2022年高三物理復(fù)習(xí) 第12章 光的折射與全反射學(xué)案

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1、2022年高三物理復(fù)習(xí) 第12章 光的折射與全反射學(xué)案 一、概念規(guī)律題組 1．關(guān)于全反射，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)可能產(chǎn)生全反射 B．光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)可能產(chǎn)生全反射 C．光從折射率大的介質(zhì)射向折射率小的介質(zhì)時(shí)可能產(chǎn)生全反射 D．光從傳播速度小的介質(zhì)射向傳播速度大的介質(zhì)時(shí)可能產(chǎn)生全反射 2．一束光從某種介質(zhì)射入空氣中時(shí)，入射角θ1＝30°，折射角θ2＝60°，折射光路如圖1所示，則下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖1 A．此介質(zhì)折射率為 B．此介質(zhì)折射率為 C．相對(duì)于空氣此介質(zhì)是光密介質(zhì) D．光在介質(zhì)中速度比在空氣中大

2、3．單色光在真空中的傳播速度為c，波長(zhǎng)為λ0，在水中的傳播速度是v，波長(zhǎng)為λ，水對(duì)這種單色光的折射率為n.當(dāng)這束單色光從空氣斜射入水中時(shí)，入射角為θ1，折射角為θ2，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．v＝，λ＝λ0 B．λ0＝λn，v＝c C．v＝cn，λ＝λ0 D．λ0＝，v＝c 圖2 4．如圖2所示，兩束不同的單色光P和Q，以適當(dāng)?shù)慕嵌壬湎虬雸A形玻璃磚，其射出光線都是從圓心O點(diǎn)沿OF方向射出，則下面說(shuō)法正確的是(　　) A．P光束在玻璃中折射率大 B．Q光束的頻率比P光束的頻率大 C．P光束穿出玻璃磚后頻率變大 D．Q光束穿過(guò)玻璃磚所需時(shí)間長(zhǎng) 二

3、、思想方法題組 5．如圖3所示，光線由空氣射入半圓形玻璃磚，或由玻璃磚射入空氣的光路圖中，正確的是(玻璃的折射率為1.5)(　　) 圖3 A．圖乙、丁 B．圖甲、丁 C．圖乙、丙 D．圖甲、丙 圖4 6．如圖4所示，一束白光從頂角為θ的棱鏡的一個(gè)側(cè)面AB以較大的入射角i入射，經(jīng)過(guò)三棱鏡后，在屏P上可得到彩色光帶，當(dāng)入射角逐漸減小到零的過(guò)程中，若屏上的彩色光帶先后全部消失，則(　　) A．紅光最先消失，紫光最后消失 B．紫光最先消失，紅光最后消失 C．紫光最先消失，黃光最后消失 D．紅光最先消失，黃光最后消失 一、折射定律的理解和應(yīng)用 1．

4、折射現(xiàn)象中的光線偏折 (1)光線從折射率小的介質(zhì)射向折射率大的介質(zhì)．折射光線向法線偏折，入射角大于折射角．反之亦然． (2)入射角θ1越大，折射角θ2越大，偏折越明顯；θ1越小，θ2越小，偏折越輕，θ1＝0時(shí)，θ2＝0不偏折． 2．光具對(duì)光線的控制作用 (1)不同光具對(duì)光線的控制作用不同，但本質(zhì)上是光的折射、反射規(guī)律的體現(xiàn)，不可盲記．要具體問(wèn)題具體分析． (2)對(duì)不同光具的作用要分析透徹，靈活運(yùn)用． ①平行玻璃磚：出射光與入射光總平行，但有側(cè)移． ②三棱鏡：使光線向底邊偏折． ③圓(球)形玻璃：法線總過(guò)圓(球)心． 【例1】 一半徑為R的1/4球體放置在水平桌面上， 圖

