高考物理大一輪總復(fù)習(xí) 第二章 第1講 光的折射 全反射 新人教版選修34

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1、第二章第二章 光光考綱下載考綱下載考情上線考情上線1.光的折射定律光的折射定律 2折射率折射率 3.全反射、光導(dǎo)纖維全反射、光導(dǎo)纖維 4.光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象象 實(shí)驗(yàn)二：測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)二：測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)三：用雙縫干涉測(cè)光的實(shí)驗(yàn)三：用雙縫干涉測(cè)光的波長波長1.考查對(duì)光的折射定律的理解考查對(duì)光的折射定律的理解與應(yīng)用與應(yīng)用2考查全反射現(xiàn)象及其分析考查全反射現(xiàn)象及其分析3考查光的干涉條件，干涉條考查光的干涉條件，干涉條紋的分析以及衍射、偏振等現(xiàn)紋的分析以及衍射、偏振等現(xiàn)象的理解象的理解4考查折射率、波長的測(cè)量考查折射率、波長的測(cè)量.第第1講光的折射全反射講光的折射

2、全反射01主干回顧固基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)1光的折射定律 折射率 1. 折射現(xiàn)象光從一種介質(zhì)斜射進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)傳播方向_的現(xiàn)象 改變改變2. 折射定律(1)內(nèi)容：折射光線與入射光線、法線處在_內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的_；入射角的正弦與折射角的正弦_(2)表達(dá)式：_n12，式中n12是比例常數(shù)(3)在光的折射現(xiàn)象中，光路是_的同一平面同一平面兩側(cè)兩側(cè)成正比成正比可逆可逆3. 折射率(1)定義：光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，_的正弦與_的正弦的比值(2)物理意義：折射率僅反映介質(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(shí)_，反之偏折小入射角入射角折射角折射角偏折大偏折大 (3)定義式：n

3、_.不能說n與_成正比，與_成反比折射率由介質(zhì)本身的光學(xué)性質(zhì)和光的頻率決定、與入射角的大小無關(guān) (4)計(jì)算公式：n_，因vc，故任何介質(zhì)的折射率總 _(選填“大于”或“小于”)1.sin1sin2大于大于4. 光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)(1)光密介質(zhì)：折射率_的介質(zhì)(2)光疏介質(zhì)：折射率_的介質(zhì)(3)光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是_的同種介質(zhì)相對(duì)不同介質(zhì)可能是光密介質(zhì)，也可能是光疏介質(zhì).較大較大較小較小相對(duì)相對(duì)知識(shí)點(diǎn)2全反射、光導(dǎo)纖維 1. 全反射(1)條件：光從光密介質(zhì)射入_入射角_臨界角(2)現(xiàn)象：折射光完全消失，只剩下_(3)臨界角：折射角等于90時(shí)的入射角，用C表示，sinC_.光疏介質(zhì)光疏介質(zhì)大于或等

4、于大于或等于反射光反射光2. 光導(dǎo)纖維原理：利用_光的全反射光的全反射3光的色散(1)光的色散現(xiàn)象：含有多種顏色的光被分解為_光的現(xiàn)象(2)色散規(guī)律：由于n紅n紫，所以以相同的入射角射到棱鏡界面時(shí)，紅光和紫光的折射角不同，即紫光偏折得更明顯當(dāng)它們射到另一個(gè)界面時(shí)，紫光的偏折最大，_光的偏折最小單色單色紅紅 (3)光的色散現(xiàn)象說明： 白光為復(fù)色光； 同一介質(zhì)對(duì)不同色光的折射率不同，頻率越大的色光折射率_； 不同色光在同一介質(zhì)中的傳播速度不同，波長越短，波速_.越大越大越慢越慢知識(shí)點(diǎn)3實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率 (5)在玻璃磚的bb一側(cè)白紙上豎直地插一枚大頭針，用眼睛觀察調(diào)整視線，同時(shí)移動(dòng)大頭針P3的

5、位置，使P3恰好能同時(shí)擋住aa一側(cè)所插的大頭針P2、P1的像，把此位置的大頭針P3固定，插好 (6)同樣地，在玻璃磚的bb一側(cè)再垂直地插一枚大頭針P4，使P4能擋住P3本身，同時(shí)也擋住P1、P2的像 (7)記下P1、P2、P3、P4的位置，移去玻璃磚，拔去大頭針，過P3、P4連一條直線OB，交bb于O點(diǎn)，連接OO就是入射光線AO在玻璃磚內(nèi)的折射光線，折射角為2.2.注意事項(xiàng)(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間、P2和O點(diǎn)之間、P3與P4之間、P3與O之間距離要稍大一些，這樣可以減小確定光路方向時(shí)出現(xiàn)的誤差(2)入射角1應(yīng)適當(dāng)大一些，以減小測(cè)量角度的誤差，但入射角不宜太大，

