2020版高考物理一轮复习 第14章 第3节 光的折射 全反射 光的色散课件 新人教版

第3节光的折射全反射光的色散第十四章振动波动光电磁波与相对论栏目导航知识点二知识点一0102知识点三03知识点一折射定律及折射率答案1．折射定律(如图所示)(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；入射角的与折射角的成正比。(2)表达式：sinθ1sinθ2＝n12，式中n12是比例常数。(3)在光的折射现象中，光路是的。可逆正弦正弦答案2．折射率(1)物理意义：折射率仅反映介质的，折射率大，说明光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小。(2)定义式：n＝_______，(3)计算公式：n＝_____，因为v＜c，所以任何介质的折射率都大于1。光学特性sinθ1sinθ2cv[判断正误](1)某种玻璃对蓝光的折射率比红光大，蓝光和红光以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光的折射角较大。()(2)在水中，蓝光的传播速度大于红光的传播速度。()(3)在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里。()××√考法1折射现象分析1．(多选)如图所示，MN是介质1和介质2的分界面，介质1、2的绝对折射率分别为n1、n2，一束细光束从介质1射向介质2中，测得θ1＝60°，θ2＝30°，根据你所学的光学知识判断下列说法正确的是()A．介质2相对介质1的相对折射率为3B．光在介质2中的传播速度小于光在介质1中的传播速度C．介质1相对介质2来说是光密介质D．光从介质1进入介质2可能发生全反射现象E．光从介质1进入介质2，光的波长变短解析答案ABE[光从介质1射入介质2时，入射角与折射角的正弦之比叫作介质2相对介质1的相对折射率，所以有n21＝sin60°sin30°＝3，选项A正确；因介质2相对介质1的相对折射率为3，可以得出介质2的绝对折射率大，因n＝cv，所以光在介质2中的传播速度小于光在介质1中的传播速度，选项B正确；介质2相对介质1来说是光密介质，选项C错误；光从光密介质射入光疏介质时，有可能发生全反射现象，选项D错误；光从介质1进入介质2，光的频率不变，速度变小，由v＝λf可知，光的波长变短，选项E正确。]考法2折射率的计算2.(2018·全国卷Ⅰ)如图所示，△ABC为一玻璃三棱镜的横截面，∠A＝30°。一束红光垂直AB边射入，从AC边上的D点射出，其折射角为60°，则玻璃对红光的折射率为________。若改用蓝光沿同一路径入射，则光线在D点射出时的折射角________(选填“小于”“等于”或“大于”)60°。解析：根据题述和题图可知，折射角i＝60°，入射角r＝30°，由折射定律可得，玻璃对红光的折射率n＝sinisinr＝3。若改用蓝光沿同一路径入射，由于玻璃对蓝光的折射率大于玻璃对红光的折射率，则光线在D点射出时的折射角大于60°。答案：3大于3．如图所示，是用某种玻璃制成的横截面为圆形的圆柱体光学器件，它的折射率为3，横截面半径为R。现用一细光束(视为光线)垂直圆柱体的轴线以i＝60°的入射角射入圆柱体，不考虑光线在圆柱体内的反射，真空中光速为c。(1)作出光线穿过圆柱体射出的光路图；(2)求该光线从圆柱体中射出时，折射光线偏离进入圆柱体光线多大的角度；(3)光线在圆柱体中的传播时间。解析：(1)由折射定律n＝sinisinr，得sinr＝sinin＝12，光线射入圆柱体内的折射角为r＝30°，由几何知识得，光线从圆柱体射出时，在圆柱体内的入射角为30°，在圆柱体外的折射角为60°，光路图如图所示。(2)由几何知识得，出射光线偏离原方向的角度为α＝60°。(3)光线在圆柱体中的路程L＝3R传播速度v＝cn＝c3所以，光线在圆柱体中的传播时间为t＝Lv＝3Rc。答案：(1)见解析(2)60°(3)3Rc4.(2017·全国卷Ⅱ)一直桶状容器的高为2l，底面是边长为l的正方形；容器内装满某种透明液体，过容器中心轴DD′、垂直于左右两侧面的剖面图如图所示。容器右侧内壁涂有反光材料，其他内壁涂有吸光材料。在剖面的左下角处有一点光源，已知由液体上表面的D点射出的两束光线相互垂直，求该液体的折射率。