1、上一页返回首页下一页高三一轮总复习练考题随堂自测理知识双层夯基析考点多维突破第 3 节 光的折射 全反射 光的色散 上一页返回首页下一页高三一轮总复习知识点 1 光的折射1折射定律(如图 12-3-1 所示)图1231上一页返回首页下一页高三一轮总复习(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；入射角的与折射角的成正比(2)表达式：sin 1sin 2n12，式中 n12 是比例常数(3)在光的折射现象中，光路是正弦正弦可逆的上一页返回首页下一页高三一轮总复习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
2、折大，反之偏折小(2)定义式：n12sin 1sin 2，不能说 n12 与 sin 1 成正比、与 sin 2 成反比因为折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定(3)计算公式：n_，因为 vc，所以任何介质的折射率.总大于 1cv上一页返回首页下一页高三一轮总复习知识点 2 光的全反射现象和光的色散1全反射(1)条件：光从光密介质射入入射角临界角(2)现象：折射光完全消失，只剩下(3)临界角：折射角等于 90时的入射角，用 C 表示，sin C_.光疏介质大于或等于反射光1n上一页返回首页下一页高三一轮总复习(4)应用：全反射棱镜光导纤维，如图 12-3-2 所示图1232上一页返回首页下
3、一页高三一轮总复习2光的色散(1)光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象(2)光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长的有序排列(3)光的色散现象说明：白光为复色光；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；不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速越大越慢上一页返回首页下一页高三一轮总复习(4)棱镜：含义：截面是的玻璃仪器，可以使光发生色散，如图所示白光的色散表明各色光在同一介质中的不同三角形折射率图1233三棱镜对光线的作用：改变光的传播方向，使复色光发生色散上一页返回首页下一页高三一轮总复习知识点 3 实验：测定玻璃的折射率1实验原理如图 12-3
4、-4 所示，当光线 AO1 以一定的入射角 1 穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线 AO1 对应的出射光线 O2B，从而求出折射光线 O1O2 和折射角 2，再根据 n12sin 1sin 2或 n PNQN算出玻璃的折射率图1234上一页返回首页下一页高三一轮总复习2实验步骤(1)如图 12-3-5 所示，把白纸铺在木板上图1235(2)在白纸上画一直线 aa作为界面，过 aa 上的一点 O 画出界面的法线 NN，并画一条线段 AO 作为入射光线(3)把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa重合，再用直尺画出玻璃砖的另一边 bb.(4)在线段 AO 上竖直地插上两枚大头针 P
5、1、P2.上一页返回首页下一页高三一轮总复习(5)从玻璃砖 bb一侧透过玻璃砖观察大头针 P1、P2 的像，调整视线的方向直到 P1 的像被 P2 的像挡住再在 bb一侧插上两枚大头针 P3、P4，使 P3 能挡住 P1、P2 的像，P4 能挡住 P3 本身及 P1、P2 的像(6)移去玻璃砖，在拔掉 P1、P2、P3、P4 的同时分别记下它们的位置，过 P3、P4 作直线 OB 交 bb于 O.连接 O、O，OO就是玻璃砖内折射光线的方向AON 为入射角OON为折射角(7)改变入射角，重复实验上一页返回首页下一页高三一轮总复习核心精讲1对折射率的理解(1)公式 nsin 1sin 2中，不论
6、是光从真空射入介质，还是从介质射入真空，1总是真空中的光线与法线间的夹角，2 总是介质中的光线与法线间的夹角(2)折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关(3)折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质上一页返回首页下一页高三一轮总复习(4)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(5)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同上一页返回首页下一页高三一轮总复习2平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)结构玻璃砖上下表面是平行的横截面为三角形的三棱镜横截面是圆对光线的作用上一
