高考物理（人教版）一轮总复习课件选修3-4 光的折射、全反射

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．第1讲　光的折射、全反射2．折射定律(1) 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 ：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正弦成正比．(2) 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达式：eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n12，式中n12是比例常数．3．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折大，反之偏折小．(2)定义式：n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，不能说n与sinθ1成正比，与sinθ2成反比．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＝eq\f(c,v)，因v<c，故任何介质的折射率总大于1.1．玻璃三棱镜对光路的控制如图光线两次折射均向底面偏折．2．各种色光的比较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． 颜　色 红橙黄绿蓝靛紫 频率ν 低―→高 同一介质折射率 小―→大 同一介质中速度 大―→小 波长 大―→小 临界角 大―→小 通过棱镜的偏折角 小―→大1.全反射(1)定义：光从光密介质向光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线将消失，只剩下反射光线的现象．(2)条件：①光从光密介质射向光疏会介质．②入射角大于等于临界角．(3)临界角：折射角等于90°时的入射角．若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，则sinC＝eq\f(1,n).介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小．2．光导纤维光导纤维的原理是利用光的全反射注意事项1．玻璃砖应选用厚度、宽度较大的．2．大头针要插得竖直，且间隔要大些．3．入射角不宜过大或过小，一般在15°～75°之间．4．玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线．5．实验过程中，玻璃砖和白纸的相对位置不能改变．数据处理(1)计算法：计算每次折射率n，求出平均值eq\x\to(n).(2)图象法(3)单位圆法1．(2012·唐山月考)酷热的夏天，在平坦的柏油公路上，你会看到在一定距离之外，地面显得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎还能看到远处车、人的倒影．但当你靠近“水面”时，它却随你靠近而后退．对此现象正确的解释是(　　)．A．出现的是“海市蜃楼”，是由于光的折射造成的B．“水面”不存在，是由于酷热难耐，人产生的幻觉C．太阳辐射到地面，使地表温度升高，折射率大，发生全反射D．太阳辐射到地面，使地面温度升高，折射率小，发生全反射解析　酷热的夏天地面温度高，地面附近空气的密度小，空气的折射率下小上大，远处车、人反射的太阳光由光密介质射入光疏介质发生全反射． 答案 八年级地理上册填图题岩土工程勘察试题省略号的作用及举例应急救援安全知识车间5s试题及答案 　D2．(2011·山东济宁月考)很多公园的水池底都装有彩灯，当一细束由红、蓝两色组成的灯光从水中斜射向空气时，关于光在水面可能发生的反射和折射现象，下列光路图中正确的是(　　)．解析　红光、蓝光都要发生反射，红光的折射率较小，所以红光发生全反射的临界角较蓝光大，蓝光发生全反射时，红光不一定发生，故C正确．答案　C3．一束白光从顶角为θ的一边以比较大的入射角i射入并通过三棱镜后，在屏P上可得到彩色光带，如图2－1－1所示，在入射角i逐渐减小到零的过程中，假如屏上的彩色光带先后全部消失，则(　　)．A．红光最先消失，紫光最后消失B．紫光最先消失，红光最后消失C．紫光最先消失，黄光最后消失D．红光最先消失，黄光最后消失图2－1－1答案　B解析　作出白光的折射光路图，可看出，白光从AB射入玻璃后，由于紫光偏折大，从而到达另一侧面AC时的入射角较大，且因紫光折射率大，sinC＝eq\f(1,n)，因而其全反射的临界角最小，故随着入射角i的减小，进行入玻璃后的各色光中紫光首先发生全反射，且不从AC面射出，后依次是靛、蓝、绿、黄、橙、红，逐渐发生全反射而不从AC面射出．图2－1－24．“城市让生活更美好”是2010年上海世博会的口号，在该届世博会上，光纤通信网覆盖所有场馆，为各项活动提供了安全可靠的通信服务．光纤通信利用光的全反射将大量信息高速传输．如图2－1－2所示，一条圆柱形的光导纤维，长为L，它的玻璃芯的折射率为n1，外层材料的折射率为n2，光在空气中的传播速度为c，若光从它的一端射入经全反射后从另一端射出所需的最长时间为t，则下列说法中正确的是(图中所示的φ为全反射的临界角，其中sinφ＝eq\f(n2,n1))(　　)．答案　BA．n1>n2，t＝eq\f(n1L,n2c)B．n1>n2，t＝eq\f(n12L,n2c)C．n1<n2，t＝eq\f(n1L,n2c)D．n1<n2，t＝eq\f(n12L,n2c)解析　刚好发生全反射的条件是入射角等于临界角，注意光是在玻璃芯中传播的，而不是在空气中传播的．传播距离为x＝eq\f(L,sinφ)＝eq\f(n1L,n2)，传播速度为v＝eq\f(c,n1)，故传播时间为t＝eq\f(x,v)＝eq\f(\f(n1L,n2),\f(c,n1))＝eq\f(n12L,n2c).5．