2020高考物理二轮复习专题讲义光学专题094光的折射Word版含答案

光的折射1.折射定律(1)内容：如图1所示，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：sinθ1sinθ2＝n.(3)在光的折射现象中，光路是可逆的.2.折射率(1)折射率是一个反映介质的光学性质的物理量.(2)定义式：n＝sinθ1sinθ2.(3)计算公式：n＝cv，因为vc，所以任何介质的折射率都大于1.(4)当光从真空(或空气)射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质射入真空(或空气)时，入射角小于折射角.3.折射率的理解(1)折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关.(2)折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质.(3)同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小.一、光的折射定律（1）折射光线在入射光线和法线所在的平面上，折射光线和入射光线分居在法线的两侧，（2）入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一常数nsinisin折射定律的各种表达形式：021sin1sinsinCvcn(θ1为入、折射角中的较大者。)在光的折射现象中，光路也是可逆的。二、折射率：（1）光从真空射入某种介质时，入射角的正弦跟折射角的正弦之比sinisinn（2）折射率等于光在真空中的速度c跟光在这种介质中的速度v之比，n=c/v．三、通过平行玻璃砖的光线当光线从玻璃砖上表面入射，从下表面射出时，其特点是：⑴光线通过平行玻璃砖后的出射光线和入射光线平行且有侧向位移。侧向位移的大小跟平行玻璃砖的厚度及入射角、折射率有关。⑵各种色光在第一次入射时发生色散（第二次折射不再色散）；δird12⑶射出光线的侧移和折射率、入射角、玻璃砖的厚度有关；⑷可利用玻璃砖测定玻璃的折射率。四、通过棱镜的光线（1）光线通过三棱镜两次向底面偏折，通过三棱镜所成的像向顶角偏移，偏折角度θ跟棱镜材料的折射率有关，折射率越大，偏折角度越大.偏折角度θ还跟入射角的大小有关系.（2）白光通过三棱镜后产生色散现象，（3）全反射棱镜是横截面成等腰直角三角形的三棱镜。1（2）（本题4分）如图所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率．在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线，并让入射光线过圆心O，在玻璃砖（图中实线部分）另一侧垂直纸面插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，连接OP3．图中MN为分界面，虚线半圆与玻璃砖对称，B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点，AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点．设AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长度为l3，DO的长度为l4，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量（用上述给出量的字母表示），则玻璃砖的折射率可表示为．答：l1、l3；l1/l3………………………………………（每空2分）2（2）（5分）（选做，适合选修3—4的同学）如图所示，某同学利用方格坐标纸测定半圆形玻璃砖的折射率，OA是画在纸上的直线，他在直线OA适当位置先后竖直插上P1、P2两枚大头针，如图放上玻璃砖（如粗黑线所示），然后插上P3、P4大头针。①其中他确定P3大头针位置的方法应当是：。②若该同学实验操作规范准确，其记录的情况如图所示。该同学还用圆规做了一个以O为圆心，半径与玻璃砖相同的半圆（如图中虚线所示）。请您帮这位同学算出玻璃砖的折射率，写出必要的计算过程。本小题考查用插针法测定玻璃折射率的实验数据处理方法。①透过玻璃砖看，P3大头针挡住P1、P2两枚大头针的像。（2分）全反射棱镜ABCABC45°45°甲乙ABCθ光线通过棱镜后向底面偏折COMNABDP1P2P3P1P2P3P4OAP1P2P3P4OACBDE②如图，由折射定律可得：5146.CBDEBOCsinEODsinn（3分）3.（2）（4分）如图，一玻璃柱体的横截面为半圆形，细的单色光束从空气射向柱体的O点（半圆的圆心），产生反射光束1和透射光束2，已知玻璃折射率为3，当入射角60i时，求反射光束1和透射光束2之间的夹角多大？解：反射角ii'60°①（1分）由折射定律rinsinsin②（1分）解得折射角r=30°③（1分）因此反射光束1和透射光束2之间的夹角90)'(180ri④（1分）4、⑵图2表示两面平行玻璃砖的截面图，一束平行于CD边的单色光入射到AC界面上，a、b是其中的两条平行光线．光线a在玻璃砖中的光路已给出．画出光线B从玻璃砖中首次出射的光路图，并标出出射光线与界面法线夹角的度数．解：⑵光路如图所示5．(选修3-4)(2)在水面上放置一个足够大的遮光板，板上有一个半径为r的圆孔，圆心的正上方h处放一个点光源S，在水面下深H处的底部形成半径为R的圆形光亮区域(图中未画出)．测得r=8cm，h=6cm，H=24cm，R=26cm，求水的折射率．