2024屆高考物理二輪專題復(fù)習(xí)與測(cè)試第一部分專題五熱學(xué)光學(xué)原子物理第14講幾何光學(xué)與物理光學(xué)命題點(diǎn)一光的折射全反射

第14講幾何光學(xué)與物理光學(xué)1．光的折射定律、折射率．(1)折射定律．①內(nèi)容：如圖所示，折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比．②表達(dá)式：eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n.③在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的．(2)折射率．①折射率是一個(gè)反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量．②定義式：n＝eq\f(sinθ1,sinθ2).③計(jì)算公式：n＝eq\f(c,v)，因?yàn)関<c，所以任何介質(zhì)的折射率都大于1.2．全反射、光導(dǎo)纖維．(1)定義．光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí)，折射光線將全部消失，只剩下反射光線的現(xiàn)象．(2)條件．①光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)；②入射角大于或等于臨界角．(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＝eq\f(1,n).介質(zhì)的折射率越大，發(fā)生全反射的臨界角越小．3．光的色散．(1)光的色散現(xiàn)象：一束白光通過三棱鏡后在屏上會(huì)形成彩色光帶．(2)成因：棱鏡材料對(duì)不同色光的折射率不同，對(duì)紅光的折射率最小，紅光通過棱鏡后的偏折程度最小，對(duì)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．4．光的干涉現(xiàn)象．(1)雙縫干涉．①光能夠發(fā)生干涉的條件：兩光的頻率相同，振動(dòng)步調(diào)相同．②雙縫干涉形成的條紋是等間距的，兩相鄰亮條紋或相鄰暗條紋間距離與波長(zhǎng)成正比，即Δx＝eq\f(l,d)λ.③用白光照射雙縫時(shí)，形成的干涉條紋的特點(diǎn)：中央為白條紋，兩側(cè)為彩色條紋．(2)亮暗條紋的判斷方法．①如圖所示，光源S1、S2發(fā)出的光到屏上某點(diǎn)的路程差r2－r1＝kλ(k＝0，1，2，…)時(shí)，光屏上出現(xiàn)亮條紋．②光的路程差r2－r1＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0，1，2，…)時(shí)，光屏上出現(xiàn)暗條紋．③條紋間距：Δx＝eq\f(l,d)λ，其中l(wèi)是雙縫到光屏的距離，d是雙縫間的距離，λ是光波的波長(zhǎng)．命題點(diǎn)一光的折射全反射1．折射定律．(1)內(nèi)容：折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比．(2)表達(dá)式：eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n12，式中n12是比例常數(shù)．2．折射率．(1)定義：光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫作這種介質(zhì)的絕對(duì)折射率，簡(jiǎn)稱折射率．定義式：n＝eq\f(sinθ1,sinθ2).(2)對(duì)折射率的理解．①折射率大小不僅反映了介質(zhì)對(duì)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＝eq\f(c,n).②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?。弁环N色光，在不同介質(zhì)中雖然波速、波長(zhǎng)不同，但頻率相同．(2023·全國乙卷)如圖，一折射率為eq\r(2)的棱鏡的橫截面為等腰直角三角形△ABC，AB＝AC＝l，BC邊所在底面上鍍有一層反射膜．一細(xì)光束沿垂直于BC方向經(jīng)AB邊上的M點(diǎn)射入棱鏡，若這束光被BC邊反射后恰好射向頂點(diǎn)A，求M點(diǎn)到A點(diǎn)的距離．