(2011·全国卷Ⅰ，16)如图2－1－3所示，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2－1－3答案　B解析　由于太阳光经过小水滴时，经过两次折射，一次反射，在进入小水滴后就被分解成七色光，这七色光再经过水滴内表面反射进入我们的视角，形成七彩的虹，通过比较第一次折射可以看出，入射角均相同，a光的折射角r最小而d光的折射角r最大，根据其折射率n＝eq\f(sini,sinr)知水对a光的折射率最大，而对d光的折射率最小，再由在同种介质中，紫光折射率最大而红光折射率最小可判断只有B选项正确．图2－1－46．一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯，如图2－1－4为过轴线的截面图，调整入射角α，使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eq\f(4,3)，求sinα的值．解析　当光线在水面恰好发生全反射时，有sinC＝eq\f(1,n)，①当光线从左侧射入时，由折射定律得eq\f(sinα,sin\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)－C)))＝n，②联立①②式，代入数据可得sinα＝eq\f(\r(7),3).答案　eq\f(\r(7),3)考点一折射定律的理解及应用图2－1－5【典例1】一半径为R的eq\f(1,4)球体放置在水平桌面上，球体由折射率为eq\r(3)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2－1－5所示，已知入射光线与桌面的距离为eq\f(\r(3),2)R.求出射角θ.解析　设入射光线与eq\f(1,4)球体的交点为C，连接OC，OC即为入射点的法线．因此，右图中的角θ1为入射角．过C点作球体水平表面的垂线，垂足为B.依题意，∠COB＝θ1.又由△OBC知sinθ1＝eq\f(\r(3),2)①答案　60°设光线在C点的折射角为θ2，由折射定律得eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\r(3)②由①②式得θ2＝30°③由几何关系知，光线在球体的竖直表面上的入射角θ3(见上图)为30°，由折射定律得eq\f(sinθ3,sinθ)＝eq\f(1,\r(3)).因此sinθ＝eq\f(\r(3),2)，解得θ＝60°.【变式1】发出白光的细线光源ab长度为l0，竖直放置，上端a恰好在水面以下，如图2－1－6所示．现考虑线光源ab发出的靠近水面法线(图中的虚线)的细光束经水面折射后所成的像，由于水对光有色散作用，若以l1表示红光成的像的长度，l2表示蓝光成的像的长度，则(　　)．A．l1<l2<l0 B．l1>l2>l0C．l2>l1>l0 D．l2<l1<l0图2－1－6解析　如图所示，由于蓝光折射率比红光折射率大，则同一点发出的光经过水面折射时，蓝光比红光偏折角大，则沿反方向延长线所成虚像的长度比较小，则l2<l1<l0.答案　D考点二　光的折射、全反射的综合应用【典例2】(2011·全国卷)一半圆柱形透明物体横截面如图2－1－7所示，地面AOB镀银，O表示半圆截面的圆心，一束光线在横截面内从M点入射，经过AB面反射后从N点射出．已知光线在M点的入射角为30°，∠MOA＝60°，∠NOB＝30°.求：(1)光线在M点的折射角；(2)透明物体的折射率．图2－1－7解析　(1)如图，透明物体内部的光路为折线MPN，Q、M点相对于底面EF对称，Q、P和N三点共线．设在M点处，光的入射角为i，折射角为r，∠OMQ＝a，∠PNF＝β，根据题意有α＝30°.①由几何关系得：∠PNO＝∠PQO＝r，于是β＋r＝60°②且α＋r＝β.③由①②③式得r＝15°④(1)解答光学问题应先准确画出光路图．(2)用光发生全反射的条件来判断光是否已经发生全反射．(3)在处理光学问题时应充分利用光的可逆性、对称性、相似性等几何关系．(2)根据折射率公式有sini＝nsinr．⑤由④⑤式得n＝eq\f(\r(6)＋\r(2),2).答案　(1)15°　(2)eq\f(\r(6)＋\r(2),2)【变式2】(2011·长治月考)一足够大的水池内盛有某种透明液体，液体的深度为H，在水池的底部中央放一点光源，其中一条光线以30°入射角射到液体与空气的界面上，它的反射光线与折射光线的夹角为105°，如图2－1－8所示．求：(1)这种液体的折射率；(2)液体表面亮斑的面积．图2－1－8答案　(1)1.414　(2)πH2解析　(1)由图知，入射角θ1＝30°，折射角θ2＝45°n＝eq\f(sinθ2,sinθ1)＝eq\r(2)＝1.414.(2)若发生全反射，入射角C应满足sinC＝eq\f(1,n)解得C＝45°　亮斑半径R＝HtanC＝H亮斑面积S＝πH2.考点三　测定玻璃的折射率【典例3】某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行．正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图2－1－9所示．(1)此玻璃的折射率计算式为n＝________(用图中的θ1、θ2表示)；(2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度________(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量．图2－1－9解析　(1)本题意在考查学生对入射角、折射角、折射率的理解和应用．光线由空气射入玻璃的入射角i＝eq\f(π,2)－θ1，折射角r＝eq\f(π,2)－θ2，由折射率的定义可得：n＝eq\f(sini,sinr)＝eq\f(sin\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)－θ1)),sin\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)－θ2)))＝eq\f(cosθ1,cosθ2)，根据平行玻璃砖对光线的影响可知，玻璃砖宽度越大，侧移量越大，折射角的测量误差越小．