高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題十五 光學(xué)、電磁波與相對論 第1講 光的折射、全反射課件

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1、專題十五 光學(xué)、電磁波與相對論考點內(nèi)容要求熱點考向光的折射定律1.本章考查的熱點有光的折射定律、折射率的計算、全反射的應(yīng)用等，題型有選擇、填空、計算等，難度中等偏下，光的折射與全反射的綜合，以計算題的形式考查的居多；2.對于光學(xué)部分，分析幾何光學(xué)中的折射、全反射和臨界角問題時，應(yīng)注意與實際應(yīng)用的聯(lián)系，作出正確的光路圖；3.電磁波和相對論部分，以考查基本概念及對規(guī)律的簡單理解為主，不可忽視任何一個知識點；4.對本專題的兩個實驗，高考時直接考查的頻率不高，但復(fù)習(xí)時不能忽略，要注意對實驗原理、器材、步驟、數(shù)據(jù)處理方法、誤差分析等的理解.說明：光的干涉限于雙縫干涉、薄膜干涉折射率全反射、光導(dǎo)纖維光的干

2、涉、衍射和偏振現(xiàn)象電磁波的產(chǎn)生電磁波的發(fā)射、傳播和接收電磁波譜狹義相對論的基本假設(shè)質(zhì)能關(guān)系實驗十五：測定玻璃的折射率實驗十六：用雙縫干涉測量光的波長第1講光的折射、全反射考點 1光的折射定律1. 折射現(xiàn)象：光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時傳播方向_的現(xiàn)象.改變2.折射定律(1)內(nèi)容：折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的_；入射角的正弦與_成正比.兩側(cè)折射角的正弦sin 1sin 2n21(1、2 分別為入射角和折射角，n12(2)表達(dá)式：是比例常數(shù)).考點 2折射率入射角的正弦折射角的正弦1.定義：光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時，_與_之比，叫做這種介質(zhì)的折射率

3、.的頻率決定.1光密光疏3.計算公式：n_，因為 vc，所以任何介質(zhì)的折射率都大于_.對兩種介質(zhì)來說，若 n1n2 ，則折射率為 n1 的介質(zhì)稱為_介質(zhì)，折射率為 n2 的介質(zhì)稱為_介質(zhì).4.物理意義：折射率是表示光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，發(fā)生_的物理量，與入射角1 及折射角2 的大小無關(guān).偏折程度2.定義式：n_.折射率由介質(zhì)本身的光學(xué)性質(zhì)和光考點 3全反射1.定義：光從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)的分界面上時，當(dāng)_增大到某一角度時，折射光線消失，只剩下反射光線的現(xiàn)象.入射角光密光疏大于或等于2.條件：光從_介質(zhì)射向_介質(zhì)；入射角_臨界角.3.臨界角：折射角等于 90時的入射角.若光從光密介質(zhì)

4、(折射率為 n)射向真空或空氣時，發(fā)生全反射的臨界角為 C，則sin C_.1n4.應(yīng)用：全反射棱鏡、_.光導(dǎo)纖維考點 4光的色散、棱鏡單色光黃藍(lán)1.光的色散：含有多種顏色的光被分解為_的現(xiàn)象叫做光的色散.白光通過三棱鏡會分解為紅、橙、_、綠、_、靛、紫七種單色光.2.光譜：含有多種顏色的光被分解后，各種色光按其波長的_排列.有序3.棱鏡三角形折射率(1)定義：截面是_的玻璃儀器，可以使光發(fā)生色散，白光的色散表明各色光在同一介質(zhì)中的_不同.(2)三棱鏡對光線的作用：改變光的傳播方向，使復(fù)色光發(fā)生色散.【基礎(chǔ)自測】1.(多選)直線 P1P2 過均勻玻璃球球心 O，細(xì)光束 a、b 平行且關(guān)于 P1

5、P2 對稱，由空氣射入玻璃球的光路如圖 15-1-1 所示，a、b 光相比()A.玻璃對 a 光的折射率較大B.玻璃對 a 光的臨界角較大C.b 光在玻璃中的傳播速度較小圖 15-1-1D.b 光在玻璃中的傳播時間較短E.b 光更容易發(fā)生全反射答案：BCE乙所示.則下列說法錯誤的是( )2.(多選，2016 年四川卷)某同學(xué)通過實驗測定半圓形玻璃磚的折射率 n.如圖 15-1-2 甲所示，O 是圓心，MN 是法線，AO、BO 分別表示某次測量時光線在空氣和玻璃磚中的傳播路徑.該同學(xué)測得多組入射角 i 和折射角 r，作出的 sin i-sin r 圖象如圖甲乙圖 15-1-2. .A.光由 A

