（新课标）2020高考物理一轮复习 14.3 光的折射与全反射课件 新人教版

14．3光的折射与全反射知识清单考点整合集中记忆一、光的折射折射定律(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：sinθ1sinθ2＝n12.(3)在光的折射现象中，光路是可逆的．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．(2)定义式：n＝sinθ1sinθ2.(3)物理意义：反映介质的光学特性，折射率越大，光从真空射入到该介质时偏折越大．(4)折射率与光速的关系式：n＝cv，因vc，故任何介质的折射率总大于1.二、全反射定义光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线将消失，只剩下反射光线的现象．条件①光从光密介质射向光疏介质．②入射角大于等于临界角．临界角折射角等于90°时的入射角C.当光从光密介质射向真空时，sinC＝1n.三、光的色散三棱镜对光的色散现象说明以下规律：颜色红橙黄绿青蓝紫频率ν低―→高同一介质中折射率小―→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―→大考点讲练考点突破针对训练考点一折射定律及折射率的应用1．计算折射率注意“三点”(1)注意入射角、折射角均为光线与法线的夹角．(2)注意折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关．(3)注意当光从介质射入真空时，要利用光路的可逆性，转化为光从真空射入介质，再应用公式n＝sinθ1sinθ2计算．2．三种常见光路平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)光路图对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移．通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折．圆界面的法线是过圆心的直线，经过两次折射后向圆心偏折.(2018·课标全国Ⅰ)如图，ΔABC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________(填“小于”“等于”或“大于”)60°.【答案】3大于【解析】如图，根据几何关系可得：入射角的大小为∠1＝30°，又因为已知折射角的大小为γ＝60°，利用折射定律可解得：玻璃对红光的折射率n＝sinrsin∠1＝sin60°sin30°＝3.若改用蓝光沿同一路径入射，根据n＝sinr′sin∠1，∠1＝30°不变，由于蓝光的折射率比红光的折射率大，则折射角将增加，即：光线在D点射出时的折射角大于60°.(2018·课标全国Ⅲ)如图，某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“·”(图中O点)，然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上，小标记位于AC边上．D位于AB边上，过D点做AC边的垂线交AC于F.该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察，恰好可以看到小标记的像；过O点做AB边的垂线交直线DF于E；DE＝2cm，EF＝1cm.求三棱镜的折射率．(不考虑光线在三棱镜中的反射)【解析】点E是三角形AOD的垂心，DE＝2cm，EF＝1cm，说明三角形OAD是等边三角形，连接DO，画出光路图，如图所示：故入射角为60°，折射角为30°，故折射率为：n＝sin60°sin30°＝3.(2017·课标全国Ⅰ)如图，一玻璃工件的上半部是半径为R的半球体，O点为球心；下半部是半径为R、高为2R的圆柱体，圆柱体底面镀有反射膜．有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入，该光线与OC之间的距离为0.6R.已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射)．求该玻璃的折射率．【解析】结合光路的对称性与光路可逆可知，与入射光相对于OC轴对称的出射光线一定与入射光线平行，所以从半球面射入的光线经折射后，将在圆柱体底面中心C点反射，如图：设光线在半球处的入射角为i，折射光线的折射角为r，则：n＝sinisinr①由正弦定理得：sinr2R＝sin（i－r）R②由几何关系可知，入射点的法线与OC之间的夹角也等于i，该光线与OC之间的距离：L＝0.6R则：sini＝LR＝0.6RR＝0.6③由②③得：sinr＝6205④由①③④得：n＝2.05≈1.43.方法提炼解决光的折射问题的思路(1)根据题意画出正确的光路图．(2)利用几何关系确定光路中入射角和折射角．(3)利用折射定律、折射率公式求解．(4)注意：在折射现象中光路是可逆的．考点二光的折射与全反射综合1．解决光的折射与全反射问题的一般思路(1)判断光是否从光密介质进入光疏介质．(2)应用sinC＝1n确定临界角．(3)判定光在传播时是否发生全反射．(4)如发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图．(5)运用几何关系、三角函数、反射定律和折射定律求解．2．求解光的折射与全反射问题的“两点”提醒(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)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．(2018·课标全国Ⅱ)如图，ΔABC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)由于D是CG的中点，GE⊥AC，根据几何关系可得：光束在D点发生折射时的折射角为γD＝30°，设入射角为αD在E点的入射角、反射角均为60°；在F点的入射角为αF＝30°；折射角γF＝αD，故出射光相对于D点的入射光的偏角为60°－αD＋γF＝60°；(2)由E点反射角为60°可得：EF∥BC；根据D点折射角为γD＝30°可得：棱镜折射率n≤1sin30°＝2；根据光束在E点入射角为60°，发生全反射可得：n≥1sin60°＝233，故棱镜折射率的取值范围为233≤n≤2.(2017·课标全国Ⅲ)如图，一半径为R的玻璃半球，O点是半球的球心，虚线OO′表示光轴(过球心O与半球底面垂直的直线)．