1、第十三章 光 学1.本章在新课标地区属于选考内容,出现大型综合题的可能性不大,但作为模块 3-4 中相对独立的一部分内容(另一部分是振动和波的知识),命题几率是 100%,题型可以是选择题,也可以是计算题.2.本章内容重点考查基础知识,拓展性题目不多,复习时不宜过深.其中命题频率较高的是光的折射定律、折射率、全反射.3.预计 2015 年的命题还是会围绕光的折射定律、折射率和全反射的知识命题;由于考试大纲还规定了“测定玻璃的折射率”和“用双缝干涉测光的波长”的实验,因此实验也有命题的可能性,备考过程中要认真复习.最新考纲提示命题热点预测1.光的折射定律()2.折射率()3.全反射、光导纤维()
2、4.光的干涉、衍射和偏振现象()5.实验:测定玻璃的折射率6.实验:用双缝干涉测光的波长1.常考点:光的折射定律、折射率和全反射.考查形式,选择题和计算题都有可能2.命题热点:光的折射定律、折射率和全反射、双缝干涉明暗条纹的位置、条纹宽度与波长的关系3.实验没有考查过,2015 年考查实验的可能性也不会很大,但复习中不能疏漏 第 1 单元 光的折射 全反射基础自主梳理 一、光的折射定律和折射率1.折射现象光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向发生改变的现象.2.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
3、正弦成正比.(2)表达式:sin1sin2=n12.(3)在光的折射现象中,光路是可逆的.基础自主梳理 3.折射率(1)物理意义:折射率仅反映介质的折射本领,折射率大,说明光线从空气射入到该介质时偏折大,反之偏折小.(2)定义式:n=sin1sin2,不能说 n 与 sin1成正比、与 sin2成反比,折射率是由介质本身的材料和光的频率决定的.(3)计算公式:n=,因为 vc,所以任何介质的折射率都大于 1.(4)当光从真空(或空气)射入某种介质时,入射角大于折射角;当光由介质射入真空(或空气)时,入射角小于折射角.基础自主梳理 二、全反射和临界角1.全反射(1)条件:光从光密介质射入光疏介质
4、.入射角大于临界角.(2)现象:折射光完全消失,只剩下反射光.2.临界角折射角等于 90时的入射角,用 C 表示,sinC=1.3.应用(1)全反射棱镜.(2)光导纤维.基础自主梳理 三、光的色散、棱镜1.光的色散: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.棱镜(1)含义:截面是三角形的玻璃仪器,可以使光发生色散,白光的色散表明各色光在同一介质中的折射率不同.(2)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.要点研析突破 要点一光的折射1.不同光学元件的作用(1)平行玻璃砖:出射光与入射光总平行,但有侧移.(2)三棱镜
5、:使光线向底边偏折.(3)圆(球)形玻璃:法线总过圆(球)心.要点研析突破 2.折射率与光的频率的关系在同一种介质中频率越高的折射率越大.故在可见光中同一介质对紫光折射率最大,对红光折射率最小.平时我们说某介质的折射率是指对波长为 5893 的黄光来说的,切不可误认为是对各种色光折射率的平均值.3.折射率与光速及波长的关系光从真空进入介质时,频率不变,速度减小,波长变短.由sin1sin2=n=0(0、分别为光在真空中和介质中的波长)可知,在同一种介质中,频率较高的光速率较小,波长较短.要点研析突破 例1(2015安徽卷)如图所示，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
6、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()要点研析突破 解析：设光线在AB面上的折射角为r，由几何关系有2(ir)，2r，从而求出i 由折射定律n=.只有选项A正确 答案：A 感悟提升：几何光学的关键是找清楚光的传播路径折射率的计算是最为常见的呈现形式注意光路是可逆的 要点研析突破 1(2015重庆卷)虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射 形成的，可用白光照射玻璃球来说明两束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带，光路如图所示 M、N、P、Q点的颜色分别
