（浙江选考）2021版新高考物理一轮复习 14 第十一章 光 电磁波 1 第1节 光的折射 全反射教学案

第十一章 光 电磁波知识内容考试要求真题统计2016.102017.42017.112018.42018.112019.42020.11.光的反射与折射c1421122.全反射c143.光的干涉c14161521154.光的衍射b21145.光的偏振b6.光的颜色、色散b7.激光a8.电磁波的发现a9.电磁振荡c810.电磁波的发射和接收b11.电磁波与信息化社会a12.电磁波谱a实验：测定玻璃的折射率21实验：用双缝干涉测量光的波长(同时练习使用游标型测量头)21第1节光的折射全反射【基础梳理】提示：同一两侧比值频率光密介质光疏介质大于或等于反射光【自我诊断】 判一判(1)某种玻璃对蓝光的折射率比红光大，蓝光和红光以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光的折射角较大()(2)光从空气射入玻璃时，只要入射角足够大就可能发生全反射()(3)在水中，蓝光的传播速度大于红光的传播速度()(4)在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里()(5)光纤通信利用了全反射的原理()(6)晚上，在水池中同一深度的两点光源分别发出红光和蓝光，蓝光光源看起来浅一些()提示：(1)(2)(3)(4)(5)(6) 做一做如图所示，光在真空和介质的界面MN上发生偏折，那么下列说法正确的是()A光是从真空射向介质B介质的折射率为1.73C光在介质中的传播速度为1.73108 m/sD反射光线与折射光线成90角E当入射角增大10，则折射角也将增大10提示：BCD折射定律的应用【知识提炼】1折射率：由介质本身性质决定，与入射角的大小无关2折射率与介质的密度无关，光密介质不是指密度大的介质3同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小4公式n中，不论光从真空射入介质，还是从介质射入真空，1总是真空中的光线与法线间的夹角，2总是介质中的光线与法线间的夹角【典题例析】如图，在注满水的游泳池的池底有一点光源A，它到池边的水平距离为3.0 m从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角，水的折射率为.(1)求池内的水深；(2)一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到池面的高度为2.0 m当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45.求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留1位有效数字)解析(1)如图，设到达池边的光线的入射角为i.依题意，水的折射率n，光线的折射角90.由折射定律有nsin isin 由几何关系有sin i式中，l3 m，h是池内水的深度联立式并代入题给数据得h m2.6 m(2)设此时救生员的眼睛到池边的水平距离为x.依题意，救生员的视线与竖直方向的夹角为45.由折射定律有nsin isin 式中，i是光线在水面的入射角设池底点光源A到水面入射点的水平距离为a.由几何关系有sin ixlah式中h2 m.联立式得xm0.7 m.答案(1)2.6 m(2)0.7 m【题组过关】 考向1折射率的计算1如图所示，一束单色光从空气入射到棱镜的AB面上，经AB和AC两个面折射后从AC面进入空气当出射角i和入射角i相等时，出射光线相对于入射光线偏转的角度为.已知棱镜顶角为，则计算棱镜对该色光的折射率表达式为()A.B.C. D.解析：选A.当出射角i和入射角i相等时，由几何知识，作角A的平分线，角平分线过入射光线的延长线和出射光线的反向延长线的交点、两法线的交点，如图所示，可知12，43，而i14，由折射率公式n，选项A正确 考向2对折射定律的考查2(2020丽水调研)半径为R的玻璃圆柱体，截面如图所示，圆心为O，在同一截面内，两束相互垂直的单色光射向圆柱面的A、B两点，其中一束沿AO方向，AOB30，若玻璃对此单色光的折射率n.(1)试作出两条光线从射入到第一次射出的光路途径，并求出B光第一次射出圆柱面时的折射角(当光线射向柱面时，如有折射光线则不考虑反射光线)并作出光路图(2)求两条光线经圆柱体后第一次射出的光线的交点(或延长线的交点)与A点的距离解析：(1)A光过圆心，射入和射出玻璃圆柱方向始终不变，射出玻璃圆柱的折射角为0.B光从B点射入，设折射角为r，第一次在C点射出，设B光第一次射出圆柱面时的折射角为i2，由折射定律，n，解得r30.由折射定律，n，解得i260.光路图如图所示(2)设B光从C点射出光线的反向延长线交A光光线于D点，由图可知，DOC为直角，DARtan 60R(1)R.