2022高考物理一輪復(fù)習(xí)第十五章第1節(jié)光的折射全反射課件

第1節(jié)光的折射全反射第十五章2022第1節(jié)光的折射全反射第十五章2022素養(yǎng)導(dǎo)讀備考定向素養(yǎng)導(dǎo)讀備考定向【核心素養(yǎng)】

【核心素養(yǎng)】【試題情境】

生活實(shí)踐類

學(xué)習(xí)探索類

全反射棱鏡、光導(dǎo)纖維、增透膜、偏振濾光片、激光、雷達(dá)、射電望遠(yuǎn)鏡、紅外攝影、X射線管等折射定律、全反射、測定玻璃的折射率、光的干涉現(xiàn)象、光的衍射、光的偏振現(xiàn)象、電磁振蕩、電磁場和電磁波、相對論時(shí)空觀、用雙縫干涉測光的波長【試題情境】生活實(shí)踐類學(xué)習(xí)探索類全反射棱鏡、光導(dǎo)纖維、【考向預(yù)測】

高考中本章內(nèi)容的題型既有選擇題,又有計(jì)算題?？疾榈木唧w內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:①光的折射和全反射綜合問題;②物理光學(xué)和多普勒效應(yīng)、電磁波譜、電磁波與實(shí)際生活和科技前沿的結(jié)合【考向預(yù)測】高考中本章內(nèi)容的題型既有選擇題,又有計(jì)算題?？急貍渲R預(yù)案自診必備知識預(yù)案自診【知識梳理】

一、光的折射定律1.光的折射現(xiàn)象光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),

發(fā)生改變的現(xiàn)象稱為光的折射現(xiàn)象。

傳播方向【知識梳理】一、光的折射定律傳播方向2.折射定律(1)內(nèi)容:如圖所示,折射光線與入射光線、法線處在

內(nèi),折射光線與入射光線分別位于法線的

;入射角的

與折射角的

成正比。

(2)表達(dá)式:

=n。

(3)在光的折射現(xiàn)象中,光路是

的。

同一平面兩側(cè)正弦正弦可逆2.折射定律同一平面兩側(cè)正弦正弦可逆3.折射率(1)折射率是一個(gè)反映介質(zhì)的光學(xué)特性的物理量。(3)計(jì)算公式:n=,因?yàn)関<c,所以任何介質(zhì)的折射率都大于

。

(4)當(dāng)光從真空(或空氣)射入某種介質(zhì)時(shí),入射角大于折射角;當(dāng)光由介質(zhì)射入真空(或空氣)時(shí),入射角小于折射角。13.折射率1二、全反射1.光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)

介

質(zhì)光密介質(zhì)光疏介質(zhì)折射率大小光

速小大相對性若n甲>n乙,則甲是

介質(zhì)

若n甲<n乙,則甲是

介質(zhì)

光密光疏二、全反射介質(zhì)光密介質(zhì)光疏介質(zhì)折射率大小光速小大相對性若2.全反射(1)定義:光從

介質(zhì)射入

介質(zhì),當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí),折射光線將消失,只剩下反射光線的現(xiàn)象。

(2)條件:①光從

介質(zhì)射向

介質(zhì);②入射角_____________

臨界角。

(3)臨界角:折射角等于90°時(shí)的入射角。若光從光密介質(zhì)(折射率為n)射向真空或空氣時(shí),發(fā)生全反射的臨界角為C,則sinC=。介質(zhì)的折射率越大,發(fā)生全反射的臨界角越小。光密光疏光密光疏大于等于2.全反射光密光疏光密光疏大于等于3.全反射棱鏡

棱鏡對光路的控制如圖所示,玻璃棱鏡的截面為等腰直角三角形,當(dāng)光從圖中所示的方向射入玻璃時(shí),由于光的方向與玻璃面

,光線不發(fā)生偏折。但在玻璃內(nèi)部,光射向玻璃與空氣的界面時(shí),入射角

臨界角,發(fā)生

。

垂直大于全反射3.全反射棱鏡棱鏡對光路的控制垂直大于全反射4.光導(dǎo)纖維當(dāng)光在有機(jī)玻璃棒內(nèi)傳播時(shí),如果從有機(jī)玻璃射向空氣的入射角

臨界角,光會發(fā)生

,于是光在有機(jī)玻璃棒內(nèi)沿著

形路線傳播。這就是光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的原理。

大于全反射鋸齒4.光導(dǎo)纖維大于全反射鋸齒【考點(diǎn)自診】

1.判斷下列說法的正誤。(1)某種玻璃對藍(lán)光的折射率比紅光大,藍(lán)光和紅光以相同的入射角從空氣斜射入該玻璃中,藍(lán)光的折射角較大。(

)(2)光纖通信利用了全反射的原理。(

)(3)晚上,在池水中同一深度的兩點(diǎn)光源分別發(fā)出紅光和藍(lán)光,藍(lán)光光源看起來淺一些。(

)(4)若光從空氣中射入水中,它的傳播速度一定增大。(

)(5)已知介質(zhì)對某單色光的臨界角為C,則該介質(zhì)的折射率等于

。(

)×√√×√【考點(diǎn)自診】1.判斷下列說法的正誤。×√√×√2.(多選)關(guān)于全反射,下列說法中正確的是(

)A.光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)可能發(fā)生全反射B.光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)可能發(fā)生全反射C.光從折射率大的介質(zhì)射向折射率小的介質(zhì)時(shí)可能發(fā)生全反射D.光從其傳播速度大的介質(zhì)射向其傳播速度小的介質(zhì)時(shí)可能發(fā)生全反射答案

AC2.(多選)關(guān)于全反射,下列說法中正確的是()答案AC3.(新教材人教版選擇性必修第一冊P84T1改編)光線由空氣透過半圓形玻璃磚,再射入空氣的光路圖中,正確的是(玻璃的折射率為1.5)(

)A.乙、丙、丁

B.乙、丁C.乙、丙

D.甲、丙3.(新教材人教版選擇性必修第一冊P84T1改編)光線由空氣答案

B

解析

題圖甲、乙中,光由空氣進(jìn)入玻璃,由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì),應(yīng)有θ1>θ2,乙正確,甲錯(cuò)誤;題圖丙、丁中,光由玻璃進(jìn)入空氣中,,即C<45°,即入射角大于臨界角,應(yīng)發(fā)生全反射,丙錯(cuò)誤,丁正確。答案B解析題圖甲、乙中,光由空氣進(jìn)入玻璃,由光疏介4.(新教材人教版選擇性必修第一冊P84T3改編)如圖是光由空氣射入某種介質(zhì)時(shí)的折射情況,試由圖中所給出的數(shù)據(jù)求出這種介質(zhì)的折射率和這種介質(zhì)中的光速?4.(新教材人教版選擇性必修第一冊P84T3改編)如圖是光由關(guān)鍵能力學(xué)案突破關(guān)鍵能力學(xué)案突破考點(diǎn)一折射定律及折射率的應(yīng)用(師生共研)對折射率的理解(1)公式n=中,不論光是從真空射入介質(zhì),還是從介質(zhì)射入真空,θ1總是真空中的光線與法線間的夾角,θ2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)。(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

。考點(diǎn)一折射定律及折射率的應(yīng)用(師生共研)對折射率的理解【典例1】

(2019全國卷Ⅰ)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(diǎn)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),已知水的折射率為

。(1)求桅桿到P點(diǎn)的水平距離;(2)船向左行駛一段距離后停止,調(diào)整由P點(diǎn)發(fā)出的激光束方向,當(dāng)其與豎直方向夾角為45°時(shí),從水面射出后仍照射在桅桿頂端,求船行駛的距離?！镜淅?】(2019全國卷Ⅰ)如圖,一艘帆船靜止在湖面上,答案(1)7m

