(北京专用)2020版高考物理总复习第十五章第1讲光的折射全反射和色散课件

A.60° B.45° C.30° D.15°
答案 A 设入射角为i,折射角为θ,作出光路图如图所示。因为出射光
线恰好和入射光线平行,所以i=2θ,根据折射定律有 sin i = sin 2θ = 3 ,所以
sin θ sin θ
θ=30°,i=2θ=60°。
1-2 一小孩站在宽6 m的河边,在他正对面的岸边有一距离河面高度为 3 m的树,树的正下方河底有一块石头,小孩向河面看去,同时看到树顶和 石头两者的像且重合。若小孩的眼睛离河面高为1.5 m,如图所示,河水
答案 (1) 1 R (2)见解析
3
解析 (1)光路如图所示,可知i=60°
由折射率n= sin i ,可得r=30°
sin r
由几何关系及折射定律公式n= sin r ',得i'=30°,r'=60°
sin i '
B.Q光束的频率比P光束的频率大
C.P光束穿出玻璃砖后频率变大 D.P光束穿过玻璃砖所需时间长
解析 由图看出,单色光Q偏折较大,根据折射定律得知,玻璃对Q光 的折射率较大,所以Q光束的频率比P光束的频率大,故A错误,B正确。
光的频率与介质无关,P光束穿出玻璃砖后频率不变,故C错误。由v= c
n
分析得知,P在玻璃中传播速度较大,所以P穿过玻璃砖所需时间比Q短, 故D错误。
2.不同色光的比较
颜色
频率
同一介质的折射率
同一介质中的速度
波长
同一介质的临界角
红、橙、黄、绿、青、蓝、紫 低 高 小 大 大 小 大 小 大 小
1.一束单色光由空气射入玻璃,这束光的 ( A ) A.速度变慢,波长变短 B.速度不变,波长变短 C.频率增高,波长变长 D.频率不变,波长变长
(2)表达式: sin θ1 =③ sin θ2
n12
,式中n12是比例常数。
3.折射率
(1)物理意义:折射率反映介质的光学特性,折射率大,说明光从真空射入
该介质时④ 偏折大 ,反之偏折小。
(2)定义式:n= sin θ1 sin θ2
,不能说n与sin
θ1成正比,与sin
θ2成反比。折射率由介
h=5.3 m。
考点二 全反射
1.光疏介质与光密介质 光疏介质与光密介质是相对而言的。例如,有机玻璃(n=1.50)对水(n= 1.33)是光密介质,而对金刚石(n=2.42)是光疏介质,要看它与什么介质 相比较。
2.全反射现象的发生 全反射发生之前,随着入射角的增大,折射角和反射角都增大,但折射角 增大得快;在入射光强度一定的情况下,折射光越来越弱,反射光越来越 强,发生全反射时,折射光消失,反射光的强度等于入射光的强度。
度都要减小,v= c 。在同一种介质中,从红光到紫光,速度逐渐减小。
n
3.在同一种介质中,从红光到紫光,折射率逐渐增大。
3-1 (2017北京理综,14,6分)如图所示,一束可见光穿过平行玻璃砖后, 变为a、b两束单色光。如果光束b是蓝光,则光束a可能是 ( D )
Hale Waihona Puke A.红光 B.黄光 C.绿光 D.紫光
B.此介质折射率为 3
3
C.相对于空气此介质是光疏介质D.光在介质中速度比在空气中大
解析
1
根据折射定律有, 1n = ssiinnθθ12
= ssiinn
30 60
=
2 3
= 3
3
,得n= 3
,故A错误,
2
B正确。由于入射角小于折射角,可知相对于空气此介质是光密介质,故
C错误。光在介质中的速度大小比在空气中小,故D错误。
深化拓展
考点一 光的折射
1.折射现象中的光线偏折 (1)光线从光疏介质射向光密介质,折射光线向法线偏折,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,偏折越明显;θ1越小,θ2越小,偏折越不明 显,θ1=0时,θ2=0,不偏折。
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2.光具对光线的控制作用 (1)不同光具对光线的控制作用不同,但本质上是光的折射、反射规律 的体现,不可盲记,要具体问题具体分析。 (2)对不同光具的作用要分析透彻,灵活运用。
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2-1 如图所示,一个玻璃三棱镜的截面为等腰直角三角形ABC,∠A为
直角,玻璃三棱镜的折射率为 2 。此截面所在平面内的光线沿平行于 BC边的方向射到AB边的中点,对这条光线进入棱镜之后的光路分析正
确的是 ( )
A.直接射到AC边上,发生全反射现象 B.直接射到BC边上,发生全反射现象 C.直接射到AC边上,部分光线从AC边射出 D.直接射到BC边上,部分光线从BC边射出
的折射率为 4 ,试估算河水深度。
3
答案 5.3 m 解析 光路如图所示,得
n= sin α , sin β
由几何关系得1.5 tan α+3 tan α=6,
解得tan α= 4 ,sin α= 4 ,
3
5
P点至树所在岸边的距离为3 tan α=4 m,sin β= 4 ,由以上几式解得 42 h2
平行玻璃砖
三棱镜
圆(球)形玻璃
出射光与入射光总平行, 但有侧移
使光线向底边偏折
法线总过圆(球)心
1-1 高速公路上的标志牌常用“回归反光膜”制成,夜间行车时,它能 将车灯照射出去的光逆向返回,标志牌上的字特别醒目。这种“回归反 光膜”是用球体反射元件制成的。如图所示,反光膜内均匀分布着直径 为10 μm的玻璃珠,所用玻璃的折射率为 3,为使入射的光线经玻璃珠的 折射、反射、再折射后恰好和入射光线平行,那么第一次入射时的入射 角是 ( )
3.很多公园的水池底部装有彩灯,当一细束由红、蓝两色组成的灯光从 水中斜射向空气时,关于光在水面可能发生的反射和折射现象,下列光 路图中正确的是 ( )
答案 C 红光、蓝光都要发生反射,红光的折射率较小,所以红光发生全 反射的临界角较蓝光大,蓝光发生全反射时,红光不一定发生,故C正确。
4.如图所示,两束不同的单色光P和Q,以适当的角度射向半圆形玻璃砖,其 出射光线都是从圆心O点沿OF方向射出,则下面说法正确的是 ( B ) A.玻璃对P光的折射率大
质本身的光学性质和光的⑤ 频率 决定。
(3)计算公式:n= c ,因v<c,故任何介质的折射率总大于1。
v
(4)同一种介质对不同的色光的折射率略有不同,对紫光的折射率最大,
红光最小。
二、全反射
1.全反射 (1)定义:光从光密介质射入光疏介质,当入射角增大到某一角度时,折射 光线将① 消失 ,只剩下反射光线的现象。 (2)条件:a.光从光密介质射向光疏介质;b.入射角② 大于等于 临界角。 (3)临界角:折射角等于90°时的入射角。若光从光密介质(折射率为n)射
答案 A 由光路图可知光线在AB边上的入射角为45°,由n= 2 可知, 该光线经过AB边后的折射角为30°,则光线将会到达AC边,且入射角为6
0°,由sin C= 1 可知光在该玻璃棱镜中发生全反射的临界角为45°,故光线
n
在AC边上将发生全反射现象,故A正确。
2-2 一厚度为h的大平板玻璃水平放置,其下表面贴有一半径为r的圆 形发光面。在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片,圆纸片与圆形发 光面的中心在同一竖直线上。已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发 光面发出的光线(不考虑反射),求平板玻璃的折射率。
解析 单色光由空气射入玻璃时,是由光疏介质进入光密介质,故其速 度会减小,由于光在不同介质中传播时频率不变,故由v=λf可知,其速度 减小时,波长变短。
2.一束光从某种介质射入空气中时,入射角θ1=30°,折射角θ2=60°,折射光 路如图所示,则下列说法正确的是 ( B )
A.此介质折射率为 3
1
向真空或空气时,发生全反射的临界角为C,则sin C=③ n 。介质的
折射率越大,发生全反射的临界角越小。
2.光导纤维 光导纤维的工作原理是光的全反射。
三、光的色散
1.光的色散:白光通过三棱镜后,出射光束变为红、橙、黄、绿、青、 蓝、紫七色光的光束。由七色光组成的光带称为 光谱 。这种现象 叫光的色散。
sin θ= L L2 h2
由题意,纸片的半径应为R=L+r
联立以上各式得n=
1