答案：(1)见解析(2)(1)R (1)折射率只由介质本身的光学性质和光的频率决定由n定义和计算但与入射角1、折射角2无关(2)由n可计算光的折射率，n是从真空射入某种介质的折射率对两种介质来说，若n1n2，则折射率为n1的称为光密介质，折射率为n2的称为光疏介质(3)光从一种介质进入另一种介质时频率不变，波长改变，光速改变可以根据vf和n判断(4)应用光的折射定律解题的一般思路根据入射角、折射角及反射角之间的关系，作出比较完整的光路图充分利用光路图中的几何关系，确定各角之间的联系，根据折射定律求解相关的物理量：折射角、折射率等注意在折射现象中，光路是可逆的 对全反射现象的理解及应用【知识提炼】1在光的反射和全反射现象中，均遵循光的反射定律；光路均是可逆的2当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射当折射角等于90时，实际上就已经没有折射光了3全反射现象可以从能量的角度去理解：当光由光密介质射向光疏介质时，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，这时就发生了全反射【典题例析】一个半圆柱形玻璃砖，其横截面是半径为R的半圆，AB为半圆的直径，O为圆心，如图所示玻璃的折射率为n . (1)一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面，若光线到达上表面后，都能从该表面射出，则入射光束在AB上的最大宽度为多少？(2)一细束光线在O点左侧与O相距R处垂直于AB从下方入射，求此光线从玻璃砖射出点的位置解析(1)在O点左侧，设从E点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角，则OE区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出，如图，由全反射条件有sin 由几何关系有OERsin 由对称性可知，若光线都能从上表面射出，光束的宽度最大为l2OE联立式，代入已知数据得lR.(2)设光线在距O点R的C点射入后，在上表面的入射角为，由几何关系及式和已知条件得60光线在玻璃砖内会发生三次全反射，最后由G点射出，如图，由反射定律和几何关系得OGOCR射到G点的光有一部分被反射，沿原路返回到达C点射出答案(1)R(2)光线从G点射出时，OGOCR，射到G点的光有一部分被反射，沿原路返回到达C点射出(2020湖州质检)半径为R、介质折射率为n的透明圆柱体，过其轴线OO的截面如图所示位于截面所在的平面内的一细束光线，以角i0由O点入射，折射光线由上边界的A点射出当光线在O点的入射角减小至某一值时，折射光线在上边界的B点恰好发生全反射求A、B两点间的距离解析：当光线在O点的入射角为i0时，设折射角为r0，由折射定律得n设A点与左端面的距离为dA，由几何关系得sin r0若折射光线恰好发生全反射，则在B点的入射角恰好为临界角C，设B点与左端面的距离为dB，由折射定律得sin C由几何关系得sin C设A、B两点间的距离为d，可得ddBdA联立式得dR.答案：R1求解全反射现象中光的传播时间的一般思路(1)全反射现象中，光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化，即v.(2)全反射现象中，光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定(3)利用t求解光的传播时间2解决全反射问题的一般方法(1)确定光是从光密介质进入光疏介质(2)应用sin C确定临界角(3)根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射(4)如发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图(5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算，解决问题 光的色散现象【知识提炼】1光线射到介质的界面上时，要注意对产生的现象进行分析：(1)若光线从光疏介质射入光密介质，不会发生全反射，而同时发生反射和折射现象，不同色光偏折角不同(2)若光线从光密介质射向光疏介质，是否发生全反射，要根据计算判断，要注意不同色光临界角不同2作图时要找出具有代表性的光线，如符合边界条件或全反射临界条件的光线3解答时注意利用光路可逆性、对称性和几何知识4各种色光的比较颜色红橙黄绿青蓝紫频率低高同一介质中的折射率小大同一介质中速度大小波长大小临界角大小通过棱镜的偏折角小大5.