已知玻璃的折射率为1.5.现有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光线能从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线)．求：(1)从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值；(2)距光轴R3的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离．【解析】(1)如图，从底面上A处射入的光线，在球面上发生折射时的入射角为i，当i等于全反射临界角ic时，对应入射光线到光轴的距离最大，设最大距离为l.i＝ic，玻璃的折射率n＝1.5由全反射临界角的定义有sinic＝1n由几何关系有sinic＝1R联立可得：l＝23R(2)设与光轴相距R3的光线在球面B点发生折射时的入射角和折射角分别为i1和r1，由折射定律有nsini1＝sinr1设折射光线与光轴的交点为C，在ΔOBC中，由正弦定理有sin∠CR＝sin（180°－r1）OC，由几何关系有∠C＝r1－i1sini1＝13联立可得：OC＝3（22＋3）5R≈2.74R.(2018·济南模拟)某有线制导导弹发射时，在导弹发射基地和导弹间连一根细如蛛丝的特制光纤(像放风筝一样)，它双向传输信号，能达到有线制导作用．光纤由纤芯和包层组成，其剖面如图所示，其中纤芯材料的折射率n1＝2，包层折射率n2＝3，光纤长度为33×103m．已知当光从折射率为n1的介质射入折射率为n2的介质时，入射角θ1、折射角θ2间满足关系：n1sinθ1＝n2sinθ2.(1)试通过计算说明从光纤一端入射的光信号是否会通过包层“泄漏”出去；(2)若导弹飞行过程中，将有关参数转变为光信号，利用光纤发回发射基地经瞬间处理后转化为指令光信号返回导弹，求信号往返需要的最长时间．【答案】(1)不会(2)8×10－5s【解析】(1)由题意在纤芯和包层分界面上全反射临界角C满足：n1sinC＝n2sin90°得：C＝60°，当在端面上的入射角最大(θ1m＝90°)时，折射角θ2也最大，在纤芯与包层分界面上的入射角θ1′最小．在端面上：θ1m＝90°时，n1＝sin90°sinθ2m得：θ2m＝30°这时θ1min′＝90°－30°＝60°＝C，所以，在所有情况中从端面入射到光纤中的信号都不会从包层中“泄漏”出去．(2)当在端面上入射角最大时所用的时间最长，光在纤芯中往返的总路程：s＝2Lcosθ2m，光纤中光速：v＝cn1信号往返需要的最长时间tmax＝sv＝2Ln1ccosθ2m.代入数据tmax＝8×10－5s.方法提炼解答全反射类问题的两个关键(1)抓住发生全反射的两个条件：①光必须从光密介质射入光疏介质；②入射角大于或等于临界角．(2)准确判断出恰好发生全反射的临界光线，画出相应的光路图．考点三光的色散1．光的色散成因棱镜对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光的偏折程度最小．对紫光的折射率最大，紫光的偏折程度最大，从而产生色散现象．2．光的色散规律光的频率越大―→光在介质中的传播速度越小―→介质的折射率越大n＝cv―→发生全反射的临界角越小sinC＝1n.(2018·通州区一模)如图所示，一束可见光以入射角θ从玻璃砖射向空气，经折射后分为a、b两束单色光．a、b两束光相比，下列说法正确的是()A．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率B．在玻璃中，a光的速度大于b光的速度C．增大入射角θ，b光首先发生全反射D．a光光子的能量大于b光光子的能量【答案】D【解析】A项，因为玻璃对a光的偏折程度大于b光，所以玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率，故A项错误．B项，由v＝cn可知，在玻璃中，a光的速度小于b光的速度，故B项错误．C项，根据sinC＝1n分析知，a光的临界角比b光的小，逐渐增大入射角，先达到a光的临界角，则a光最先发生全反射，故C项错误；D项，玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率，则a光的频率大于b光的频率，根据光子能量公式E＝hν知，a光光子的能量大于b光光子的能量，故D项正确．(2018·漳州三模)如图，一束由两种单色光混合的复色光沿PO方向射向一上、下表面平行的厚玻璃平面镜的上表面，得到三束光Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，下列有关这三束光的判断正确的是()A．光束Ⅰ仍为复色光，光束Ⅱ、Ⅲ为单色光B．在玻璃中的传播速度，光束Ⅱ比光束Ⅲ小C．光束Ⅱ的频率比光束Ⅲ小D．改变α角且α＜90°，光束Ⅱ、Ⅲ一定与光束Ⅰ平行E．减小α角的大小，光来Ⅲ可能会在上表面发生全反射【答案】ABD【解析】A项，所有色光反射角相同，由图可知光束I是复色光．而光束Ⅱ、Ⅲ由于折射率的不同导致偏折分离，光束Ⅱ、Ⅲ是单色光．故A项正确．B项，光束进入玻璃砖时，光束Ⅱ的偏折程度大于比光束Ⅲ大，光束Ⅱ的折射率大于光束Ⅲ的折射率，由v＝cn知在玻璃中的传播速度，光束Ⅱ比光束Ⅲ小，光束Ⅱ的频率比光束Ⅲ大，故B项正确．C项错误．D项，光束经过反射、再折射后，光线仍是平行，因为光的反射时入射角与反射角相等．所以由光路可逆可得出射光线平行．即改变α角且α＜90°，光线Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ仍保持平行．故D项正确．E项，减小α角，由光路可逆性原理可知，光束Ⅲ不会在上表面发生全反射，一定能从上表面射出．故E项错误．(2018·郑州三模)如图甲所示，在平静的水面下深h处有一个点光源s，它发出的两种不同颜色的a光和b光，在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域，该区域的中间为由ab两种单色光所构成的复色光圆形区域，周围为环状区域，且为a光的颜色(见图乙)．设b光的折射率为nb，则下列说法正确的是()A．在水中，a光的波长比b光大B．水对a光的折射率比b光大C．在水中，a光的传播速度比b光大D．复色光圆形区域的面积为S＝πh2nb2－1E．在同一装置的杨氏双缝干涉实验中，a光的干涉条纹比b光窄【答案】ACD【解析】A、B、C三项，a光在水面上形成的圆形亮斑面积较大，知a光的临界角较大，根据sinC＝1n，知a光的折射率较小，再由v＝cn