6、太大會(huì)導(dǎo)致反射光太強(qiáng)、折射光太弱，不易確定P3、P4的位置(3)在操作時(shí)，手不能觸摸玻璃磚的光潔光學(xué)面，更不能把玻璃磚界面當(dāng)尺子畫界線(4)在實(shí)驗(yàn)過程中，玻璃磚與白紙的相對(duì)位置不能改變一、基礎(chǔ)知識(shí)題組1. 光的反射、光的折射的光路圖很多公園的水池底都裝有彩燈，當(dāng)一細(xì)束由紅、藍(lán)兩色組成的燈光從水中斜射向空氣時(shí)，關(guān)于光在水面可能發(fā)生的反射和折射現(xiàn)象，下列光路圖中正確的是()解析：紅光、藍(lán)光都要發(fā)生反射，紅光的折射率較小，所以紅光發(fā)生全反射的臨界角較藍(lán)光大，藍(lán)光發(fā)生全反射時(shí)，紅光不一定發(fā)生，故選項(xiàng)C正確答案：C2. 折射率公式(多選)如圖所示，光在真空和介質(zhì)的界面MN上發(fā)生偏折，那么下列說法正確的是

7、()A. 光是從真空射向介質(zhì)B. 介質(zhì)的折射率為1.73C. 光在介質(zhì)中的傳播速度為1.73108 m/sD. 反射光線與折射光線成60角答案：答案：BC 3. 全反射及光導(dǎo)纖維(多選)香港中文大學(xué)第三任校長高錕榮獲了2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)高度評(píng)價(jià)了高錕的貢獻(xiàn)，評(píng)委會(huì)指出：高錕1966年發(fā)現(xiàn)如何通過光學(xué)玻璃纖維遠(yuǎn)距離傳輸光信號(hào)的工作，成為今日電話和高速互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的基石下列關(guān)于“光纖”及原理的說法中，正確的是() A. 光纖通信具有傳輸容量大、衰減小、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) B. 光纖通信、全息照相、數(shù)碼相機(jī)及醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡都是利用了光的全反射原理 C. 實(shí)用光導(dǎo)纖維是

8、由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射 D. 當(dāng)今，在信號(hào)的傳輸領(lǐng)域中，光纖電纜(“光纜”)已經(jīng)幾乎完全取代了傳統(tǒng)的銅質(zhì)“電纜”，成為傳播信息的主要工具，是互聯(lián)網(wǎng)的骨架，并已聯(lián)接到普通社區(qū)解析：全息照相是利用了光的干涉的原理，數(shù)碼相機(jī)是一種利用電子傳感器把光學(xué)影像轉(zhuǎn)換成電子數(shù)據(jù)的照相機(jī)，它們都不是利用了光的全反射原理，B錯(cuò)誤；實(shí)用光導(dǎo)纖維是由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的大，C錯(cuò)誤答案：AD4. 光的色散現(xiàn)象分析雨后太陽光入射到水滴中發(fā)生色散而形成彩虹設(shè)水滴是球形的，圖2中的圓代表水滴過球心的截面，入射光線在過此截面的平面內(nèi)，a、b、c、

9、d代表四條不同顏色的出射光線，則它們可能依次是()A. 紫光、黃光、藍(lán)光和紅光B. 紫光、藍(lán)光、黃光和紅光C. 紅光、藍(lán)光、黃光和紫光D. 紅光、黃光、藍(lán)光和紫光解析：由可見光的折射率知，紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種色光的折射率依次增大，由題圖知ad折射率依次減小，故A、C、D錯(cuò)，B對(duì)答案：B6. 光傳播路徑的確定方法如圖所示是一種折射率n1.5的棱鏡，現(xiàn)有一束光線沿MN的方向射到棱鏡的AB界面上，入射角的正弦值為sin i0.75.求：(1)光在棱鏡中傳播的速率；(2)通過計(jì)算說明此束光線射出棱鏡后的方向并畫出光路圖(不考慮返回到AB面上的光線)答案：見解析確定光線的方法1先確定光線在界面

10、上的入射點(diǎn)，然后再找光線通過的另外一個(gè)點(diǎn)，通過兩點(diǎn)確定光線2. 根據(jù)折射定律計(jì)算折射角，確定折射光線當(dāng)光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，應(yīng)注意是否發(fā)生全反射02典例突破知規(guī)律(2)折射率由介質(zhì)本身性質(zhì)決定，與入射角的大小無關(guān)(3)折射率與介質(zhì)的密度沒有關(guān)系，光密介質(zhì)不是指密度大的介質(zhì)(4)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(5)同一種色光，在不同介質(zhì)中雖然波速、波長不同，但頻率相同2. 平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對(duì)光路的控制 典例透析一半圓柱形透明物體橫截面如圖所示，底面AOB鍍銀(圖中粗線)，O表示半圓截面的圓心，一束光線在橫