R
h
r
2

。
考点三 光的色散
1.光的颜色取决于频率,从红光到紫光,频率逐渐增大,波长逐渐减小, 色光由真空进入介质,频率不变,波长减小。
2.在真空中,各种色光的速度均为c=3×108 m/s。色光从真空进入介质速
A.减弱,紫光 C.增强,紫光
B.减弱,红光 D.增强,红光
答案 C 因n红<n紫,再由临界角公式sin C= 1n 可得,C红>C紫,因此当增大入
射角时,紫光先发生全反射,紫光先消失,且当入射光的入射角逐渐增大
时,折射光强度会逐渐减弱,反射光强度会逐渐增强,故应选C。
3-3 如图所示,有一半径为R的半圆柱形玻璃砖,O为圆心。平行的两条 单色红光以与底面垂直的方向射向玻璃砖。一条光线从玻璃砖的顶点 A射入,另一条光线从B点射入,∠AOB=60°。已知玻璃砖对这种红光的 折射率为 3 。 (1)求两条光线经玻璃砖底面折射后的交点与圆心O点的距离; (2)若将入射的红光改为绿光,则这个距离是增大了还是减小了?为什 么?
第1讲 光的折射 全反射和色散
知 一 光的折射 识 二 全反射 梳 理 三 光的色散
深 考点一 光的折射
化 拓
考点二 全反射
展 考点三 光的色散
知识梳理
一、光的折射
1.折射现象 光从一种介质斜射入另一种介质时传播方向发生改变的现象。
2.折射定律 (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① 两侧 ;入射角的正弦与折射角的正弦成 ② 正比 。
答案
1


R
h
r
2
解析 如图,考虑从圆形发光面边缘的A点发出的一条光线,假设它斜射
到玻璃上表面的A'点发生折射,根据折射定律有n sin θ=sin α,n是玻璃的 折射率,θ是入射角,α是折射角。现假设A'恰好在纸片边缘。由题意,在A
'点刚好发生全反射,故α= 。
2
设AA'线段在玻璃上表面的投影长为L,由几何关系有
解析 由题图可知,可见光穿过玻璃砖后,发生了色散,其中a光的侧移距 离大于b光的侧移距离,说明玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率,同 种介质对红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的折射率依次增大,由于b光是 蓝光,故只有D选项符合题意。
3-2 如图所示,半圆形玻璃砖置于光屏PQ的左下方。一束白光沿半径 方向从A点射入玻璃砖,在O点发生反射和折射,折射光在光屏上呈现七 色光带。若入射点由A向B缓慢移动,并保持白光沿半径方向入射到O 点,观察到各色光在光屏上陆续消失。在光带未完全消失之前,反射光 的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是 ( )