解析：设从光源发出直接射到D点的光线的入射角为i1，折射角为r1。在剖面图内作光源相对于反光壁的镜像对称点C，连接C、D，交反光壁于E点，由光源射向E点的光线，反射后沿ED射向D点。光线在D点的入射角为i2，折射角为r2，如图所示。设液体的折射率为n，由折射定律有nsini1＝sinr1①nsini2＝sinr2②由题意知r1＋r2＝90°③联立①②③式得n2＝1sin2i1＋sin2i2④由几何关系可知sini1＝l24l2＋l24＝117⑤sini2＝32l4l2＋9l24＝35⑥联立④⑤⑥式得n≈1.55。⑦答案：1.55[考法指导]对折射率的三点说明1公式n＝sinθ1sinθ2中，不论光是从真空射入介质，还是从介质射入真空，θ1总是真空中的光线与法线间的夹角，θ2总是介质中的光线与法线间的夹角。2折射率与入射角的大小无关，与介质的密度无关，光密介质不是指密度大的介质。3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。光的全反射和光的色散识点二知答案1．全反射(1)条件：①光从介质射入介质。②入射角临界角。(2)临界角：折射角等于90°时的入射角，用C表示，sinC＝___。(3)应用：①全反射棱镜。②光导纤维，如图所示。大于或等于光密光疏1n2．光的色散(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)光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长有序排列。(3)光的色散现象说明：①白光为复色光；②同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率；③不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速。答案越慢越大[判断正误](1)光从空气射入玻璃时，只要入射角足够大就可能发生全反射。()(2)光纤通信利用了全反射的原理。()(3)晚上，在池水中同一深度的两点光源分别发出红光和蓝光，蓝光光源看起来浅一些。()×√√考法1全反射现象理解1．(多选)水下一点光源，发出a、b两单色光。人在水面上方向下看，如图所示，水面中心Ⅰ区域有a光、b光射出，Ⅱ区域只有a光射出。下列判断正确的是()A．a、b光从Ⅰ区域某点倾斜射出时，a光的折射角小B．在真空中，a光的波长大于b光的波长C．水对a光的折射率大于对b光的折射率D．水下b光不能射到图中Ⅱ区域E．水下a、b光能射到图中Ⅱ区域以外区域解析答案ABE[根据题述，b光发生全反射的临界角较小，由sinC＝1n，可知水对b光的折射率较大，对a光的折射率较小，a、b光从Ⅰ区域某点倾斜射出时，a光折射角小，选项A正确，C错误；由折射率随光的频率的增大而增大可知，a光的频率较小，波长较长，选项B正确；水下b光能射到题图中Ⅱ区域，由于在题图中Ⅱ区域发生了全反射，Ⅱ区域只有a光射出，选项D错误；水下a、b光能射到图中Ⅱ区域以外区域，由于发生了全反射，不能射出水面，选项E正确。]考法2全反射的计算折射定律与全反射的综合应用2．截面为矩形的透明材料ABCD，P、Q分别为AB、AD上的两点，已知A、P距离为a，A、Q距离为2a，现有一细束光线从P点以某一入射角θ(未知)射入该材料，经折射后到达Q点，且在Q点刚好能发生全反射。(1)求材料的折射率n；(2)改变光线从AB面P点射入时的入射角，求光线从AD边射出的区域长度。解析：(1)在AB面上折射时，设对应的入射角为θ1，折射角为r1，由折射定律得n＝sinθ1sinr1由几何关系有sinr1＝APPQ＝APAP2＋AQ2又在Q点刚好发生全反射，设临界角为C，有r1＋C＝90°又sinC＝1n联立解得n＝52。(2)分析知Q点即为射出区域的最下边的点，而当AB面射入时的入射角趋于90°时，设对应光线射到M点，即为射出区域的最上边的点。此时在AB边上对应的折射角为CAM＝APcotC故区域长度MQ＝AQ－AM解得MQ＝3a2。答案：(1)52(2)3a23．如图所示，水面下方有一个点光源S，在水面上有一艘截面可看成长方形的船，船的最左端到光源的水平距离为l，已知从距船l2处的水面射出的光线恰好照亮船头标志物A，此束光线到达A之前在水中和空气中传播的时间之比为2∶1，若船后退l2，则水面恰好出现完整的圆形透光区域，不考虑光线的多次反射，试求：(1)水的折射率n；(2)船露出水面的高度h。