(2)5.5m解析(1)設(shè)光束從水面射出的點(diǎn)到桅桿的水平距離為x1,到P點(diǎn)的水平距離為x2,桅桿高度為h1,P點(diǎn)處水深為h2,激光束在水中與豎直方向的夾角為θ。由幾何關(guān)系有由折射定律有sin53°=nsinθ③設(shè)桅桿到P點(diǎn)的水平距離為x,則x=x1+x2④聯(lián)立①②③④式并代入題給數(shù)據(jù)得x=7m⑤答案(1)7m(2)5.5m由折射定律有sin53°(2)設(shè)激光束在水中與豎直方向的夾角為45°時(shí),從水面出射的方向與豎直方向夾角為i',由折射定律有sin

i'=nsin

45°⑥設(shè)船向左行駛的距離為x',此時(shí)光束從水面射出的點(diǎn)到桅桿的水平距離為x1',到P點(diǎn)的水平距離為x2',則x1'+x2'=x'+x⑦聯(lián)立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入題給數(shù)據(jù)得x'=(6-3)

m=5.5

m⑩(2)設(shè)激光束在水中與豎直方向的夾角為45°時(shí),從水面出射的解題指導(dǎo)審題關(guān)鍵詞句分析解讀出射光束與豎直方向的夾角為53°光折射后在空氣中的出射角水的折射率為根據(jù)折射定律可求出光在水中的入射角當(dāng)其與豎直方向夾角為45°光在水中的入射角水面射出后仍照射在桅桿頂端確定船的位置解題指導(dǎo)關(guān)鍵詞句分析解讀出射光束與豎直方向的夾角為53°光折破題

1.先根據(jù)折射定律計(jì)算出折射角,然后解三角形求解。2.畫出此時(shí)的光路圖,由折射定律計(jì)算出折射角,由幾何關(guān)系分別求出桅桿頂端到入射點(diǎn)的水平距離和入射點(diǎn)到P點(diǎn)的水平距離。破題1.先根據(jù)折射定律計(jì)算出折射角,然后解三角形求解。方法總結(jié)

解決光的折射問題的思路1.根據(jù)題意畫出正確的光路圖。2.利用幾何關(guān)系確定光路中的邊、角關(guān)系,要注意入射角、折射角均以法線為標(biāo)準(zhǔn)。3.利用折射定律、折射率公式求解。方法總結(jié)解決光的折射問題的思路【對點(diǎn)演練】

1.如圖所示,一厚度均勻的圓柱形玻璃管內(nèi)徑為r,外徑為R,高為R。一條光線從玻璃管上方入射,入射點(diǎn)恰好位于M點(diǎn),光線與圓柱上表面成30°角,且與直徑MN在同一豎直面內(nèi)。光線經(jīng)入射后從內(nèi)壁射出,最終到達(dá)圓柱底面,在玻璃中傳播時(shí)間為t1,射出直至到底面?zhèn)鞑r(shí)間為t2,測得t1∶t2=3∶1。已知該玻璃的折射率為,求圓柱形玻璃管內(nèi)、外半徑之比r∶R?！緦c(diǎn)演練】1.如圖所示,一厚度均勻的圓柱形玻璃管內(nèi)徑為r答案1∶3解析光路圖如圖所示:答案1∶3由t1∶t2=3∶1解得r∶R=1∶3由t1∶t2=3∶12.如圖,在長方體玻璃磚內(nèi)部有一半球形氣泡,球心為O,半徑為R,其平面部分與玻璃磚表面平行,球面部分與玻璃磚相切于O'點(diǎn)。有一束單色光垂直玻璃磚下表面入射到氣泡上的A點(diǎn),發(fā)現(xiàn)有一束光線垂直氣泡平面從C點(diǎn)射出,已知OA=R,光線進(jìn)入氣泡后第一次反射和折射的光線相互垂直,氣泡內(nèi)近似為真空,真空中光速為c,求:(1)玻璃的折射率n;(2)光線從A經(jīng)氣泡中多次反射后到C的時(shí)間。2.如圖,在長方體玻璃磚內(nèi)部有一半球形氣泡,球心為O,半徑為2022高考物理一輪復(fù)習(xí)第十五章第1節(jié)光的折射全反射課件2022高考物理一輪復(fù)習(xí)第十五章第1節(jié)光的折射全反射課件考點(diǎn)二光的折射、全反射的綜合應(yīng)用(師生共研)1.求解光的折射、全反射問題的四點(diǎn)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)如果光線從光疏介質(zhì)進(jìn)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)光的反射和全反射現(xiàn)象,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(shí),往往同時(shí)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。考點(diǎn)二光的折射、全反射的綜合應(yīng)用(師生共研)1.求解光的折射2.求解光的折射和全反射問題的思路

2.求解光的折射和全反射問題的思路3.求解全反射現(xiàn)象中光的傳播時(shí)間的注意事項(xiàng)(1)在全反射現(xiàn)象中,光在同種均勻介質(zhì)中的傳播速度不發(fā)生變化,即

。(2)在全反射現(xiàn)象中,光的傳播路程應(yīng)結(jié)合光路圖與幾何關(guān)系進(jìn)行確定。(3)利用

求解光的傳播時(shí)間。3.求解全反射現(xiàn)象中光的傳播時(shí)間的注意事項(xiàng)【典例2】

(多選)(2020山東卷)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(nèi)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(diǎn)。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,只考慮由DE直接射向側(cè)面AA'C'C的光線。下列說法正確的是(

)A.光從AA'C'C面出射的區(qū)域占該側(cè)面總面積的B.光從AA'C'C面出射的區(qū)域占該側(cè)面總面積的C.若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.若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【典例2】(多選)(2020山東卷)截面為等腰直角三角形的答案AC

答案AC解題指導(dǎo)審題關(guān)鍵詞句分析解讀折射率為求出光從介質(zhì)射向空氣的臨界角光從AA'C'C面出射的區(qū)域找出臨界光線單色光頻率變小臨界角增大破題

1.當(dāng)入射角增大到臨界角時(shí)的光線是光能射出的邊界光線。2.光的頻率變小,折射率也變小,臨界角變大,AA'C'C面有光出射的區(qū)域面積將增大。解題指導(dǎo)關(guān)鍵詞句分析解讀折射率為求出光從介質(zhì)射向空氣的臨界角素養(yǎng)微點(diǎn)各種色光的比較分析

顏色紅橙黃綠青藍(lán)紫頻率ν低→高同一介質(zhì)中的折射率小→大同一介質(zhì)中的速度大→小同一介質(zhì)中的臨界角大→小素養(yǎng)微點(diǎn)各種色光的比較分析顏色紅橙黃綠青藍(lán)紫頻率ν低→高同【對點(diǎn)演練】

3.(多選)(2020云南昆明一中高三一模)a、b、c三條平行光線垂直于半圓柱體玻璃磚的截面直徑從空氣射向玻璃磚,如圖所示,光線b正好過圓心O,光線a、c從光線b的兩側(cè)對稱入射,光線a、c從玻璃磚下表面進(jìn)入空氣后與光線b交于P、Q,則下列說法正確的是(

)A.玻璃對a光的折射率大于對c光的折射率B.玻璃對三種光的折射率關(guān)系為na>nb>ncC.a光比c光穿過該半圓柱體玻璃磚所需時(shí)間長D.在相同條件下進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn),c光的條紋間距比a光寬E.a、c光分別從空氣射入某種介質(zhì)中,c光發(fā)生全反射時(shí)臨界角較小【對點(diǎn)演練】3.(多選)(2020云南昆明一中高三一模)a答案

