高考物理大一輪總復(fù)習(xí) 第二章 第1講 光的折射 全反射 新人教版選修34

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1、第二章第二章 光光考綱下載考綱下載考情上線考情上線1.光的折射定律光的折射定律 2折射率折射率 3.全反射、光導(dǎo)纖維全反射、光導(dǎo)纖維 4.光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象象 實(shí)驗(yàn)二：測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)二：測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)三：用雙縫干涉測(cè)光的實(shí)驗(yàn)三：用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)波長(zhǎng)1.考查對(duì)光的折射定律的理解考查對(duì)光的折射定律的理解與應(yīng)用與應(yīng)用2考查全反射現(xiàn)象及其分析考查全反射現(xiàn)象及其分析3考查光的干涉條件，干涉條考查光的干涉條件，干涉條紋的分析以及衍射、偏振等現(xiàn)紋的分析以及衍射、偏振等現(xiàn)象的理解象的理解4考查折射率、波長(zhǎng)的測(cè)量考查折射率、波長(zhǎng)的測(cè)量.第第1講光的折射全反射講光的折射

2、全反射01主干回顧固基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)1光的折射定律 折射率 1. 折射現(xiàn)象光從一種介質(zhì)斜射進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)傳播方向_的現(xiàn)象 改變改變2. 折射定律(1)內(nèi)容：折射光線與入射光線、法線處在_內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的_；入射角的正弦與折射角的正弦_(2)表達(dá)式：_n12，式中n12是比例常數(shù)(3)在光的折射現(xiàn)象中，光路是_的同一平面同一平面兩側(cè)兩側(cè)成正比成正比可逆可逆3. 折射率(1)定義：光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，_的正弦與_的正弦的比值(2)物理意義：折射率僅反映介質(zhì)的光學(xué)特性，折射率大，說(shuō)明光從真空射入到該介質(zhì)時(shí)_，反之偏折小入射角入射角折射角折射角偏折大偏折大 (3)定義式：n

3、_.不能說(shuō)n與_成正比，與_成反比折射率由介質(zhì)本身的光學(xué)性質(zhì)和光的頻率決定、與入射角的大小無(wú)關(guān) (4)計(jì)算公式：n_，因vc，故任何介質(zhì)的折射率總 _(選填“大于”或“小于”)1.sin1sin2大于大于4. 光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)(1)光密介質(zhì)：折射率_的介質(zhì)(2)光疏介質(zhì)：折射率_的介質(zhì)(3)光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是_的同種介質(zhì)相對(duì)不同介質(zhì)可能是光密介質(zhì)，也可能是光疏介質(zhì).較大較大較小較小相對(duì)相對(duì)知識(shí)點(diǎn)2全反射、光導(dǎo)纖維 1. 全反射(1)條件：光從光密介質(zhì)射入_入射角_臨界角(2)現(xiàn)象：折射光完全消失，只剩下_(3)臨界角：折射角等于90時(shí)的入射角，用C表示，sinC_.光疏介質(zhì)光疏介質(zhì)大于或等

4、于大于或等于反射光反射光2. 光導(dǎo)纖維原理：利用_光的全反射光的全反射3光的色散(1)光的色散現(xiàn)象：含有多種顏色的光被分解為_光的現(xiàn)象(2)色散規(guī)律：由于n紅n紫，所以以相同的入射角射到棱鏡界面時(shí)，紅光和紫光的折射角不同，即紫光偏折得更明顯當(dāng)它們射到另一個(gè)界面時(shí)，紫光的偏折最大，_光的偏折最小單色單色紅紅 (3)光的色散現(xiàn)象說(shuō)明： 白光為復(fù)色光； 同一介質(zhì)對(duì)不同色光的折射率不同，頻率越大的色光折射率_； 不同色光在同一介質(zhì)中的傳播速度不同，波長(zhǎng)越短，波速_.越大越大越慢越慢知識(shí)點(diǎn)3實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率 (5)在玻璃磚的bb一側(cè)白紙上豎直地插一枚大頭針，用眼睛觀察調(diào)整視線，同時(shí)移動(dòng)大頭針P3的

