高考物理讲义选修3-4第5讲:光的折射 全反射 (教师版)

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C.arcsin D.arcsin
解析:如图所示,
据 ,所以 ,故
答案:B
基础演练
1.放在空气中的上、下表面平行的玻璃板,若光束从空气中投射到它的上表面时,则()
A.如果入射角大于临界角,光在上表面发生全反射.
B.因为光是从空气射入玻璃的,故在上表面会发生全反射.
C.在光由玻璃板上表面再射向下表面时有可能发生全反射.
答案:C
5.一单色光通过玻璃三棱镜或玻璃中的三棱气泡,图中的光路可能正确的是
答案:C
6.如图所示,在水中有一厚度不计的薄玻璃片制成的中空三棱镜,里面是空气,一束光A从棱镜的左边射入,从棱镜的右边射出时发生了色散,射出的可见光分布在a点和b点之间,则
A.从a点射出的光是红光,从b点射出的光是紫光
B.从a点射出的光是紫光,从b点射出的光是红光
D.当入射角i=arctan 时,反射光线跟折射光线恰好互相垂直
题析: 当入射角i=0°时光能从空气进入玻璃,故发生了折射,A错误;当入射角是90°时,根据折射定律 ,解得:r=45°,所以无论入射角i是多大,折射角r都不会超过45°.B正确;欲使折射角r=30°,根据折射定律 ,解得:i=45°,故C错误;当 ,有 ,设入射角为i,折射角为r,根据折射定律 ,解得sinr=cosi,所以反射光线跟折射光线恰好互相垂直时,故D正确。
1.理解光的折射全反射的定义。
2.能够解决光的全反射的图像和简单计算问题__________________________________
1. 折射
(1)遵守折射定律: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两侧;入射角的正弦与折射角的正弦成正比.即
, 为入射角, 为折射角, 为比例常数.
答案:ABC
3.如图所示,一束光从空气射向折射率n= (临界角C=45°)的某种玻璃的表面,i代表入射角,则()
A.当i>45°时会发生全反射现象.
B.无论入射角i是多大,折射角都不会超过45°.
C欲使折射角r=30°,应以i=45°的角度入射.
D.当入射角 时,反射光线跟折射光线恰好相互垂直.
答案:BCD
A空气泡对光线有聚集作用,因而较亮.
B.空气泡对光线有发散作用.因而较亮.
C.从空气泡到达玻璃的界面处的光一部分发生全反射,因而较亮.
D.从玻璃到达空气泡的界面处的光一部分发生全反射,因而较亮.
答案:D
6如图所示,一束平行单色光从真空射入折射率为2、半径为R的半球形玻璃球,则从右侧向左看()
A.半球表面都发光.
答案:BD
类型四:光的折射
例4 如图14—7所示,为了观察门外情况,有人在门上开一小圆孔,将一块圆柱形玻璃嵌入其中,圆柱体轴线与门面垂直.从圆柱底面中心看出去,可以看到的门外入射光线与轴线间的最大夹角称做视场角.已知该玻璃的折射率为n,圆柱长为l,底面半径为r,则视场角是( )
A.arcsin B.arcsin
③两种介质相比较,折射率较大的介质叫做光密介质,折射率较小的介质叫做光疏介质.
2. 全反射
(1)全反射:光从光密介质射入光疏介质,同时发生反射和折射,若使入射角逐渐增大,则折射光越来越弱,入射光越来越强,当入射角增大到某一角度时,折射光完全消失,光线全部被反射回原介质,这种现象称为全反射,这时的入射角称为临界角.
A.光线有可能不从Q的下表面射出.
B.从Q下表面射出的光线一定与入射到P的上表面的光线平行.
C.如果光线从Q下表面射出,出射光线与下表面的夹角一定大于θ.
D.如果光线从Q下表面射出,出射光线与下表面的夹角一定小于θ.
答案:AD
8.已知某种无色透明液体对红、绿、蓝色光的折射率分别为1.512、1532、1.534,如果这些光以相同的入射角由液体射向液体与空气的交界面,并且入射角等于绿光的临界角,从液体上方观察,液体将呈现_________色.
