111111爲膜是半徑為/?、高為2/?的圓柱體，圓柱體

6、底面鍍有反射膜.有一平行于中心軸OC的光線從半球面射入，該光線與OC之間的距離為061?.已知最后從半球面射出的光線恰好與入射光線平行（不考慮多次 反射）.求該玻璃的折射率.由正弦定理有sin/ sin (i/)2R由幾何關(guān)系，入射點的法線與OC的夾角為丄由題設(shè)條件和 幾何關(guān)系有sini= 式中厶是入射光線與OC的距離.由式和題給數(shù)據(jù)得Sinr=5由式和題給數(shù)據(jù)得=寸205143答案：見解析考點2 對全反射現(xiàn)象的理解和應(yīng)用【知識提煉】1. 求解光的折射、全反射問題的四點提醒(1) 光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對而言的.同一種介質(zhì)，相對于 其他不同的介質(zhì)，可能是光密介質(zhì)，也可能是光疏介質(zhì).(2) 如果

7、光線從光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì)，則無論入射角多大, 都不會發(fā)生全反射現(xiàn)象.(3) 在光的反射和全反射現(xiàn)象中，均遵循光的反射定律，光路 均是可逆的.(4) 當(dāng)光射到兩種介質(zhì)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.2. 解決全反射問題的一般方法(1)確定光是光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì). 應(yīng)用sinC=十確定臨界角.(3)根據(jù)題設(shè)條件，判定光在傳播時是否發(fā)生全反射.(4)如發(fā)生全反射，畫出入射角等于臨界角時的臨界光路圖.(5) 運用幾何關(guān)系或三角函數(shù)關(guān)系以及反射定律等進行分析、判斷、運算，解決問題.3. 求解全反射現(xiàn)象中光的傳播時間的一般思路(1)全反射現(xiàn)象中，

8、光在同種均勻介質(zhì)中的傳播速度不發(fā)生變化，即v=n'(2)全反射現(xiàn)象中，光的傳播路程應(yīng)結(jié)合光路圖與幾何關(guān)系進 行確定.利用求解光的傳播時間.【典題例析】例(2018高考全國卷II)如圖，AABC是一直角三棱鏡的橫截面，ZA = 90° , ZB=60° 一細光束從BC邊的D點折射后，射到AC邊的E點，發(fā)生全反射后經(jīng)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C面上折射，由折射定律有 sin ii=nsin rxB式中，兀為棱鏡的折

9、射率，和門分別是 該光線在“C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 l2 = r2式中2和尸2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Hsin z3=smr3式中心和心分別是該光線在AB面上的入射角和折射角 由幾何關(guān)系得2 =尸2 = 60°9廠1=，3 = 30°F點的出射光相對于D點的入射光的偏角為5 =01T1）+（18O°2了2）+03，3）由式得6 =60° (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 nsin i2wsin C>nsin 13 式中C是全

10、反射臨界角，滿足nsin C=1由式知，棱鏡的折射率的取值范圍應(yīng)為t=s答案見解析考點3 光的色散現(xiàn)象【知識提煉】1.光的色散 (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.2.各種色光的比較顏色紅橙黃綠青藍紫頻率卩低*高同一介質(zhì)中的折射率小f大同一介質(zhì)中速度大f小波長大f小臨界角大f小通過棱鏡的偏折角小大【跟進題組】1. 實驗表明，可見光通過三棱鏡時各色光的折射率隨波長2的變化符合科西經(jīng)驗公式：«=A+p+S,

11、其中A、B、C是正的常量太陽光進入三棱鏡后發(fā)生色散的情形如圖所示,則（A.屏上C處是紫光D.屏上。處是紅光C.屏上b處是紫光解析：選D白色光經(jīng)過三棱鏡后產(chǎn)生色散現(xiàn)象，在光屏由上 至下依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫.由于紫光的折射 率最大，所以偏折最大；紅光的折射率最小，則偏折程度最 小.故屏上°處為紅光，屏上處為紫光，D正確.2. 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和P0兩條 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C.紅、紫、紫、紅B.紅、紫

12、、紅.紫D.紫、紅、紫.紅解析:選A.七色光中紅光的折射率最小,紫光的折射率最大, 故經(jīng)玻璃球折射后紅光的折射角較大，由玻璃球出來后將形 成光帶，而兩端分別是紅光和紫光，根據(jù)光路圖可知M、Q 點為紫光，N、P點為紅光，故選項A正確.3. (1)束復(fù)色光由空氣射向一塊平行平面玻璃磚，經(jīng)折射分成兩束單色光a、方已知a光的頻率小于b光的頻率.下面光路圖可能正確的是ABb(2)如圖所示，含有兩種單色光的一細光束，以入射角射入厚度為的平行玻璃磚中，該玻璃磚對兩種單色光的折射率 分別為衍和兀2,且«1>«2.求兩束單色光從下表面射出時出 射點之間的距離.解析：（1）由于a光的頻率