5、位置，使P3恰好能同時(shí)擋住aa一側(cè)所插的大頭針P2、P1的像，把此位置的大頭針P3固定，插好 (6)同樣地，在玻璃磚的bb一側(cè)再垂直地插一枚大頭針P4，使P4能擋住P3本身，同時(shí)也擋住P1、P2的像 (7)記下P1、P2、P3、P4的位置，移去玻璃磚，拔去大頭針，過(guò)P3、P4連一條直線OB，交bb于O點(diǎn)，連接OO就是入射光線AO在玻璃磚內(nèi)的折射光線，折射角為2.2.注意事項(xiàng)(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間、P2和O點(diǎn)之間、P3與P4之間、P3與O之間距離要稍大一些，這樣可以減小確定光路方向時(shí)出現(xiàn)的誤差(2)入射角1應(yīng)適當(dāng)大一些，以減小測(cè)量角度的誤差，但入射角不宜太大，

6、太大會(huì)導(dǎo)致反射光太強(qiáng)、折射光太弱，不易確定P3、P4的位置(3)在操作時(shí)，手不能觸摸玻璃磚的光潔光學(xué)面，更不能把玻璃磚界面當(dāng)尺子畫界線(4)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，玻璃磚與白紙的相對(duì)位置不能改變一、基礎(chǔ)知識(shí)題組1. 光的反射、光的折射的光路圖很多公園的水池底都裝有彩燈，當(dāng)一細(xì)束由紅、藍(lán)兩色組成的燈光從水中斜射向空氣時(shí)，關(guān)于光在水面可能發(fā)生的反射和折射現(xiàn)象，下列光路圖中正確的是()解析：紅光、藍(lán)光都要發(fā)生反射，紅光的折射率較小，所以紅光發(fā)生全反射的臨界角較藍(lán)光大，藍(lán)光發(fā)生全反射時(shí)，紅光不一定發(fā)生，故選項(xiàng)C正確答案：C2. 折射率公式(多選)如圖所示，光在真空和介質(zhì)的界面MN上發(fā)生偏折，那么下列說(shuō)法正確的是

7、()A. 光是從真空射向介質(zhì)B. 介質(zhì)的折射率為1.73C. 光在介質(zhì)中的傳播速度為1.73108 m/sD. 反射光線與折射光線成60角答案：答案：BC 3. 全反射及光導(dǎo)纖維(多選)香港中文大學(xué)第三任校長(zhǎng)高錕榮獲了2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)高度評(píng)價(jià)了高錕的貢獻(xiàn)，評(píng)委會(huì)指出：高錕1966年發(fā)現(xiàn)如何通過(guò)光學(xué)玻璃纖維遠(yuǎn)距離傳輸光信號(hào)的工作，成為今日電話和高速互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的基石下列關(guān)于“光纖”及原理的說(shuō)法中，正確的是() A. 光纖通信具有傳輸容量大、衰減小、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) B. 光纖通信、全息照相、數(shù)碼相機(jī)及醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡都是利用了光的全反射原理 C. 實(shí)用光導(dǎo)纖維是

8、由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射 D. 當(dāng)今，在信號(hào)的傳輸領(lǐng)域中，光纖電纜(“光纜”)已經(jīng)幾乎完全取代了傳統(tǒng)的銅質(zhì)“電纜”，成為傳播信息的主要工具，是互聯(lián)網(wǎng)的骨架，并已聯(lián)接到普通社區(qū)解析：全息照相是利用了光的干涉的原理，數(shù)碼相機(jī)是一種利用電子傳感器把光學(xué)影像轉(zhuǎn)換成電子數(shù)據(jù)的照相機(jī)，它們都不是利用了光的全反射原理，B錯(cuò)誤；實(shí)用光導(dǎo)纖維是由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的大，C錯(cuò)誤答案：AD4. 光的色散現(xiàn)象分析雨后太陽(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2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、

