最新精编高中高考物理一轮复习第2课时--光的折射全反射色散导学案

第二课时光的折射全反射色散第一关：基础关展望高考基 础 知 识 一、光的折射 知识讲解（1）折射现象：光传播到两种介质的分界面上，一部分光进入另一种介质中，并且改变了原的传播方向，这种现象叫做光的折射[&&]如图所示,AO 为入射光线,O 为入射点,OB 为反射光线,O 为折射光线①入射角入射光线与法线间的夹角θ1叫做入射角 ②折射角折射光线与法线间的夹角θ2叫做折射角 (2)折射定律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b 表达式12sin sin θθ =12式中12是比例常 (3)折射率①定义把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,叫做这种介质的绝对折射率,简称折射率②定义式=sin 1sin 2θθ,式中是折射率 说明①折射率与光速的关系某种介质的折射率,等于光在真空中的传播速度c 跟光在这种介质中传播速度v 之比,即=cv因为c>v,所以>1任何介质的折射率都大于1②折射率是反映介质光性质的物量,它的大小由介质本身及入射光的频率决定,与入射角,折射角的大小无关③在折射现象中光路是可逆的[] 活活用1两束平行的细激光束,垂直于半圆柱透镜的平面射到半圆柱透镜上,如图所示已知其中一条沿直线穿过透镜,它的入射点为O,另一条光线的入射点为A,穿过透镜后两条光线相交于P 点已知透镜截面的圆半径为R,OA ,OP 3R 2R==求透镜材料的折射率解析由题意作出光路图OB 为法线,由知识知∠BOP=30°,过B 点向OP 作垂线，垂足为，则3OC 2=R ，所以P=()()1/2R33R tan BPC 233/2R∠==，,∠BP=30°,∠NBP=180°-120°=60°由光路可逆原知若光沿PB 入射，则一定沿BA 折射，由折射定律有=sin603sin30︒=︒答案3 二、全反射 知识讲解 1全反射的概念当光从光密介质进入光疏介质时,折射角大于入射角当入射角增大到某一角度时,折射角等于90°,此时,折射光完全消失入射光全部反射到原的介质中,这种现象叫做全反射2对全反射现象的解 (1)全反射条件①光线由光密介质射入光疏介质 ②入射角大于临界角 (2)临界角①定义光从光密介质射向光疏介质时,折射角等于90°时的入射角,叫做临界角用字母表示临界角是指光由光密介质射向光疏介质时,发生全反射现象时的最小入射角,是发生全反射的临界状态当光由光密介质射入光疏介质时若入射角<,则不发生全反射,既有反射又有折射现象 若入射角≥,则发生全反射现象②临界角的计算=1n(3)全反射应用光导纤维简称光纤，是非常细的特制玻璃丝，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯和外套的界面上发生全反射光导纤维的应用有光纤通信,医内窥镜等 活活用2如图所示，一束光线从折射率为15的玻璃射向空气,在界面上的入射角为45°,下面四个光路中正确的是()[]解析因为=15,所以临界角θ=rc 1n =rc 23<rc 22所以α=45°>θ,故发生全反射，选项A 正确答案A三、光的色散知识讲解1光的色散把复色光分解为单色光的现象叫光的色散白光通过棱镜后,被分解为红,橙,黄,绿,蓝,靛,紫七种颜色的光2对光的色散的解①光的颜色由光的频率决定组成白光的各种单色光中红光频率最小,紫光频率最大在不同介质中,光的频率不变②不同频率的色光在真空中传播速度相同,为c=3×108 /但在其他介质中速度各不相同,同一种介质中,紫光速度最小,红光速度最大③同一介质对不同色光的折射率不同,通常情况下频率越高,在介质中的折射率也越大,所以白光进入某种介质发生折射时,紫光偏折得最厉害,红光偏折最小④由于色光在介质中传播时光速发生变,则波长也发生变同一色光在不同介质中,折射率大的光速小,波长短;折射率小的光速大,波长长不同色光在同一介质中,频率高的折射率大,光速小,波长短;频率低的折射率小,光速大,波长长第二关：技法关解读高考解题技法一、折射率问题的求解方法技法讲解折射率问题的求解方法 （1）由折射定律=sinisinr，其中为在真空中光线和法线之间的夹角，r 为介质中光线与法线的夹角（2）光从一种介质进入另一种介质时，介质的折射率和光在该介质中的传播速度的乘积是一常，即1v 1=2v 2=典例剖析例1如图所示，,b 两束不同的单色光平行地从空气射入水中，发生折射，α>β，则下述结论正确的是（）[]A 水对光束的折射率较大B 水中光束b 的速度较小 光束的频率较大D 若从水中射向空气，发生全反射光束的临界角较光束b 的临界角大 解析：平行的单色光束,b 射到水面上，入射角相同，由=sinisinr,α>β，所以<b ，故A 错误；由=cv，得v>v b ，故B 正确；由于同一介质中，频率高的色光传播速度小，所以光束的频率较光束b 的频率小，故错误；若光束从水中射向空气，由=1n，光束的临界角较光束b 的临界角大，故D 正确 答案：BD二、光的折射和全反射问题的解题技巧 技法讲解光的折射和全反射问题的解题技巧（1）依据已知条件正确画出光路图（2）正确找出入射角和对应的折射角（或反射角）（3）应用折射定律列式（4）分析全反射的临界条件，若满足全反射，用全反射临界角公式列式计算（5）注意利用平面几何知识分析有关的线、角关系典例剖析例2如图所示，用折射率为的透明介质做成内外半径分别为和b的空心球当一束平行光射向此球壳，经球壳外、内表面两次折射，而能进入空心球壳的入射平行光束的横截面积是多大？解析：根据对称性可知所求光束的截面应是一个圆面，要求出这个圆的半径关键在于正确作出符合题意的光路图，如图所示，设入射光线AB为所求光束的临界光线，作出其折射光线，入射角为，经球壳外表面折射后折射角为r，折射光线BE恰好在内表面E点发生全反射，即∠BEO ′=，在△OEB 中，由正弦定得,sinr sin(180C)sinCa b b==︒-又因为=1n ,=/r所以b=/，由几何关系得R=b=sinia=，所以所求平行光束的横截面积S=πR 2=π2答案：π2三、光的色散的动态分析 技法讲解光的色散的动态分析各色光的顺序、折射率、在同种介质中的比较：光的颜色 红橙黄绿蓝靛紫偏向角 小→大 折射率小→大 在同种介质中的光速v=c/ 大→小 在同种介质中的临界角大→小典例剖析例3如图所示，白光垂直于正三棱镜AB 边进入三棱镜后射到B 边，并在B 边上发生全反射，若保持白光入射点位置不变，而将白光在纸所在的平面内缓慢逆时针转动则最先从B边射出的光是（）A红光B紫光白光D无法判断解析：如图所示，光从光密介质射入光疏介质的界面上时，若入射角大于或等于全反射临界角，则发生全反射，小于临界角则发生折射根据=1n 及红<紫，有红>紫，而白光逆时针转动以后在玻璃中各入射角大于临界角变到小于各自临界角时，红光最先小于临界角，因而最先从B边折射出，而紫光最后折射出正确答案为A答案：A第三关：训练关笑对高考随堂训练1据报道：2008年北京奥运会时，光纤通信将覆盖所有奥运场馆，为各项比赛提供安全可靠的通信服务，光纤通信利用光的全反射将大量信息高速传输如图所示，一条圆柱形的光导纤维，长为L ，它的玻璃芯的折射率为1，外层材料的折射率为2，光在空气中的传播速度为c,若光从它的一端射入经全反射后从另一端射出所需的最大时间为，则下列选项中正确的是（图中所标的 为全反射的临界角）()[##]A 1>2,=12n Ln cB 1>2,=212n L