（江蘇專版）2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十三章 第3節(jié) 光的折射 全反射講義（含解析）

（江蘇專版）2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十三章 第3節(jié) 光的折射 全反射講義（含解析）(1)光的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象叫光的折射。(×)(2)折射率跟折射角的正弦成正比。(×)(3)只要入射角足夠大，就能發(fā)生全反射。(×)(4)折射定律是托勒密發(fā)現(xiàn)的。(×)(5)若光從空氣中射入水中，它的傳播速度一定減小。()(6)已知介質(zhì)對(duì)某單色光的臨界角為C，則該介質(zhì)的折射率等于。()(7)密度大的介質(zhì)一定是光密介質(zhì)。(×)突破點(diǎn)(一)折射定律與折射率的應(yīng)用1對(duì)折射率的理解(1)公式n中，不論光是從真空射入介質(zhì)，還是從介質(zhì)射入真空，1總是真空中的光線與法線間的夾角，2總是介質(zhì)中的光線與法線間的夾角。(2)折射率與入射角的大小無關(guān)，與介質(zhì)的密度無關(guān)，光密介質(zhì)不是指密度大的介質(zhì)。(3)折射率的大小不僅與介質(zhì)本身有關(guān)，還與光的頻率有關(guān)。同一種介質(zhì)中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越小。(4)同一種色光，在不同介質(zhì)中雖然波速、波長(zhǎng)不同，但頻率不變。2平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對(duì)光路的控制平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)結(jié)構(gòu)玻璃磚上下表面是平行的橫截面為三角形的三棱鏡橫截面是圓對(duì)光線的作用通過平行玻璃磚的光線不改變傳播方向，但要發(fā)生側(cè)移通過三棱鏡的光線經(jīng)兩次折射后，出射光線向棱鏡底面偏折圓界面的法線是過圓心的直線，光線經(jīng)過兩次折射后向圓心偏折應(yīng)用測(cè)定玻璃的折射率全反射棱鏡，改變光的傳播方向改變光的傳播方向典例(2017·江蘇高考)人的眼球可簡(jiǎn)化為如圖所示的模型。折射率相同、半徑不同的兩個(gè)球體共軸。平行光束寬度為D，對(duì)稱地沿軸線方向射入半徑為R的小球，會(huì)聚在軸線上的P點(diǎn)。取球體的折射率為，且DR。求光線的會(huì)聚角。(示意圖未按比例畫出)解析由幾何關(guān)系sin i，解得i45°則由折射定律n，解得r30°且ir，解得30°。答案30°方法規(guī)律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。(2)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)。(3)利用折射定律、折射率公式求解。(4)注意折射現(xiàn)象中光路的可逆性。集訓(xùn)沖關(guān)1(2019·揚(yáng)州中學(xué)月考)兩束平行的細(xì)激光束，垂直于半圓柱玻璃的平面射到半圓柱玻璃上，如圖所示。已知其中一條光線沿直線穿過玻璃，它的入射點(diǎn)是O，另一條光線的入射點(diǎn)為A，穿過玻璃后兩條光線交于P點(diǎn)。已知玻璃截面的圓半徑為R，OA，OPR，光在真空中的傳播速度為c3.0×108 m/s，求此玻璃磚的折射率和激光束在該玻璃材料中的傳播速率。解析：光路圖如圖所示：由A點(diǎn)入射的光線沿直線進(jìn)入玻璃，在半圓面上的入射點(diǎn)為B，入射角設(shè)為1，折射角設(shè)為2，則sin 1解得：130°因OPR，由幾何關(guān)系知BPR，則折射角260°由折射定律得玻璃的折射率為n1.73該光線在玻璃中傳播速度為：v m/s1.73×108 m/s。