高考物理复习方案 第3讲 光的折射 全反射

高考物理复习方案 第3讲 光的折射 全反射内容摘要：

1、光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 折射现象光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向改变的现象。 2折射定律图 1231(1)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两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。 (2)表达式：n 12 ，式中 比例常数。 12(3)在光的折射现象中，光路是可逆的。 3折射率(1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与 折射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率。 用符号 n 表示。 (2)表示式：n。 12(3)物理意义：折射率是表示光线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、 2 大小无关。 (4)折射率和光速的关系：折射率和光在介质中传播的速度有关，当 c 为真空中光速，v 为介质中光速时，n。 c310 8 m/s，n 为介质的折射率，总大于 1，故光在介质中的传播速度必小于真空中的光速。 4光密介质和光疏介质(1)两种介质相比较，折射率较大的介质叫做光密介质，折射率较小的介质叫做 光疏介光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址。 (2)光密介质和光疏介质是相对的，同种介质相对不同的介质可能是光密介质，也可能是光疏介质。 对折射率的理解(1)公式 n 中，不论是光从真空射入介质，还是由介质射入真空， 1 总是真空中12的光线与法线间的夹角， 2 总是介质中的光线与法线 3、间的夹角。 (2)折射率由介质本身的性质决定，与入射角的大小无关。 (3)折射率与介质的密度没关系，光密介质不是指密度大的介质。 (4)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关，同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。 1. (2012泉州测试)如图 1232 所示，一条通过透明球体球心的直线。 一单色细光束 行于 向球体，B 为入射点，若出射光线 交点 P 到球心 ，且与 成的角 30。 求：透明球体的折射率。 3图 1232解析：连接 C、图所示。 在 B 点光线的入射角、折射角分别标为 i、r，：有 20(60 舍去)进而可得：0，i60 又 80i0故 r45因此，透明球体的折射 4、率 n。 r 05 62答案：62全反射和光的色散1全反射光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 (1)发生条件：光从光密介质射入光疏介质；入射角大于或等于临界角。 (2)现象：折射光完全消失，只剩下反射光。 (3)临界角：折射角等于 90时的入射角，用 C 表示，C。 1n(4)应用：全反射棱镜；光导纤维，如图 1233 所示。 图 12332光的色散图 1234(1)光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象。 (2)成因：由于 n 红 n 紫 ，所以以相同的入射角射到棱镜界面时，红光和紫光的折射角不同，就是说紫光偏折得更明显些，当它们射出另一个界面时，紫光的偏折角大，红光偏折角小。 1全反 5、射的理解(1)如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象。 (2)光的全反射现象遵循光的反射定律，光路是可逆的。 (3)当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射。 当折射角等于 90时，实际上就已经没有折射光了。 (3)全反射现象可以从能量的角度去理解：当光由光密介质射向光疏介质时，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，这时就发生了全反射。 2全反射的有关现象及应用(1)海水浪花呈白色、玻璃(水 )中气泡看起来特别亮、沙漠蜃景、夏天的柏油 6、路面看起来“水淋淋”的、海市蜃楼、钻石的夺目光彩、水下灯照不到整个水面、全反射棱镜等。 (2)光导纤维结构：简称光纤，是一种透明的玻璃纤维丝，直径在几微米到一百微米之间，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，即内芯是光密介质，外套是光疏介质。 光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 原理：光在光纤的内芯中传播，每次射到内、外层的界面上时，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射。 