解析：(1)设SO＝x1，OA＝x2，光在水中的传播速度为v，在空气中的传播速度为c，根据题意知x1v∶x2c＝2又根据n＝cv解得n·x1x2＝2根据折射定律知n＝sinθ1sinθ2＝l/2x2l/2x1＝x1x2解得n＝2。(2)由于sinC＝1n，可知C＝45°，所以光源S所处的深度h′＝l＋l2＝3l2由几何知识可知x1＝l22＋3l22＝102l根据n·x1x2＝2，可知x2＝n2x1＝52l解得h＝x22－l22＝l。答案：(1)2(2)l4.(2018·全国卷Ⅱ)如图所示，△ABC是一直角三棱镜的横截面，∠A＝90°，∠B＝60°。一细光束从BC边的D点折射后，射到AC边的E点，发生全反射后经AB边的F点射出。EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中点。不计多次反射。(1)求出射光相对于D点的入射光的偏角；(2)为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？解析：(1)光线在BC面上折射，由折射定律有sini1＝nsinr1①式中，n为棱镜的折射率，i1和r1分别是该光线在BC面上的入射角和折射角。光线在AC面上发生全反射，由反射定律有i2＝r2②式中i2和r2分别是该光线在AC面上的入射角和反射角。光线在AB面上发生折射，由折射定律有nsini3＝sinr3③式中i3和r3分别是该光线在AB面上的入射角和折射角。由几何关系得i2＝r2＝60°，r1＝i3＝30°④F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为δ＝(r1－i1)＋(180°－i2－r2)＋(r3－i3)⑤由①②③④⑤式得δ＝60°。⑥(2)光线在AC面上发生全反射，光线在AB面上不发生全反射，有nsini2≥nsinCnsini3⑦式中C是全反射临界角，满足nsinC＝1⑧由④⑦⑧式知，棱镜的折射率n的取值范围应为233≤n2。⑨答案：(1)60°(2)233≤n＜2考法3光的色散5．(多选)如图所示，从点光源S发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的ab间形成一条彩色光带。下列说法中正确的是()A．a侧是红光，b侧是紫光B．在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长C．三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率D．在三棱镜中a侧光的速率比b侧光小E．在三棱镜中a、b两侧光的速率相同解析答案BCD[由题图可以看出，a侧光偏折得较大，三棱镜对a侧光的折射率较大，所以a侧光是紫光，波长较短，b侧光是红光，波长较长，A错误，B、C正确；又v＝cn，所以三棱镜中a侧光的传播速率小于b侧光的传播速率，D正确，E错误。]6．(多选)如图所示，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为θ，经折射后射出a、b两束光线。则()A．在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度B．在真空中，a光的波长小于b光的波长C．在真空中，a光的波长大于b光的波长D．玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率E．若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大，则折射光线a首先消失解析答案ABE[通过题图可看出，折射后a光的偏折程度大于b光的偏折程度，玻璃砖对a光的折射率大于b光的折射率，选项D错误；a光的频率大于b光的频率，波长小于b光的波长，选项B正确，C错误；由n＝cv知，在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度，选项A正确；入射角增大时，折射率大的光线首先发生全反射，a光首先消失，选项E正确。]知识点三实验：测定玻璃的折射率1．实验原理如图所示，当光线AO