7、页返回首页下一页高三一轮总复习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，出射光线向棱镜底面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续表平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)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上一页返回首页下一页高三一轮总复习师生共研(2015安徽高考)如图 12-3-6 所示，一束单色光从空气入射到棱镜的AB 面上，经 AB 和 AC 两个面折射后从 AC 面进入空气当出射角 i和入射角i 相等时，出射光线相对于入射光线偏转的角度为.已知棱镜顶角为，则计算棱镜对该色光的折射率表达式为()A.si
8、n2sin2 B.sin 2sin2C.sin sin2D.sin sin2图1236上一页返回首页下一页高三一轮总复习A 当出射角 i和入射角 i 相等时，由几何知识，作角 A 的平分线，角平分线过入射光线的延长线和出射光线的反向延长线的交点、两法线的交点，如图所示可知122，432而 i1422上一页返回首页下一页高三一轮总复习由折射率公式 n sin isin 4sin2sin2选项 A 正确上一页返回首页下一页高三一轮总复习解决光的折射问题的思路1根据题意画出正确的光路图2利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角均以法线为标准3利用折射定律、折射率公式求解4注意：在折射
9、现象中光路是可逆的上一页返回首页下一页高三一轮总复习题组通关1(多选)一束光从空气射向折射率 n 2的某种玻璃的表面，如图 12-3-7所示i 代表入射角，则 ()【导学号：96622207】图1237A当入射角 i0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 45C欲使折射角 r30，应以 i60的角度入射D当入射角 iarctan 2时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直上一页返回首页下一页高三一轮总复习BD 当入射角 i0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 nsin isin r，解得：r45，所以无论入射角 i 是多大，折
10、射角 r 都不会超过 45，B 正确；欲使折射角 r30，根据折射定律 nsin isin r，解得：i45，故 C 错误；当 iarctan 2，有 tan i 2，根据折射定律 nsin isin rtan i，解得 sin rcos i，所以反射光线跟折射光线恰好互相垂直，故 D 正确上一页返回首页下一页高三一轮总复习2(2014全国卷)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】根据全反射
11、定律，圆形发光面边缘发出的光线射到玻璃板上表面时入射角为临界角(如图所示)设为，且 sin 1n.根据几何关系得：sin Lh2L2 而 LRr联立以上各式，解得 n1hRr2.【答案】1hRr2上一页返回首页下一页高三一轮总复习典题示例(2015山东高考)半径为 R、介质折射率为 n 的透明圆柱体，过其轴线 OO的截面如图 12-3-8 所示位于截面所在平面内的一细束光线，以角 i0 由 O 点入射，折射光线由上边界的 A 点射出当光线在 O 点的入射角减小至某一值时，折射光线在上边界的 B 点恰好发生全反射求 A、B 两点间的距离图1238上一页返回首页下一页高三一轮总复习【解题关键】关键
12、信息信息解读以角 i0 由 O 点入射，折射光线由 A 点射出 可求 A 点到左边界的距离折射光线在上边界的 B 点恰好发生全反射 可求 B 点到左边界的距离【解析】当光线在 O 点的入射角为 i0 时，设折射角为 r0，由折射定律得上一页返回首页下一页高三一轮总复习sin i0sin r0n设 A 点与左端面的距离为 dA，由几何关系得sin r0Rd2AR2 若折射光线恰好发生全反射，则在 B 点的入射角恰好为临界角 C，设 B 点与左端面的距离为 dB，由折射定律得sin C1n 上一页返回首页下一页高三一轮总复习由几何关系得sin CdBd2BR2 设 A、B 两点间的距离为 d，可得
