1、第十二章光学考纲要求权威解读光的折射定律1.会分析与计算介质的折射率，知道n(c、v分别是光在真空中的传播速度和在介质中的传播速度)2.作光路图是几何光学的重要解题手段，又是考查重点3.知道光的特征现象，知道双缝干涉公式x的含义介质的折射率(即绝对折射率)全反射光的干涉、x，衍射和偏振现象第一节光的折射全反射一、光的折射定律1光的折射现象光从一种介质进入另一种介质时，_发生改变的现象称为光的折射现象。2光的折射定律内容：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧；入射角的_跟折射角的_成正比。公式：n(1、2分别为入射角和折射角，n为常数)3折射率(1)定义：
2、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。(2)公式：n_。(3)物理意义：折射率是表示光线从一种介质进入另一种介质时，发生偏折程度的物理量，与入射角1及折射角2大小_。4n_，其中c、v分别是光在真空、介质中的速度。5在光的折射现象中，光路是_的。二、全反射1光密介质与光疏介质2全反射光从_介质入射到_介质的分界面上时，光_反射回光密介质的现象，这种现象叫全反射。3临界角折射角等于_时的入射角，称为临界角。当光从折射率为n的某种介质射向真空(空气)时，发生全反射的临界角用sin C_计算。1关于全反射，下列说法中不正确的是( )A光
3、从光密介质射向光疏介质时可能产生全反射B光从光疏介质射向光密介质时可能产生全反射C光从折射率大的介质射向折射率小的介质时可能产生全反射D光从传播速度小的介质射向传播速度大的介质时可能产生全反射2.(2012六安寿县正阳中学期末)如图，a和b都是厚度均匀的平玻璃板，它们之间的夹角为，一细光束以入射角从P点射入，已知此光束由红光和蓝光组成，则当光束透过b板后( )A传播方向相对于入射光方向向左偏转角B传播方向相对于入射光方向向右偏转角C红光在蓝光的左边D红光在蓝光的右边3单色光在真空中的传播速度为c，波长为0，在水中的传播速度是v，波长为，水对这种单色光的折射率为n。当这束单色光从空气斜射入水中时
4、，入射角为1，折射角为2，下列说法中正确的是( )Av，0 B0n，vcCvcn，0 D0，vc4.(2012阜南春晖中学高考模拟)如图所示，上下表面平行的玻璃砖折射率为n，下表面镶有银反射面，一束单色光与界面的夹角45射到玻璃表面上，结果在玻璃砖右边竖直光屏上出现相距h2.0 cm的光点A和B。(图中未画出A、B)(1)请在图中画出光路示意图；(2)求玻璃砖的厚度d。一、对折射率的理解自主探究1在一次讨论中，老师问道：“假如水中相同深度处有a、b两种不同颜色的单色点光源，有人在水面上方同等条件下观测发现，b在水下的像比a深。关于这两种光在水中的性质，同学们能做出什么判断？”有同学回答如下：b
5、光的折射率大；a光的传播速度小；b光的频率大；a光的波长比b光的短。根据老师的假定，以上回答正确的是( )A B C D思考1：折射率公式n中1、2的含义？思考2：折射率与入射角大小有关吗？思考3：光线从折射率大的(光密)介质射向折射率小的(光疏)介质，入射角与折射角的大小关系？反之怎样？思考4：色光的频率由什么来决定？二、对全反射的理解自主探究2一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯，如图为过轴线的截面图，调整入射角，光线恰好在水和空气的界面上发生全反射，已知水的折射率为，求sin 的值。思考1：全反射发生的条件？思考2：全反射现象从能量角度如何去理解？命题研究一、折射定律及折射率的
6、应用【题例1】一半径为R的球体放置在水平面上，球体由折射率为的透明材料制成。现有一束位于过球心O的竖直平面内的光线，平行于桌面射到球体表面上，折射入球体后再从竖直表面射出，如图所示。已知入射光线与桌面的距离为R，光在真空中的传播速度为c，求：(1)出射角；(2)光穿越球体的时间。解题要点：规律总结光的折射问题的规范求解1一般解题步骤(1)依据题意准确作出光路图，注意作准法线。(2)利用数学知识找到入射角或折射角。(3)利用折射定律列方程。2应注意的问题(1)根据折射定律和入射光线画出折射光线，找到入射角和折射角，要注意入射角、折射角是入射光线、折射光线与法线的夹角。(2)应用公式n时，一定要确
7、定准哪个角在分子上，哪个角在分母上。(3)注意在折射现象中，光路是可逆的。命题研究二、光的折射、全反射的综合应用【题例2】 (2012海南琼海模拟)如图所示，用折射率n=的玻璃做成内径为R、外径为R=R的半球形空心球壳，一束平行光射向此半球的外表面，与中心对称轴OO平行，试求：(1)球壳内部有光线射出的区域；(2)要使球壳内部没有光线射出，至少用多大的遮光板，如何放置才行？解题要点：规律总结解答这一类光学临界问题要利用折射定律和全反射的条件。在分析、研究光路时，常要假设某一条光线恰能符合题意要求，据此画出其反射、折射或全反射的光路图，再进行推断或求解。1.如图，半圆形玻璃砖置于光屏PQ的左下方
8、。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( )A减弱，紫光 B减弱，红光C增强，紫光 D增强，红光2(2012北京理综)一束单色光经由空气射入玻璃，这束光的( )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3.(2012天津理综)半圆形玻璃砖横截面如图，AB为直径，O点为圆心。在该截面内有a、b两束单色可见光从空气垂直于AB射入玻璃砖，两入射点到O的距离相