7、为()A紫、红、红、紫 B红、紫、红、紫 C红、紫、紫、红 D紫、红、紫、红 解析：在同一介质中，红光的折射率小于紫光的折射率，以相同的入射角1从空气射入水中，由n 知紫光的折射角2较小，所以射到M、Q两点的为紫光，射到N、P两点的为红光，故A项正确 答案：A 2、如图，三棱镜的横截面为直角三角形ABC，A30，AC平行于光屏MN，与光屏的距离为L，棱镜对红光的折射率为n1，对紫光的折射率为n2.一束很细的白光由棱镜的侧面AB垂直射入，直接到达AC面并射出画出光路示意图，并标出红光和紫光射在光屏上的位置，求红光和紫光在光屏上的位置之间的距离.解析：光路如图所示，红光和紫光在AC面上的入射角相同
8、，设为i，折射角分别为r1和r2，它们射到屏上的位置离O点的距离分别为d1和d2.由折射定律得：n1sin isin r1，n2sin isin r2.由几何关系得：iA，d1Ltanr1，d2Ltanr2.联立式并利用题给条件得，红光和紫光在光屏上的位置之间的距离为：d2d1 答案：光路图见解析 要点研析突破 3(2016成都市第二次诊断性测试)如图所示，一透明球体置于空气中，球半径R10 cm，折射率n ，MN是一条通过球心的直线，单色细光束AB平行于MN射向球体，B为人射点，AB与MN间距为5 cm，CD为出射光线(1)补全光路图并求出光从B点传到C点的时间；(2)求CD与MN所成的角.
9、22解析：(1)连接BC，如图所示 在B点光线的入射角、折射角分别标为i、r，sin r5 /10 /2，所以i45.由折射定律：在B点有：n ，sin r1/2，故r30，BC2Rcos r，代入数据解得t8.21010 s(2)由几何关系可知COP15，OCP135，30 答案：(1)见解析(2)30 22要点研析突破 要点二全反射1.各色光特点对比表颜色红橙黄绿蓝靛紫频率低高折射率小大同一介质中速度大小波长大小临界角大小要点研析突破 2.对全反射的理解(1)临界角就是光由光密介质射向光疏介质时,发生全反射时的最小入射角.(2)当光由光密介质射向光疏介质时,若入射角等于或大于临界角,则发生
10、全反射现象,临界角由 sinC=1计算.处理全反射问题时要牢记产生全反射的条件,光从光密介质射入光疏介质,且入射角达到临界角,要牢牢把握住临界角 C 与折射率 n 的关系式sinC=1.这是许多考生“一问就知道,一做题就忽视”的关键点.要点研析突破 例2(2016黄冈市期中调研)如图所示为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图，玻璃丝长为L，折射率为n，AB代表端面已知光在真空中的传播速度为c.()为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，求光线在端面AB上的入射角应满足的条件；()求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间 要点研析突破 解析：()设光线在端面AB上C点(如图)
11、的入射角为i，折射角为r，由折射定律有sin insin r 设该光线射向玻璃丝内壁D点的入射角为，为了使该光线可在此光导纤维中传播，应有 式中，是光线在玻璃丝内发生全反射时的临界角，它满足nsin 1 由几何关系得r90 由式得sin i 12 n要点研析突破()光在玻璃丝中传播速度的大小为 vc/n 光速在玻璃丝轴线方向的分量为vzvsin 光线从玻璃丝端面AB传播到其另一端面所需时间为TL/vz 光线在玻璃丝中传播，在刚好发生全反射时，光线从端面AB传播到其另一端面所需的时间最长，由式得Tmax 答案：()sin i ()感悟提升：全反射的本质是光的折射的一种特例计算全反射问题一定要注意
12、“恰好”“刚好”“至少”等临界词语光路图仍然是解决问题的关键所在 c2lnc2ln12 n要点研析突破 3.2013山东理综,37(2)如图所示,ABCD是一直角梯形棱镜的横截面,位于截面所在平面内的一束光线由 O 点垂直 AD 边射入.已知棱镜的折射率n=2,AB=BC=8cm,OA=2cm,OAB=60.(1)求光线第一次射出棱镜时,出射光线的方向.(2)第一次的出射点距 C cm.要点研析突破 解析:(1)设发生全反射的临界角为 C,由折射定律得 sinC=1,代入数据得 C=45.光路图如图所示,由几何关系可知光线在 AB边和 BC 边的入射角均为 60,均发生全反射.设光线在 CD