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)结构玻璃砖上下表面是平行的横截面为三角形的三棱镜横截面是圆对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底边偏折圆界面的法线是过圆心的直线，经过两次折射后向圆心偏折应用测定玻璃的折射率全反射棱镜，改变光的传播方向改变光的传播方向【典题例析】实验表明，可见光通过三棱镜时各色光的折射率n随波长的变化符合科西经验公式：nA，其中A、B、C是正的常量太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如图所示，则()A屏上c处是紫光 B屏上d处是红光C屏上b处是紫光 D屏上a处是红光审题指导根据折射图象可得出各光的偏折程度，即可得出折射率的大小，则可得各光的频率、波长等的大小关系，进而可判断各光可能的顺序解析白色光经过三棱镜后产生色散现象，在光屏由上至下依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫由于紫光的折射率最大，所以偏折最大；红光的折射率最小，则偏折程度最小故屏上a处为红光，屏上d处为紫光，D正确答案D【题组过关】 考向1对光的色散现象的考查1.(2020绍兴联考)虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可利用白光照射玻璃球来说明两束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带，光路如图所示M、N、P、Q点的颜色分别为()A紫、红、红、紫 B红、紫、红、紫C红、紫、紫、红 D紫、红、紫、红解析：选A.七色光中红光的折射率最小，紫光的折射率最大，故经玻璃球折射后红光的折射角较大，由玻璃球出来后将形成光带，而两端分别是红光和紫光，根据光路图可知M、Q点为紫光，N、P点为红光，故选A. 考向2对光路的分析2(1)一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光a、b.已知a光的频率小于b光的频率下面光路图可能正确的是_(2)如图所示，含有两种单色光的一细光束，以入射角射入厚度为d的平行玻璃砖中，该玻璃砖对两种单色光的折射率分别为n1和n2，且n1n2.求两束单色光从下表面射出时出射点之间的距离解析：(1)由于a光的频率小于b光的频率，可知a光的折射率小于b光的折射率在上表面a、b两束单色光的入射角相同，由折射定律可判断出a光的折射角大于b光的折射角在下表面，光线由玻璃射向空气，光线折射率为折射角正弦比入射角正弦，故下表面的折射角应与上表面的入射角相同，即通过玻璃砖后的出射光线应与原入射光线平行(2)光路图如图所示，则n1，n2tan r1，tan r2xx2x1联立各式解得xdsin .答案：(1)B(2)dsin 光的色散中应注意的问题(1)明确题意，入射光为复色光，在出射光中，不同色光的偏折不同(2)红光的折射率最小，其偏折最小(3)紫光的折射率最大，其临界角最小，最易发生全反射(4)光的色散现象常和光的折射现象相互关联，各种色光的频率不同，在同种介质中的折射率不同，波速、波长相应地发生变化 随堂检测1(2020丽水检测)以下说法正确的是()A真空中蓝光的波长比红光的波长长B天空中的彩虹是由光干涉形成的C光纤通信利用了光的全反射原理D机械波在不同介质中传播，波长保持不变解析：选C.红光的频率小于蓝光的频率，在真空中红光和蓝光的传播速度相同，由，得红光波长比蓝光波长长，故选项A错误天空中的彩虹是水滴对不同色光的折射程度不同造成的，选项B错误光纤通信利用了光的全反射原理，选项C正确机械波在不同介质中传播时，其频率不变，但传播速度不同，由vf知，波长也不同，选项D错误2(2020嘉兴调研)如图，一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，下图能正确描述其光路的是()解析：选A.光从玻璃砖射向空气时，如果入射角大于临界角，则发生全反射；如果入射角小于临界角，则在界面处既有反射光线，又有折射光线，但折射角应大于入射角，选项A正确，选项C错误当光从空气射入玻璃砖时，在界面处既有反射光线，又有折射光线，且入射角大于折射角，选项B、D错误3如图所示，一个三棱镜的截面为等腰直角ABC，A为直角此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边，进入棱镜后直接射到AC边上，并刚好能发生全反射该棱镜材料的折射率为()A. B. C. D.解析：选A.根据折射率定义有，sin 1nsin 2，nsin 31，已知145，又2390，解得：n.4(20201月浙江选考)如图所示，一束光与某材料表面成45角入射，每次反射的光能量为入射光能量的k倍(0k1)若这束光最终进入材料的能量为入射光能量的(1k2)倍，则该材料折射率至少为()A.B.C1.5D2答案：A5.打磨某剖面如图所示的宝石时，必须将OP、OQ边与轴线的夹角切磨在12，光线一定在OP边发生全反射B若2，光线会从OQ边射出C若1，光线会从OP边射出D若2，光线不能在OP边上发生全反射；若0)现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值(nnsin i3式中C是全反射临界角，满足nsin C1由式知，棱镜的折射率n的取值范围应为n2.答案：见解析17