6、經(jīng) O 到 B，n1.5B.光由 B 經(jīng) O 到 A，n1.5C.光由 A 經(jīng) O 到 B，n0.67D.光由 B 經(jīng) O 到 A，n0.67E.增大入射角，光有可能發(fā)生全反射答案：ACD3.半徑為 R、介質(zhì)折射率為 n 的透明圓柱體，過其軸線 OO的截面如圖 15-1-3 所示.位于截面所在的平面內(nèi)的一細(xì)束光線，以角 i0 由 O 點入射，折射光線由上邊界的 A 點射出.當(dāng)光線在 O點的入射角減小至某一值時，折射光線在上邊界的 B 點恰好發(fā)生全反射.求 A、B 兩點間的距離.圖 15-1-3解：如圖 D52 所示，當(dāng)光線在 O 點的入射角為 i0 時，設(shè)折射角為 r0，由折射定律得sin i

7、0sin r0n設(shè) A 點與左端面的距離為 dA，由幾何關(guān)系得圖 D52若折射光線恰好發(fā)生全反射，則在 B 點的入射角恰好為臨界角 C，設(shè) B 點與左端面的距離為 dB，由折射定律得4.(2016 年新課標(biāo)卷) 如圖 15-1-4 所示，在注滿水的游泳池的池底有一點光源A，它到池邊的水平距離為 3.0 m.從點光源A 射向池邊的光線 AB 與豎直方向的夾角恰(1)求池內(nèi)的水深.圖 15-1-4(2)一救生員坐在離池邊不遠(yuǎn)處的高凳上，他的眼睛到池面的高度為 2.0 m.當(dāng)他看到正前下方的點光源 A 時，他的眼睛所接受的光線與豎直方向的夾角恰好為 45.求救生員的眼睛到池邊的水平距離(計算結(jié)果保留

8、 1 位有效數(shù)字).解：(1)如圖 D53 所示，設(shè)到達(dá)池邊的光線的入射角為 i，有nsin isin 由幾何關(guān)系有式中，l3 m，h 是池內(nèi)水的深度，聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)解得圖 D53(2)設(shè)此時救生員的眼睛到池邊的距離為 x.依題意，救生員的視線與豎直方向的夾角為45.由折射定律有nsin isin 式中，i是光線在水面的入射角.設(shè)池底點光源 A 到水面入射點的水平距離為 a，由幾何關(guān)系有項目平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)結(jié)構(gòu)玻璃磚上、下表面是平行的橫截面為三角形的三棱鏡橫截面是圓熱點 1折射現(xiàn)象與折射率熱點歸納平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對光路的控制：項目平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)對

9、光線的作用通過平行玻璃磚的光線不改變傳播方向，但要發(fā)生側(cè)移通過三棱鏡的光線經(jīng)兩次折射后，出射光線向棱鏡底面偏折圓界面的法線是過圓心的直線，經(jīng)過兩次折射后向圓心偏折應(yīng)用測定玻璃的折射率全反射棱鏡，改變光的傳播方向改變光的傳播方向(續(xù)表)考向 1平行玻璃磚對光路的控制【典題 1】人造樹脂是常用的眼鏡鏡片材料.如圖 15-1-5 所示，光線射在一人造樹脂立方體上，經(jīng)折射后，射在桌面上的P 點.已知光線的入射角為 30，OA5 cm，AB20 cm，BP12 cm，求該人造樹脂材料的折射率 n.圖 15-1-5考向 2三棱鏡對光路的控制【典題 2 】(2017 年廣東茂名高三第一次質(zhì)量監(jiān)測) 如圖15

10、-1-6 所示，等邊三角形 ABC 為某透明玻璃三棱鏡的截面圖，三棱鏡的折射率為 .在截面上一束足夠強的細(xì)光束從 AB 邊中點與 AB 邊成 30入射角由真空射入三棱鏡，求：(1)光從 AB 邊入射時的折射角？(2)BC 邊的出射光線與 AB 邊的入射光線的夾角為多大？圖 15-1-63解：(1)光射入三棱鏡的光路如圖 D54 所示，i160由折射定律： nsin i1sin r1代入數(shù)據(jù)解得 r130.(2)由折射定律得sin i2sin r21n圖 D54代入數(shù)據(jù)解得 r260設(shè)它與入射光線夾角為，由幾何關(guān)系得(i1r1)(r2i2) 由以上關(guān)系解得60.考向 3透明球?qū)獾目刂啤镜漕} 3

11、】(2017 年江蘇卷)人的眼球可簡化為如圖 15-1-7所示的模型，折射率相同、半徑不同的兩個球體共軸，平行光束寬度為 D，對稱地沿軸線方向射入半徑為 R 的小球，會聚在聚角.(示意圖未按比例畫出)圖 15-1-7考向 4組合體對光路的控制【典題 4】(2017 年新課標(biāo)卷)如圖 15-1-8 所示，一玻璃工件的上半部是半徑為 R 的半球體，O 點為球心；下半部是半徑為 R、高為 2R 的圓柱體，圓柱體底面鍍有反射膜.有一平行于中心軸 OC 的光線從半球面射入，該光線與 OC 之間的距離為 0.6R.已知最后從半球面射出的光線恰好與入射光線平行(不考慮多次反射).求該玻璃的折射率.圖 15-