13、ddBdA联立式得d1n21 n2sin2i0sin i0R.【答案】1n21 n2sin2i0sin i0R上一页返回首页下一页高三一轮总复习解决全反射问题的一般方法1确定光是从光密介质进入光疏介质；2应用 sin C1n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，解决问题上一页返回首页下一页高三一轮总复习题组通关3(2014重庆高考)打磨某剖面如图 12-3-9 所示的宝石时，必须将 OP、OQ 边与轴线的夹角 切割在 12，光线一定在 OP 边发生全反射B若
14、2，光线会从 OQ 边射出C若 1，光线会从 OP 边射出D若 1，光线会在 OP 边发生全反射D 作出 12 时的光路如图所示由图中几何关系有 i190，290i190i2180，即 i1i22.则有 i2390.可见 越大时 i2 越大、i1 越小要使光线在 OP 上发生全反射，应有 i1C，即 90C；要使光线在 OQ 上发生全反射，应有 i2C，即 30C3.可见在 OP 边和 OQ 边都发生全反射时应满足 130C390C2 时一定有 90C，光线一定不会在 OP 边上发生全反射，同时也一定有 30C3，即光线若能射在 OQ 边上，一定会发生全反射，故 A、B皆错误当 1 时，一定有
15、 90C，即光线一定在 OP 边发生全反射，C 错误 D 正确上一页返回首页下一页高三一轮总复习4.如图 12-3-10 是用折射率 n 2的玻璃做成内径为 R、外径为 R 2R 的半球形空心球壳现有一束与中心对称轴 OO平行的光射向此半球的外表面，要使球壳内表面没有光线射出，需在球壳上方垂直 OO放置一圆心通过 OO 轴的圆形遮光板，求该遮光板的半径 d.图12310【解析】设光线沿 aa 射向外球面，沿 ab 方向射向内球面，刚好发生全反射，则sin C1n 12，得 C45上一页返回首页下一页高三一轮总复习在Oab 中，Oa 2R，ObR，由正弦定理得sin 180C2Rsin rR，得
16、 r30sin isin rn，得 i45又OOai当射向外球面的入射光线的入射角小于 i45时，光线都会射出内球面由图可知dRsin i 2R 22 R.【答案】R上一页返回首页下一页高三一轮总复习核心精讲1光的色散成因棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光通过棱镜后的偏折程度最小，对紫光的折射率最大，紫光通过棱镜后的偏折程度最大，从而产生色散现象光线通过棱镜的光路图12311上一页返回首页下一页高三一轮总复习2各种色光的比较颜色红 橙 黄 绿 青 蓝 紫频率 低高同一介质中的折射率小大同一介质中的速度大小波长大小通过棱镜的偏折角小大临界角大小双缝干涉时的条纹间距大小上一页
17、返回首页下一页高三一轮总复习典题示例 雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹设水滴是球形的，图 12-3-12 中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b、c、d 代表四条不同颜色的出射光线，则它们可能依次是()A紫光、黄光、蓝光和红光B紫光、蓝光、黄光和红光C红光、蓝光、黄光和紫光D红光、黄光、蓝光和紫光图12-3-12上一页返回首页下一页高三一轮总复习B 四种光线红、黄、蓝、紫的频率为 f 红f 黄f 蓝f 紫，故其折射率 n 红n 黄n 蓝r2，由折射率 nsin isin r知玻璃对 b 光的折射率较大，选项 A 正确；设玻璃对光的临界角为 C，sin C1n，a
18、 光的临界角较大，故选项 B 错误；光在介质中的传播速度 vcn，则 a光的传播速度较大，b 光的传播速度较小，故选项 C 正确；b 光的传播速度小，且通过的路程长，故 b 光在玻璃中传播的时间长，故选项 D 错误上一页返回首页下一页高三一轮总复习6(多选)如图 12-3-14，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为，经折射后射出 a、b 两束光线则()A在玻璃中，a 光的传播速度小于 b 光的传播速度B在真空中，a 光的波长小于 b 光的波长C玻璃砖对 a 光的折射率小于对 b 光的折射率D若改变光束的入射方向使 角逐渐变大，则折射光线 a 首先消失图12314上一