11、截面內(nèi)從M點(diǎn)入射，經(jīng)過AB面反射后從N點(diǎn)射出，已知光線在M點(diǎn)的入射角為30，MOA60，NOB30.求：(1)光線在M點(diǎn)的折射角；(2)透明物體的折射率解題探究(1)如何確定透明物體內(nèi)的折射光線和反射光線？提示：可先找出M點(diǎn)關(guān)于AOB平面的對(duì)稱點(diǎn)，再確定反射光線和入射光線(2)如何確定透明體的折射率？(1)如圖，透明物體內(nèi)部的光路為折線MPN，Q、M點(diǎn)相對(duì)于底面EF對(duì)稱，Q、P、N三點(diǎn)共線設(shè)在M點(diǎn)處，光的入射角為i，折射角為r，OMQ，PNF，根據(jù)題意有30 由幾何關(guān)系得，PNOPQOr，于是r60 r 由式得r15光的折射問題的規(guī)范求解(1)一般解題步驟：根據(jù)題意準(zhǔn)確作出光路圖，注意作準(zhǔn)法線

12、利用數(shù)學(xué)知識(shí)找到入射角和折射角利用折射定律列方程 考點(diǎn)2光的折射、全反射的綜合應(yīng)用考點(diǎn)解讀：1.全反射的理解(1)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(2)光的全反射現(xiàn)象遵循光的反射定律，光路是可逆的 (3)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)生折射當(dāng)折射角等于90時(shí)，實(shí)際上就已經(jīng)沒有折射光了 (4)全反射現(xiàn)象可以從能量的角度去理解：當(dāng)光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，在入射角逐漸增大的過程中，反射光的能量逐漸增強(qiáng)，折射光的能量逐漸減弱，當(dāng)入射角等于臨界角時(shí)，折射光的能量已經(jīng)減弱為零，這時(shí)就發(fā)生了全反射2.全

13、反射的有關(guān)現(xiàn)象及應(yīng)用(1)海水浪花呈白色、玻璃(水)中氣泡看起來特別亮、沙漠蜃景、夏天的柏油路面看起來“水淋淋”的、海市蜃樓、鉆石的奪目光彩、水下燈照不到整個(gè)水面、全反射棱鏡等(2)光導(dǎo)纖維：結(jié)構(gòu)：簡稱光纖，是一種透明的玻璃纖維絲，直徑在幾微米到一百微米之間，由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率，即內(nèi)芯是光密介質(zhì)，外套是光疏介質(zhì)原理：光在光纖的內(nèi)芯中傳播，每次射到內(nèi)、外層的界面上時(shí)，都要求入射角大于臨界角，從而發(fā)生全反射典例透析2012山東高考如圖所示，一玻璃球體的半徑為R，O為球心，AB為直徑來自B點(diǎn)的光線BM在M點(diǎn)射出，出射光線平行于AB，另一光線BN恰好在N點(diǎn)發(fā)生全反射已知

14、ABM30，求(1)玻璃的折射率(2)球心O到BN的距離 解題探究(1)折射率公式 (2)恰好發(fā)生全反射時(shí)，入射角的角度多大 解答全反射類問題的技巧 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：一是光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，二是入射角大于或等于臨界角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，這樣更有利于問題的分析解析：如圖，考慮從玻璃立方體中心O點(diǎn)發(fā)出的一條光線，假設(shè)它斜射到玻璃立方體上表面發(fā)生折射根據(jù)折射定律有nsinsin 2. 如圖所示，AB為一直光導(dǎo)纖維，AB之間距離為s，使一光脈沖信號(hào)從光導(dǎo)纖維中間入射，射入后在光

15、導(dǎo)纖維與空氣的界面上恰好發(fā)生全反射，由A點(diǎn)傳輸?shù)紹點(diǎn)所用時(shí)間為t，求光導(dǎo)纖維所用材料的折射率n. 出射光線和入射光線之間的夾角稱為偏向角(如圖中) (2)棱鏡成像(如圖) 隔著棱鏡看物體的像是正立的虛像，像的位置向棱鏡頂角方向偏移3. 全反射棱鏡(1)定義：橫截面為等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡(2)全反射棱鏡對(duì)光路的控制如圖所示：(3)全反射棱鏡的優(yōu)點(diǎn)：全反射棱鏡和平面鏡在改變光路方面，效果是相同的，相比之下，全反射棱鏡成像更清晰，光能損失更少4. 光的色散(1)光的色散：把復(fù)色光分解為單色光的現(xiàn)象叫做光的色散白光通過棱鏡后，被分解為紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛和紫七種顏色(如圖) (2)正確理