ACD

解析由題圖可知,a光和c光入射角相同,但a光折射角較小,根據(jù)折射率公式可知,玻璃對a光的折射率大于對c光的折射率,由于b光入射角為0°,故無法判斷玻璃對b光的折射率大小,故A正確,B錯(cuò)誤;根據(jù)公式

,由于a光的折射率大,則a光在玻璃中的傳播速度較小,又由題圖可知a光在玻璃磚中的傳播路徑較長,故a光比c光穿過該半圓柱體玻璃磚所需時(shí)間長,故C正確;由于c光的折射率小,波長較長,則在相同條件下進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn),c光的條紋間距比a光寬,故D正確;a、c光分別從空氣射入某種介質(zhì)中時(shí),不能發(fā)生全反射,故E錯(cuò)誤。答案ACD(2)設(shè)光線在AC邊上的F點(diǎn)射出棱鏡,光線的入射角為i',折射角為r',由幾何關(guān)系、反射定律及折射定律,有i=30°③i'=90°-θ④sin

i=nsin

r⑤nsin

i'=sin

r'⑥聯(lián)立①③④⑤⑥式并代入題給數(shù)據(jù),得由幾何關(guān)系,r'即AC邊射出的光線與最初的入射光線的夾角。(2)設(shè)光線在AC邊上的F點(diǎn)射出棱鏡,光線的入射角為i',折4.(2020全國卷Ⅲ)如圖所示,一折射率為

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(jì)光線在棱鏡內(nèi)的多次反射,求AC邊與BC邊上有光出射區(qū)域的長度的比值。4.(2020全國卷Ⅲ)如圖所示,一折射率為的材甲

答案2解析本題以三棱鏡為背景,意在考查光的折射定律、全反射等知識。如圖甲所示,設(shè)從D點(diǎn)入射的光線經(jīng)折射后恰好射向C點(diǎn),光在AB邊上的入射角為θ1,折射角為θ2,由折射定律有sin

θ1=nsin

θ2①設(shè)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(guān)系θ'=30°+θ2②由①②式并代入題給數(shù)據(jù)得θ2=30°③nsin

θ'>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。甲答案2乙

設(shè)從AD范圍入射的光折射后在AC邊上的入射角為θ″,如圖乙所示。由幾何關(guān)系θ″=90°-θ2⑤由③⑤式和已知條件可知nsin

θ″>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(shè)BC邊上有光線射出的部分為CF,由幾何關(guān)系得lCF=lACsin

30°⑦AC邊與BC邊上有光出射區(qū)域的長度的比值為

=2。⑧乙設(shè)從AD范圍入射的光折射后在AC邊上的入射角為θ″,如圖考點(diǎn)三測定玻璃的折射率(師生共研)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y定玻璃的折射率,掌握光發(fā)生折射的入射角和折射角的確定方法。2.實(shí)驗(yàn)原理用插針法找出與入射光線AO對應(yīng)的出射光線O'B,確定出O'點(diǎn),畫出折射光線OO',然后測量出角θ1和θ2,根據(jù)n=計(jì)算玻璃的折射率。3.實(shí)驗(yàn)器材白紙、圖釘、大頭針、直尺、鉛筆、量角器、平木板、長方形玻璃磚?？键c(diǎn)三測定玻璃的折射率(師生共研)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.實(shí)驗(yàn)步驟(1)鋪白紙、畫線①如圖所示,將白紙用圖釘按在繪圖板上,先在白紙上畫出一條直線aa'作為界面,過aa'上的一點(diǎn)O畫出界面的法線NN',并畫一條線段AO作為入射光線。②把平行玻璃轉(zhuǎn)平放在白紙上,使它的長邊跟aa'對齊,畫出玻璃磚的另一條長邊bb'。4.實(shí)驗(yàn)步驟(2)插針與測量①在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2,透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像,調(diào)整視線的方向,直到P1的像被P2擋住,再在觀察的這一側(cè)依次插兩枚大頭針P3、P4,使P3擋住P1、P2的像,P4擋住P1、P2的像及P3,記下P3、P4的位置。②移動玻璃磚連接P3、P4并延長交bb'于O',連接OO'即為折射光線,入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O'ON'。③用量角器測出入射角和折射角,查出它們的正弦值。④改變?nèi)肷浣铅?,重復(fù)實(shí)驗(yàn),記錄相關(guān)測量數(shù)據(jù)。(2)插針與測量5.數(shù)據(jù)處理(1)計(jì)算法:計(jì)算每次折射率n,求出平均值

。(2)圖像法(如圖所示)(3)單位圓法(如圖所示)5.數(shù)據(jù)處理(3)單位圓法(如圖所示)6.誤差分析(1)入射光線、出射光線確定的準(zhǔn)確性造成誤差,故在入射側(cè)和出射側(cè)所插兩枚大頭針的間距應(yīng)大一些。(2)入射角和折射角的測量造成誤差。入射角應(yīng)適當(dāng)大一些,可以減小測量的相對誤差。6.誤差分析7.注意事項(xiàng)(1)實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)盡可能將大頭針豎直插在紙上,且P1和P2之間、P3和P4之間、P2與O、P3與O'之間距離要稍大一些。(2)入射角θ1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°)。當(dāng)θ1太大時(shí),反射光較強(qiáng),出射光較弱;當(dāng)θ1太小時(shí),入射角、折射角測量的相對誤差較大。(3)操作時(shí),手不能觸摸玻璃磚的光潔光學(xué)面,更不能把玻璃磚界面當(dāng)作尺子畫界線。(4)實(shí)驗(yàn)過程中,玻璃磚與白紙的相對位置不能改變。(5)玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的,宜在5cm以上,若寬度太小,則測量誤差較大。7.注意事項(xiàng)【典例3】

(2019天津卷)某小組做測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn),所用器材有:玻璃磚,大頭針,刻度尺,圓規(guī),筆,白紙。(1)下列哪些措施能夠提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確程度(

)A.選用兩光學(xué)表面間距大的玻璃磚B.選用兩光學(xué)表面平行的玻璃磚C.選用粗的大頭針完成實(shí)驗(yàn)D.插在玻璃磚同側(cè)的兩枚大頭針間的距離盡量大些【典例3】(2019天津卷)某小組做測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn),(2)該小組用同一套器材完成了四次實(shí)驗(yàn),記錄的玻璃磚界線和四個(gè)大頭針扎下的孔洞如下圖所示,其中實(shí)驗(yàn)操作正確的是(

)(2)該小組用同一套器材完成了四次實(shí)驗(yàn),記錄的玻璃磚界線和四(3)該小組選取了操作正確的實(shí)驗(yàn)記錄,在白紙上畫出光線的徑跡,以入射點(diǎn)O為圓心作圓,與入射光線、折射光線分別交于A、B點(diǎn),再過A、B點(diǎn)作法線NN'的垂線,垂足分別為C、D點(diǎn),如圖所示,則玻璃的折射率n=

。(用圖中線段的字母表示)

(3)該小組選取了操作正確的實(shí)驗(yàn)記錄,在白紙上畫出光線的徑跡解析(1)在插針法測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)中,使用兩光學(xué)面間距大的玻璃磚能更準(zhǔn)確地確定玻璃磚內(nèi)光線的位置,有利于減小實(shí)驗(yàn)誤差,而兩光學(xué)面是否平行對測量折射率沒有影響,選項(xiàng)A正確、B錯(cuò)誤;插針時(shí)要求后插的針擋住先插的針或先插的針的像,故選用細(xì)一點(diǎn)的大頭針能更準(zhǔn)確地確定光線位置,提高實(shí)驗(yàn)精確度,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)中是根據(jù)同側(cè)兩枚大頭針的連線來確定入射光線或出射光線,故距離大些更好,選項(xiàng)D正確。