10.光导纤维的结构如图,其内芯和外套材料不同,光在内芯中传播.以下关于光导纤维的说法正确的是( )
A.内芯的折射率比外套大,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
B.内芯的折射率比外套小,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
C.内芯的折射率比外套小,光传播时在内芯与外套的界面上发生折射
D.内芯的折射率与外套的相同,外套的材料有韧性,可以起保护作用
C.①②D.①④
答案: B
2.如图所示,把由同种玻璃制成的厚度为d的立方体A和半径为d的半球体B分别放在报纸上,且让半球的凸面向上,从正上方(对B来说是最高点)竖直向下分别观察A、B中心处报纸上的文字,下面的观察记录正确的是
①看到A中的字比B中的字高
②看到B中的字比A中的字高
③看到A、B中的字一样高
例2如图14—5所示,一储油圆桶,底面直径与桶高均为d,当桶内无油时,从某点A恰能看到桶底边缘上的某点B.当桶内油的深度等于桶高一半时,在A点沿AB方向看去,看到桶底上的C点,C、B相距 d.由此可得油的折射率
n=_______;光在油中传播的速度v=_______m/s.(结果可用根式表示)
解析: 作出光路图,
答案:A
巩固提高
1.一束光从空气射向折射率n= 的某种玻璃的表面,如图所示,i代表入射角,则
①当i>45°时会发生全反射现象
②无论入射角i是多大,折射角r都不会超过45°
③欲使折射角r=30°,应以i=45°的角入射
④当入射角i=arctan 时,反射光线跟折射光线恰好互相垂直
以上判断正确的是
A.①②③B.②③④
答案:A
2.(15西城一模)一束单色光从空气射向某种介质的表面,光路如图所示,则该介质的折射率.71
D.0.67
答案:B
3.(15丰台一模)如图所示,一个玻璃三棱镜的截面为等腰直角△ABC,∠A为直角,玻璃三棱镜的折射率为 。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()
光的折射 全反射
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
D.光在上、下表面均不可能发生全反射.
答案:D
2.两单色光a和b分别从截面为半圆的玻璃体的曲面射入,都从O点(球心处)射出如图所示,则可知()
A.单色光a穿出玻璃体的时间比单色光b穿出玻璃体的时间短.
B.玻璃体对单色光b的折射率较大.
C.单色光a比单色光b的波长要长.
D.a、b两种单色光从同一种介质斜射入空气时发生全反射时的临界角b光较大.
④看到B中的字和没有放玻璃半球时一样高
A.①④B.只有①C.只有②D.③④
答案:A
3.某种色光在传播过程中,下面说法正确的是
A.当它的频率不发生改变时,一定是在同一种介质中传播
B.当它的速度由小变大时,一定是从光疏介质进入光密介质
C.当它的速度由小变大时,一定是从密度大的介质进入密度小的介质
D.当它的波长由长变短时,一定是从光疏介质进入光密介质
(2)发生全反射的条件:光线从光密介质射向光疏介质;入射角大于或等于临界角.
(3)临界角:光从某种介质射向真空或空气时,发生全反射的临界角 与介质的折射率 的关系为
. 容易看出,介质的折射率越大,发生全反射的临界角越小.
(4)在运用光的折射定律作光路图和解决实际问题时,要判断是否会发生全反射.光从光疏介质射向光密介质时不会发生全反射,光从光密介质射向光疏介质时,要根据入射角与临界角的大小关系判断能否发生全反射,只有确定未发生全反射的情况下,才能根据折射定律确定入射角或折射角.
B.半球表面无光线射出.
C.半球表面中央有截面半径为 的圆亮斑.
D.半球表面中央有截面半径为 的圆亮斑.
答案:D
7.如图所示,P、Q是两种透明材料做成的两块形状相同的直角梯形三棱镜,叠合在一起组成一个长方体,某单色光自P的上表面斜射入P后正好垂直通过两物质的界面,已知材料的折射率nP<nQ,射到上表面P的光线与上表面之间的夹角为θ,那么()
(5)全反射棱镜:横截面是等腰直角三角形,在光学仪器里,常用来代替平面镜,改变光的传播方向.
