物理總選考部分 機械振動 機械波 光 電磁波 相對論簡介 基礎(chǔ)課3 光的折射 全反射

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1、基礎(chǔ)課基礎(chǔ)課3光的折射全反射光的折射全反射光的折射定律折射率光的折射定律折射率1. .折射現(xiàn)象折射現(xiàn)象 光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時傳播方向發(fā)生光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時傳播方向發(fā)生的現(xiàn)象，如圖的現(xiàn)象，如圖1所示。所示。知 識 排知 識 排查查改變改變圖圖1兩側(cè)兩側(cè)正比正比3. .折射率折射率(1)物理意義：折射率反映介質(zhì)的光學(xué)特性，折射率大，說物理意義：折射率反映介質(zhì)的光學(xué)特性，折射率大，說明光從真空射入到該介質(zhì)時明光從真空射入到該介質(zhì)時 ，反之偏折角小。，反之偏折角小。(2)定義式：定義式：n，不能說，不能說n與與sin 1成正比，與成正比，與sin 2成反比。折射率由介質(zhì)本身的光學(xué)

2、性質(zhì)和光的成反比。折射率由介質(zhì)本身的光學(xué)性質(zhì)和光的決定。決定。(3)計算公式：計算公式：n ，因，因v c，故任何介質(zhì)的折射率，故任何介質(zhì)的折射率總大于總大于1。全反射光導(dǎo)纖維全反射光導(dǎo)纖維1.全反射全反射(1)定義：光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，當(dāng)入射角增大到某一角度，折射光線定義：光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，當(dāng)入射角增大到某一角度，折射光線 ，只剩下反射光線的現(xiàn)象。，只剩下反射光線的現(xiàn)象。(2)條件：條件：光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)。光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)。入射角入射角臨界角。臨界角。(3)臨界角：折射角等于臨界角：折射角等于90時的入射角。若光從光密介質(zhì)時的入射角。若光從光密介質(zhì)(折射率為

3、折射率為n)射向真空射向真空或空氣時，發(fā)生全反射的臨界角為或空氣時，發(fā)生全反射的臨界角為C，則，則sin C。介質(zhì)的折射率越大，發(fā)。介質(zhì)的折射率越大，發(fā)生全反射的臨界角越小。生全反射的臨界角越小。消失消失大于等于大于等于2. .光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維 光導(dǎo)纖維的原理是利用光的全反射光導(dǎo)纖維的原理是利用光的全反射(如圖如圖2)。圖圖2小 題 速小 題 速練練1. .思考判斷思考判斷(1)光從空氣射入玻璃時，只要入射角足夠大可能發(fā)生全反光從空氣射入玻璃時，只要入射角足夠大可能發(fā)生全反射。射。()(2)在水中，藍光的傳播速度大于紅光的傳播速度。在水中，藍光的傳播速度大于紅光的傳播速度。()(3)在潛水員看

4、來，岸上的所有景物都出現(xiàn)在一個倒立的圓在潛水員看來，岸上的所有景物都出現(xiàn)在一個倒立的圓錐里。錐里。()(4)光纖通信利用了全反射的原理。光纖通信利用了全反射的原理。()(5)晚上，在池水中同一深度的兩點光源分別發(fā)出紅光和藍晚上，在池水中同一深度的兩點光源分別發(fā)出紅光和藍光，藍光光源看起來淺一些。光，藍光光源看起來淺一些。()答案答案(1)(2)(3)(4)(5)2. .(2018陜西渭南二模陜西渭南二模)(多選多選)a、b兩種單色光組兩種單色光組成的光束從玻璃進入空氣時，其折射光束如成的光束從玻璃進入空氣時，其折射光束如圖圖3所示，則關(guān)于所示，則關(guān)于a、b兩束光的說法正確的是兩束光的說法正確的

5、是()A. .玻璃對玻璃對a光的折射率小于對光的折射率小于對b光的折射率光的折射率B. .增大入射角時，增大入射角時，a光首先發(fā)生全反射光首先發(fā)生全反射C. .a光的頻率大于光的頻率大于b光的頻率光的頻率D. .在真空中在真空中a光的波長大于光的波長大于b光的波長光的波長E. .分別用這兩束光照射雙縫干涉實驗裝置，在光屏上都能出分別用這兩束光照射雙縫干涉實驗裝置，在光屏上都能出現(xiàn)干涉條紋，現(xiàn)干涉條紋，a光的相鄰條紋間距大于光的相鄰條紋間距大于b光的相鄰條紋間距光的相鄰條紋間距圖圖3答案答案ADE折射定律折射率折射定律折射率1. .對折射率的理解對折射率的理解2. .光路的可逆性光路的可逆性在光

