1、【 精品教育资源文库 】 第 15单元 光学 电磁波 相对论高考热点统计 要求 2014年 2015年 2016年 2017年 高考基础要求及冷点统计 光的折射定律 34(2) 34(2) 34(1) 34(2) 34(2) 34(2) 34(2) 34(2) 狭义相对论的基本假设、质能关系 ( ) 实验 :测定玻璃的折射率 电磁波的产生包括了麦克斯韦电磁波理论 ,需要引起注意 .相对论在近些年全国卷考查中是冷点 . 折射率、全反射、光导纤维、光的干涉、衍射和偏振现象 34(2) 34(2) 34(1) 34(2) 34(2) 34(2) 34(2) 34(2) 电磁波的产生、发射、传播和接
2、收、电磁波谱 34(1) 实验 :用双缝干涉测量光的波长 34(1) 34(1) 考情分析 1.本章考查的热点有光的折射定律、折射率的计算、全反射的应用等 ,题型有选择、填空、计算等 ,难度中等偏下 ,光的折射与全反射的综合 ,以计算题的形式考查的居多。 2.对于光学部分 ,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 ; 3.电磁波和相对论部分 ,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 . 第 37讲 光的折射、全反射 一、光的折射定律 1.折射现象 :光从一种介质进入另一种介质时传播方向 的现象 . 2.折射定律 (1)
3、内容 :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 ;入射角的正弦与 成正比 . (2)表达式 : =n12( 1、 2分别为入射角和折射角 ,n12是比例常数 ). 二、折射率 1.定义 :光从真空射入某种介质发生折射时 , 与 之比 ,叫作这种介质的折射率 . 2.定义式 :n= .折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定 . 3.计算公式 :n= ,因为 vn2,则折射率为 n1的介质称为光密介质 ,折射率为 n2的介质称为光疏介质 . 4.物理意义 :折射率是表示光从一种介质进入另一种介质时 ,发生偏折程度的物理量 ,与入射角 1及折射角 2的大小无关
4、. 三、全反射 1.定义 :光从光密介质入射到光疏介质的分界面上时 ,当 增大到某一角度时 ,折射 光线消失 ,只剩下反射光线的现象 . 2.条件 : 光从 介质射向 介质 ; 入射角 临界角 . 3.临界角 :折射角等于 90 时的入射角 .若光从光密介质 (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 sin C= . 4.应用 :全反射棱镜、 . 【 精品教育资源文库 】 四、光的色散 1.光的色散 :含有多种颜色的光被分解为 的现象叫作光的色散 .白光通过三棱镜会分解为红、橙、 、绿、 、靛、紫七种单色光 . 2.光谱 :含有多种颜色的光被分解后 ,各种色光按其波
5、长的 排列 . 【思维辨析】 (1)无论是折射光路 ,还是全反射光路都是可逆的 . ( ) (2)光线从光疏介质进入光密介质 ,入射角等于临界角时发生全 反射现象 . ( ) (3)若光从空气中射入水中 ,它的传播速度一定增大 . ( ) (4)在同一种介质中 ,光的频率越大 ,折射率越大 . ( ) (5)折射率跟折射角的正弦成正比 . ( ) (6)只要入射角足够大 ,就能发生全反射 . ( ) (7)折射定律是托勒密发现的 . ( ) (8)密度大的介质一定是光密介质 . ( ) 考点一 全反射现象的理解及应用 1.对 全反射的理解 (1)光的反射和全反射现象均遵循光的反射定律 ,光路均
6、是可逆的 . (2)光线射向两种介质的界面时 ,往往同时发生折射和反射现象 ,但在全反射现象中只发生反射现象 ,不发生折射现象 ,当折射角等于 90 时 ,实际上就已经没有折射光线了 . (3)从能量角度分析 ,光从光密介质射向光疏介质时 ,随着入射角增大 ,反射光的能量增强 ,折射光的能量减弱 ,当入射角增大到临界角时 ,折射光的能量减小到零 ,发生全反射现象 ,折射光线消失 . 2.解题思路 (1)画出恰好发生全反射的光路图 ; (2)利用几何关系找出临界角 ; (3)判断 发生全反射的范围 . 1 如图 37-1所示 ,玻璃球冠的折射率为 ,其底面镀银 ,底面的半径是球半径的 ;在过球心
7、 O且垂直于底面的平面 (纸面 )内 ,有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的 M点 ,该光线的延长线恰好过底面边缘上的 A点 .求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角 . 图 37-1 【 精品教育资源文库 】 式题 1 2014全国卷 一厚度为 h的大平板玻璃水平放置 ,其下表面贴有一半径为 r 的圆形发光面 ,在玻璃板上表面放置一半径为 R 的圆纸片 ,圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上 ,已知圆纸片恰好能完全 遮挡住从圆形发光面发出的光线 (不考虑反射 ),求平板玻璃的折射率 . 式题 2 2013全国卷 如图 37-2所示 ,三棱镜的横截面为直角三角形 ABC, A=