解析(1)在插針法測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)中,使用兩光學(xué)面間距大(2)由題圖可知實(shí)驗(yàn)使用的是平行玻璃磚,故出射光線應(yīng)該與入射光線平行,選項(xiàng)A出射光線與入射光線在同一直線上,選項(xiàng)B、C中出射光線與入射光線不平行,故只有選項(xiàng)D正確。(2)由題圖可知實(shí)驗(yàn)使用的是平行玻璃磚,故出射光線應(yīng)該與入射【典例4】

用圓弧狀玻璃磚做測定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)時(shí),先在白紙上放好圓弧狀玻璃磚,在玻璃磚的一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P1、P2,然后在玻璃磚的另一側(cè)觀察,調(diào)整視線使P1的像被P2的像擋住,接著在眼睛所在的一側(cè)插兩枚大頭針P3和P4,使P3擋住P1和P2的像,P4擋住P3以及P1和P2的像,在紙上標(biāo)出大頭針位置和圓弧狀玻璃磚輪廓,如圖甲所示,其中O為兩圓弧圓心,圖中已畫出經(jīng)P1、P2點(diǎn)的入射光線。【典例4】用圓弧狀玻璃磚做測定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)時(shí),先在白紙(1)在圖乙上補(bǔ)畫出光路以及入射角和折射角。(2)用所測物理量計(jì)算折射率的公式為n=

。

(3)為了保證在弧面CD得到出射光線,實(shí)驗(yàn)過程中,光線在弧面AB的入射角應(yīng)適當(dāng)

(選填“小一些”“無所謂”或“大一些”)。

(4)多次改變?nèi)肷浣?測得幾組入射角和折射角,根據(jù)測得的入射角和折射角的正弦值,畫出了如圖乙所示的圖像,由圖像可知該玻璃磚的折射率n=

。

(1)在圖乙上補(bǔ)畫出光路以及入射角和折射角。解析(1)連接P3、P4與CD交于一點(diǎn),此交點(diǎn)即為光線從玻璃磚中射出的位置,由于P1、P2的連線與AB的交點(diǎn)即為光線進(jìn)入玻璃磚的位置,連接兩交點(diǎn)即可作出玻璃磚中的光路,如圖所示。(2)由折射定律可得n=(3)為了保證能在弧面CD上有出射光線,實(shí)驗(yàn)過程中,光線在弧面AB上的入射角應(yīng)適當(dāng)小一些,才不會使光線在CD面上發(fā)生全反射。(4)圖像的斜率k==n,由題圖乙可知斜率為1.5,即該玻璃的折射率為1.5。解析(1)連接P3、P4與CD交于一點(diǎn),此交點(diǎn)即為光線從玻璃5.(2020山西高三一模)如圖所示為某同學(xué)利用插針法測定半圓形玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)。在一半圓形玻璃磚外面插上P1、P2、P3、P4四枚大頭針時(shí),P3、P4恰可擋住P1、P2所成的像。(1)(多選)以下說法正確的是

。

A.P1、P2及P3、P4之間的距離適當(dāng)大些,可以提高準(zhǔn)確度B.P1、P2及P3、P4之間的距離取得小些,可以提高準(zhǔn)確度C.入射角θ適當(dāng)大些,可以提高準(zhǔn)確度D.P1、P2的間距,入射角的大小均與實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度無關(guān)(2)該玻璃磚的折射率n=

。另一同學(xué)將大頭針插在P1'和P2'位置時(shí),沿著P3、P4的方向看不到大頭針的像,其原因可能是

。

【對點(diǎn)演練】

5.(2020山西高三一模)如圖所示為某同學(xué)利用插針法測定半答案

(1)AC

(2)

經(jīng)過P1'、P2'的光線在界面MN處發(fā)生全反射解析(1)反射光線是通過隔著玻璃磚觀察成一條直線確定的,大頭針間的距離太小,引起的誤差會較大,故P1、P2及P3、P4之間的距離適當(dāng)大些,可以提高準(zhǔn)確度,故A正確,B錯(cuò)誤;入射角θ盡量大些,折射角也會大些,折射現(xiàn)象較明顯,角度的相對誤差會減小,故C正確,D錯(cuò)誤。(2)由圖知,沿P1、P2的光線入射角為i=30°,折射角為γ=60°,則該玻璃磚的折射率,把大頭針插在P1'、P2'位置時(shí),沿著P3、P4的方向看不到大頭針的像,其原因是經(jīng)過P1'、P2'的光線在界面MN處發(fā)生全反射。答案(1)AC(2)經(jīng)過P1'、P2'6.某同學(xué)為了測量截面為正三角形的玻璃三棱鏡的折射率,先在白紙上放好三棱鏡,在棱鏡的左側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2,然后在棱鏡的右側(cè)觀察到P1和P2的像,當(dāng)P1的像恰好被P2的像擋住時(shí),插上大頭針P3和P4,使P3擋住P1、P2的像,P4也擋住P1、P2的像,在紙上標(biāo)出的大頭針位置和三棱鏡輪廓如圖所示。6.某同學(xué)為了測量截面為正三角形的玻璃三棱鏡的折射率,先在白(1)在圖上畫出對應(yīng)的光路。(2)為了測出三棱鏡玻璃材料的折射率,若以AB為分界面,需要測量的量是

,在圖上標(biāo)出它們。

(3)三棱鏡玻璃材料折射率的計(jì)算公式是n=

。

(4)若在描繪三棱鏡輪廓的過程中,放置三棱鏡的位置發(fā)生了微小的平移(移至圖中的虛線位置,底邊仍重合),若仍以AB為分界面,則三棱鏡玻璃材料折射率的測量值

真實(shí)值(選填“大于”“小于”或“等于”)。

(1)在圖上畫出對應(yīng)的光路。答案(1)如解析圖所示

(2)入射角θ1、折射角θ2

(3)

(4)大于解析(1)光路圖如圖所示。(2)若以AB為分界面,需要測量的量為入射角θ1、折射角θ2。(3)該三棱鏡玻璃材料的折射率的計(jì)算公式為n=。(4)若在描繪三棱鏡輪廓的過程中,放置三棱鏡的位置發(fā)生了微小的平移,仍以AB為分界面,將入射光線與AB的交點(diǎn)和出射光線與BC的交點(diǎn)連接起來,從而可知該連接線發(fā)生偏轉(zhuǎn),導(dǎo)致折射角變小,所以測量值比真實(shí)值大。答案(1)如解析圖所示(2)入射角θ1、折射角θ2(3)核心素養(yǎng)專項(xiàng)提升核心素養(yǎng)專項(xiàng)提升【模型概述】

典型物理模型指導(dǎo)突破科學(xué)思維之模型建構(gòu)——平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對光路的控制模型平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對光路的控制特點(diǎn)

項(xiàng)目平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)結(jié)構(gòu)玻璃磚上下表面是平行的橫截面為三角形的三棱鏡橫截面是圓【模型概述】典型物理模型指導(dǎo)突破平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體項(xiàng)目平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)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(cè)移

通過三棱鏡的光線經(jīng)兩次折射后,出射光線向棱鏡底面偏折

圓界面的法線是過圓心的直線,光線經(jīng)過兩次折射后向圓心偏折項(xiàng)目平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)對光線的作用

項(xiàng)目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,改變光的傳播方向改變光的傳播方向項(xiàng)目平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)應(yīng)用測定玻璃的折射率

改變光【案例探究】

(2020山東德州高三一模)如圖所示,三棱鏡ABC的橫截面為等腰直角三角形,底邊AB水平,右側(cè)的光屏MN豎直。一條單色光線自AC邊上的D點(diǎn)水平射向三棱鏡,此光線進(jìn)入三棱鏡后首先到達(dá)底邊AB,棱鏡材料對該光線的折射率為