答案：1.731.73×108 m/s2(2018·淮安三模)如圖所示，真空中有一個(gè)半徑為R的均勻透明介質(zhì)球，一細(xì)束激光沿直線AB傳播，在介質(zhì)球表面的B點(diǎn)經(jīng)折射進(jìn)入球，入射角160°，在球面上另一點(diǎn)又一次經(jīng)折射后進(jìn)入真空，此時(shí)激光的傳播方向相對(duì)于光線AB偏轉(zhuǎn)了60°。已知真空中的光速為c，求：(1)介質(zhì)球的折射率n；(2)激光在介質(zhì)球中傳播的時(shí)間t。解析：(1)激光的光路圖如圖所示：由幾何關(guān)系可知折射角230°由折射定律有：n解得：n1.73。(2)激光在介質(zhì)中傳播的距離sR傳播的速度：v激光在介質(zhì)球中傳播的時(shí)間：t。答案：(1)1.73(2)突破點(diǎn)(二)光的全反射1求解光的折射、全反射問題的四點(diǎn)提醒(1)光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對(duì)而言的。同一種介質(zhì)，相對(duì)于其他不同的介質(zhì)，可能是光密介質(zhì)，也可能是光疏介質(zhì)。(2)如果光線從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，則無論入射角多大，都不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象。(3)光的反射和全反射現(xiàn)象，均遵循光的反射定律，光路均是可逆的。(4)當(dāng)光射到兩種介質(zhì)的界面上時(shí)，往往同時(shí)發(fā)生光的折射和反射現(xiàn)象，但在全反射現(xiàn)象中，只發(fā)生反射，不發(fā)生折射。2求解全反射現(xiàn)象中光的傳播時(shí)間的注意事項(xiàng)(1)全反射現(xiàn)象中，光在同種均勻介質(zhì)中的傳播速度不發(fā)生變化，即v。(2)全反射現(xiàn)象中，光的傳播路程應(yīng)結(jié)合光路圖與幾何關(guān)系進(jìn)行確定。(3)利用t求解光的傳播時(shí)間。3解決全反射問題的一般步驟(1)確定光是從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)。(2)應(yīng)用sin C確定臨界角。(3)根據(jù)題設(shè)條件，判定光在傳播時(shí)是否發(fā)生全反射。(4)如發(fā)生全反射，畫出入射角等于臨界角時(shí)的臨界光路圖。(5)運(yùn)用幾何關(guān)系或三角函數(shù)關(guān)系以及反射定律等進(jìn)行分析、判斷、運(yùn)算，解決問題。典例(2019·南師附中模擬)一個(gè)半圓柱形玻璃磚，其橫截面是半徑為R的半圓，AB為半圓的直徑，O為圓心，如圖所示。玻璃的折射率為n，一束平行光垂直射向玻璃磚的下表面，若光線到達(dá)上表面后，都能從該表面射出，則入射光束在AB上的最大寬度為多少？解析在O點(diǎn)左側(cè)，設(shè)從E點(diǎn)射入的光線進(jìn)入玻璃磚后在上表面的入射角恰好等于全反射的臨界角，則OE區(qū)域的入射光線經(jīng)上表面折射后都能從玻璃磚射出，如圖所示。由全反射條件有sin ，由幾何關(guān)系有OERsin ，由對(duì)稱性可知，若光線都能從上表面射出，光束的寬度最大為l2OE聯(lián)立解得lR。答案R方法規(guī)律解答全反射類問題的技巧(1)解答全反射類問題時(shí)，要抓住發(fā)生全反射的兩個(gè)條件：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。