13、边的入射角为,折射角为,由几何关系得=30,小于临界角,光线第一次射出棱镜是在CD 边,由折射定律得n=sinsin代入数据得=45(2)由几何关系可得,光线第一次的出射点与 C 点的距离 d=4 33 cm答案:见解析要点研析突破 5(2016泰安市教学质量抽样测试)如图所示，一段横截面为正方形的玻璃棒，中间部分弯成四分之一圆弧形状，一细束单色光由MN端面的中点垂直射入，恰好能在弧面EF上发生全反射，然后垂直PQ端面射出 求该玻璃棒的折射率 若将入射光向N端平 移，当第一次射到弧面 EF上时_(填“能”“不能”或“无法确定能否”)发生全反射 解析：如图所示单色光照射到EF弧面上时刚好发生全反
14、射，由全反射的条件得C45 由折射定律得 联立式得n 答案：能 22速效提升训练 1.根据右面的漫画,判断下列说法正确的是()A.人看到的是鱼的实像,位置变浅了B.人看到的是鱼的虚像,位置变浅了C.鱼看到的是人的实像,位置偏低些D.鱼看到的是人的虚像,位置偏高些速效提升训练 解析:水面下的鱼发出的光线,经水面发生折射后出射角变大,远离了法线,光线进入人眼后,人眼逆着射来的光线寻找鱼,看到的是鱼的虚像,位置变浅了,光路图如(a)图所示.岸上的人发出的光线,经水面发生折射后水中的折射角变小,靠近了法线,光线进入鱼眼后,鱼眼逆着射来的光线寻找人,看到的是人的虚像,位置变高了,光路图如图(b)所示.B
15、、D 两项正确.答案:BD速效提升训练 2(2015四川卷)直线P1P2过均匀玻璃球球心O，细光束a、b平行且关于P1P2对称，由空气射入玻璃球的光路如图a、b光相比()A玻璃对a光的折射率较大 B玻璃对a光的临界角较小 Cb光在玻璃中的传播速度较小 Db光在玻璃中的传播时间较短 解析：由题图可知naCb，故B项错误；由nc/v知vavb，故C项正确；a光在玻璃中的传播距离比b光小，由ts/v知tatb，D项错误 答案：C 速效提升训练 3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，折射光在白光屏上呈现七色光带若入射点由A向B缓慢移动，并
16、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()A减弱，紫光 B减弱，红光 C增强，紫光 D增强，红光 解析：光线从光密介质射到光疏介质，入射角增大则反射光的强度增强；因紫色光的折射率最大，发生全反射的临界角最小，故紫光最先发生全反射，在光屏上最先消失，故选C.答案：C 4(2014重庆卷)打磨某剖面如图所示的宝石时，必须将OP、OQ边与轴线的夹角切磨在12，光线一定在OP边发生全反射 B若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 解析：作出12时的光路如图所示 由图中几
17、何关系有i190，290 i190i2180，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30C/3.可见在OP边 和OQ边都发生全反射时应满足130C/390C2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30C/3，即光线若能射在OQ边上，一定会发生全反射，故A、B两项皆错误；当1时，一定有90C，即光线一定在OP边发生全反射，C项错误，D项正确 答案：D 速效提升训练 5.如图所示,半圆玻璃砖的半径 R=10cm,折射率 n=3,直径 AB 与屏幕垂直并接触于 A 点.激光 a 以入射角 1=30射向半圆玻璃砖的圆心 O,结果在水平屏幕 MN 上出现两个光斑.求两个光斑之间的距离 L.速效提升训练 解析:画出如图所示光路图设折射角为 2,根据折射定律n=sin2sin1解得 2=60由几何知识得,OPQ 为直角三角形,所以两个光斑 PQ 之间的距离L=PA+AQ=Rtan30+Rtan60解得 L=40 33 cm.答案:40 33 cm