9、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)光和紫光解析：由可見光的折射率知，紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種色光的折射率依次增大，由題圖知ad折射率依次減小，故A、C、D錯(cuò)，B對(duì)答案：B6. 光傳播路徑的確定方法如圖所示是一種折射率n1.5的棱鏡，現(xiàn)有一束光線沿MN的方向射到棱鏡的AB界面上，入射角的正弦值為sin i0.75.求：(1)光在棱鏡中傳播的速率；(2)通過(guò)計(jì)算說(shuō)明此束光線射出棱鏡后的方向并畫出光路圖(不考慮返回到AB面上的光線)答案：見解析確定光線的方法1先確定光線在界面

10、上的入射點(diǎn)，然后再找光線通過(guò)的另外一個(gè)點(diǎn)，通過(guò)兩點(diǎn)確定光線2. 根據(jù)折射定律計(jì)算折射角，確定折射光線當(dāng)光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，應(yīng)注意是否發(fā)生全反射02典例突破知規(guī)律(2)折射率由介質(zhì)本身性質(zhì)決定，與入射角的大小無(wú)關(guān)(3)折射率與介質(zhì)的密度沒有關(guān)系，光密介質(zhì)不是指密度大的介質(zhì)(4)折射率的大小不僅與介質(zhì)本身有關(guān)，還與光的頻率有關(guān)同一種介質(zhì)中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越小(5)同一種色光，在不同介質(zhì)中雖然波速、波長(zhǎng)不同，但頻率相同2. 平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對(duì)光路的控制 典例透析一半圓柱形透明物體橫截面如圖所示，底面AOB鍍銀(圖中粗線)，O表示半圓截面的圓心，一束光線在橫

11、截面內(nèi)從M點(diǎn)入射，經(jīng)過(guò)AB面反射后從N點(diǎn)射出，已知光線在M點(diǎn)的入射角為30，MOA60，NOB30.求：(1)光線在M點(diǎn)的折射角；(2)透明物體的折射率解題探究(1)如何確定透明物體內(nèi)的折射光線和反射光線？提示：可先找出M點(diǎn)關(guān)于AOB平面的對(duì)稱點(diǎn)，再確定反射光線和入射光線(2)如何確定透明體的折射率？(1)如圖，透明物體內(nèi)部的光路為折線MPN，Q、M點(diǎn)相對(duì)于底面EF對(duì)稱，Q、P、N三點(diǎn)共線設(shè)在M點(diǎn)處，光的入射角為i，折射角為r，OMQ，PNF，根據(jù)題意有30 由幾何關(guān)系得，PNOPQOr，于是r60 r 由式得r15光的折射問題的規(guī)范求解(1)一般解題步驟：根據(jù)題意準(zhǔn)確作出光路圖，注意作準(zhǔn)法線

12、利用數(shù)學(xué)知識(shí)找到入射角和折射角利用折射定律列方程 考點(diǎn)2光的折射、全反射的綜合應(yīng)用考點(diǎn)解讀：1.全反射的理解(1)如果光線從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，則無(wú)論入射角多大，都不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象(2)光的全反射現(xiàn)象遵循光的反射定律，光路是可逆的 (3)當(dāng)光射到兩種介質(zhì)的界面上時(shí)，往往同時(shí)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)生折射當(dāng)折射角等于90時(shí)，實(shí)際上就已經(jīng)沒有折射光了 (4)全反射現(xiàn)象可以從能量的角度去理解：當(dāng)光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，在入射角逐漸增大的過(guò)程中，反射光的能量逐漸增強(qiáng)，折射光的能量逐漸減弱，當(dāng)入射角等于臨界角時(shí)，折射光的能量已經(jīng)減弱為零，這時(shí)就發(fā)生了全反射2.全