。光線進(jìn)入三棱鏡后,僅考慮在各界面上的第一次反射或折射,對此以下說法正確的是(

)A.光線到達(dá)AB邊時(shí)會有部分能量射出三棱鏡B.光線到達(dá)BC邊時(shí)發(fā)生全反射C.光線自BC面射出三棱鏡后水平射向光屏MND.光線自BC面射出三棱鏡后斜向上射向光屏MN【案例探究】(2020山東德州高三一模)如圖所示,三棱鏡A答案C

答案C由幾可關(guān)系得,光線在BC邊的入射角為30°小于臨界角為45°,光線到達(dá)BC邊時(shí)不會發(fā)生全反射,故B錯(cuò)誤;光線在BC邊的入射角為30°,由折射定律可得

,得θ=45°,即光線自BC面射出三棱鏡的折射角為45°,則光線自BC面射出三棱鏡后水平射向光屏MN,故C正確,D錯(cuò)誤。由幾可關(guān)系得,光線在BC邊的入射角為30°小于臨界角為45°素養(yǎng)微點(diǎn)不管什么形狀的玻璃磚,研究光線在里面?zhèn)鞑サ墓饴窌r(shí),先畫出過入射點(diǎn)的法線,找出入射角,根據(jù)折射定律求出折射角,畫出折射光線,再畫出光線到達(dá)另一個(gè)界面入射點(diǎn)的法線,根據(jù)幾何關(guān)系求出入射角,判斷光線在該界面上是否發(fā)生全反射,依次類推,直到光線從介質(zhì)射出。素養(yǎng)微點(diǎn)不管什么形狀的玻璃磚,研究光線在里面?zhèn)鞑サ墓饴窌r(shí),先【創(chuàng)新訓(xùn)練】

1.(2020江蘇南京師大附中高三模擬)反光膜是一種廣泛用于道路交通標(biāo)志的材料,基本結(jié)構(gòu)如圖所示。光照射到反光膜的玻璃珠上時(shí),經(jīng)折射后射到反射層反射,最終平行于原入射方向反向射出玻璃珠。玻璃珠是半徑為R的均勻球體,AB是入射光線,其出射光線與光線AB的間距為

R。(1)請作出光線AB從射入到射出玻璃珠的完整光路圖;(2)求玻璃珠的折射率n?！緞?chuàng)新訓(xùn)練】1.(2020江蘇南京師大附中高三模擬)反光膜2022高考物理一輪復(fù)習(xí)第十五章第1節(jié)光的折射全反射課件2.(2020湖北華中師大一附中高三月考)如圖所示,折射率為

的上下兩面平行的梯形玻璃磚,下表面涂有反射物質(zhì),上表面右端垂直于上表面放置一標(biāo)尺M(jìn)N。一細(xì)光束以入射角i=45°射到玻璃磚上表面的A點(diǎn),會在標(biāo)尺上的兩個(gè)位置出現(xiàn)光點(diǎn)(圖中未畫出),若折射進(jìn)入玻璃磚內(nèi)的光在玻璃磚內(nèi)傳播時(shí)間為t,則在標(biāo)尺上出現(xiàn)的兩光點(diǎn)的距離為多少?(設(shè)光在真空中的速度為c,不考慮細(xì)光束在玻璃磚下表面的第二次反射)2.(2020湖北華中師大一附中高三月考)如圖所示,折射率為解析光路如圖所示,由幾何關(guān)系知,在玻璃磚內(nèi)的光線與玻璃磚上表面AB構(gòu)成等邊三角形,且四邊形BEGF為平行四邊形,則:GF=BEAB=BEtan

45°光在玻璃中的速度為解析光路如圖所示,2022高考物理一輪復(fù)習(xí)第十五章第1節(jié)光的折射全反射課件第1節(jié)光的折射全反射第十五章2022第1節(jié)光的折射全反射第十五章2022素養(yǎng)導(dǎo)讀備考定向素養(yǎng)導(dǎo)讀備考定向【核心素養(yǎng)】

【核心素養(yǎng)】【試題情境】

生活實(shí)踐類

學(xué)習(xí)探索類

全反射棱鏡、光導(dǎo)纖維、增透膜、偏振濾光片、激光、雷達(dá)、射電望遠(yuǎn)鏡、紅外攝影、X射線管等折射定律、全反射、測定玻璃的折射率、光的干涉現(xiàn)象、光的衍射、光的偏振現(xiàn)象、電磁振蕩、電磁場和電磁波、相對論時(shí)空觀、用雙縫干涉測光的波長【試題情境】生活實(shí)踐類學(xué)習(xí)探索類全反射棱鏡、光導(dǎo)纖維、【考向預(yù)測】

高考中本章內(nèi)容的題型既有選擇題,又有計(jì)算題?？疾榈木唧w內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:①光的折射和全反射綜合問題;②物理光學(xué)和多普勒效應(yīng)、電磁波譜、電磁波與實(shí)際生活和科技前沿的結(jié)合【考向預(yù)測】高考中本章內(nèi)容的題型既有選擇題,又有計(jì)算題?？急貍渲R預(yù)案自診必備知識預(yù)案自診【知識梳理】

一、光的折射定律1.光的折射現(xiàn)象光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),

發(fā)生改變的現(xiàn)象稱為光的折射現(xiàn)象。

傳播方向【知識梳理】一、光的折射定律傳播方向2.折射定律(1)內(nèi)容:如圖所示,折射光線與入射光線、法線處在

內(nèi),折射光線與入射光線分別位于法線的

;入射角的

與折射角的

成正比。

(2)表達(dá)式:

=n。

(3)在光的折射現(xiàn)象中,光路是

的。

同一平面兩側(cè)正弦正弦可逆2.折射定律同一平面兩側(cè)正弦正弦可逆3.折射率(1)折射率是一個(gè)反映介質(zhì)的光學(xué)特性的物理量。(3)計(jì)算公式:n=,因?yàn)関<c,所以任何介質(zhì)的折射率都大于

。

(4)當(dāng)光從真空(或空氣)射入某種介質(zhì)時(shí),入射角大于折射角;當(dāng)光由介質(zhì)射入真空(或空氣)時(shí),入射角小于折射角。13.折射率1二、全反射1.光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)

介

質(zhì)光密介質(zhì)光疏介質(zhì)折射率大小光

速小大相對性若n甲>n乙,則甲是

介質(zhì)

若n甲<n乙,則甲是

介質(zhì)

光密光疏二、全反射介質(zhì)光密介質(zhì)光疏介質(zhì)折射率大小光速小大相對性若2.全反射(1)定義:光從

介質(zhì)射入

介質(zhì),當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí),折射光線將消失,只剩下反射光線的現(xiàn)象。

(2)條件:①光從

介質(zhì)射向

介質(zhì);②入射角_____________

臨界角。

(3)臨界角:折射角等于90°時(shí)的入射角。若光從光密介質(zhì)(折射率為n)射向真空或空氣時(shí),發(fā)生全反射的臨界角為C,則sinC=。介質(zhì)的折射率越大,發(fā)生全反射的臨界角越小。光密光疏光密光疏大于等于2.全反射光密光疏光密光疏大于等于3.全反射棱鏡

棱鏡對光路的控制如圖所示,玻璃棱鏡的截面為等腰直角三角形,當(dāng)光從圖中所示的方向射入玻璃時(shí),由于光的方向與玻璃面

,光線不發(fā)生偏折。但在玻璃內(nèi)部,光射向玻璃與空氣的界面時(shí),入射角

臨界角,發(fā)生

。

垂直大于全反射3.全反射棱鏡棱鏡對光路的控制垂直大于全反射4.光導(dǎo)纖維當(dāng)光在有機(jī)玻璃棒內(nèi)傳播時(shí),如果從有機(jī)玻璃射向空氣的入射角

