2020年高考物理一轮复习热点题型专题38 光的折射、全反射及光的本性(解析版)

2020届高考物理一轮复习热点题型归纳与变式演练

专题38 光的折射、全反射及光的本性

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目录

热点题型一折射定律及其应用 (1)

热点题型二对全反射现象的理解和应用 (4)

热点题型三光的色散现象 (7)

热题题型四实验：测定玻璃的折射率 (10)

热点题型五光的干涉现象 (12)

热点题型六光的衍射和光的偏振现象 (14)

热点题型七实验：用双缝干涉测光的波长 (15)

热点题型八电磁波与相对论 (18)

【题型演练】 (19)

【题型归纳】

热点题型一折射定律及其应用

1．对折射率的理解

(1)折射率大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中传播速度的大小v＝c

n.

(2)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．

(3)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同．

2．光路的可逆性

在光的折射现象中，光路是可逆的．如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射．

3.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制

棱镜

对光线的作

用通过平行玻璃砖的光线不

改变传播方向，但要发生

侧移

通过三棱镜的光线经

两次折射后，出射光线

向棱镜底边偏折

圆界面的法线是过圆心

的直线，经过两次折射

后向圆心偏折

应用测定玻璃的折射率

全反射棱镜，改变光的

传播方向

改变光的传播方向

【例1】(2019·山西吕梁模拟)如图所示是一透明半圆柱体的横截面，O为横截面的圆心，其半径为R，折射率为3，OA水平且垂直于横截面，从A点射出一条光线AB经折射后水平射出半圆柱体，已知OA＝3R，光速为c.求：

(1)光沿AO直线进入透明半圆柱体中，从A传到O点的时间；

(2)入射点B到OA的垂直距离BC.

【答案】：(1)

(23－1)R

c(2)

1

2R

【解析】：(1)由n＝

c

v得v＝

c

n＝

3

3c

因为t1＝

R

v，t2＝

(3－1)R

c

又知道t＝t1＋t2，

联立解得t＝

(23－1)R

c

(2)如图所示，设入射点B到OA的垂直距离BC＝h，∠BOA＝β，入射角为α，

对△OAB ，由正弦定理得AB sin β＝

3R

sin (π－α)

又

sin α

sin β

＝3，得AB ＝R 所以△OAB 为等腰三角形，cos

β＝OA 2OB ＝3

2，故β＝30°

所以B 到OA 的垂直距离h ＝R sin β＝1

2

R .

【变式】(2018·高考全国卷Ⅲ) 如图，某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“•”(图中O 点)，然后用横截面为等边三角形ABC 的三棱镜压在这个标记上，小标记位于AC 边上．D 位于AB 边上，过D 点做AC 边的垂线交AC 于F .该同学在D 点正上方向下顺着直线DF 的方向观察，恰好可以看到小标记的像；过O 点做AB 边的垂线交直线DF 于E ；DE ＝2 cm ，EF ＝1 cm.求三棱镜的折射率．(不考虑光线在三棱镜中的反射)

【答案】：见解析

【解析】：过D 点作AB 边的法线NN ′，连接OD ，则∠ODN ＝α为O 点发出的光线在D 点的入射角；设该光线在D 点的折射角为β，如图所示．根据折射定律有

n sin α＝sin β

①

式中n 为三棱镜的折射率 由几何关系可知β＝60° ② ∠EOF ＝30°

③ 在△OEF 中有EF ＝OE sin ∠EOF

④

由③④式和题给条件得OE ＝2 cm

⑤

根据题给条件可知，△OED 为等腰三角形，有 α＝30°

⑥ 由①②⑥式得n ＝ 3.

⑦

热点题型二 对全反射现象的理解和应用

1．求解光的折射、全反射问题的四点提醒

(1)光密介质和光疏介质是相对而言的．同一种介质，相对于其他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质．

(2)如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象． (3)在光的反射和全反射现象中，均遵循光的反射定律，光路均是可逆的．

(4)当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射．

2．解决全反射问题的一般方法 (1)确定光是光密介质进入光疏介质． (2)应用sin C ＝1

n

确定临界角．

(3)根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射． (4)如发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图．

(5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算，解决问题． 3．求解全反射现象中光的传播时间的一般思路

(1)全反射现象中，光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化，即v ＝c

n .

(2)全反射现象中，光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定． (3)利用t ＝l

v 求解光的传播时间．

【例2】.(2019·河北衡水中学十次模拟)如图所示，一束平行单色光照射到半圆形玻璃砖的平面上，入射 光线的方向与玻璃砖平面呈45°角，玻璃砖对该单色光的折射率为2，入射到A 点的光线折射后，折射光线

刚好射到圆弧的最低点B ，照射到C 点的光线折射后在圆弧面上的D 点刚好发生全反射，半圆形玻璃砖的 半径为R ，求：