5、5 球體由折射率為的透明材料制成．現(xiàn)有一束位于過(guò)球心O的豎直平面內(nèi)的光線，平行于桌面射到球體表面上，折射入球體后再?gòu)呢Q直表面射出，如圖5所示．已知入射光線與桌面的距離為R/2.求出射角θ. [規(guī)范思維] 　 　 　 　 [針對(duì)訓(xùn)練1]　(xx·重慶·18)在一次討論中，老師問(wèn)道：“假如水中相同深度處有a、b、c三種不同顏色的單色點(diǎn)光源，有人在水面上方同等條件下觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，b在水下的像最深，c照亮水面的面積比a的大．關(guān)于這三種光在水中的性質(zhì)，同學(xué)們能做出什么判斷？”有同學(xué)回答如下： ①c光的頻率最大?、赼光的傳播速

6、度最小　③b光的折射率最大?、躠光的波長(zhǎng)比b光的短 根據(jù)老師的假定，以上回答正確的是(　　) A．①② B．①③ C．②④ D．③④ 二、全反射的理解和應(yīng)用 1．光疏介質(zhì)與光密介質(zhì) 光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)是相對(duì)而言的，并沒(méi)有絕對(duì)的意義．例如，有機(jī)玻璃(n＝1.50)對(duì)水(n＝1.33)是光密介質(zhì)，而對(duì)金剛石(n＝2.42)是光疏介質(zhì)．對(duì)于某一種介質(zhì)，不能說(shuō)它是光疏介質(zhì)還是光密介質(zhì)，要看它與什么介質(zhì)相比較． 2．全反射現(xiàn)象的理解 (1)全反射現(xiàn)象是光的折射的特殊現(xiàn)象．發(fā)生全反射的條件：①光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)；②入射角大于或等于臨界角． (2)全反射現(xiàn)象符合反

7、射定律，光路可逆． (3)全反射發(fā)生之前，隨著入射角的增大，折射角和反射角都增大，但折射角增大得快；在入射光強(qiáng)度一定的情況下，折射光越來(lái)越弱，反射光越來(lái)越強(qiáng)．發(fā)生全反射時(shí)，折射光消失，反射光的強(qiáng)度等于入射光的強(qiáng)度． 【例2】 圖6 (xx·四川)如圖6所示，空氣中有一橫截面為半圓環(huán)的均勻透明柱體，其內(nèi)圓半徑為r，外圓半徑為R，R＝r.現(xiàn)有一束單色光垂直于水平端面A射入透明柱體，只經(jīng)過(guò)兩次全反射就垂直于水平端面B射出．設(shè)透明柱體的折射率為n，光在透明柱體內(nèi)傳播的時(shí)間為t，若真空中的光速為c，則(　　) A．n可能為 B．n可能為2 C．t可能為 D．t

8、可能為 [規(guī)范思維] 　 　 　 　 [針對(duì)訓(xùn)練2]　 圖7 (xx·大綱全國(guó)·16)雨后太陽(yáng)光入射到水滴中發(fā)生色散而形成彩虹．設(shè)水滴是球形的，圖7中的圓代表水滴過(guò)球心的截面，入射光線在過(guò)此截面的平面內(nèi)，a、b、c、d代表四條不同顏色的出射光線，則它們可能依次是(　　) A．紫光、黃光、藍(lán)光和紅光 B．紫光、藍(lán)光、黃光和紅光 C．紅光、藍(lán)光、黃光和紫光 D．紅光、黃光、藍(lán)光和紫光 三、折射和全反射的綜合應(yīng)用 【例3】 圖8 (xx·福建·14)如圖8所示，半圓形玻璃磚置于光屏PQ的左下方．一束白光沿半徑方向從A點(diǎn)射入玻璃磚，在O點(diǎn)發(fā)生反