3各种色光的比较颜色红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫频率 低 高同一介质中的折射率 小 大同一介质中速度 大 小波长 大 小临界角 大 小通过棱镜的偏折角 小 大2一束光从空气射入折射率 n 的某种玻璃的表面，则( 7、)2A当入射角大于 45时，会发生全反射现象B无论入射角多大，折射角都不会超过 45C欲使折射角等于 30，应以 45角入射D当入射角等于 ，反射光线恰好跟折射光线垂直2解析：选 于光线从光疏介质射入光密介质，不可能产生全反射现象，故 A 错误；对 B 项可以从光的可逆性考虑，即光线从介质射向空气，入射角为 45时，折射角为90，反之，折射角不会超过 45，所以 B 正确；由 2 ，当 145， 230 ，1，C 正确；如图所示，1若反射光线与折射光线垂直，则2 23 4902， ， 1 与已知条件相符，故n 33 33D 正确。 光的折射定律的应用光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 命题分 8、析 本考点为高考热点，主要考查学生对折射定律的理解及折射率的计算，以选择题或计算题呈现。 例 1 (2011新课标全国卷 )一半圆柱形透明物体横截面如图 1235 所示，底面银( 圆中粗线)，O 表示半圆截面的圆心。 一束光线在横截面内从 M 点入射，经过反射后从 N 点射出。 已知光线在 M 点的入射角为 30，60，0。 求：图 1235(1)光线在 M 点的折射角；(2)透明物体的折射率。 思维流程第一步：抓信息关键点关键点 信息获取(1)底面 银 可视为平面镜，由对称性作光路图(2)入射点 M，出射点 点关于 对称点 Q，连接 到光线在 的入射点第二步：找解题突破口根据平面镜成像的对称性，作出 9、M 点关于 对称点 Q，连接 P，可作出半圆柱体内的光路图，进而由几何关系求出 M 点的折射角，从而求得折射率。 第三步：条理作答解析如图所示，透明物体内部的光路为折线 、F 对称，Q、 P 和 N 三点共线。 设在 M 点处，光的入射角为 i，折射角为 r，。 根据题意有30 由几何关系得， r ，于是r60 且 r 光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 式得 r15 (2)根据折射率公式有 ir 由式得n6 22答案(1)15(2)6 22 解几何光学问题，先画好光路图，找准入射角、折射角，利用几何关系及折射率的计算式进行求解。 变式训练1. (2012西安五校联考)如图 1236 所示，在坐 10、标系的第一象限内有一横截面为四分之一圆周的柱状玻璃体 P ，一束单色光垂直 射入玻璃体，在 上的入射点为 A，此单色光通过玻璃体后沿 向射出，且与 x 轴交于 D 点，R，求：该玻璃体的折射率是多少。 3图 1236解析：在 上的入射角满足 1 ， 1302由几何关系可得 260折射率 n。 21 3答案： 3光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 、全反射的综合应用命题分析 本考点为高考热点，主要考查全反射的条件及有关计算，以选择题或计算题呈现。 例 2(2012新课标全国卷)一玻璃立方体中心有一点状光源。 今在立方体的部分表面镀上不透明薄膜，以致从光源发出的光线只经过一次折射不能透出立方体。 已知 11、该玻璃的折射率为 ，求镀膜的面积与立方体表面积之比的最小值。 2解析如图所示，考虑从玻璃立方体中心 O 点发出的一条光线，假设它斜射到玻璃立方体上表面发生折射。 根据折射定律有 式中，n 是玻璃的折射率，入射角等于 ， 是折射角。 现假设 A 点是上表面面积最小的不透明薄膜边缘上的一点。 由题意，在 A 点刚好发生全反射，故A 2设线段 立方体上表面的投影长为 几何关系有A (式中 a 为玻璃立方体的边长。 由式得a2 1由题给数据得 表面所镀的面积最小的不透明薄膜应是半径为 求的镀膜面积S与玻璃立方体的表面积 S 之比为 SS 6式得。 SS 4光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 答案4 分析全反 12、射问题的基本思路(1)画出恰好发生全反射的临界光线，作好光路图。 (2)应用几何知识分析边、角关系，找出临界角。 (3)判断发生全反射的范围。 变式训练2. (2012山东高考)如图 1237 所示，一玻璃球体的半径为 R，O 为球心，直径。 来自 B 点的光线 M 点射出，出射光线平行于 一光线 好在 N 点发生全反射。 已知0，求图 1237(1)玻璃的折射率；(2)球心 O 到 距离。 解析：(1)设光线 M 点的入射角为 i，折射角为 r，由几何知识可知，i30，r60 ，根据折射定律得n3(2)光线 好在 N 点发生全反射，则临界角 1N 的距离为 d，由几何知识可知d光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 1) (2) 反射的综合应用命题分析 本考点为高考热点，考查同种介质对不同色光的折射情况，以选择题或计算题呈现。 例 3(2011福建高考)如图 1238，半圆形玻璃砖置于光屏 PQ。