16、解光的色散 光的顏色由光的頻率決定 各種色光的比較顏色顏色紅橙黃綠青藍(lán)紫紅橙黃綠青藍(lán)紫 頻率頻率低低高高同一介質(zhì)中的折射率同一介質(zhì)中的折射率小小大大 同一介質(zhì)中速度同一介質(zhì)中速度大大小小 波長波長大大小小臨界角臨界角大大小小通過棱鏡的偏折角通過棱鏡的偏折角小小大大解題探究(1)試分析題目中“要求入射角為任何值的光線都會(huì)從棱鏡的右側(cè)面射出”的物理含義物理含義：_.提示：光線在右側(cè)不會(huì)發(fā)生全反射(2)入射光線在什么情況下在右側(cè)面的入射角最大？此入射角應(yīng)滿足什么條件？提示：當(dāng)入射光線與左側(cè)面垂直時(shí)，光線在右側(cè)面的入射角最大，此時(shí)的入射角應(yīng)小于臨界角嘗試解答045設(shè)入射光線經(jīng)玻璃折射時(shí)，入射角為i，折

17、射角為r，射至棱鏡右側(cè)面的入射角為.根據(jù)折射定律有sininsinr由幾何關(guān)系得r當(dāng)i0時(shí)，由式知r0，有最大值m(如圖)，光路圖、折射率公式、臨界角公式和幾何關(guān)系式是解決這類問題的基礎(chǔ) 變式訓(xùn)練 一束白光從頂角為的一邊以較大的入射角i射入并通過三棱鏡后，在屏P上可得到彩色光帶，如圖所示，在入射角i逐漸減小到零的過程中，假如屏上的彩色光帶先后全部消失，則() A. 紅光最先消失，紫光最后消失 B. 紫光最先消失，紅光最后消失 C. 紫光最先消失，黃光最后消失 D. 紅光最先消失，黃光最后消失解析：白光從AB射入玻璃后，由于紫光偏折大，從而到達(dá)另一側(cè)面AC時(shí)的入射角較大，且因紫光折射率大，sin

18、C1/n，因而其全反射的臨界角最小，故隨著入射角i的減小，進(jìn)入玻璃后的各色光中紫光首先發(fā)生全反射不從AC面射出，后依次是靛、藍(lán)、綠、黃、橙、紅，逐漸發(fā)生全反射而不從AC面射出答案：B考點(diǎn)4測(cè)定玻璃的折射率考點(diǎn)解讀：實(shí)驗(yàn)記憶口訣白紙上面畫邊緣，然后才放玻璃磚；兩針決定入射光，再插一針擋兩像；兩針兩像成一線，去磚畫圖是重點(diǎn)；入射線，折射線，作出法線角出現(xiàn)；入射角，折射角，不大不小是最好；拿磚要觸毛玻面，插針豎直做實(shí)驗(yàn)典例透析2012浙江高考在“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)經(jīng)正確操作插好了4枚大頭針，如圖甲所示 (1)根據(jù)圖甲在下圖中畫出完整的光路圖； (2)對(duì)你畫出的光路圖進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算，求得

19、該玻璃磚的折射率n_(保留3位有效數(shù)字)； (3)為了觀測(cè)光在玻璃磚不同表面的折射現(xiàn)象，某同學(xué)做了兩次實(shí)驗(yàn)，經(jīng)正確操作插好了8枚大頭針，如圖乙所示圖中P1和P2是同一入射光線上的2枚大頭針，其對(duì)應(yīng)出射光線上的2枚大頭針是P3和_(填“A”或“B”)嘗試解答(1)見解析_(2)1.50(說明：0.03范圍內(nèi)都有)_(3)A(1)如圖所示(3)光路圖如圖所示，光線經(jīng)兩邊沿相互平行的玻璃磚，出射光線平行于入射光線，即MNP4B.P1P2光線從棱鏡右邊側(cè)面射出向底邊偏折，如圖P3A，所以填A(yù). 變式訓(xùn)練 1. 某同學(xué)利用“插針法”測(cè)定玻璃的折射率，所用的玻璃磚兩面平行正確操作后，作出的光路圖及測(cè)出的相關(guān)角度如圖所示 (1)此玻璃的折射率計(jì)算式為n_(用圖中的1、2 表示)； (2)如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇，為了減小誤差，應(yīng)選用寬度_(填“大”或“小”)的玻璃磚來測(cè)量2. 2012江蘇高考“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)中，在玻璃磚的一側(cè)豎直插兩個(gè)大頭針A、B，在另一側(cè)再豎直插兩個(gè)大頭針C、D.在插入第四個(gè)大頭針D時(shí)，要使它_如圖是在白紙上留下的實(shí)驗(yàn)痕跡，其中直線a、a是描在紙上的玻璃磚的兩個(gè)邊根據(jù)該圖可算得玻璃的折射率n_.(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案：擋住C及AB的像1.8(1.61.9)