19、页返回首页下一页高三一轮总复习ABD 通过光路图可看出，折射后 a 光的偏折程度大于 b 光的偏折程度，玻璃砖对 a 光的折射率大于 b 光的折射率，选项 C 错误a 光的频率大于 b 光的频率，波长小于 b 光的波长，选项 B 正确由 ncv知，在玻璃中，a 光的传播速度小于 b 光的传播速度，选项 A 正确入射角增大时，折射率大的光线首先发生全反射，a 光首先消失，选项 D 正确.上一页返回首页下一页高三一轮总复习典题示例 在“测定玻璃折射率”的实验中，某同学经正确操作插好了 4 枚大头针，如图 12-3-15 甲所示甲 乙上一页返回首页下一页高三一轮总复习(1)在图 12-3-15 丙中
20、画出完整的光路图；丙图 12-3-15上一页返回首页下一页高三一轮总复习(2)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率 n_；(保留 3 位有效数字)(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了 8 枚大头针，如图 12-3-15 乙所示图中 P1 和 P2 是同一入射光线上的2 枚大头针，其对应出射光线上的2 枚大头针是P3和_(填“A”或“B”)【解析】(1)分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点，并延长与玻璃砖边分别相交，标出传播方向，然后连接玻璃砖边界的两交点，即为光线在玻璃砖中传播的方向光路如图所示上一页返回首页下一页高三一轮总复习(2)设
21、方格纸上正方形的边长为 1，光线的入射角为 i，折射角为 r，则 sin i5.35.32420.798，sin r2.22.223.620.521所以玻璃的折射率 nsin isin r0.7980.5211.53.(3)由题图乙可知，光线 P1P2 入射到玻璃砖上时，相当于光线射到了一个三棱镜上，因此出射光线将向底边偏折，所以出射光线过 P3 和 A.【答案】(1)见解析图(2)1.53(0.03 范围内都对)(3)A上一页返回首页下一页高三一轮总复习实验数据处理的四种常用方法1计算法：用量角器测量入射角 1 和折射角 2，算出不同入射角时的sin 1sin 2，并取平均值2图象法：改变不
22、同的入射角 1，测出不同的折射角 2，作 sin 1-sin 2 图象，如图 12-3-16 所示，其斜率就是玻璃的折射率 图12316上一页返回首页下一页高三一轮总复习3辅助线段法：如图 12-3-17 所示，作辅助线 AB，且垂直于 OB，量出 AB、OA，作辅助线 CD，垂直于 OD，量出 CD、OC，即可求出：nsin 1sin 2AB OCOA CD.图12317上一页返回首页下一页高三一轮总复习4“单位圆法”：以入射点 O 为圆心，以适当长度 R 为半径画圆，交入射光线 OA 于 E 点，交折射光线 OO于 E点，过 E 作 NN的垂线 EH，过 E作 NN的垂线 EH，如图 12
23、-3-18 所示，nsin 1sin 2EHEH.图12318上一页返回首页下一页高三一轮总复习题组通关7在“测定玻璃折射率”的实验中(1)操作步骤如下：先在白纸上画出一条直线 aa代表两种介质的界面，过 aa上的 O 点画出界面的法线 NN，并画一条线段 AO 作为入射光线把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟 aa对齐在线段 AO 上竖直地插上两枚大头针 P1、P2，透过玻璃砖观察大头针 P1、P2 的像调整视线方向，直到 P1 的像被 P2 挡住再在观察的这一侧插两枚大头针 P3、P4，使 P3 挡住 P1、P2 的像，P4 挡住 P3和 P1、P2 的像，记下 P3、P4的位置上一页返
24、回首页下一页高三一轮总复习移去大头针和玻璃砖，连接 P3、P4 作为折射光线，测量出入射角 1 与折射角 2，填入表格中上述操作步骤中存在严重的缺漏，应作的补充是_(2)(多选)实验中测出了多组入射角 1 与折射角 2，并作出了 sin 1-sin 2 的图象如图 12-3-19.则下列说法正确的是()图12319A实验时，光线是由空气射入玻璃B实验时，光线是由玻璃射入空气C玻璃的折射率为 0.67D玻璃的折射率为 1.5上一页返回首页下一页高三一轮总复习【解析】：(1)步骤中应在白纸上画出玻璃砖的另一个界面 bb，步骤中应通过 P3、P4 的连线与 bb的交点 O和 aa上的入射点 O，作出玻璃砖中的光线 OO.(2)由图可看出入射角 1 小于折射角 2，因此，光线应该是由玻璃射入空气；则玻璃折射率 nsin 2sin 10.4500.3001.5，所以选项 B、D 正确【答案】(1)见解析(2)BD上一页返回首页下一页高三一轮总复习练考题随堂自测 点击图标进入