13、小于光的頻率，可知a光的折射 率小于b光的折射率.在上表面b兩束單色光的入射角相 同，由折射定律可判斷出a光的折射角大于b光的折射角.在 下表面，光線由玻璃射向空氣，光線折射率為折射角正弦比 入射角正弦，故下表面的折射角應(yīng)與上表面的入射角相同, 即通過玻璃磚后的出射光線應(yīng)與原入射光線平行.則wi光路圖如圖所示，sin sin 0sin riJ W2_sin r2Xjx2tantan r2=Ax=X2XiA答案：(1)B聯(lián)立各式解得考點4 實驗:測定玻璃的折射率【知識提煉】1. 實驗原理：用插針法找出與入射光線AO對應(yīng)的出射光線OB 確定出2點，畫出折射光線然后測量出角1和代入公式2. 實驗過程

14、 (1)鋪白紙、畫線. 如圖所示，將白紙用圖釘按在平木板 上，先在白紙上畫出一條直線如作為界 面，過M上的一點O畫出界面的法線 MN,并畫一條線段AO作為入射光線. 把玻璃磚平放在白紙上，使它的長邊跟必,對齊，畫出玻璃 磚的另一條長邊(2)插針與測量.在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針Pi、P2,透過玻璃磚 觀察大頭針Pi、Pi的像，調(diào)整視線的方向，直到Pi的像被 卩2擋住，再在觀察的這一側(cè)依次插兩枚大頭針卩3、P4,使P3 擋住P1、卩2的像，尸4擋住尸1、卩2的像及卩3,記下卩3、幾的 位置. 移去玻璃磚，連接卩3、Pl并延長交仍，于"，連接OO,即 為折射光線，入射角0! = Z

15、AOMf折射角02=ZOrON. 用量角器測出入射角和折射角，查出它們的正弦值，將數(shù) 據(jù)填入表格中. 改變?nèi)肷浣?1，重復(fù)以上實驗步驟，列表記錄相關(guān)測量數(shù) 據(jù).3. 數(shù)據(jù)處理 (1)計算法：用量角器測量入射角血和折射角2,并查出其正弦值sin久和sin仇.算出不同入射角時的噩,并取平均值.如圖所示，其斜率為折射率.(3)"單位圓”法確定sin弘、sin%，計算折射率加 以入射點O為圓心，以一定的長度R為111111半徑畫圓，交入射光線04于E點，交折射光線OO于Q點，過E作NM的垂線EH,過E作NM的垂線E7T如圖所sin %sin O2示，sin%=器，sin2=涪,OE=OE&#

16、39;=R,貝!| nPff禽只要用刻度尺量出EH. EGT的長度就可以求出幾【跟進題組】1. （2016高考四川卷）某同學(xué)通過實驗測定半圓形玻璃磚的折 射率如圖甲所示，O是圓心，MV是法線，AO. BO分別表示某次測量時光線在空氣和玻璃磚中的傳播路徑.該同學(xué)測得多組入射角i和折射角八作出sin i-sin r圖象如圖乙所示則（）甲乙A. 光由A經(jīng)O到n = 1.5B. 光由經(jīng)O到A，n = l,5C. 光由A經(jīng)O到B, w=0.67D. 光由經(jīng)O到A, m=067解析：選B由題圖乙可知，入射角Z小于折射角廠，則可知光 是從玻璃磚進入空氣，即光由B經(jīng)O到A；由折射率公式,sin r 0.9_

17、一 ， 十丄"=甌=亦=15 B項正確2. （2019鄭州一中模擬）（i）幾位同學(xué)做“用插針法測定玻璃折射率”實驗,圖亦直線aabb '表示在白紙上畫出的玻磚的兩個界面.幾位同學(xué)進行了如下操作:A. 甲同學(xué)選定的玻璃磚兩個光學(xué)面與方，不平行，其他操作正確B 乙同學(xué)在白紙上正確畫出平行玻璃磚的兩個界面aa，和bb' 后，將玻璃磚向必方向平移了少許，其他操作正確C.丙同學(xué)在白紙上畫°力、方夕兩界面時，其間距比平行玻璃磚兩光學(xué)面的間距稍微大些，其他操作正確上述幾位同學(xué)的操作，對玻璃折射率的測定結(jié)果沒有影響的 是（填寫選項前的字母）.在用插針法測玻璃磚折射率的實驗中，已確定好入射方向AO,插了兩枚大頭針Pi和”2，如圖所示（是三條直線）.在以后的操作說法中你認為正確的是b0bfA. 在，側(cè)調(diào)整觀察視線，另兩枚大頭針P3和幾可能插在線上B. 保持O點不動，