9、等。两束光在半圆边界上反射和折射的情况如图所示，则关于a、b两束光的说法错误的是( )A在同种均匀介质中传播，a光的传播速度较大B以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角大C若a光照射某金属表面能发生光电效应，b光也一定能D分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距大4.(2012山东潍坊一模)如图是透明圆柱介质的横截面，C、D为圆上两点。一束单色光沿BC方向入射，从D点射出。已知COD90，BCO120。(1)求介质的折射率；(2)改变BCO的大小，能否在介质的内表面发生全反射？参考答案基础梳理自测知识梳理一、1.传播方向2正弦正弦3(2)(3)无关4.5可逆二、1.光密光疏2光密光
10、疏全部390基础自测1B解析：发生全反射的条件是：光从光密介质射向光疏介质；入射角大于或等于临界角，选项A、C、D正确。2D3.B解析：由n知，0n，由n知，vc，选项B正确。4BD解析：由光路图可知，单色光Q的折射率较大，选项A错误；光束的频率与介质无关，折射率大的光束频率大，选项B正确而C错误；由n知vQvP，选项D正确。4答案：(1)光路图如图所示(2) cm解析：(1)光路图如答案图所示(光线无箭头不对)(2)设第一次折射时折射角为r，则有：n解得：r30，设第二次折射时折射角为，则有：，解得：45，由几何关系得：h2dtan rd cm。核心理解深化【自主探究1】 C解析：由b在水下
11、的像比a深可知，光束a的折射率较大，说法正确，故选项C正确。提示：1.公式n中，不论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折射率是由介质本身的光学性质和光的频率决定的，与入射角大小无关。3光线从折射率大的(光密)介质射向折射率小的(光疏)介质，入射角小于折射角，光线从折射率小的(光疏)介质射向折射率大的(光密)介质，入射角大于折射角。4色光的频率由色光自身来决定；同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。【自主探究2】 答案：解析：当光线在水面发生全反射时有sin C当光线从左侧射入时，由折射定律有n联立这两
12、式代入数据可得sin 。提示：1.条件：光从光密介质射入光疏介质；入射角大于等于临界角。2当光由光密介质射向光疏介质时，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，这时就发生了全反射。考向探究突破【题例1】 答案：(1)60(2)解析：(1)设入射光线与球体的交点为C，连接OC，OC即为入射点的法线。因此，图中的角为入射角。过C点作球体水平表面的垂线，垂足为B，如图所示。依题意，COB又由OBC知：sin 设光线在C点的折射角为，由折射定律得由式得30由几何关系知，光线在球体的竖直表面上的入射角如图所示为30由折射定律得
13、，因此sin ，解得60。(2)由几何知识知ACO为等腰三角形，故2cos 30R光线在球体内的传播速度为v设光穿越球体的时间为t，则t由得t【题例2】 答案：(1)以OO为中心线，O为顶点，顶角为120的圆锥球壳内部有光线射出。(2)至少用一个半径为R的圆形遮光板，圆心过OO轴并垂直该轴放置。解析：(1)设光线aa射入外球面，沿ab方向射向内球面，刚好发生全反射，则sin C。 所以C45在Oab中，OaR，ObR所以，sin r，即r30，则Cr453015又OOai，由n，得sin insin r，所以i45即OObi451560当射向外球面的入射光线的入射角小于i45时，这些光线都会射
14、出内球面。因此，以OO为中心线，O为顶点，顶角为120的圆锥球壳内有光线射出。(2)由图中可知，hRsin iRR，所以，至少用一个半径为R的圆形遮光板，圆心过OO轴并垂直该轴放置，才可以挡住射出球壳的全部光线，这时球壳内部将没有光线射出。演练巩固提升1C解析：因n红n紫，再由临界角公式sin C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，选项C正确。2A解析：根据光的折射特点，在折射过程中频率不变，由公式v，玻璃的折射率比空气的大。所以由空气进入玻璃时，速度变慢，由可知光的波长变短，所以选项A正确
15、。3B解析：当光由光密介质玻璃进入光疏介质空气时发生折射或全反射，b发生全反射说明b的入射角大于或等于临界角，a发生折射说明a的入射角小于临界角，比较可知在玻璃中a的临界角大于b的临界角；根据临界角定义有sin C，玻璃对a的折射率小；根据n，在玻璃中a光的速度大，A正确；通过色散现象分析比较a的折射率小，a光的频率小，波长大；双缝干涉相邻亮条纹间距大小与波长成正比，a光的相邻亮条纹间距大，D正确；发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，频率小的a光能发生光电效应，则频率大的b光一定能，C正确；根据折射定律n，在入射角i相同时b的折射率大，则折射角r小，B错误。4答案：(1)(2)不能解析：(1)作出光路图如图，折射率n(2)由光路可逆可知，光不可能在介质内表面发生全反射。