(2)利用好光路圖中的臨界光線，準(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)生全反射的光路圖是解題的關(guān)鍵，且在作光路圖時(shí)盡量與實(shí)際相符。集訓(xùn)沖關(guān)1(2019·南京一模)如圖所示，一束激光垂直于AB面照射到折射率n2的等腰透明介質(zhì)上。光在真空中的傳播速度為c。求：(1)光在該介質(zhì)中傳播的速度；(2)激光在該介質(zhì)AC面上發(fā)生全反射，A 的最小值。解析：(1)根據(jù)折射率的決定式：n可知，v。(2)根據(jù)發(fā)生全反射的條件：sin ，即sin ，解得30°，由幾何關(guān)系可知發(fā)生全反射時(shí)A，所以A的最小值為30°。答案：(1)(2)30°2(2018·揚(yáng)州二模)半圓筒形玻璃磚的折射率為n，厚度為d，其截面如圖所示。一束光垂直于左端面射入，光能無損失地射到右端面，光在真空中的速度為c。求：(1)光在玻璃磚中的速度v；(2)筒的內(nèi)半徑R應(yīng)滿足的條件。解析：(1)光在玻璃磚中的速度為：v。(2)光路如圖所示：從筒左端內(nèi)側(cè)入射的光線能發(fā)生全反射的條件是：C，即sin sin C由幾何關(guān)系得sin ，所以解得：R。答案：(1)(2)R突破點(diǎn)(三)色散現(xiàn)象1光的色散(1)現(xiàn)象：一束白光通過三棱鏡后在屏上會(huì)形成彩色光帶。(2)成因：棱鏡材料對(duì)不同色光的折射率不同，對(duì)紅光的折射率最小，紅光通過棱鏡后的偏折程度最小，對(duì)紫光的折射率最大，紫光通過棱鏡后的偏折程度最大，從而產(chǎn)生色散現(xiàn)象。2各種色光的比較顏色紅橙黃綠青藍(lán)紫頻率低高同一介質(zhì)中的折射率小大同一介質(zhì)中的速度大小波長(zhǎng)大小通過棱鏡的偏折角小大臨界角大小雙縫干涉時(shí)的條紋間距大小題點(diǎn)全練1(2015·福建高考)如圖，一束光經(jīng)玻璃三棱鏡折射后分為兩束單色光a、b，波長(zhǎng)分別為a、b，該玻璃對(duì)單色光a、b的折射率分別為na、nb，則()Aa<b，na>nbBa>b，na<nbCa<b，na<nb Da>b，na>nb解析：選B一束光經(jīng)過三棱鏡折射后，折射率小的光偏折較小，而折射率小的光波長(zhǎng)較長(zhǎng)。所以a>b，na<nb。故選項(xiàng)B正確。2.如圖所示，一束可見光穿過平行玻璃磚后，分成a、b兩束單色光。下列說法中正確的是()Aa光的波長(zhǎng)小于b光的波長(zhǎng)Ba光的頻率大于b光的頻率C在該玻璃磚中，a光的傳播速度比b光大D在真空中，a光的傳播速度比b光大解析：選C由折射光路可知，a光的折射程度較小，則折射率較小，則a光的頻率較小，a光的波長(zhǎng)較大，根據(jù)v可知，在該玻璃磚中，a光的傳播速度比b光大，選項(xiàng)C正確，A、B錯(cuò)誤；在真空中各種光的傳播速度均相同，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。3多選如圖所示為太陽(yáng)光進(jìn)入三棱鏡后發(fā)生色散的情形，則下列說法正確的是()A屏上d處是紫光B屏上d處的光在棱鏡中傳播速度最大C屏上d處的光在棱鏡中傳播速度最小D光經(jīng)過三棱鏡后發(fā)生色散原因是不同頻率的光在同種介質(zhì)中折射率不同解析：選ACD太陽(yáng)光(白色光)經(jīng)過三棱鏡后產(chǎn)生色散現(xiàn)象，在光屏由上至下(a、b、c、d)依次為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。由于紫光的折射率最大，所以偏折最大；紅光的折射率最小，則偏折程度最小，故屏上a處為紅光，屏上d處是紫光，同時(shí)由v可知，屏上d處的光在棱鏡中傳播速度最小，故A、C正確，B錯(cuò)誤；太陽(yáng)光進(jìn)入三棱鏡后發(fā)生色散，是由于不同頻率的光在同種介質(zhì)中折射率不同造成的，故D正確。