13、反射的有關(guān)現(xiàn)象及應(yīng)用(1)海水浪花呈白色、玻璃(水)中氣泡看起來(lái)特別亮、沙漠蜃景、夏天的柏油路面看起來(lái)“水淋淋”的、海市蜃樓、鉆石的奪目光彩、水下燈照不到整個(gè)水面、全反射棱鏡等(2)光導(dǎo)纖維：結(jié)構(gòu)：簡(jiǎn)稱光纖，是一種透明的玻璃纖維絲，直徑在幾微米到一百微米之間，由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率，即內(nèi)芯是光密介質(zhì)，外套是光疏介質(zhì)原理：光在光纖的內(nèi)芯中傳播，每次射到內(nèi)、外層的界面上時(shí)，都要求入射角大于臨界角，從而發(fā)生全反射典例透析2012山東高考如圖所示，一玻璃球體的半徑為R，O為球心，AB為直徑來(lái)自B點(diǎn)的光線BM在M點(diǎn)射出，出射光線平行于AB，另一光線BN恰好在N點(diǎn)發(fā)生全反射已知

14、ABM30，求(1)玻璃的折射率(2)球心O到BN的距離 解題探究(1)折射率公式 (2)恰好發(fā)生全反射時(shí)，入射角的角度多大 解答全反射類問題的技巧 解答全反射類問題時(shí)，要抓住發(fā)生全反射的兩個(gè)條件：一是光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，二是入射角大于或等于臨界角利用好光路圖中的臨界光線，準(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)生全反射的光路圖是解題的關(guān)鍵，且在作光路圖時(shí)盡量與實(shí)際相符，這樣更有利于問題的分析解析：如圖，考慮從玻璃立方體中心O點(diǎn)發(fā)出的一條光線，假設(shè)它斜射到玻璃立方體上表面發(fā)生折射根據(jù)折射定律有nsinsin 2. 如圖所示，AB為一直光導(dǎo)纖維，AB之間距離為s，使一光脈沖信號(hào)從光導(dǎo)纖維中間入射，射入后在光

15、導(dǎo)纖維與空氣的界面上恰好發(fā)生全反射，由A點(diǎn)傳輸?shù)紹點(diǎn)所用時(shí)間為t，求光導(dǎo)纖維所用材料的折射率n. 出射光線和入射光線之間的夾角稱為偏向角(如圖中) (2)棱鏡成像(如圖) 隔著棱鏡看物體的像是正立的虛像，像的位置向棱鏡頂角方向偏移3. 全反射棱鏡(1)定義：橫截面為等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡(2)全反射棱鏡對(duì)光路的控制如圖所示：(3)全反射棱鏡的優(yōu)點(diǎn)：全反射棱鏡和平面鏡在改變光路方面，效果是相同的，相比之下，全反射棱鏡成像更清晰，光能損失更少4. 光的色散(1)光的色散：把復(fù)色光分解為單色光的現(xiàn)象叫做光的色散白光通過(guò)棱鏡后，被分解為紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛和紫七種顏色(如圖) (2)正確理

16、解光的色散 光的顏色由光的頻率決定 各種色光的比較顏色顏色紅橙黃綠青藍(lán)紫紅橙黃綠青藍(lán)紫 頻率頻率低低高高同一介質(zhì)中的折射率同一介質(zhì)中的折射率小小大大 同一介質(zhì)中速度同一介質(zhì)中速度大大小小 波長(zhǎng)波長(zhǎng)大大小小臨界角臨界角大大小小通過(guò)棱鏡的偏折角通過(guò)棱鏡的偏折角小小大大解題探究(1)試分析題目中“要求入射角為任何值的光線都會(huì)從棱鏡的右側(cè)面射出”的物理含義物理含義：_.提示：光線在右側(cè)不會(huì)發(fā)生全反射(2)入射光線在什么情況下在右側(cè)面的入射角最大？此入射角應(yīng)滿足什么條件？提示：當(dāng)入射光線與左側(cè)面垂直時(shí)，光線在右側(cè)面的入射角最大，此時(shí)的入射角應(yīng)小于臨界角嘗試解答045設(shè)入射光線經(jīng)玻璃折射時(shí)，入射角為i，折