n c1<2,=12n Ln cD 1<2,=212n Ln c答案：B2如图所示，处眼睛看到鱼在水里b 处，若从处射出一束激光欲射到鱼上，则激光应对着哪一位置射出()[||]Ab的下方Bb的上方b处D无法确定解析：生做过类似“处眼睛看见水里的鱼在b处，若用渔叉叉鱼，应对着b 的下方叉去”的问题，所以该题生易错选A，同们忽视了题设条件不是“渔叉叉鱼”，而是“激光叉鱼”，渔叉插入水中不会发生偏折，而激光从空气斜射入水中要发生偏折，所以激光应对着b点射去，才能恰好射到鱼身答案：3在完全透明的水下某处，放一点光，在水面上可见到一个圆形光平面，若透光圆面的半径匀速增大，则光正()A．加速上升B．加速下沉．匀速上升D．匀速下降解析：如图所示，点光S发出的光能照亮以OA为半径的圆面，照到A点右侧时要发生全反射，没有光线射出水面，则半径r=，如图r均匀增大，则深度也均匀增加答案：D4某棱镜顶角θ=4130°,一束白光以较大的入射角从棱镜的一个侧面射入通过棱镜折射后从另一个侧面射出,在光屏上形成由红到紫的彩色光带,如图所示,在入射角逐渐减小到零的过程中,彩色光带变的情况是( )A紫光最先消失,最后剩下红光和橙光B紫光最先消失,最后剩下黄光､橙光和红光红光最先消失,最后剩下紫光和蓝光D红光最先消失,最后剩下紫光解析：各种色光均以相同的入射角射向某种介质时，由于介质对不同色光的折射率不同，所以折射角就不同介质对它的折射率越大，在AB界面上折射时的折射角越小，而在A界面上对应的入射角越大当入射角减小时，折射光在A面上的入射角增大当入射角减为零时，所有光线到A面上时入射角均为θ=4130°，结合上表可知：紫、蓝、绿、黄四色光均在A面发生全反射，且紫光最先消失，故A选项正确答案：A5汽车前灯的玻璃灯罩用有一些横竖条纹的玻璃制成，如图所示试说明横竖条纹玻璃的构造及原答案：汽车前灯装有横竖条纹的玻璃罩相当于一个小棱镜；灯泡发出的光经反射镜反射后以近似平行光向前射去，通过灯罩上这些小棱镜折射后分散到需要的各个方向上，使光柔和地照亮汽车前进的道路、路边的景物及路标和里程碑，从而确保行车安全同时可以增加玻璃罩的机械强度，使其更坚实课时作业四十五光的折射全反射色散1一束单色光斜射到厚平板玻璃的一个表面上，经两次折射后从玻璃板另一个表面射出，出射光线相对于入射光线侧移了一段距离在下列情况下，出射光线侧移距离最大的是()A红光以30°的入射角入射B红光以45°的入射角入射紫光以30°的入射角入射D紫光以45°的入射角入射解析侧移距离是指出射光线与原入射方向的垂直距离同一种光线相比折射率相等，入射角越大侧移距离越大，即B项侧移距离大于A项D项侧移距离大于项又在入射角相同时，折射率越大，侧移距离越大，所以紫光在45°的入射角入射时，侧移距离最大，即D项正确答案D2如图，一束单色光射入一玻璃球体，入射角为60°，已知光线在玻璃球内经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行此玻璃的折射率为()A2B153D2解析绘出光在玻璃体内的光路图，由几何关系可知，第一次折射时，折射角为30°，则=sin60sin30︒︒=3，正确答案 3右图是一个14圆柱体棱镜的截面图，图中E 、F 、G 、H 将半径OM 分成5等份，虚线EE 1、FF 1、GG 1、HH 1平行于半径O N ，O N 边可吸收到达其上的所有光线已知该棱镜的折射率=53，若平行光束垂直入射并覆盖OM ，则光线()A 不能从圆弧1 NF 射出B 只能从圆弧1NG 射出 能从圆弧11G H 射出 D 能从圆弧1H M 射出解析由折射率=53知该棱镜的全反射临界角为=37°(=53)，刚好从G 点入射的光线垂直进入棱镜后，在G 1点恰全反射，则1G M 