9、射和折射，折射光在光屏上呈現(xiàn)七色光帶．若入射點(diǎn)由A向B緩慢移動(dòng)，并保持白光沿半徑方向入射到O點(diǎn)，觀察到各色光在光屏上陸續(xù)消失．在光帶未完全消失之前，反射光的強(qiáng)度變化以及光屏上最先消失的光分別是(　　) A．減弱，紫光 B．減弱，紅光 C．增強(qiáng)，紫光 D．增強(qiáng)，紅光 [規(guī)范思維] 　 　 　 　 　 圖9 [針對(duì)訓(xùn)練3]　(xx·重慶理綜·20)如圖9所示，空氣中有一折射率為的玻璃柱體，其橫截面是圓心角為90°、半徑為R的扇形OAB.一束平行光平行于橫截面，以45°入射角照射到OA上，OB不透光．若只考慮首次入射到圓孤上的光，則

10、上有光透出部分的孤長(zhǎng)為(　　) A.πR B.πR C.πR D.πR 【基礎(chǔ)演練】 1．紅、黃、綠三種單色光以相同的入射角到達(dá)某介質(zhì)和空氣的界面時(shí)，若黃光恰好發(fā)生全反射，則(　　) A．綠光一定能發(fā)生全反射 B．紅光一定能發(fā)生全反射 C．三種單色光相比，紅光在介質(zhì)中的傳播速率最小 D．紅光在介質(zhì)中的波長(zhǎng)比它在空氣中的波長(zhǎng)長(zhǎng) 2．(xx·全國(guó)Ⅱ·20)頻率 圖10 不同的兩束單色光1和2以相同的入射角從同一點(diǎn)射入一厚玻璃板后，其光路如圖10所示，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．單色光1的波長(zhǎng)小于單色光2的波長(zhǎng) B．在玻璃中單色光1的傳播速

11、度大于單色光2的傳播速度 C．單色光1通過(guò)玻璃板所需的時(shí)間小于單色光2通過(guò)玻璃板所需的時(shí)間 D．單色光1從玻璃到空氣的全反射臨界角小于單色光2從玻璃到空氣的全反射臨界角 3．(xx·全國(guó)Ⅱ·21) 圖11 一玻璃磚橫截面如圖11所示，其中ABC為直角三角形(AC邊未畫(huà)出)，AB為直角邊，∠ABC＝45°；ADC為一圓弧，其圓心在BC邊的中點(diǎn)．此玻璃的折射率為1.5.P為一貼近玻璃磚放置的、與AB邊垂直的光屏．若一束寬度與AB邊長(zhǎng)度相等的平行光從AB邊垂直射入玻璃磚，則(　　) A．從BC邊折射出一束寬度與BC邊長(zhǎng)度相等的平行光 B．屏上有一亮區(qū)，其寬度小于AB邊的長(zhǎng)度 C．

12、屏上有一亮區(qū)，其寬度等于AC邊的長(zhǎng)度 D．當(dāng)屏向遠(yuǎn)離玻璃磚的方向平行移動(dòng)時(shí)，屏上亮區(qū)先逐漸變小然后逐漸變大 4. 圖12 一束白光從頂角為θ的一邊以較大的入射角θ1射入并通過(guò)三棱鏡后，在屏P上可得到彩色光帶，如圖12所示，在入射角θ1逐漸減小到零的過(guò)程中，假如屏上的彩色光帶先后全部消失，則(　　) A．紅光最先消失，紫光最后消失 B．紫光最先消失，紅光最后消失 C．紫光最先消失，黃光最后消失 D．紅光最先消失，黃光最后消失 5．(xx·浙江理綜·18)如圖13所示， 圖13 有一束平行于等邊三棱鏡截面ABC的單色光從空氣射向E點(diǎn)，并偏折到F點(diǎn)．已知入射方向與邊AB