臨界角,光會發(fā)生

,于是光在有機(jī)玻璃棒內(nèi)沿著

形路線傳播。這就是光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的原理。

大于全反射鋸齒4.光導(dǎo)纖維大于全反射鋸齒【考點(diǎn)自診】

1.判斷下列說法的正誤。(1)某種玻璃對藍(lán)光的折射率比紅光大,藍(lán)光和紅光以相同的入射角從空氣斜射入該玻璃中,藍(lán)光的折射角較大。(

)(2)光纖通信利用了全反射的原理。(

)(3)晚上,在池水中同一深度的兩點(diǎn)光源分別發(fā)出紅光和藍(lán)光,藍(lán)光光源看起來淺一些。(

)(4)若光從空氣中射入水中,它的傳播速度一定增大。(

)(5)已知介質(zhì)對某單色光的臨界角為C,則該介質(zhì)的折射率等于

。(

)×√√×√【考點(diǎn)自診】1.判斷下列說法的正誤?！痢獭獭痢?.(多選)關(guān)于全反射,下列說法中正確的是(

)A.光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)可能發(fā)生全反射B.光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)可能發(fā)生全反射C.光從折射率大的介質(zhì)射向折射率小的介質(zhì)時(shí)可能發(fā)生全反射D.光從其傳播速度大的介質(zhì)射向其傳播速度小的介質(zhì)時(shí)可能發(fā)生全反射答案

AC2.(多選)關(guān)于全反射,下列說法中正確的是()答案AC3.(新教材人教版選擇性必修第一冊P84T1改編)光線由空氣透過半圓形玻璃磚,再射入空氣的光路圖中,正確的是(玻璃的折射率為1.5)(

)A.乙、丙、丁

B.乙、丁C.乙、丙

D.甲、丙3.(新教材人教版選擇性必修第一冊P84T1改編)光線由空氣答案

B

解析

題圖甲、乙中,光由空氣進(jìn)入玻璃,由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì),應(yīng)有θ1>θ2,乙正確,甲錯(cuò)誤;題圖丙、丁中,光由玻璃進(jìn)入空氣中,,即C<45°,即入射角大于臨界角,應(yīng)發(fā)生全反射,丙錯(cuò)誤,丁正確。答案B解析題圖甲、乙中,光由空氣進(jìn)入玻璃,由光疏介4.(新教材人教版選擇性必修第一冊P84T3改編)如圖是光由空氣射入某種介質(zhì)時(shí)的折射情況,試由圖中所給出的數(shù)據(jù)求出這種介質(zhì)的折射率和這種介質(zhì)中的光速?4.(新教材人教版選擇性必修第一冊P84T3改編)如圖是光由關(guān)鍵能力學(xué)案突破關(guān)鍵能力學(xué)案突破考點(diǎn)一折射定律及折射率的應(yīng)用(師生共研)對折射率的理解(1)公式n=中,不論光是從真空射入介質(zhì),還是從介質(zhì)射入真空,θ1總是真空中的光線與法線間的夾角,θ2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)。(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

。考點(diǎn)一折射定律及折射率的應(yīng)用(師生共研)對折射率的理解【典例1】

(2019全國卷Ⅰ)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(diǎn)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),已知水的折射率為

。(1)求桅桿到P點(diǎn)的水平距離;(2)船向左行駛一段距離后停止,調(diào)整由P點(diǎn)發(fā)出的激光束方向,當(dāng)其與豎直方向夾角為45°時(shí),從水面射出后仍照射在桅桿頂端,求船行駛的距離?！镜淅?】(2019全國卷Ⅰ)如圖,一艘帆船靜止在湖面上,答案(1)7m

(2)5.5m解析(1)設(shè)光束從水面射出的點(diǎn)到桅桿的水平距離為x1,到P點(diǎn)的水平距離為x2,桅桿高度為h1,P點(diǎn)處水深為h2,激光束在水中與豎直方向的夾角為θ。由幾何關(guān)系有由折射定律有sin53°=nsinθ③設(shè)桅桿到P點(diǎn)的水平距離為x,則x=x1+x2④聯(lián)立①②③④式并代入題給數(shù)據(jù)得x=7m⑤答案(1)7m(2)5.5m由折射定律有sin53°(2)設(shè)激光束在水中與豎直方向的夾角為45°時(shí),從水面出射的方向與豎直方向夾角為i',由折射定律有sin

i'=nsin

45°⑥設(shè)船向左行駛的距離為x',此時(shí)光束從水面射出的點(diǎn)到桅桿的水平距離為x1',到P點(diǎn)的水平距離為x2',則x1'+x2'=x'+x⑦聯(lián)立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入題給數(shù)據(jù)得x'=(6-3)

m=5.5

m⑩(2)設(shè)激光束在水中與豎直方向的夾角為45°時(shí),從水面出射的解題指導(dǎo)審題關(guān)鍵詞句分析解讀出射光束與豎直方向的夾角為53°光折射后在空氣中的出射角水的折射率為根據(jù)折射定律可求出光在水中的入射角當(dāng)其與豎直方向夾角為45°光在水中的入射角水面射出后仍照射在桅桿頂端確定船的位置解題指導(dǎo)關(guān)鍵詞句分析解讀出射光束與豎直方向的夾角為53°光折破題

1.先根據(jù)折射定律計(jì)算出折射角,然后解三角形求解。2.畫出此時(shí)的光路圖,由折射定律計(jì)算出折射角,由幾何關(guān)系分別求出桅桿頂端到入射點(diǎn)的水平距離和入射點(diǎn)到P點(diǎn)的水平距離。破題1.先根據(jù)折射定律計(jì)算出折射角,然后解三角形求解。方法總結(jié)

解決光的折射問題的思路1.根據(jù)題意畫出正確的光路圖。2.利用幾何關(guān)系確定光路中的邊、角關(guān)系,要注意入射角、折射角均以法線為標(biāo)準(zhǔn)。3.利用折射定律、折射率公式求解。方法總結(jié)解決光的折射問題的思路【對點(diǎn)演練】

1.如圖所示,一厚度均勻的圓柱形玻璃管內(nèi)徑為r,外徑為R,高為R。一條光線從玻璃管上方入射,入射點(diǎn)恰好位于M點(diǎn),光線與圓柱上表面成30°角,且與直徑MN在同一豎直面內(nèi)。光線經(jīng)入射后從內(nèi)壁射出,最終到達(dá)圓柱底面,在玻璃中傳播時(shí)間為t1,射出直至到底面?zhèn)鞑r(shí)間為t2,測得t1∶t2=3∶1。已知該玻璃的折射率為,求圓柱形玻璃管內(nèi)、外半徑之比r∶R?！緦c(diǎn)演練】1.如圖所示,一厚度均勻的圓柱形玻璃管內(nèi)徑為r答案1∶3解析光路圖如圖所示:答案1∶3由t1∶t2=3∶1解得r∶R=1∶3由t1∶t2=3∶12.如圖,在長方體玻璃磚內(nèi)部有一半球形氣泡,球心為O,半徑為R,其平面部分與玻璃磚表面平行,球面部分與玻璃磚相切于O'點(diǎn)。有一束單色光垂直玻璃磚下表面入射到氣泡上的A點(diǎn),發(fā)現(xiàn)有一束光線垂直氣泡平面從C點(diǎn)射出,已知OA=R,光線進(jìn)入氣泡后第一次反射和折射的光線相互垂直,氣泡內(nèi)近似為真空,真空中光速為c,求:(1)玻璃的折射率n;(2)光線從A經(jīng)氣泡中多次反射后到C的時(shí)間。2.如圖,在長方體玻璃磚內(nèi)部有一半球形氣泡,球心為O,半徑為2022高考物理一輪復(fù)習(xí)第十五章第1節(jié)光的折射全反射課件2022高考物理一輪復(fù)習(xí)第十五章第1節(jié)光的折射全反射課件考點(diǎn)二光的折射、全反射的綜合應(yīng)用(師生共研)1.求解光的折射、全反射問題的四點(diǎn)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)如果光線從光疏介質(zhì)進(jìn)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)光的反射和全反射現(xiàn)象,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(shí),往往同時(shí)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?？键c(diǎn)二光的折射、全反射的綜合應(yīng)用(師生共研)1.求解光的折射2.求解光的折射和全反射問題的思路