解析：由題意可做出光路圖如圖所示光線垂直于BC方向射入，根據(jù)幾何關(guān)系可知入射角為45°；由于棱鏡折射率為eq\r(2)，根據(jù)n＝eq\f(sini,sinr)，有sinr＝eq\f(1,2)，則折射角為30°；∠BMO＝60°，因?yàn)椤螧＝45°，所以光在BC面的入射角為θ＝90°－(180°－60°－45°)＝15°.根據(jù)反射定律可知∠MOA＝2θ＝30°.根據(jù)幾何關(guān)系可知∠BAO＝30°，即△MAO為等腰三角形，則eq\f(MO,AO)＝eq\f(\r(3),3).又因?yàn)椤鰾OM與△CAO相似，故有eq\f(BM,AC)＝eq\f(MO,AO)，由題知AB＝AC＝l，聯(lián)立可得BM＝eq\f(\r(3),3)AC＝eq\f(\r(3),3)l.所以M到A點(diǎn)的距離為x＝MA＝l－BM＝eq\f(3－\r(3),3)l.答案：eq\f(3－\r(3),3)l1.莊子與惠子游于濠梁之上．莊子曰：“鯈魚出游從容，是魚之樂也．”人在橋上觀魚()A．人能看到魚，魚不能看到人B．人看到的魚是經(jīng)反射所成的像C．魚看到的人的位置比人的實(shí)際位置低D．人看到的魚的位置比魚的實(shí)際位置高解析：魚在水中，魚作為等效光源，是從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)，能夠發(fā)生全反射，因此，人可能看不到魚，而人在空氣中，人作為等效光源，是從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，不能夠發(fā)生全反射，因此，魚能看到人，人不能看到魚，A項(xiàng)錯(cuò)誤；人看到的魚是經(jīng)光的折射所成的像，B項(xiàng)錯(cuò)誤；人在空氣中，人作為等效光源，入射角大于折射角，魚沿折射光線的反向延長(zhǎng)線看人，魚看到的人的位置比人的實(shí)際位置高，C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確．故選D.答案：D2.(2023·全國甲卷)(多選)等腰三角形△abc為一棱鏡的橫截面，ab＝ac；一平行于bc邊的細(xì)光束從ab邊射入棱鏡，在bc邊反射后從ac邊射出，出射光分成了不同顏色的兩束，甲光的出射點(diǎn)在乙光的下方，如圖所示．不考慮多次反射．下列說法正確的是()A．甲光的波長(zhǎng)比乙光的長(zhǎng)B．甲光的頻率比乙光的高C．在棱鏡中的傳播速度，甲光比乙光的大D．該棱鏡對(duì)甲光的折射率大于對(duì)乙光的折射率E．在棱鏡內(nèi)bc邊反射時(shí)的入射角，甲光比乙光的大解析：根據(jù)折射定律和反射定律作出光路圖如圖所示由圖可知，乙光的折射角較小，根據(jù)折射定律可知乙光的折射率大，則乙光的頻率大，根據(jù)c＝fλ可知，乙光的波長(zhǎng)短，A項(xiàng)正確、B、D項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)v＝eq\f(c,n)可知在棱鏡中的傳播速度，甲光比乙光的大，C項(xiàng)正確；根據(jù)幾何關(guān)系可知光在棱鏡內(nèi)bc邊反射時(shí)的入射角，甲光比乙光的大，E正確．故選ACE項(xiàng)．答案：ACE3．某透明棱鏡面如圖所示，半圓與矩形的三個(gè)邊相切，其中半圓的圓心為O，半徑為R，矩形的頂點(diǎn)A與圓心O的連線與半圓交于C點(diǎn)，一束光線從矩形左邊上某點(diǎn)B射入棱鏡，光線與棱鏡邊界的夾角為30°光線經(jīng)過一次折射后射向C點(diǎn)，已知光在真空中的速度為c，光在棱鏡中的傳播速度為eq\f(\r(3),3)c.求：(1)光線在B點(diǎn)的折射角；(2)光線在棱鏡中傳播時(shí)間．解析：(1)由題意可知n＝eq\f(c,v)＝eq\f(c,\f(\r(3),3)c)＝eq\r(3).光線在B點(diǎn)的入射角iB＝90°－30°＝60°，由折射定律有n＝eq\f(siniB,sinrB)，解得rB＝30°.(2)光線在棱鏡中的光路如圖所示由幾何關(guān)系可知光線在C點(diǎn)的入射角iC＝180°－60°－45°＝75°，且siniC＝sin75°>sin60°＝eq\f(\r(3),2)>sinC＝eq\f(\r(3),3)，所以光線在C點(diǎn)發(fā)生全反射，然后光線從D點(diǎn)離開棱鏡，由正弦定理有eq\f(BC,sin45°)＝eq\f(AC,sin60°).由