13、的夾角為θ＝30°， E、F 分別為邊AB、BC 的中點(diǎn)，則(　　) A．該棱鏡的折射率為 B．光在F點(diǎn)發(fā)生全反射 C．光從空氣進(jìn)入棱鏡，波長(zhǎng)變小 D．從F點(diǎn)出射的光束與入射到E點(diǎn)的光束平行 題號(hào) 1 2 3 4 5 答案 6.(xx·山東·37(2)) 圖14 如圖14所示，一段橫截面為正方形的玻璃棒，中間部分彎成四分之一圓弧狀，一細(xì)束單色光由MN端面的中點(diǎn)垂直射入，恰好能在弧面EF上發(fā)生全反射，然后垂直P(pán)Q端面射出． (1)求該玻璃棒的折射率． (2)若將入射光向N端平移，當(dāng)?shù)谝淮紊涞交∶鍱F上時(shí)________(填“能”“不能”或“

14、無(wú)法確定能否”)發(fā)生全反射． 7．(xx·海南·18(2))一賽艇停在平靜的水面上，賽艇前端有一標(biāo)記P離水面的高度為h1＝0.6 m，尾部下端Q略高于水面；賽艇正前方離賽艇前端s1＝0.8 m處有一浮標(biāo)，示意圖如圖15所示．一潛水員在浮標(biāo)前方s2＝3.0 m處下潛到深度為h2＝4.0 m時(shí)，看到標(biāo)記剛好被浮標(biāo)擋住，此處看不到船尾端Q；繼續(xù)下潛Δh＝4.0 m，恰好能看見(jiàn)Q.求： 圖15 (1)水的折射率n； (2)賽艇的長(zhǎng)度l.(可用根式表示) 【能力提升】 8. 圖16 (xx·山東·37(2))如圖16所示，扇形AOB

15、為透明柱狀介質(zhì)的橫截面，圓心角∠AOB＝60°.一束平行于角平分線OM的單色光由OA射入介質(zhì)，經(jīng)OA折射的光線恰平行于OB. (1)求介質(zhì)的折射率． (2)折射光線中恰好射到M點(diǎn)的光線________(填“能”或“不能”)發(fā)生全反射． 9．(xx·吉林長(zhǎng)白縣高三質(zhì)量檢測(cè))如圖17所示， 圖17 有一截面是直角三角形的棱鏡ABC，∠A＝30°.它對(duì)紅光的折射率為n1，對(duì)紫光的折射率為n2.在距AC邊d處有一與AC平行的光屏．現(xiàn)有由以上兩種色光組成的很細(xì)的光束垂直AB邊射入棱鏡． (1)紅光和紫光在棱鏡中的傳播速度比為多少？ (2)為了使紅

16、光能從AC面射出棱鏡，n1應(yīng)滿足什么條件？ (3)若兩種光都能從AC面射出，求在光屏MN上兩光點(diǎn)間的距離． 圖18 10．(xx·常州模擬)如圖18所示，一透明球體置于空氣中，球半徑R＝10 cm，折射率n＝，MN是一條通過(guò)球心的直線，單色細(xì)光束AB平行于MN射向球體，B為入射點(diǎn)，AB與MN間距為5 cm，CD為出射光線． (1)補(bǔ)全光路圖并求出光從B點(diǎn)傳到C點(diǎn)的時(shí)間； (2)求CD與MN所成的角α. 11．半徑為R的玻璃半圓柱體， 圖19 橫截面如圖19所示，圓心為O.兩條平行單色

17、紅光沿截面射向圓柱面，方向與底面垂直，光線1的入射點(diǎn)A為圓柱面的頂點(diǎn)，光線2的入射點(diǎn)為B，∠AOB＝60°.已知該玻璃對(duì)紅光的折射率n＝. (1)求兩條光線經(jīng)柱面和底面折射后的交點(diǎn)與O點(diǎn)的距離d. (2)若入射的是單色藍(lán)光，則距離d將比上面求得的結(jié)果大還是小？ 學(xué)案57　光的折射與全反射 【課前雙基回扣】 1．ACD　2.BC　3.B　4.BD　5.A　6.B 思維提升 1．光的折射 (1)光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫做這種介質(zhì)的絕對(duì)折射率．簡(jiǎn)稱(chēng)折射率． (2)實(shí)驗(yàn)證明，介質(zhì)

