2019版高考物理一轮复习第十五章光电磁波与相对论第1讲光的折射全反射学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 第 1 讲 光的折射 全反射 考情微解读 见学生用书 P212 微知识 1 光的直线传播 1光源 光源是能自行发光的物体，它的特点是能将其他形式的能转化为 光能 。光在介质中的传播就是 能量 的传播。 2光沿直线传播的条件及光速 (1)光在同种 均匀 介质中，总是沿着直线传播，光在真空中的传播速度 c 3.010 8_m/s。光在任何介质中的传播速度都 小于 c。 (2)若 n 为介质的折射率，则光在此介质中的传播速度 v cn。 微知识 2 光的折射 1折射现象 光从一种介质进入另一种 介质时，在界面上光路发生 改变 的现象。 2折射定律 折射光线与入射光线、法线

2、在 同一平面 内；折射光线与入射光线分别位于 法线 的两侧；入射角的正弦和折射角的正弦成正比，即 sin 1sin2 n。 3折射率 (1)定义：光从 真空 射入 某种介质 发生折射时，入射角的正弦与折射角的 正弦 之比，叫做这种介质的折射率。 【 精品教育资源文库 】 (2)表达式： n sin 1sin2。 (3)决定因素：由介质本身及光的 频率 共同决定，与入射角、折射角的大小 无关 ，与介质的密度 有关 。 (4)折射率与光速的关系。 介质 的折射率等于光在 真空 中的速度与在 该介质 中的速度之比，即 n cv。 (5)光疏介质与光密介质。 任何介质的折射率都大于 1，折射率越大，

3、光在其中的传播速度就越小。两种介质相比较，折射率大的介质叫 光密 介质，折射率小的介质叫 光疏 介质。 特别提醒 (1)在光的折射现象中，光路是可逆的。 (2)公式 n sin 1sin2中， 1是真空 (或空气 )中的光线与法线间的夹角， 2是介质中的光线与法线间的夹角，不一定称 1为入射角， 2为折射角。 微知识 3 全反射 1定义 光从 光密 介质 射向 光疏介质 ，当入射角增大到某一角度，使折射角达到 90 时， 折射光完全消失，只剩下 反射 光的现象。 2条件 (1)光从 光密 介质射向 光疏 介质； (2)入射角 大于或等于 临界角。 3临界角 指折射角等于 90 时的入射角。若光

4、从光密介质 (折射率为 n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为 C，则 sinC 1n。 4应用 光导纤维应用了光的 全反射 原理。 一、思维辨析 (判断正误，正确的画 “” ，错误的画 “” 。 ) 1折射率的大小由介质和光的频率共同决定，与入射角、折射角的大小无关。 () 2密度大的物体为光密介质，密度小的物体为光疏介质。 () 3光从一种介质进入另一种介质时，光的频率不变。 () 4不同颜色的光在真空中的传播速度都相同，均为 3.010 8 m/s。 () 5在同一种介质中，红光的折射率小于紫光的折射率。 () 二、对点微练 1 (光的反射和折射 )一束复色光由空气射向一块平行平面玻

5、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。下列哪个光路图可能是正确的 ( ) 【 精品教育资源文库 】 解析 因 a 光的频率小于 b 光的频率，则 a 光的折射率小于 b 光的折射率，射入玻璃后a 光的折 射角较大；两种光从玻璃中 岀 射时应该平行射出，故选 B 项。 答案 B 2 (折射率 )如图，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. 62 B. 2 C.32 D. 3 解析 如图所示，由 2

6、3 2 ， n sin 1sin2与 n 1sin3，解得 n 62 。 答案 A 3 (光的色散 )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 ( ) 【 精品教育资源文库 】 A紫、红、红、紫 B红、紫、红、紫 C红、紫、紫、红 D紫、红、紫、红 解析 玻璃对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大，由折射定律和反射定律可知 M点为紫色、 N 点 为红色， P 点为红色， Q 点为紫色，故 A 项正确。 答案 A

7、4 (全反射 )某种介质对空气的折射率是 2，一束光从该介质射向空气，入射角是 60 ，则下列光路图中正确的是 (图中 为空气， 为介质 )( ) 解析 由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由 sinC 1n 12，得 C 45 160 ，故在两介质的界面上会发生全反射，只有反射光线，没有折射光线，故选项 D 正确。 答案 D 见学生用书 P213 微考点 1 折射定律的理 解和应用 核 |心 |微 |讲 对折射率的理解 【 精品教育资源文库 】 1公式 n sin 1sin2中，不论是光从真空射入介质，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