2.求解光的折射和全反射問題的思路3.求解全反射現(xiàn)象中光的傳播時(shí)間的注意事項(xiàng)(1)在全反射現(xiàn)象中,光在同種均勻介質(zhì)中的傳播速度不發(fā)生變化,即

。(2)在全反射現(xiàn)象中,光的傳播路程應(yīng)結(jié)合光路圖與幾何關(guān)系進(jìn)行確定。(3)利用

求解光的傳播時(shí)間。3.求解全反射現(xiàn)象中光的傳播時(shí)間的注意事項(xiàng)【典例2】

(多選)(2020山東卷)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(nèi)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(diǎn)。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,只考慮由DE直接射向側(cè)面AA'C'C的光線。下列說法正確的是(

)A.光從AA'C'C面出射的區(qū)域占該側(cè)面總面積的B.光從AA'C'C面出射的區(qū)域占該側(cè)面總面積的C.若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.若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【典例2】(多選)(2020山東卷)截面為等腰直角三角形的答案AC

答案AC解題指導(dǎo)審題關(guān)鍵詞句分析解讀折射率為求出光從介質(zhì)射向空氣的臨界角光從AA'C'C面出射的區(qū)域找出臨界光線單色光頻率變小臨界角增大破題

1.當(dāng)入射角增大到臨界角時(shí)的光線是光能射出的邊界光線。2.光的頻率變小,折射率也變小,臨界角變大,AA'C'C面有光出射的區(qū)域面積將增大。解題指導(dǎo)關(guān)鍵詞句分析解讀折射率為求出光從介質(zhì)射向空氣的臨界角素養(yǎng)微點(diǎn)各種色光的比較分析

顏色紅橙黃綠青藍(lán)紫頻率ν低→高同一介質(zhì)中的折射率小→大同一介質(zhì)中的速度大→小同一介質(zhì)中的臨界角大→小素養(yǎng)微點(diǎn)各種色光的比較分析顏色紅橙黃綠青藍(lán)紫頻率ν低→高同【對點(diǎn)演練】

3.(多選)(2020云南昆明一中高三一模)a、b、c三條平行光線垂直于半圓柱體玻璃磚的截面直徑從空氣射向玻璃磚,如圖所示,光線b正好過圓心O,光線a、c從光線b的兩側(cè)對稱入射,光線a、c從玻璃磚下表面進(jìn)入空氣后與光線b交于P、Q,則下列說法正確的是(

)A.玻璃對a光的折射率大于對c光的折射率B.玻璃對三種光的折射率關(guān)系為na>nb>ncC.a光比c光穿過該半圓柱體玻璃磚所需時(shí)間長D.在相同條件下進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn),c光的條紋間距比a光寬E.a、c光分別從空氣射入某種介質(zhì)中,c光發(fā)生全反射時(shí)臨界角較小【對點(diǎn)演練】3.(多選)(2020云南昆明一中高三一模)a答案

ACD

解析由題圖可知,a光和c光入射角相同,但a光折射角較小,根據(jù)折射率公式可知,玻璃對a光的折射率大于對c光的折射率,由于b光入射角為0°,故無法判斷玻璃對b光的折射率大小,故A正確,B錯(cuò)誤;根據(jù)公式

,由于a光的折射率大,則a光在玻璃中的傳播速度較小,又由題圖可知a光在玻璃磚中的傳播路徑較長,故a光比c光穿過該半圓柱體玻璃磚所需時(shí)間長,故C正確;由于c光的折射率小,波長較長,則在相同條件下進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn),c光的條紋間距比a光寬,故D正確;a、c光分別從空氣射入某種介質(zhì)中時(shí),不能發(fā)生全反射,故E錯(cuò)誤。答案ACD(2)設(shè)光線在AC邊上的F點(diǎn)射出棱鏡,光線的入射角為i',折射角為r',由幾何關(guān)系、反射定律及折射定律,有i=30°③i'=90°-θ④sin

i=nsin

r⑤nsin

i'=sin

r'⑥聯(lián)立①③④⑤⑥式并代入題給數(shù)據(jù),得由幾何關(guān)系,r'即AC邊射出的光線與最初的入射光線的夾角。(2)設(shè)光線在AC邊上的F點(diǎn)射出棱鏡,光線的入射角為i',折4.(2020全國卷Ⅲ)如圖所示,一折射率為

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(jì)光線在棱鏡內(nèi)的多次反射,求AC邊與BC邊上有光出射區(qū)域的長度的比值。4.(2020全國卷Ⅲ)如圖所示,一折射率為的材甲

答案2解析本題以三棱鏡為背景,意在考查光的折射定律、全反射等知識。如圖甲所示,設(shè)從D點(diǎn)入射的光線經(jīng)折射后恰好射向C點(diǎn),光在AB邊上的入射角為θ1,折射角為θ2,由折射定律有sin

θ1=nsin

θ2①設(shè)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(guān)系θ'=30°+θ2②由①②式并代入題給數(shù)據(jù)得θ2=30°③nsin

θ'>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。甲答案2乙

設(shè)從AD范圍入射的光折射后在AC邊上的入射角為θ″,如圖乙所示。由幾何關(guān)系θ″=90°-θ2⑤由③⑤式和已知條件可知nsin

θ″>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(shè)BC邊上有光線射出的部分為CF,由幾何關(guān)系得lCF=lACsin

30°⑦AC邊與BC邊上有光出射區(qū)域的長度的比值為

=2。⑧乙設(shè)從AD范圍入射的光折射后在AC邊上的入射角為θ″,如圖考點(diǎn)三測定玻璃的折射率(師生共研)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y定玻璃的折射率,掌握光發(fā)生折射的入射角和折射角的確定方法。2.實(shí)驗(yàn)原理用插針法找出與入射光線AO對應(yīng)的出射光線O'B,確定出O'點(diǎn),畫出折射光線OO',然后測量出角θ1和θ2,根據(jù)n=計(jì)算玻璃的折射率。3.實(shí)驗(yàn)器材白紙、圖釘、大頭針、直尺、鉛筆、量角器、平木板、長方形玻璃磚?？键c(diǎn)三測定玻璃的折射率(師生共研)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.實(shí)驗(yàn)步驟(1)鋪白紙、畫線①如圖所示,將白紙用圖釘按在繪圖板上,先在白紙上畫出一條直線aa'作為界面,過aa'上的一點(diǎn)O畫出界面的法線NN',并畫一條線段AO作為入射光線。②把平行玻璃轉(zhuǎn)平放在白紙上,使它的長邊跟aa'對齊,畫出玻璃磚的另一條長邊bb'。4.實(shí)驗(yàn)步驟(2)插針與測量①在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2,透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像,調(diào)整視線的方向,直到P1的像被P2擋住,再在觀察的這一側(cè)依次插兩枚大頭針P3、P4,使P3擋住P1、P2的像,P4擋住P1、P2的像及P3,記下P3、P4的位置。②移動玻璃磚連接P3、P4并延長交bb'于O',連接OO'即為折射光線,入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O'ON'。③用量角器測出入射角和折射角,查出它們的正弦值。④改變?nèi)肷浣铅?,重復(fù)實(shí)驗(yàn),記錄相關(guān)測量數(shù)據(jù)。(2)插針與測量5.數(shù)據(jù)處理(1)計(jì)算法:計(jì)算每次折射率n,求出平均值