18、的折射率等于光在真空中的傳播速度與光在該介質(zhì)中的傳播速度之比，即n＝c/v.任何介質(zhì)的折射率都大于1. 2．光的全反射 (1)光照射到兩種介質(zhì)界面上時(shí)，光線全部被反射回原介質(zhì)的現(xiàn)象稱(chēng)為全反射現(xiàn)象． (2)發(fā)生全反射的條件 ①光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)． ②入射角大于或等于臨界角． (3)臨界角：折射角等于90°時(shí)的入射角．設(shè)光線從某種介質(zhì)射向真空或空氣時(shí)的臨界角為C，則sin C＝. 3．不同色光在同一介質(zhì)中速度不同，頻率越高，折射率越大，速度越小，波長(zhǎng)越短，臨界角越小． 【核心考點(diǎn)突破】 例1 60° 解析　設(shè)入射光線與1/4球體的交點(diǎn)為C，連接OC，OC即為入射點(diǎn)的法線

19、．因此，圖中的角α為入射角．過(guò)C點(diǎn)作球體水平表面的垂線，垂足為B.依題意，∠COB＝α.又由△OBC知sin α＝① 設(shè)光線在C點(diǎn)的折射角為β，由折射定律得 ＝② 由①②式得β＝30°③ 由幾何關(guān)系知，光線在球體的豎直表面上的入射角γ(見(jiàn)右圖)為30°.由折射定律得 ＝，因此sin θ＝ 解得θ＝60° [規(guī)范思維]　幾何光學(xué)就是以光線為工具研究光的傳播規(guī)律，正確規(guī)范地作出光路圖是解決幾何光學(xué)問(wèn)題的關(guān)鍵和前提．根據(jù)光路圖找出入射角和折射角，利用題目所給信息由幾何關(guān)系確定入射角和折射角的正弦值． 例2 AB　[緊貼內(nèi)圓入射的光線到達(dá)界面時(shí)入射角最小，由已知條件可知該入射角為4

20、5°，所以該材料折射率的最小值為，A、B正確；光在該介質(zhì)中通過(guò)的最小路程為4r，所以光傳播時(shí)間的最小值為，C、D錯(cuò)誤．] [規(guī)范思維]　在解決光的折射、全反射問(wèn)題時(shí)，應(yīng)根據(jù)題意分析光路，利用幾何知識(shí)分析線、角關(guān)系，比較入射角和臨界角的大小關(guān)系，看是否滿足全反射條件．有時(shí)還要靈活運(yùn)用光路的可逆性來(lái)進(jìn)行分析． 例3　C　[因n紅C紫，因此當(dāng)增大入射角時(shí)，紫光先發(fā)生全反射，紫光先消失，且當(dāng)入射光的入射角逐漸增大時(shí)，折射光強(qiáng)度會(huì)逐漸減弱，反射光強(qiáng)度會(huì)逐漸增強(qiáng)，故應(yīng)選C.] [規(guī)范思維]　掌握折射的規(guī)律和全反射的條件、規(guī)律，知道不同色光在同一介質(zhì)中的折

21、射率不同，就能正確解答本題． [針對(duì)訓(xùn)練] 1．C　2.B　3.B 思想方法總結(jié) 1．畫(huà)光路圖應(yīng)注意的問(wèn)題 (1)光線實(shí)際是從哪個(gè)物體發(fā)出的；(2)光線是從光密介質(zhì)向光疏介質(zhì)傳播的還是從光疏介質(zhì)向光密介質(zhì)傳播的；(3)必要的時(shí)候還需要借助光的可逆性原理；(4)注意作圖時(shí)一定要規(guī)范，光線與法線、光線的反向延長(zhǎng)線等應(yīng)該用實(shí)線和虛線區(qū)分． 2．各種色散現(xiàn)象的規(guī)律 (1)光的顏色取決于頻率，從紅光到紫光，頻率逐漸增大，波長(zhǎng)逐漸減小，色光由真空進(jìn)入介質(zhì)，頻率不變，波長(zhǎng)減?。? (2)色光從真空進(jìn)入介質(zhì)速度都要減小，在同一種介質(zhì)中，從紅光到紫光，速度逐漸減?。? (3)在同一種介質(zhì)中，從