6、的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。如果讓光線逆著原來的在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。如果讓光線逆著原來的折射光線射到界面上，光線就會逆著原來的入射光線發(fā)生折折射光線射到界面上，光線就會逆著原來的入射光線發(fā)生折射。射?！镜淅俊镜淅?017全國卷全國卷，34(2)一直桶狀容器的高為一直桶狀容器的高為2l，底面是邊長為底面是邊長為l的正方形；容器內(nèi)裝滿某種透明液體，過容的正方形；容器內(nèi)裝滿某種透明液體，過容器中心軸器中心軸DD、垂直于左右兩側(cè)面的剖面圖如圖、垂直于左右兩側(cè)面的剖面圖如圖4所示。容所示。容器右側(cè)內(nèi)壁涂有反光材料，其他內(nèi)壁涂有吸光材料。在剖面器右側(cè)內(nèi)壁涂有反光材料，其他內(nèi)壁涂有吸光材料。

7、在剖面的左下角處有一點光源，已知由液體上表面的的左下角處有一點光源，已知由液體上表面的D點射出的兩點射出的兩束光線相互垂直，求該液體的折射率。束光線相互垂直，求該液體的折射率。圖圖4解析解析設(shè)從光源發(fā)出直接射到設(shè)從光源發(fā)出直接射到D點的光線的入射角為點的光線的入射角為i1，折射，折射角為角為r1。在剖面內(nèi)作光源相對于反光壁的鏡像對稱點。在剖面內(nèi)作光源相對于反光壁的鏡像對稱點C，連接，連接C、D，交反光壁于，交反光壁于E點，由光源射向點，由光源射向E點的光線，反射后沿點的光線，反射后沿ED射向射向D點。光線在點。光線在D點的入射角為點的入射角為i2，折射角為，折射角為r2，如圖所，如圖所示。示。

8、設(shè)液體的折射率為設(shè)液體的折射率為n，由折射定律有，由折射定律有nsin i1sin r1nsin i2sin r2由題意知由題意知r1r290聯(lián)立聯(lián)立式得式得n1.55答案答案1.55解決光的折射問題的思路解決光的折射問題的思路(1)根據(jù)題意畫出正確的光路圖。根據(jù)題意畫出正確的光路圖。(2)利用幾何關(guān)系確定光路中的邊、角關(guān)系，要注意入射利用幾何關(guān)系確定光路中的邊、角關(guān)系，要注意入射角、折射角均以法線為標(biāo)準(zhǔn)。角、折射角均以法線為標(biāo)準(zhǔn)。(3)利用折射定律、折射率公式求解。利用折射定律、折射率公式求解。(4)注意：在折射現(xiàn)象中光路是可逆的。注意：在折射現(xiàn)象中光路是可逆的。1. .(2018遼寧本溪聯(lián)

9、合模擬遼寧本溪聯(lián)合模擬)(多選多選)如圖如圖5所示，所示，O1O2是半圓柱是半圓柱形玻璃體的對稱面和紙面的交線，形玻璃體的對稱面和紙面的交線，A、B是關(guān)于是關(guān)于O1O2軸等距軸等距且平行的兩束不同單色細光束，從玻璃體右方射出后的光路且平行的兩束不同單色細光束，從玻璃體右方射出后的光路如圖所示，如圖所示，MN是垂直于是垂直于O1O2放置的光屏，沿放置的光屏，沿O1O2方向不斷方向不斷左右移動光屏，可在屏上得到一個光斑左右移動光屏，可在屏上得到一個光斑P，根據(jù)該光路圖，根據(jù)該光路圖，下列說法正確的是下列說法正確的是()A. .該玻璃體對該玻璃體對A光的折射率比對光的折射率比對B光的折射率小光的折射

10、率小B. .A光的頻率比光的頻率比B光的頻率高光的頻率高C. .在該玻璃體中，在該玻璃體中，A光比光比B光的波長長光的波長長D. .在真空中，在真空中，A光的波長比光的波長比B光的波長長光的波長長E. .A光從空氣進入該玻璃體后，其頻率變高光從空氣進入該玻璃體后，其頻率變高圖圖5答案答案ACD(1)玻璃磚的折射率及光線在圓弧面上出射時的折射角；玻璃磚的折射率及光線在圓弧面上出射時的折射角；(2)光在玻璃磚中傳播的時間。光在玻璃磚中傳播的時間。圖圖6由幾何關(guān)系可知，由幾何關(guān)系可知，COE90因此光線在因此光線在C點的折射角點的折射角r30由于光線在由于光線在E點的入射角為點的入射角為30，根據(jù)折

