2020届高考物理(人教版)一轮复习光的折射全反射光的色散课件(59张)

答案
2．折射率 (1)物理意义：折射率仅反映介质的光学特性 ，折射率大，说明 光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小。
sin θ1 (2)定义式：n＝__s_in__θ_2_，
c (3)计算公式：n＝___v__，因为 v＜c，所以任何介质的折射率都
大于 1。
答案
[判断正误]
(1)某种玻璃对蓝光的折射率比红光大，蓝光和红光以相同的入射
(1)水的折射率 n； (2)船露出水面的高度 h。
解析：(1)设 SO＝x1，OA＝x2，光在水中的传播速度为 v，在空
气中的传播速度为 c，根据题意知xv1∶xc2＝2
又根据 n＝vc
解得 n·xx12＝2
l/2
根据折射定律知 n＝ssiinn θθ12＝lx/22 ＝xx12
－i2－r2)＋(r3－i3)
⑤
由①②③④⑤式得
δ＝60°。
⑥
(2)光线在 AC 面上发生全反射，光线在 AB 面上不发生全反射，有
nsin i2≥nsin C>nsin i3
⑦
式中 C 是全反射临界角，满足
nsin C＝1 ⑧
由④⑦⑧式知，棱镜的折射率 n 的取值范围应为
233≤n<2。 ⑨
答案：(1)60° (2)233≤n＜2
考法 3 光的色散 5．(多选)如图所示，从点光源 S 发出的一细束白光以一定的角 度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光 屏的 ab 间形成一条彩色光带。下列说法中正确的是( )
A．a 侧是红光，b 侧是紫光 B．在真空中 a 侧光的波长小于 b 侧光的波长 C．三棱镜对 a 侧光的折射率大于对 b 侧光的折射率 D．在三棱镜中 a 侧光的速率比 b 侧光小 E．在三棱镜中 a、b 两侧光的速率相同
解析：(1)在 AB 面上折射时，设对应的入射角为 θ1，折射角为
r1，由折射定律得
n＝ssiinn
θ1 r1
AP
AP
由几何关系有 sin r1＝ PQ ＝ AP 2＋ AQ 2
又在 Q 点刚好发生全反射，设临界角为 C，有 r1＋C＝90° 又 sin C＝n1
联立解得 n＝ 25。
(2)分析知 Q 点即为射出区域的最下边的点，而当 AB 面射入时
(1)作出光线穿过圆柱体射出的光路图； (2)求该光线从圆柱体中射出时，折射 光线偏离进入圆柱体光线多大的角度； (3)光线在圆柱体中的传播时间。
解析：(1)由折射定律 n＝ssiinn ri，得 sin r＝sinn i ＝12，光线射入圆柱体内的折射角为 r＝30°，由 几何知识得，光线从圆柱体射出时，在圆柱体内 的入射角为 30°，在圆柱体外的折射角为 60°，光 路图如图所示。
考法 2 全反射的计算 折射定律与全反射的综合应用 2．截面为矩形的透明材料 ABCD，P、Q 分别为 AB、AD 上的 两点，已知 A、P 距离为 a，A、Q 距离为 2a，现有一细束光线从 P 点以某一入射角 θ(未知)射入该材料，经折射后到达 Q 点，且在 Q 点 刚好能发生全反射。
(1)求材料的折射率 n； (2)改变光线从 AB 面 P 点射入时的入射角，求光线从 AD 边射 出的区域长度。
A．介质 2 相对介质 1 的相对折射率为 3 B．光在介质 2 中的传播速度小于光在介质 1 中的传播速度 C．介质 1 相对介质 2 来说是光密介质 D．光从介质 1 进入介质 2 可能发生全反射现象 E．光从介质 1 进入介质 2，光的波长变短
解析答案
ABE [光从介质 1 射入介质 2 时，入射角与折射角的正弦之比 叫作介质 2 相对介质 1 的相对折射率，所以有 n21＝ssiinn 6300°°＝ 3，选 项 A 正确；因介质 2 相对介质 1 的相对折射率为 3，可以得出介质 2 的绝对折射率大，因 n＝vc，所以光在介质 2 中的传播速度小于光 在介质 1 中的传播速度，选项 B 正确；介质 2 相对介质 1 来说是光 密介质，选项 C 错误；光从光密介质射入光疏介质时，有可能发生 全反射现象，选项 D 错误；光从介质 1 进入介质 2，光的频率不变， 速度变小，由 v＝λf 可知，光的波长变短，选项 E 正确。]
解析：设从光源发出直接射到 D 点的光线 的入射角为 i1，折射角为 r1。在剖面图内作光 源相对于反光壁的镜像对称点 C，连接 C、D， 交反光壁于 E 点，由光源射向 E 点的光线，反 射后沿 ED 射向 D 点。光线在 D 点的入射角为 i2，折射角为 r2，如图所示。
设液体的折射率为 n，由折射定律有
第十四章 振动 波动 光 电磁波与相对论
第3节 光的折射 全反射 光的色散
01
知识点一
栏 目
02
知识点二
导 03 航
知识点三
04
课后限时集训
知识点一 折射定律及折射率
1．折射定律(如图所示) (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：ssiinn θθ12＝n12，式中 n12 是比例常数。 (3)在光的折射现象中，光路是可逆的。
考法 2 折射率的计算 2.(2018·全国卷Ⅰ)如图所示，△ABC 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 ________(选填“小于”“等于”或“大于”)60°。