22、紅光到紫光，折射率逐漸增大． 3．折射類(lèi)、全反射類(lèi)問(wèn)題的分析方法一般是先作光路圖，借助圖形找出幾何關(guān)系．利用n＝及n＝和v＝λf進(jìn)行計(jì)算．利用sin C＝判斷臨界角，找出臨界光線，利用光路圖解答問(wèn)題，并注意光路的可逆性． 【課時(shí)效果檢測(cè)】 1．A　2.AD　3.BD　4.B　5.AC 6．(1)　(2)能 解析　(1)因?yàn)榧?xì)束單色光由MN端面中點(diǎn)垂直射入，所以到達(dá)弧面EF界面時(shí)入射角為45°，又因?yàn)榍『冒l(fā)生全反射，所以45°為臨界角C，由sin C＝可知，該玻璃棒的折射率n＝＝. (2)若將入射光向N端平移，第一次射到弧面EF上的入射角將增大，即大于臨界角45°，所以能發(fā)生全反射．

23、 7．(1)　(2) m 解析　根據(jù)題意畫(huà)出如圖所示的示意圖． (1)根據(jù)幾何知識(shí)，知sin i＝＝0.8 sin r＝＝0.6 根據(jù)折射定律得折射率n＝＝ (2)潛水員恰好能看見(jiàn)Q時(shí)，有sin C＝＝ 又sin C＝ 代入數(shù)據(jù)得l＝ m 8．(1)　(2)不能 解析　依題意作出光路圖． (1)由幾何知識(shí)可知， 入射角i＝60°，折射角r＝30° 根據(jù)折射定律得 n＝ 代入數(shù)據(jù)解得 n＝ (2)不能． 9．(1)　(2)n1<2　(3)d 解析　(1)v紅＝ v紫＝ 故＝ (2)由幾何關(guān)系知，為使紅光射出，則臨界角 C>30° s

24、in C＝> 解得n1<2 (3)由光路的可逆性和折射定律得＝n1?。絥2 Δx＝d(tan r2－tan r1)＝d 10．見(jiàn)解析 解析　(1)連接BC，如下圖所示，在B點(diǎn)光線的入射角、折射角分別標(biāo)為θ1、θ2， sin θ1＝5/10＝/2.所以，θ1＝45°，由折射率定律： 在B點(diǎn)有：n＝ sin θ2＝1/2，故：θ2＝30° BC＝2Rcos θ2，t＝BCn/c＝2Rncos θ2/c＝(/3)×10－9 s (2)由幾何關(guān)系可知∠COP＝15°，∠OCP＝135°，α＝30°. 11．(1)　(2)小 解析　(1)光路如圖所示，可知θ1＝60° 由折射率n＝，可得θ2＝30° 由幾何關(guān)系及折射定律公式n＝得：θ3＝30°，θ4＝60° 所以O(shè)C＝＝ 在△OCD中可得d＝OD＝ OCtan 30°＝ (2)由于單色藍(lán)光比單色紅光波長(zhǎng)小、折射率n大，所以向OC偏折更明顯，d將減?。? 易錯(cuò)點(diǎn)評(píng) 1．光路圖作圖不準(zhǔn)確、不規(guī)范、不合比例造成分析計(jì)算失誤．如第10、11題． 2．有些同學(xué)對(duì)題目讀題不夠認(rèn)真，思考不夠徹底，有畏難心理，導(dǎo)致題目解不出來(lái)．如第3題，第9題等． 3．對(duì)各種色光的頻率關(guān)系記憶不準(zhǔn)確，導(dǎo)致各色光的波長(zhǎng)、臨界角、傳播速度等問(wèn)題判斷不準(zhǔn)．