11、射定律可知，光線在，根據(jù)折射定律可知，光線在E點的折射角為點的折射角為603. .2017全國卷全國卷，34(2)如圖如圖7，一玻璃工件的上半部是半徑，一玻璃工件的上半部是半徑為為R的半球體，的半球體，O點為球心；下半部是半徑為點為球心；下半部是半徑為R、高為、高為2R的的圓柱體，圓柱體底面鍍有反射膜。有一平行于中心軸圓柱體，圓柱體底面鍍有反射膜。有一平行于中心軸OC的的光線從半球面射入，該光線與光線從半球面射入，該光線與OC之間的距離為之間的距離為0.6R。已知。已知最后從半球面射出的光線恰好與入射光線平行最后從半球面射出的光線恰好與入射光線平行(不考慮多次不考慮多次反射反射)。求該玻璃的折

12、射率。求該玻璃的折射率。圖圖7解析解析如圖，根據(jù)光路的對稱性和光路可逆性，與入射光線如圖，根據(jù)光路的對稱性和光路可逆性，與入射光線相對于相對于OC軸對稱的出射光線一定與入射光線平行。這樣，從軸對稱的出射光線一定與入射光線平行。這樣，從半球面射入的折射光線，將從圓柱體底面中心半球面射入的折射光線，將從圓柱體底面中心C點反射。點反射。設(shè)光線在半球面的入射角為設(shè)光線在半球面的入射角為i，折射角為，折射角為r。由折射定律有由折射定律有sin insin r全反射現(xiàn)象的理解和分析全反射現(xiàn)象的理解和分析1. .解答全反射類問題的技巧解答全反射類問題的技巧(1)解答全反射類問題時，要抓住發(fā)生全反射的兩個條件

13、：解答全反射類問題時，要抓住發(fā)生全反射的兩個條件：光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)；光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)；入射角大于或等于臨界角。入射角大于或等于臨界角。(2)利用好光路圖中的臨界光線，準(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)生全利用好光路圖中的臨界光線，準(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)生全反射的光路圖是解題的關(guān)鍵，且在作光路圖時盡量與實際相反射的光路圖是解題的關(guān)鍵，且在作光路圖時盡量與實際相符。符。2. .求光的傳播時間的一般思路求光的傳播時間的一般思路【典例】【典例】2017全國卷全國卷，34(2)如圖如圖8，一半徑為，一半徑為R的玻璃的玻璃半球，半球，O點是半球的球心，虛線點是半球的球心，虛線OO表示光軸表示光軸(過球

14、心過球心O與半與半球底面垂直的直線球底面垂直的直線)。已知玻璃的折射率為。已知玻璃的折射率為1.5?，F(xiàn)有一束平?，F(xiàn)有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光線能從球面射出行光垂直入射到半球的底面上，有些光線能從球面射出(不不考慮被半球的內(nèi)表面反射后的光線考慮被半球的內(nèi)表面反射后的光線)。求。求圖圖8解析解析()如圖，從底面上如圖，從底面上A處射入的光線，在球面上發(fā)生折處射入的光線，在球面上發(fā)生折射時的入射角為射時的入射角為i，當(dāng)，當(dāng)i等于全反射臨界角等于全反射臨界角ic時，對應(yīng)入射光線時，對應(yīng)入射光線到光軸的距離最大，到光軸的距離最大，設(shè)最大距離為設(shè)最大距離為l。iic設(shè)設(shè)n是玻璃的折射率，由

15、全反射臨界角的定義有是玻璃的折射率，由全反射臨界角的定義有nsin ic1由幾何關(guān)系有由幾何關(guān)系有Cr1i11. .(多選多選)水下一點光源，發(fā)出水下一點光源，發(fā)出a、b兩單色光。人在水面上方向兩單色光。人在水面上方向下看，如圖下看，如圖9所示，水面中心所示，水面中心區(qū)域有區(qū)域有a光、光、b光射出，光射出，區(qū)區(qū)域只有域只有a光射出。下列判斷正確的是光射出。下列判斷正確的是()A. .a、b光從光從區(qū)域某點傾斜射出時，區(qū)域某點傾斜射出時，a光的折射角小光的折射角小B. .在真空中，在真空中，a光的波長大于光的波長大于b光的波長光的波長C. .水對水對a光的折射率大于對光的折射率大于對b光的折射率

16、光的折射率D. .水下水下b光不能射到圖中光不能射到圖中區(qū)域區(qū)域E. .水下水下a、b光能射到圖中光能射到圖中區(qū)域以外區(qū)域區(qū)域以外區(qū)域圖圖9答案答案ABE2. .(多選多選)一光纖通訊中信號傳播的主要載體是光一光纖通訊中信號傳播的主要載體是光導(dǎo)纖維，它的結(jié)構(gòu)如圖導(dǎo)纖維，它的結(jié)構(gòu)如圖10所示，可看成一段所示，可看成一段直線，其內(nèi)芯和外套的材料不同，光在內(nèi)芯直線，其內(nèi)芯和外套的材料不同，光在內(nèi)芯中傳播，下列關(guān)于光導(dǎo)纖維的說法正確的是中傳播，下列關(guān)于光導(dǎo)纖維的說法正確的是()A. .內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射上發(fā)生

