高考物理一轮复习 专题52 光的折射 全反射 光导纤维（讲）（含解析）1

第十二章 选修3-4本章考查的热点有简谐运动的特点及图象、波的图象以及波长、波速、频率的关系，光的折射和全反射，题型以选择题和填空题为主，难度中等偏下，波动与振动的综合及光的折射与全反射的综合，有的考区也以计算题的形式考查复习时应注意理解振动过程中回复力、位移、速度、加速度等各物理量的变化规律、振动与波动的关系及两个图象的物理意义，注意图象在空间和时间上的周期性，分析几何光学中的折射、全反射和临界角问题时，应注意与实际应用的联系，作出正确的光路图；光和相对论部分，以考查基本概念及对规律的简单理解为主，不可忽视任何一个知识点1理解折射率的概念，掌握光的折射定律2掌握全反射的条件，会进行有关简单的计算1折射现象光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向改变的现象2折射定律（1）内容：如图所示，折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比（2）表达式：（3）在光的折射现象中，光路是可逆的3折射率（1）折射率是一个反映介质的光学性质的物理量（2）定义式：（3）计算公式：，因为vc，所以任何介质的折射率都大于1（4）当光从真空（或空气）射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质射入真空（或空气）时，入射角小于折射角4全反射现象（1）条件：光从光密介质射入光疏介质入射角大于或等于临界角（2）现象：折射光完全消失，只剩下反射光5临界角：折射角等于90时的入射角，用C表示，sin C6光的色散（1）光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象（2）光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长的有序排列（3）光的色散现象说明：白光为复色光；同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率越大；不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速越慢（4）棱镜含义：截面是三角形的玻璃仪器，可以使光发生色散，白光的色散表明各色光在同一介质中的折射率不同三棱镜对光线的作用：改变光的传播方向，使复色光发生色散考点一折射定律的理解与应用解决光的折射问题的一般方法：（1）根据题意画出正确的光路图（2）利用几何关系确定光路中的边、角关系，确定入射角和折射角（3）利用折射定律建立方程进行求解重点归纳1玻璃砖对光路的控制两平面平行的玻璃砖，出射光线和入射光线平行，且光线发生了侧移，如图所示2三棱镜对光路的控制（1）光密三棱镜：光线两次折射均向底面偏折，偏折角为，如图所示（2）光疏三棱镜：光线两次折射均向顶角偏折（3）全反射棱镜（等腰直角棱镜），如图所示当光线从一直角边垂直射入时，在斜边发生全反射，从另一直角边垂直射出（如图甲）当光线垂直于斜边射入时，在两直角边发生全反射后又垂直于斜边射出（如图乙），入射光线和出射光线互相平行特别提醒不同颜色的光的频率不同，在同一种介质中的折射率、光速也不同，发生全反射现象的临界角也不同典型案例如图所示，一个折射率为的三棱镜的截面为等腰直角，为直角。此截面所在平面内的一束光线沿与AB边成角（）的方向入射到AB边的中点P处，若要光线进入三棱镜后能射到AC边上且能在AC面上发生全反射，则应满足什么条件？【答案】【名师点睛】解答本题的关键在于利用几何关系找出入射角、折射角和它们之间的关系，由折射定律可列出方程求解。针对练习1如图所示，在MN的下方足够大的空间是玻璃介质，其折射率n，玻璃介质的上边界MN是屏幕玻璃中有一个正三角形空气泡，其边长l40cm，顶点与屏幕接触于C点，底边AB与屏幕平行一束激光a垂直于AB边射向AC边的中点O，结果在屏幕MN上出现两个光斑（1）求两个光斑之间的距离L（2）若任意两束相同的激光同时垂直于AB边向上射入空气泡，求屏幕上相距最远的两个光斑之间的距离【答案】40 cm 80 cm【解析】 （1）画出光路图如图甲所示在界面AC，入射角i60，由折射定律解得折射角r30由光的反射定律得反射角60；由几何关系得，ODC是边长为的正三角形，OEC为等腰三角形，且CEOC；则两个光斑之间的距离LDCCE40 cm甲乙（2）作出入射点在A、B的光线的光路图，如图乙所示，由图可得屏幕上相距最远的两个光斑之间的距离PQ2l80 cm【名师点睛】本题是几何光学问题，是折射定律、反射定律与几何知识的综合应用要充分运用几何知识，求解两个光斑之间的距离针对练习2一透明柱状介质，如图所示，其横截面为扇形AOC，O为圆心，半径为R，圆心角为600；AC关于OB对称。一束足够宽平行于OB的单色光由OA和OC面射入介质，介质折射率为 ，要使ABC面上没有光线射出，至少在O点左侧垂直OB放置多长的遮光板？（不考虑ABC面的反射）【答案】折射光线射向球面AC，在E点恰好发生全反射，入射角为，有解得：【名师点睛】几何光学是3-4部分的重点，也高考的热点，关键要能正确作出光路图，掌握折射定律和光速公式这些基础知识。熟练掌握折射定律的公式及全反射公式考点二全反射现象的理解与应用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重点归纳1光的折射、全反射中的三个“一”一个规律：光的折射定律一个概念：折射率一个条件：全反射的条件2解答全反射类问题的技巧（1）解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的两个条件：一是光必须从光密介质射入光疏介质，二是入射角大于或等于临界角利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符，这样更有利于问题的分析（2）解答光的折射、全反射问题时抓好两个关键点准确作出光路图利用几何关系确定光路中的边、角关系，找准入射角和折射角典型案例如图所示，四分之一圆柱体玻璃砖半径R=8cm，放在水平地面上，一束激光平行于OB从OA上C点射入玻璃砖，恰好从玻璃砖的曲面上D点射出，最后激光打在水平地面上E点，BE=2cm，求：OC的距离；该玻璃的折射率。【答案】【名师点睛】解决光学问题的关键要掌握全反射的条件、折射定律、临界角公式、光速公式，运用几何知识结合解决这类问题针对练习1某种液体的折射率为，距液面下深h处有一个点光源，从液面上看液面被光源照亮的圆形区域的直径为： （ ）A2h B2h Ch Dh【答案】B【解析】 水下点光源射向空气时，当照射越远时入射角越大，照射越近则入射角越小由水的折射率n可求出水的临界角 则;当入射角i等于450时，恰好发生全反射从液面上看液面被光源照亮的圆形区域的直径为D=2h; 故选：B【名师点睛】此题是关于全反射的考查，运用恰好发生全反射来确定光斑区域的大小，水下点光源是向四面八方照射，当从水中射向空气时，若入射角大于或等于临界角，就会发生光的全反射所以有区域的光不会射出。针对练习2如图所示为用某种透明材料制成的一块柱形棱镜的横截面图，圆弧CD是半径为R的四分之一圆周，圆心为光线从AB面上的M点入射，入射角i=60 ，光进入棱镜后恰好在BC面上的O点发生全反射，然后由CD面射出已知OB段的长度l=6cm，真空中的光速c=30108m/s求：透明材料的折射率n光从M点传播到点O所用的时间t【答案】【名师点睛】本题是折射现象和全反射现象的综合，关键作出光路图，掌握全反射的条件和临界角公式，结合几何关系求解