8、角。 2折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关。 3折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质。 4折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。 5同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但 频率相同。 典 |例 |微 |探 【例 1】 某次探矿时发现一天然透明矿石，经测量其折射率 n 2。人工打磨成球形后置于空气中 (如图所示 )，已知球半径 R 10 cm， MN 是一条通过球心 O 的直线，单色细光束 AB 平行于 MN 射向球体， B 为入射点， AB 与 MN 间距为 d 5 2 cm， CD 为出射光

9、线。求： (1)光从 B 点传到 C 点的时间。 (2)CD 与 MN 所成的角 。 【解题导思】 (1)光在矿石中的传播距离如何求解？ 答： 通过光的折射定律和几何知识结合求得。 (2)光在矿石中的传播速度是光速 c 吗？ 答： 不是，在矿石中的光的传播速度为 cn。 解析 光路图如图。 (1)光线在 B 点界面的入射角与折射角分别为 1， 2。 由数学知识得 【 精品教育资源文库 】 sin 1 dR 5 210 22 ， 1 45 。 由折射率 n sin 1sin2， 得 sin 2 sin 1n 22212。 光在球体中传播的速度 v cn， BC 间的距离 s 2Rcos 2，

10、则光线在球中传播的时间 t sv 2nRcos 2c 63 10 9 s。 (2)在 C 点折射角为 ，根据光路可逆性得 1 45 。 由几何知识得 COP 1 BOC 180 45 120 15 ， 因 COP ，得 COP 45 15 30 。 答案 (1) 63 10 9 s (2)30 光的折射问题规范求解的步 骤及注意问题 (1)一般解题步骤 依据题意准确作出光路图，注意作准法线。 利用数学知识找到入射角和折射角。 利用折射定律列方程。 (2)“ 三点注意事项 ” 根据折射定律和入射光线画出折射光线，找到入射角和折射角，要注意入射角、折射角是入射光线、折射光线与法线的夹角。 应用公式

11、 n sin 1sin2时，一定要确定准哪个角在分子上，哪个角在分母上。 注意在折射现象中，光路是可逆的。 题 |组 |微 |练 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 ( ) 【 精品教育资源文库 】 A.sin 2sin 2B.sin 2sin 2C. sinsin? ? 2D. sinsin? ? 2解析 如图所示， i2 2 ， i1 2 。由折射定律可知 n sini1sin i2sin

12、2sin 2， A 项正确。 答案 A 2.半径为 R 的玻璃半圆柱体，横截面如图所示，圆心为 O。两束细平行单色红光沿截面射向圆柱面，方向与底面垂直，光线 1 的入射点 A 为圆柱面的顶点，光线 2 的入射点为 B， AOB 60 ，已知该玻璃对红光的折射率 n 3。 【 精品教育资源文库 】 (1)求两条光线经 圆柱面和底面折射后的交点与 O 点的距离 d。 (2)若入射的是单色蓝光，则距离 d 将比上面求得的结果大还是小？ (3)若 1、 2 分别为白色细光束，且沿 AO 方向在 O 的下方放一光屏。则光屏上出现什么现象？ 解析 (1)光路如图所示，可知 1 60 ， 由 n sin

13、1sin2， 得 2 30 ， 由几何关系及折射定律公式得 1 30 ， 2 60 ， OC 33 R，在 OCD 中可得OD d 13R。 (2)由于蓝光比红光波长小，折射率大，所以 d 将减小。 (3)由于折射率越大 d 越小，因此白光束经玻璃半圆柱体后，将在光屏上形成自下而上为红橙黄绿蓝靛紫的彩色光带。 答案 (1)R3 (2)小 (3)自下而上红橙黄绿蓝靛紫的彩色光带 微考点 2 全反射现象 核 |心 |微 |讲 1全反射的理解 (1)如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象。 (2)光的全反射现象遵循光的反射定律，光路是可逆的。 (3)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。 (4)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。 2全反射的有关现象及应用 【 精品教育资源文库 】 (1)海水浪花呈白色、玻璃 (水 )中气泡看起来特别亮、沙漠蜃景、夏天的柏油路面看起来 “ 水淋淋 ” 的、