17、全反射B. .內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時在外套與外界的界面內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時在外套與外界的界面上發(fā)生全反射上發(fā)生全反射C. .波長越長的光在光纖中傳播的速度越大波長越長的光在光纖中傳播的速度越大D. .頻率越大的光在光纖中傳播的速度越大頻率越大的光在光纖中傳播的速度越大E. .若紫光以如圖所示角度入射時，恰能在光纖中發(fā)生全反射，若紫光以如圖所示角度入射時，恰能在光纖中發(fā)生全反射，則改用紅光以同樣角度入射時，不能在光纖中發(fā)生全反射則改用紅光以同樣角度入射時，不能在光纖中發(fā)生全反射圖圖10答案答案ACE圖圖11由幾何關(guān)系可知光線在由幾何關(guān)系可知光線在BC界面的入射角界面的入射角

18、60，在，在AB界面界面的折射角的折射角30解得解得451. .實驗原理與操作實驗原理與操作實驗：測定玻璃的折射率實驗：測定玻璃的折射率圖圖12單位圓法單位圓法(如圖如圖13所示所示)圖圖131. .(多選多選)圖圖14甲為某同學(xué)利用半圓形玻璃磚測定玻璃折射率甲為某同學(xué)利用半圓形玻璃磚測定玻璃折射率n的裝置示意圖，的裝置示意圖，AO、DO分別表示某次測量時，光線在空氣分別表示某次測量時，光線在空氣和玻璃中的傳播路徑。在正確操作后，他利用測出的數(shù)據(jù)作和玻璃中的傳播路徑。在正確操作后，他利用測出的數(shù)據(jù)作出了圖乙所示的折射角正弦值出了圖乙所示的折射角正弦值(sin r)與入射角正弦值與入射角正弦值(

19、sin i)的的關(guān)系圖象。則下列說法正確的是關(guān)系圖象。則下列說法正確的是()圖圖14答案答案BDE2. .(2018上海長寧區(qū)模擬上海長寧區(qū)模擬)某同學(xué)為了測量截面為正三角形的某同學(xué)為了測量截面為正三角形的玻璃三棱鏡的折射率，先在白紙上放好三棱鏡，在棱鏡的左玻璃三棱鏡的折射率，先在白紙上放好三棱鏡，在棱鏡的左側(cè)插上兩枚大頭針側(cè)插上兩枚大頭針P1和和P2，然后在棱鏡的右側(cè)觀察到，然后在棱鏡的右側(cè)觀察到P1和和P2的像，當(dāng)?shù)南瘢?dāng)P1的像恰好被的像恰好被P2的像擋住時，插上大頭針的像擋住時，插上大頭針P3和和P4，使使P3擋住擋住P1、P2的像，的像，P4也擋住也擋住P1、P2的像，在紙上標(biāo)出的的

20、像，在紙上標(biāo)出的大頭針位置和三棱鏡輪廓如圖大頭針位置和三棱鏡輪廓如圖15所示。所示。圖圖15(1)在圖上畫出對應(yīng)的光路。在圖上畫出對應(yīng)的光路。(2)為了測出三棱鏡玻璃材料的折射率，若以為了測出三棱鏡玻璃材料的折射率，若以AB為分界面，需為分界面，需要測量的量是要測量的量是_，在圖上標(biāo)出它們。，在圖上標(biāo)出它們。(3)三棱鏡玻璃材料折射率的計算公式是三棱鏡玻璃材料折射率的計算公式是n_。(4)若在描繪三棱鏡輪廓的過程中，放置三棱鏡的位置發(fā)生了若在描繪三棱鏡輪廓的過程中，放置三棱鏡的位置發(fā)生了微小的平移微小的平移(移至圖中的虛線位置，底邊仍重合移至圖中的虛線位置，底邊仍重合)，若仍以，若仍以AB為分

21、界面，則三棱鏡玻璃材料折射率的測量值為分界面，則三棱鏡玻璃材料折射率的測量值_真實真實值值(填填“大于大于”“小于小于”或或“等于等于”)。解析解析(1)光路圖如圖所示。光路圖如圖所示。(2)若以若以AB為分界面，需要測量的量為入射角為分界面，需要測量的量為入射角1、折射角、折射角2。(4)若在描繪三棱鏡輪廓的過程中，放置三棱鏡的位置發(fā)生了若在描繪三棱鏡輪廓的過程中，放置三棱鏡的位置發(fā)生了微小的平移，仍以微小的平移，仍以AB為分界面，將入射光線與為分界面，將入射光線與AB的交點和出的交點和出射光線與射光線與BC的交點連接起來，從而可知該連接線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，的交點連接起來，從而可知該連接線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致折射角變小，所以測量值比真實值大。導(dǎo)致折射角變小，所以測量值比真實值大。