。(2)圖像法(如圖所示)(3)單位圓法(如圖所示)5.數(shù)據(jù)處理(3)單位圓法(如圖所示)6.誤差分析(1)入射光線、出射光線確定的準(zhǔn)確性造成誤差,故在入射側(cè)和出射側(cè)所插兩枚大頭針的間距應(yīng)大一些。(2)入射角和折射角的測量造成誤差。入射角應(yīng)適當(dāng)大一些,可以減小測量的相對誤差。6.誤差分析7.注意事項(xiàng)(1)實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)盡可能將大頭針豎直插在紙上,且P1和P2之間、P3和P4之間、P2與O、P3與O'之間距離要稍大一些。(2)入射角θ1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°)。當(dāng)θ1太大時(shí),反射光較強(qiáng),出射光較弱;當(dāng)θ1太小時(shí),入射角、折射角測量的相對誤差較大。(3)操作時(shí),手不能觸摸玻璃磚的光潔光學(xué)面,更不能把玻璃磚界面當(dāng)作尺子畫界線。(4)實(shí)驗(yàn)過程中,玻璃磚與白紙的相對位置不能改變。(5)玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的,宜在5cm以上,若寬度太小,則測量誤差較大。7.注意事項(xiàng)【典例3】

(2019天津卷)某小組做測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn),所用器材有:玻璃磚,大頭針,刻度尺,圓規(guī),筆,白紙。(1)下列哪些措施能夠提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確程度(

)A.選用兩光學(xué)表面間距大的玻璃磚B.選用兩光學(xué)表面平行的玻璃磚C.選用粗的大頭針完成實(shí)驗(yàn)D.插在玻璃磚同側(cè)的兩枚大頭針間的距離盡量大些【典例3】(2019天津卷)某小組做測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn),(2)該小組用同一套器材完成了四次實(shí)驗(yàn),記錄的玻璃磚界線和四個(gè)大頭針扎下的孔洞如下圖所示,其中實(shí)驗(yàn)操作正確的是(

)(2)該小組用同一套器材完成了四次實(shí)驗(yàn),記錄的玻璃磚界線和四(3)該小組選取了操作正確的實(shí)驗(yàn)記錄,在白紙上畫出光線的徑跡,以入射點(diǎn)O為圓心作圓,與入射光線、折射光線分別交于A、B點(diǎn),再過A、B點(diǎn)作法線NN'的垂線,垂足分別為C、D點(diǎn),如圖所示,則玻璃的折射率n=

。(用圖中線段的字母表示)

(3)該小組選取了操作正確的實(shí)驗(yàn)記錄,在白紙上畫出光線的徑跡解析(1)在插針法測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)中,使用兩光學(xué)面間距大的玻璃磚能更準(zhǔn)確地確定玻璃磚內(nèi)光線的位置,有利于減小實(shí)驗(yàn)誤差,而兩光學(xué)面是否平行對測量折射率沒有影響,選項(xiàng)A正確、B錯(cuò)誤;插針時(shí)要求后插的針擋住先插的針或先插的針的像,故選用細(xì)一點(diǎn)的大頭針能更準(zhǔn)確地確定光線位置,提高實(shí)驗(yàn)精確度,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)中是根據(jù)同側(cè)兩枚大頭針的連線來確定入射光線或出射光線,故距離大些更好,選項(xiàng)D正確。

解析(1)在插針法測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)中,使用兩光學(xué)面間距大(2)由題圖可知實(shí)驗(yàn)使用的是平行玻璃磚,故出射光線應(yīng)該與入射光線平行,選項(xiàng)A出射光線與入射光線在同一直線上,選項(xiàng)B、C中出射光線與入射光線不平行,故只有選項(xiàng)D正確。(2)由題圖可知實(shí)驗(yàn)使用的是平行玻璃磚,故出射光線應(yīng)該與入射【典例4】

用圓弧狀玻璃磚做測定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)時(shí),先在白紙上放好圓弧狀玻璃磚,在玻璃磚的一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P1、P2,然后在玻璃磚的另一側(cè)觀察,調(diào)整視線使P1的像被P2的像擋住,接著在眼睛所在的一側(cè)插兩枚大頭針P3和P4,使P3擋住P1和P2的像,P4擋住P3以及P1和P2的像,在紙上標(biāo)出大頭針位置和圓弧狀玻璃磚輪廓,如圖甲所示,其中O為兩圓弧圓心,圖中已畫出經(jīng)P1、P2點(diǎn)的入射光線?！镜淅?】用圓弧狀玻璃磚做測定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)時(shí),先在白紙(1)在圖乙上補(bǔ)畫出光路以及入射角和折射角。(2)用所測物理量計(jì)算折射率的公式為n=

。

(3)為了保證在弧面CD得到出射光線,實(shí)驗(yàn)過程中,光線在弧面AB的入射角應(yīng)適當(dāng)

(選填“小一些”“無所謂”或“大一些”)。

(4)多次改變?nèi)肷浣?測得幾組入射角和折射角,根據(jù)測得的入射角和折射角的正弦值,畫出了如圖乙所示的圖像,由圖像可知該玻璃磚的折射率n=

。

(1)在圖乙上補(bǔ)畫出光路以及入射角和折射角。解析(1)連接P3、P4與CD交于一點(diǎn),此交點(diǎn)即為光線從玻璃磚中射出的位置,由于P1、P2的連線與AB的交點(diǎn)即為光線進(jìn)入玻璃磚的位置,連接兩交點(diǎn)即可作出玻璃磚中的光路,如圖所示。(2)由折射定律可得n=(3)為了保證能在弧面CD上有出射光線,實(shí)驗(yàn)過程中,光線在弧面AB上的入射角應(yīng)適當(dāng)小一些,才不會使光線在CD面上發(fā)生全反射。(4)圖像的斜率k==n,由題圖乙可知斜率為1.5,即該玻璃的折射率為1.5。解析(1)連接P3、P4與CD交于一點(diǎn),此交點(diǎn)即為光線從玻璃5.(2020山西高三一模)如圖所示為某同學(xué)利用插針法測定半圓形玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)。在一半圓形玻璃磚外面插上P1、P2、P3、P4四枚大頭針時(shí),P3、P4恰可擋住P1、P2所成的像。(1)(多選)以下說法正確的是

。

A.P1、P2及P3、P4之間的距離適當(dāng)大些,可以提高準(zhǔn)確度B.P1、P2及P3、P4之間的距離取得小些,可以提高準(zhǔn)確度C.入射角θ適當(dāng)大些,可以提高準(zhǔn)確度D.P1、P2的間距,入射角的大小均與實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度無關(guān)(2)該玻璃磚的折射率n=

。另一同學(xué)將大頭針插在P1'和P2'位置時(shí),沿著P3、P4的方向看不到大頭針的像,其原因可能是

。

【對點(diǎn)演練】

5.(2020山西高三一模)如圖所示為某同學(xué)利用插針法測定半答案

(1)AC

(2)

經(jīng)過P1'、P2'的光線在界面MN處發(fā)生全反射解析(1)反射光線是通過隔著玻璃磚觀察成一條直線確定的,大頭針間的距離太小,引起的誤差會較大,故P1、P2及P3、P4之間的距離適當(dāng)大些,可以提高準(zhǔn)確度,故A正確,B錯(cuò)誤;入射角θ盡量大些,折射角也會大些,折射現(xiàn)象較明顯,角度的相對誤差會減小,故C正確,D錯(cuò)誤。(2)由圖知,沿P1、P2的光線入射角為i=30°,折射