17、射角為r，射至棱鏡右側(cè)面的入射角為.根據(jù)折射定律有sininsinr由幾何關(guān)系得r當(dāng)i0時(shí)，由式知r0，有最大值m(如圖)，光路圖、折射率公式、臨界角公式和幾何關(guān)系式是解決這類問題的基礎(chǔ) 變式訓(xùn)練 一束白光從頂角為的一邊以較大的入射角i射入并通過(guò)三棱鏡后，在屏P上可得到彩色光帶，如圖所示，在入射角i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，黃光最后消失解析：白光從AB射入玻璃后，由于紫光偏折大，從而到達(dá)另一側(cè)面AC時(shí)的入射角較大，且因紫光折射率大，sin

18、C1/n，因而其全反射的臨界角最小，故隨著入射角i的減小，進(jìn)入玻璃后的各色光中紫光首先發(fā)生全反射不從AC面射出，后依次是靛、藍(lán)、綠、黃、橙、紅，逐漸發(fā)生全反射而不從AC面射出答案：B考點(diǎn)4測(cè)定玻璃的折射率考點(diǎn)解讀：實(shí)驗(yàn)記憶口訣白紙上面畫邊緣，然后才放玻璃磚；兩針決定入射光，再插一針擋兩像；兩針兩像成一線，去磚畫圖是重點(diǎn)；入射線，折射線，作出法線角出現(xiàn)；入射角，折射角，不大不小是最好；拿磚要觸毛玻面，插針豎直做實(shí)驗(yàn)典例透析2012浙江高考在“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)經(jīng)正確操作插好了4枚大頭針，如圖甲所示 (1)根據(jù)圖甲在下圖中畫出完整的光路圖； (2)對(duì)你畫出的光路圖進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算，求得

19、該玻璃磚的折射率n_(保留3位有效數(shù)字)； (3)為了觀測(cè)光在玻璃磚不同表面的折射現(xiàn)象，某同學(xué)做了兩次實(shí)驗(yàn)，經(jīng)正確操作插好了8枚大頭針，如圖乙所示圖中P1和P2是同一入射光線上的2枚大頭針，其對(duì)應(yīng)出射光線上的2枚大頭針是P3和_(填“A”或“B”)嘗試解答(1)見解析_(2)1.50(說(shuō)明：0.03范圍內(nèi)都有)_(3)A(1)如圖所示(3)光路圖如圖所示，光線經(jīng)兩邊沿相互平行的玻璃磚，出射光線平行于入射光線，即MNP4B.P1P2光線從棱鏡右邊側(cè)面射出向底邊偏折，如圖P3A，所以填A(yù). 變式訓(xùn)練 1. 某同學(xué)利用“插針法”測(cè)定玻璃的折射率，所用的玻璃磚兩面平行正確操作后，作出的光路圖及測(cè)出的相關(guān)角度如圖所示 (1)此玻璃的折射率計(jì)算式為n_(用圖中的1、2 表示)； (2)如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇，為了減小誤差，應(yīng)選用寬度_(填“大”或“小”)的玻璃磚來(lái)測(cè)量2. 2012江蘇高考“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)中，在玻璃磚的一側(cè)豎直插兩個(gè)大頭針A、B，在另一側(cè)再豎直插兩個(gè)大頭針C、D.在插入第四個(gè)大頭針D時(shí)，要使它_如圖是在白紙上留下的實(shí)驗(yàn)痕跡，其中直線a、a是描在紙上的玻璃磚的兩個(gè)邊根據(jù)該圖可算得玻璃的折射率n_.(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案：擋住C及AB的像1.8(1.61.9)