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第1講 光的反射與折射 全反射
[考試標(biāo)準(zhǔn)]
知識內(nèi)容
考試要求
說明
光的反射與折射
c
不要求引入相對折射率的概念.
全反射
c
光的顏色、色散
b
一、光的反射與折射
1.反射定律
反射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi),反射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè);反射角等于入射角.
2.折射定律
(1)內(nèi)容:如圖1所示,折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi),折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè);入射角的正弦與折射角的正弦成正比.
圖1
(2)表達(dá)式:=n.
(3)在光的折射現(xiàn)象中,光路是可逆的.
3.折射率
(1)折射率是一個(gè)反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量.
(2)定義式:n=.
(3)計(jì)算公式:n=,因?yàn)関
λb
C.nanb
答案 BC
解析 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較長,所以λa>λb,nan乙>n丙
B.波長λ的關(guān)系λ甲<λ乙<λ丙
C.頻率f的關(guān)系f甲λ乙>λ丙,選項(xiàng)B錯誤,C正確;光由水珠出射到空氣時(shí)的入射角等于光從空氣射入水珠時(shí)的折射角,根據(jù)光的可逆性知,它們由水珠出射到空氣的折射角均等于光從空氣射入水珠的入射角,所以θ甲=θ乙=θ丙,選項(xiàng)D正確.
11.(多選)如圖9所示,杯中裝滿水,上方有一點(diǎn)A,杯底有一點(diǎn)B,A、B連線和水面的交點(diǎn)為O,現(xiàn)在A點(diǎn)用很細(xì)的一束紅光照向水面上的P點(diǎn),正好在B點(diǎn)形成亮點(diǎn).若在A點(diǎn)用很細(xì)的另一顏色的光照向水面上的Q點(diǎn),也正好在B點(diǎn)形成亮點(diǎn).下列說法正確的是( )
圖9
A.不管另一種光是什么顏色,P點(diǎn)和Q點(diǎn)都在O點(diǎn)的右邊
B.若另一種光是紫色,則Q點(diǎn)距O點(diǎn)較遠(yuǎn)
C.若另一種光是藍(lán)色,則Q點(diǎn)距O點(diǎn)較近
D.若另一種光是黃色,P點(diǎn)和Q點(diǎn)都在O點(diǎn)的左邊
答案 AB
解析 光從空氣射入水中發(fā)生折射,根據(jù)折射定律知:折射角小于入射角,故知要在B點(diǎn)形成亮點(diǎn),P、Q都應(yīng)在O點(diǎn)右邊,故A正確,D錯誤.假設(shè)紫光也照向水面上的P點(diǎn),由于水對紫光的折射率大于水對紅光的折射率,根據(jù)折射定律n=可知紫光的折射角較小,折射光線更靠近法線,則杯底上光斑落在B點(diǎn)的左側(cè),所以要使紫光照向水面上的Q點(diǎn),也正好在B點(diǎn)形成亮點(diǎn),Q點(diǎn)距O點(diǎn)更遠(yuǎn),故B正確.水對藍(lán)光的折射率也比水對紅光的大,同理,若另一種光是藍(lán)色,Q點(diǎn)距O點(diǎn)較遠(yuǎn),故C錯誤.
12.如圖10所示,一個(gè)三棱鏡的截面為等腰直角△ABC,∠A為直角.此截面所在平面內(nèi)的光線沿平行于BC邊的方向射到AB邊,進(jìn)入棱鏡后直接射到AC邊上,并剛好能發(fā)生全反射.該棱鏡材料的折射率為( )
圖10
A.B.C.D.
答案 A
解析 三棱鏡的截面為等腰直角△ABC,光線沿平行于BC邊的方向射到AB邊,則第一次折射時(shí)的入射角等于45,射到AC邊上,并剛好能發(fā)生全反射,則有sinC=.由折射定律可得:n==,聯(lián)立得:n=.
13.(多選)如圖11所示,一細(xì)束白光通過玻璃三棱鏡折射后分成各種單色光,對其中a、b、c三種色光,下列說法正確的是( )
圖11
A.c色光在該玻璃三棱鏡中的速度最大
B.三種色光的波長關(guān)系為λa>λb>λc
C.若分別讓a、b、c三色光通過同一雙縫干涉裝置,則a光形成的相鄰干涉條紋的間距最大
D.若讓a、b、c三色光以相同的入射角從某介質(zhì)射向真空,b光恰能發(fā)生全反射,則a光也一定能發(fā)生全反射
答案 AD
解析 根據(jù)光的偏折程度可知,該玻璃三棱鏡對c光的折射率最小,對a光的折射率最大,則c光的波長最長,a光波長最短,故B錯誤.c光的折射率最小,由公式v=分析得知,三色光在玻璃三棱鏡中傳播時(shí)c光速度最大,故A正確.c光的波長最長,a光波長最短,而相鄰干涉條紋的間距與波長成正比,則a光形成的相鄰干涉條紋的間距最小,故C錯誤.a光的折射率最大,由臨界角公式sin C=分析得知,a光的臨界角最小,若讓a、b、c三色光以相同的入射角從某介質(zhì)射向真空,b光恰能發(fā)生全反射,則a光也一定能發(fā)生全反射,故D正確.
14.(多選)如圖12甲所示,可以用來測定半圓柱形玻璃磚的折射率n,O是圓心,MN是法線.一束單色光線以入射角i=30由玻璃磚內(nèi)部射向O點(diǎn),折射角為r,當(dāng)入射角增大到也為r時(shí),恰好無光線從玻璃磚的上表面射出.讓該單色光分別通過寬度不同的單縫a、b后,得到圖乙所示的衍射圖樣(光在真空中的傳播速度為c).則下列說法正確的是( )
圖12
A.此光在玻璃磚中的全反射臨界角為60
B.玻璃磚的折射率n=
C.單縫b寬度較大
D.光的偏振現(xiàn)象說明光是一種縱波
答案 BC
解析 根據(jù)折射定律有n=,由題知,玻璃磚的全反射臨界角等于C,則有sinC=,結(jié)合i=30,C=r,解得n=,C=45,故A錯誤,B正確.由題圖乙知,單色光通過單縫a后衍射現(xiàn)象比較明顯,所以單縫a寬度較小,單縫b寬度較大,故C正確.偏振是橫波特有的現(xiàn)象,光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波,故D錯誤.
15.(多選)ABCDE為單反照相機(jī)取景器中五棱鏡的一個(gè)截面示意圖,AB⊥BC,由a、b兩種單色光組成的細(xì)光束從空氣垂直AB射入棱鏡,經(jīng)兩次反射后光線垂直BC射出,且在CD、AE邊只有a光射出,光路如圖13所示,則a、b兩束光( )
圖13
A.在真空中,a光的傳播速度比b光大
B.在棱鏡內(nèi),a光的傳播速度比b光小
C.以相同的入射角從空氣斜射入水中,b光的折射角較小
D.分別通過同一雙縫干涉裝置,a光的相鄰亮條紋間距大
答案 CD
解析 所有光在真空中有相同的速度,A錯誤;在CD界面上,由題圖可知,相同入射角a光發(fā)生了折射,b光發(fā)生了全反射,說明b光比a光折射率大,由公式v=可知,同種介質(zhì)中a光傳播速度大,B錯誤;由于b光的折射率大,根據(jù)n=,可知以相同的入射角從空氣斜射入水中時(shí),b光的折射角較小,C正確;折射率小的光的波長長,通過同一雙縫干涉裝置,a光的相鄰亮條紋間距大,D正確.
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