x1

解得 n＝ 2。
(2)由于 sin C＝n1，可知 C＝45°，所以光源 S 所处的深度 h′＝l
＋2l ＝32l
由几何知识可知 x1＝
2l 2＋32l2＝
10 2l
根据 n·xx12＝2，可知 x2＝n2x1＝ 25l 解得 h＝ x22－2l 2＝l。
解析答案
ABE [根据题述，b 光发生全反射的临界角较小，由 sin C＝n1， 可知水对 b 光的折射率较大，对 a 光的折射率较小，a、b 光从Ⅰ区 域某点倾斜射出时，a 光折射角小，选项 A 正确，C 错误；由折射率 随光的频率的增大而增大可知，a 光的频率较小，波长较长，选项 B 正确；水下 b 光能射到题图中Ⅱ区域，由于在题图中Ⅱ区域发生了 全反射，Ⅱ区域只有 a 光射出，选项 D 错误；水下 a、b 光能射到图 中Ⅱ区域以外区域，由于发生了全反射，不能射出水面，选项 E 正 确。]
解析：根据题述和题图可知，折射角 i＝60°，入射角 r＝30°， 由折射定律可得，玻璃对红光的折射率 n＝ssiinn ri＝ 3。若改用蓝光沿 同一路径入射，由于玻璃对蓝光的折射率大于玻璃对红光的折射率， 则光线在 D 点射出时的折射角大于 60°。
答案： 3 大于
3．如图所示，是用某种玻璃制成的横截面为圆形的圆柱体光学 器件，它的折射率为 3，横截面半径为 R。现用一细光束(视为光线) 垂直圆柱体的轴线以 i＝60°的入射角射入圆柱体，不考虑光线在圆 柱体内的反射，真空中光速为 c。
蓝光光源看起来浅一些。
(√ )
考法 1 全反射现象理解 1．(多选)水下一点光源，发出 a、b 两单 色光。人在水面上方向下看，如图所示，水面 中心Ⅰ区域有 a 光、b 光射出，Ⅱ区域只有 a 光射出。下列判断正确的是( )
A．a、b 光从Ⅰ区域某点倾斜射出时，a 光的折射角小 B．在真空中，a 光的波长大于 b 光的波长 C．水对 a 光的折射率大于对 b 光的折射率 D．水下 b 光不能射到图中Ⅱ区域 E．水下 a、b 光能射到图中Ⅱ区域以外区域
(2)由几何知识得，出射光线偏离原方向的角度为 α＝60°。
(3)光线在圆柱体中的路程 L＝ 3R
传播速度
v＝nc＝
c 3
所以，光线在圆柱体中的传播时间为 t＝Lv＝3cR。
答案：(1)见解析 (2)60° (3)3cR
4.(2017·全国卷Ⅱ)一直桶状容器的高为 2l，底 面是边长为 l 的正方形；容器内装满某种透明液体， 过容器中心轴 DD′、垂直于左右两侧面的剖面图 如图所示。容器右侧内壁涂有反光材料，其他内壁 涂有吸光材料。在剖面的左下角处有一点光源，已 知由液体上表面的 D 点射出的两束光线相互垂直， 求该液体的折射率。
1公式
n＝ssiinn
θ1中，不论光是从真空射入介质，还是从介质射 θ2
入真空，θ1 总是真空中的光线与法线间的夹角，θ2 总是介质中的光
线与法线间的夹角。
2折射率与入射角的大小无关，与介质的密度无关，光密介质
不是指密度大的介质。
3折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。同
一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。
i2＝r2
②
式中 i2 和 r2 分别是该光线在 AC 面上的入射角和反射角。
光线在 AB 面上发生折射，由折射定律有
nsin i3＝sin r3
③
式中 i3 和 r3 分别是该光线在 AB 面上的入射角和折射角。
由几何关系得
i2＝r2＝60°，r1＝i3＝30°
④
F 点的出射光相对于 D 点的入射光的偏角为 δ＝(r1－i1)＋(180°
(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)光线在 BC 面上折射，由折射定律有 sin i1＝nsin r1 ①
式中，n 为棱镜的折射率，i1 和 r1 分别是该光线在 BC 面上的入
射角和折射角。光线在 AC 面上发生全பைடு நூலகம்射，由反射定律有
②同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率越大； ③不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速越慢。