8、30, B=60 .一束平行于 AC边的光线自 AB边的 P 点射入三棱镜 ,在 AC 边发生反射后从 BC 边的 M点射出 .若光线在 P点的入射角和在M点的折射角相等 . (1)求三棱镜的折射率 ; (2)在三棱镜的 AC边是否有光线透出 ?写出分析过程 .(不考虑多次反射 ) 图 37-2 考点二 光的色散 【 精品教育资源文库 】 1.光速与波长、频率的关系 光速 v与波长 、频率 f的关系为 v=f. 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 . 2.各种色光的比较 颜色 红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫 频率 低高 同一介质中折射率 小大 同一介质中速度 大小
9、波长 大小 临界角 大小 通过棱镜的偏折角 小大 2 (多选 )2015全国卷 如图 37-3所示 ,一束光沿半径方向射向一块半圆形玻璃砖 ,在玻璃砖底面上的入射角为 ,经折射后射出 a、 b两束光线 ,则 ( ) 图 37-3 A.在玻璃 中 ,a光的传播速度小于 b光的传播速度 B.在真空中 ,a光的波长小于 b光的波长 C.玻璃砖对 a光的折射率小于对 b光的折射率 D.若改变光束的入射方向使 角逐渐变大 ,则折射光线 a首先消失 E.分别用 a、 b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验 ,a光的干涉条纹间距大于 b光的干涉条纹间距 式题 2015四川卷 直线 P1P2过均匀玻璃球球心 O
10、,细光束 a、 b平行且关于 P1P2对称 ,由空气射入玻璃球的光路如图 37-4所示 .a、 b光相比 ( ) 图 37-4 A.玻璃对 a光的折射率较大 B.玻璃对 a光的临界角较 小 C.b光在玻璃中的传播速度较小 D.b光在玻璃中的传播时间较短 考点三 折射定律与全反射综合 求解光的折射与全反射的综合问题时 ,要抓住折射定律和发生全反射的条件这两个关键 .基本思路如下 : (1)判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质 . (2)判断入射角是否大于临界角 ,明确是否发生全反射现象 . (3)画出反射、折射或全反射的光路图 ,必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图 ,然
11、后结合几何知识进行推断和求解相关问题 . (4)折射率 n是讨论折射和全反射问题的重要物理量 ,是联系各物理量的桥梁 ,对跟折射率有关的所有关系式应熟练掌握 . 3 2017全国卷 如图 37-5所示 ,一玻璃工件的上半部是半径为 R的半球体 ,O点为球心 ;下半部是半径为R、高为 2R的圆柱体 ,圆柱体底面镀有反射膜 .有一平行于中心轴 OC的光线从半球面射入 ,该光线与 OC之间的距离为 0.6R.已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行 (不考虑多次反射 ).求该玻璃的折射率 . 【 精品教育资源文库 】 图 37-5 式题 2017陕西五校三模 如图 37-6所示为一巨大的玻璃容
12、器 ,容器底部有一定的厚度 ,容器中装一 定量的水 ,在容器底部有一单色点光源 ,已知水对该光的折射率为 ,玻璃对该光的折射率为 1.5,容器底部玻璃的厚度为d,水的深度也为 d.求 : (1)该光在玻璃和水中传播的速度 ;(光在真空中的传播速度为 c) (2)水面形成的光斑的面积 .(仅考虑直接由光源发出的光线 ) 图 37-6 【 精品教育资源文库 】 考点四 测定玻璃的折射率 考向一 实验原理与步骤 1.实验原理 实验原理图如图 37-7所示 ,当光线 AO1以一定的入射角 1穿过两面平行的玻璃砖时 ,通过插针法找出跟入射光线 AO1对应的出射光线 O2B,从而求出折射光线 O1O2和
13、折射角 2,再根据 n= 算出玻璃的折射率 . 图 37-7 2.实验步骤 (1)用图钉把白纸固定在木板上 . (2)在白纸上画一条直线 aa,并取 aa上的一点 O1为入射点 ,作过 O1点的法线 NN. (3)画出线段 AO1作为入射光线 ,并在 AO1上插上 P1、 P2两根大头针 . (4)在白纸上放上玻璃砖 ,使玻璃砖的一条长边与直线 aa对齐 ,并画出另一条长边的对齐线 bb. (5)眼睛在 bb的一侧透过玻璃砖观察两根大头针并调整视线方向 ,使 P1的像被 P2的像挡住 ,然后在眼睛这一侧插上大头 针 P3,使 P3挡住 P1、 P2的像 ,再插上 P4,使 P4挡住 P1、 P
14、2的像和 P3. (6)移去玻璃砖 ,拔去大头针 ,由大头针 P3、 P4的针孔位置确定出射光线 O2B及出射点 O2,连接 O1、 O2得线段 O1O2. (7)用量角器测量入射角 1和折射角 2,并查出其正弦值 sin 1和 sin 2. (8)改变入射角 ,重复实验 ,算出不同入射角时的 ,并取平均值 . 4 在“测定玻璃的折射率”实验中 ,某同学经正确操作插好了 4枚大头针 ,如图 37-8所示 . 图 37-8 (1)在图 37-9中画出完整的光路图 . 【 精品教育资源文库 】 图 37-9 (2)对你画出的光路图进行测量和计算 ,求得该玻璃砖的折射率 n= (保留三位有效数字 ). (3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象 ,某同学做了两次实验 ,经正确操作插好了 8枚大头针 ,如图 37-10所示 .图中 P1和 P2是同一入射光线上的 2枚大头针 ,其对应出射光线上的 2枚大头针是 P3和 (选填“ A”或“ B” ). 图 37-10 式题 某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率 (如图 37-11所示 ).实验的主要过程如下 : 图 37-11 A.把白纸用图钉固定在木板上 ,在白纸上作出直角坐标系 xOy,在白纸上画一条线段 AO 表示入射光线 . B.把半圆形玻璃砖 M放在白纸上 ,使其底边 aa与 x轴重合 . C.用一束平行