解：根据光路图，可知8.0688sin22221hrr（2分）6.0241818)(sin22222HrRrR（2分）O21入射光iABCDab45°45°45°30°图2BCDab45°45°45°45°30°A30°HhrSHhrS12由折射定律得21sinsinn，得n=34（2分）6．（2）如图所示，己知平行玻璃砖的折射率3n，厚度为d.入射光线AO以入射角i=60°射到玻璃砖的上表面，经玻璃砖折射从下表面射出，出射光线与入射光线平行，求两平行光线间距离.（结果可用根式表示）解：作出光路如图，由折射定律得rsinisinn21360sinrsin所以r=300由图知∠DOC=∠DOB=300则dtandDCDB3330出射光线与入射光线间的距离是d337．（6分）如图所示，空气中有A点，水中有B点，在A点置一信号源发出光波和声波讯号传到水中B，沿AO1B路径传播的是a波，沿AO2B路径传播的是b波，则a波、b波各是什么波？简述你的判断过程。答：a波是光波，b波是声波。无线电波从空气进入水中速度变小，入射角大于折射角；而超声波从空气进入水中速度变大，入射角小于折射角，所以a波是光波、b波是声波。8B．（2）（模块3-4试题）图示是一透明的圆柱体的横截面，其半径R＝20cm，折射率为3，AB是一条直径，今有一束平行光沿AB方向射向圆柱体，试求：①光在圆柱体中的传播速度；②距离直线AB多远的入射光线，折射后恰经过B点.解：①光在圆柱体中的传播速度m/s1038ncv（2分）②设光线PC经折射后经过B点，光路图如图所示由折射定律有：3nsinsin①（2分）又由几何关系有：2②（1分）解①②得60光线PC离直线AB的距离cm310sinRCD（1分）irOCDBiOAO1O2AB水ABOBPCODαβ则距离直线AB为cm310的入射光线经折射后能到达B点．12（2）如图所示，玻璃球的半径为R，折射率3n，今有一束平行光沿直径AB方向照射在玻璃球上，试求离AB多远的入射光线最终射出后沿原方向返回。解：由光路图知θ1＝2θ2①nsinsin21②解①②式得232cos即θ2＝30°θ1＝60°③∵d=Rsinθ1④Rd23⑤9、如图，一束单色光射入一玻璃球体，入射角为60°。己知光线在玻璃球内经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行。此玻璃的折射率为（C）A．2B．1.5C．3D．2解析：如图，为光线在玻璃球内的光路图．A、C为折射点，B为反射点，作OD平行于入射光线，故60CODAOD，所以30OAB，玻璃的折射率33060sinsinn10.Ⅱ(3)如图所示，半圆玻璃砖的半径R=10cm，折射率为3n，直径AB与屏幕垂直并接触于A点．激光a以入射角i=30°射向半圆玻璃砖的圆心O，结果在水平屏幕MN上出现两个光斑．求两个光斑之间的距离L．解：画出如图光路图,设折射角为r,根据折射定律isinrsinn（1分）解得60r（1分）由几何知识得，ΔOPQ为直角三角形，所以两个光斑PQ之间的距离d1122OAB·ABO60°O60°ABCDNMAOBairNMAOBaQPi0060230sinRtanRAQPAL（2分）解得cm1233340.L（1分）11．(3)(3-4模块)(5分)如图所示，一个横截面为直角三角形的三棱镜，A=30°，C＝90°．三棱镜材料的折射率是3n。一条与BC面成θ＝30°角的光线射向BC面，经过AC边一次反射从AB边射出。求从AB边射出光线与AB边的夹角。解：由折射定律，在BC界面：γsinsin3600①（1分）γ=300°311nCsin②（1分）∴光线在AC界面发生反射再经AB界面折射（1分）sinsin0303③（1分）γ/=60°则射出光线与AB面的夹角β=90°-γ/=30°④（1分）12、⑵（9分）[物理─选修3－4]一半径为R的1/4球体放置在水平桌面上，球体由折射率为3的透明材料制成．现有一束位于过球心O的竖直平面内的光线，平行于桌面射到球体表面上，折射入球体后再从竖直表面射出，如图所示．已知入射光线与桌面的距离为23/R．求出射角θ．解：本题考查几何光学知识，通过画光路图，根据折射定律，由几何关系列式求解。设入射光线与1/4球体的交点为C，连接OC，OC即为入射点的法线。因此，图中的角α为入射角。过C点作球体水平表面的垂线，垂足为B。依题意，∠COB=α。又由△OBC知23sin①设光线在C点的折射角为β，由折射定律得3sinsin②解得：β＝30°③θBCAθBCA第12题（3）图γαγββγ/βROθγBROθ由几何关系知，光线在球体的竖直表面上的入射角γ＝30°(见图)．由折射定律得：31sinsin④因此：23sin，解得：θ＝60°13．(16分)如图甲所示，在保龄球球道的一侧平行于球道有一面竖立的平面镜，保龄球被掷出后沿球道中央线BC做匀速直线运动。有人想利用球道旁的这个平面镜测出球的运动速度，于是他在平面镜中央正前方位于球道另一侧距平面镜d=1.6m的A点，眼睛贴近地面观察，测出在平面镜中看到球像的时间△t=1.5s。设他在镜中刚能看到球像时球的位置在P点，恰好看不到球像时球的位置在Q点，平面镜的长度L=3.0m，平面镜至球道中央的距离为d21。(1)图乙为球道的俯视示意图，请在图乙中通过作光路示意图，确定P、Q点的位置，并在BC上标出P、Q点；(2)这个保龄球的运动速度大小是多少?解：(16分)(1)光路示意图如图所示(4分)P、Q的位置如图所示(4分)(2)由几何关系知，QPMNAFAE令QPPQs，则：sLddd2，s=4.5m(4分)则保龄球的运动速度：m/s3tsv(4分)ABCNM乙甲AMNBCQABCFQ'P'PMEN