(6)光导纤维
①导光原理:光在内芯和外套的界面上发生全反射,光会在光导纤维内沿锯齿形的路线传播.
②光缆:一束光纤(光导纤维),外面用塑料及其他材料做的保护层包起来,用于激光信号传输.
类型一:折射率
例1一束复色可见光射到置于空气中的平板玻璃上,穿过玻璃后从下表面射出,变为a、b两束平行单色光,如图示.对于两束单色光来说
答案:
1.(15海淀一模)a、b两种单色光以相同的入射角从空气斜射向某种玻璃中,光路如图所示。关于a、b两种单色光,下列说法中正确的是()
A.该种玻璃对b光的折射率较大
B.b光在该玻璃中传播时的速度较大
C.两种单色光从该玻璃中射入空气发生全反射时,a光的临界角较小
D.在同样的条件下,分别用这两种单色光做双缝干涉实验,b光的干涉图样的相邻条纹间距较大
(2)在折射现象中,光路是可逆的.
(3)折射率: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,用符号 表示.
①某种介质的折射率,等于光在真空中的传播速度 与光在该介质中的传播速度 之比,即 .
②光在不同介质中速度不同,但光在真空中的传播速度 总是大于光在其他介质中的传播速度 ,故任何介质的折射率 都大于1.
4.已知水的折射率为4/3,在水面上看到一个直径3m的圆形透光光斑,那么水中的光源不可能()
A是一个点光源.
B.是同一深度的两个不同心的圆形发光面.
C.位于水下3m深处.
D.位于水下1m深处.
答案:BC
5.劣质的玻璃中往往含有气泡.这些空气泡看上去比较亮,对这一现象有下列不同的解释,其中正确的是()
答案:D
4.两井口大小和深度相同的井,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
C.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大
D.两只青蛙觉得井口一样大,水井中青蛙看到井外的范围比较大
sinα= ,sinβ= = ,
而油的折射率n= ,在油中的光速v= ×107m/s.
答案: /2;6 ×107
类型三:全反射
例3一束光从空气射向折射率n= 的某种玻璃的表面,如图所示.i代表入射角,则 ( )
A.当入射角i =0°时不会发生折射现象
B.无论入射角i是多大,折射角r都不会超过45°
C.欲使折射角r=30°,应以i=60°的角度入射
A.玻璃对a光的折射率较大
B.a光在玻璃中传播的速度较大
C.b光每个光子的能量较大
D.b光的波长较长
解析: 光的频率较大,玻璃对它的折射率越大,从平行板玻璃另一面射出时偏离原传播方向越大,由图可知玻璃对a的折射率较大,对b的折射率较小,即b光频率较小,即波长较长,故AD对.
答案: AD
类型二:光路图
答案:30°<θ<60°
9.某种液体的折射率为 ,液面下有一束水平光线射到一只平面镜上,如图所示,镜面与水平光线的夹角在什么范围内,反射后的光线就不能向上射出液面?
答案:小于22.5°,或大于67.5°小于90°
10.折射率为 (临界角为45°)长为L的细长透明长方体如图所示.若从A端面射入的光线在透明体中恰能发生全反射,则光线经过多次全反射后由A到B所需的时间为多少?
答案:红
9.劣质的玻璃中往往含有空气泡,这些空气泡看上去比较亮,对这一现象有以下不同的解释,其中正确的是
A.空气泡对光线有会聚作用,因而较亮
B.空气泡对光线有发散作用,因而较亮
C.从空气泡到达玻璃的界面处的光一部分发生全反射,因而较亮
D.从玻璃到达空气泡的界面处的光一部分发生全反射,因而较亮
答案: D
C.从a点和b点射出的光都是红光,从ab中点射出的光是紫光
D.从a点和b点射出的光都是紫光,从ab中点射出的光是红光
答案:B
7.某种单色光在A、B、C三种介质中的临界角分别是30°、45°、60°,则该单色光在这三种介质中的速度之比是vA:vB:vC=_________.
答案:
8.将某种折射率为2的材料制成直角三棱镜,置于空气中,一条光线垂直于斜面射入,如图所示,若要使光线在直角边所在的界面上经两次全反射后仍由斜面射出,则θ角的范围是________.
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