圆弧上所有入射光线均发生全反射，不会从中射出，只有 NG1圆弧上入射的光线折射后射出棱镜所以只有B 正确，A 、、D 错误答案B4一束由红、蓝两单色光组成的光线从一平板玻璃砖的上表面以入射角θ射入，穿过玻璃砖自下表面射出已知该玻璃对红光的折射率为15设红光与蓝光穿过玻璃砖所用的时间分别为1和2，则在θ从0°逐渐增大至90°的过程中()A 1始终大于2B 1始终小于2 1先大于后小于2D 1先小于后大于2解析假设玻璃砖的厚度为d ，光线在玻璃砖中的折射角为θ′，由折射定律可得θ′=sin n θ，光线在玻璃砖中的传播速度v=cn ，光在玻璃砖中的传播距离L=cos d θ′,可知光穿过玻璃砖所用的时间=Lv=nd d sin 2d sin c cos c sin cos sin 2c θθθθθθ∙==∙'∙'∙'∙'，因为红光的折射率小于蓝光的折射率，所以红光的折射角大于蓝光的折射角由题意知红=15，可知红光的折射角θ′＜45°，所以两种光线在θ从0°逐渐增大到90°的过程中，折射角θ′的两倍都小于90°，因此 2θ′也会增大，且折射角是红光的大于蓝光的所以整个过程中红光所用的时间始终小于蓝光所用时间，故选B答案B5（长郡中）如图所示，P 、Q 是两种透明材料制成的两块相同的直角梯形棱镜，叠合在一起组成一个长方体，一单色光从P 的上表面射入，折射光线正好垂直通过两棱镜的界面，已知材料的折射率P ＞Q，射到P上表面的光线与P的上表面的夹角为θ，下列判断正确的是()[|||||]A光线一定在Q的下表面发生全反射B光线一定能从Q的下表面射出，出射光线与下表面的夹角一定等于θ光线一定能从Q的下表面射出，出射光线与下表面的夹角一定大于θD光线一定能从Q的下表面射出，出射光线与下表面的夹角一定小于θ解析因折射光线正好垂直界面而不改变传播方向，光路如图示,由折射定律P =12Q12sini sini,nsinr sini,而P＞Q,r1=r2，所以1＞2、1＞2,所以θ＜β,正确答案6（山西太原）某直角棱镜顶角θ=413°，由下表内各种色光组成的一窄光束以垂于直角边AB的方向射入棱镜，如图所示下表中给出了棱镜对各种色光的折射率和临界角，下列说法正确的是()色光紫光蓝光绿光黄光橙光红光折射率1532 1528 1519 1517 1514 1513临界角4075°4088°4177°4123°4134°4137°A只有橙光、红光从棱镜的A面射出B只有紫光、蓝光、绿光和黄光从棱镜的A面射出若在B的下方放一光屏，从B出射的光在光屏上将会形成一彩色光带D只有紫光、蓝光、绿光和黄光从B射出并在光屏上形成彩色光束解析由图可知在A界面处的入射角θ=4130°，由全反射的条件可知，当入射角θ＞时能发生全反射，因此只有橙、红光不能全反射，这两种光在A面上同时发生折射和反射，A对B错，其余四种光线经A面反射后射到B面而折射，橙、红光虽折射但同时也有反射光射到B面，因各色光折射率不同形成六色彩色光带，对D错答案A7（河北保定）如图所示，激光器固定在转台上发出一束细光，转台在某液体中匀速转动，使激光束在竖直平面内扫描，扫描一周的时间为T=32激光束转动方向如图中箭头所示，该液体的折射率为2一个周期T内在液面上方能观察到激光束的时间是()A 4 B8 16 D32解析光从水射向空气可能发生全反射，=1n，知全反射的临界角=45°，入射角小于45°的光线能射出水面，由对称性知，能射出水面的入射光的最小夹角θ=90°，故时间=14T=8,B 正确答案B8“井底之蛙”这个成语常被用讽刺没有见识的人，现有井口大小和深度相同的两口井，一口是枯井，一口是水井（水面在井口之下），两井底都各有一只青蛙，则()A 枯井中青蛙觉得天比较小，水井中青蛙看到井外的范围比较大B 枯井中青蛙觉得天比较大，水井中青蛙看到井外的范围比较小[。