12、1-8解：如圖 D55 所示，根據(jù)光路的對稱性和光路可逆性，與入射光線相對于 OC 軸對稱的出射光線一定與入射光線平行.這樣，從半球面射入的折射光線，將從圓柱體底面的中心 C 點反射.圖 D55設(shè)光線在半球面的入射角為 i，折射角為 r.由折射定律有sin insin r熱點 2全反射現(xiàn)象的理解及應(yīng)用熱點歸納1.求解光的折射、全反射問題的四點提醒：(1)光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對而言的.同一種介質(zhì)，相對于其他不同的介質(zhì)，可能是光密介質(zhì)，也可能是光疏介質(zhì).(2)如果光線從光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì)，則無論入射角多大，都不會發(fā)生全反射現(xiàn)象.(3)在光的反射和全反射現(xiàn)象中，均遵循光的反射定律，光路均是可逆的

13、.(4)當(dāng)光射到兩種介質(zhì)的界面上時，往往同時發(fā)生光的折射和反射現(xiàn)象，但在全反射現(xiàn)象中，只發(fā)生反射，不發(fā)生折射.2.解決全反射問題的一般方法：(1)確定光是從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì).(3)根據(jù)題設(shè)條件，判定光在傳播時是否發(fā)生全反射.(4)如發(fā)生全反射，畫出入射角等于臨界角時的臨界光路圖.(5)運用幾何關(guān)系或三角函數(shù)關(guān)系以及反射定律等進行分析、判斷、運算，解決問題.3.求解全反射現(xiàn)象中光的傳播時間的一般思路：考向 1全反射中的臨界問題【典題 5】(2017 年廣東惠州模擬)如圖 15-1-9 所示，一束平行光以 45的入射角照射到半徑為 R 的半圓柱形玻璃磚的上表面上，已知玻璃磚對平行光的折射率為

14、.則圓柱面上光線能夠射出的區(qū)域所對的圓心角是多少？圖 15-1-92解：作出光路圖，如圖 D56 所示，由折射定律，有：圖 D56nsin isin r即有EAO45此時EOA75因 EA 與 OB 平行，所以EAOAOB45如果光線 FC 剛好在 C 點發(fā)生全反射，則有FCO45此時FOC15故知圓柱面上光線能夠射出的區(qū)域所對的圓心角180EOAFOC180751590.考向 2折射定律與全反射綜合熱點歸納求解光的折射與全反射的綜合問題時，要抓住折射定律和發(fā)生全反射的條件這兩個關(guān)鍵.基本思路如下：(1)判斷光線是從光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì)還是從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì).(2)判斷入射角是否大于臨界角

15、，明確是否發(fā)生全反射現(xiàn)象.(3)畫出反射、折射或全反射的光路圖，必要時還可應(yīng)用光路的可逆原理畫出光路圖，然后結(jié)合幾何知識進行推斷和求解相關(guān)問題.(4)折射率 n 是討論折射和全反射問題的重要物理量，是聯(lián)系各物理量的橋梁，對跟折射率有關(guān)的所有關(guān)系式應(yīng)熟練掌握.【典題 6】(2017 年新課標(biāo)卷)如圖 15-1-10 所示，一半徑為 R 的玻璃半球，O 點是半球的球心，虛線 OO表示光軸(過球心 O 與半球底面垂直的直線).已知玻璃的折射率為 1.5.現(xiàn)有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光線能從球面射出(不考慮被半球的內(nèi)表面反射后的光線).求：圖 15-1-10(1)從球面射出的光線對應(yīng)的入

16、射光線到光軸距離的最大值.的距離.解：(1)如圖 15-1-11 所示，從底面上 A 處射入的光線，在球面上發(fā)生折射時的入射角為 i，當(dāng) i 等于全反射臨界角 ic 時，對應(yīng)入射光線到光軸的距離最大，設(shè)最大距離為 l.ii0設(shè) n 是玻璃的折射率，由全反射臨界角的定義有nsin ic1圖 15-1-11【遷移拓展】如圖 15-1-12 所示，三棱鏡的橫截面為直角三角形 ABC，A30，B60.一束平行于 AC 邊的光線自AB 邊的 P 點射入三棱鏡，在 AC 邊發(fā)生反射后從 BC 邊的 M點射出，若光線在 P 點的入射角和在 M 點的折射角相等，求：(1)三棱鏡的折射率.(2)在三棱鏡的 AC

17、 邊是否有光線逸出？寫出分析過程.(不考慮多次反射)圖 15-1-12解：(1)光路圖如圖 D57 所示，圖中 N 點為光線在 AC 邊發(fā)生反射的入射點.設(shè)光線在 P 點的入射角為 i、折射角為 r，在 M點的入射角為 r、折射角依題意也為 i.圖 D57由幾何關(guān)系知 i60由折射定律有 sin insin rnsin rsin i由式得 rrOO為過 M 點的法線，C 為直角，OOAC，由幾何關(guān)系有MNCr由反射定律可知PNAMNC聯(lián)立式得PNAr由幾何關(guān)系得 r30聯(lián)立式得 n .3(2)設(shè)在 N 點的入射角為 i，由幾何關(guān)系得 i60此三棱鏡的全反射臨界角滿足 nsin C1由式得 iC此光線在 N 點發(fā)生全反射，三棱鏡的 AC 邊沒有光線透出.