答案　(1)eq\f(cosθ1,cosθ2)(或eq\f(sin90°－θ1,sin90°－θ2))　(2)大【变式3】(2011·天津卷，9)某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率．开始玻璃砖的位置如图2－1－10中实线所示，使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察P1、P2的像，且P2的像挡住P1的像．如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失．此时只须测量出________，即可计算玻璃砖的折射率．请用你的测量量表示出折射率n＝________.图2－1－10解析　光线指向圆心入射时不改变传播方向，恰好观察不到P1、P2的像时发生全反射，测出玻璃砖直径边绕O点转过的角度θ，此时入射角θ即为全反射临界角，由sinθ＝eq\f(1,n)得n＝eq\f(1,sinθ).答案　玻璃砖直径边绕O点转过的角度θ　eq\f(1,sinθ)1．(2010·全国卷Ⅰ，20改编)频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后，其光路如图2－1－11所示，下列说法正确的是(　　)．　　　　　　　　　　　　　　　　A．单色光1的波长大于单色光2的波长B．在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度C．单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间D．单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角图2－1－11答案　D解析　由题图可知，光线1的折射率大，频率高，波长小，在介质中传播速度小，因而产生全反射的临界角小．选项A错误，D正确，B错误．设玻璃板的宽度为d，由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，在玻璃板中传播的距离l＝eq\f(d,cosθ2)，传播的速度v＝eq\f(c,n)，所以光在玻璃板中传播的时间t＝eq\f(l,v)＝eq\f(dsinθ1,csinθ2cosθ2)＝eq\f(2dsinθ1,csin2θ2)，光线1的折射角小，所经历的时间应该长，选项C错误．图2－1－122．(2009·浙江 高考 地理事物空间分布特征语文高考下定义高考日语答题卡模板高考688高频词汇高考文言文120个实词 改编)如图2－1－12所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点，已知入射方向与边AB的夹角为θ＝30°，E、F分别为边AB、BC的中点，则(　　)．A．该棱镜的折射率为eq\r(3)B．光在F点发生全反射C．光从空气进入棱镜，波长变大D．从F点出射的光束与入射到E点的光束平行答案　A解析　在E点作出法线可知入射角为60°，折射角为30°，折射率为eq\r(3)，A正确；由光路的可逆性可知，在BC边上的入射角小于临界角，不会发生全反射，B错误；由公式λ介＝eq\f(λ空气,n)，可知C错误；三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折，不会与入射到E点的光束平行，故D错误．A．屏上c处是紫光B．屏上d处是红光C．屏上b处是紫光D．屏上a处是红光解析　可见光中红光波长最长，折射率最小，折射程度最小，所以a为红光，而紫光折射率最大，所以d为紫光．答案　D3．(2011·安徽卷，15)实验表明，可见光通过三棱镜时各色光的折射率n随波长λ的变化符合科西经验公式：n＝A＋eq\f(B,λ2)＋eq\f(C,λ4)，其中A、B、C是正的常量．太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如图2－1－13所示，则(　　)．图2－1－134．(2011·福建卷，14)如图2－1－14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，红光图2－1－14答案　C解析　因n红<n紫，再由临界角公式sinC＝eq\f(1,n)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，故应选C.图2－1－155．(2011·浙江卷，17)“B超”可用于探测人体内脏的病变状况，右图2－1－15是超声波从肝脏表面入射，经折射与反射，最后从肝脏表面射出的示意图．超声波在进入肝脏发生折射时遵循的规律与光的折射规律类似，可表述为eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(v1,v2)(式中θ1是入射角，θ2是折射角，v1、v2分别是超声波在肝外和肝内的传播速度)，超声波在肿瘤表面发生反射时遵循的规律与光的反射规律相同．已知v2＝0.9v1，入射点与出射点之间的距离是d，入射角是i，肿瘤的反射面恰好与肝脏表面平行，则肿瘤离肝脏表面的深度h为(　　)．答案　DA.eq\f(9dsini,2\r(100－81sin2i))B.eq\f(d\r(81－100sin2i),10sini)C.eq\f(d\r(81－100sin2i),20sini)D.eq\f(d\r(100－81sin2i),18sini)解析　如图所示，根据光的折射定律有eq\f(sini,sinθ)＝eq\f(n1,n2)＝eq\f(v1,v2)由几何关系知sinθ＝eq\f(\f(d,2),\o(\s\up7(),\s\do5(\r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2))))2＋h2)))以上两式联立可解得h＝eq\f(d\r(100－81sin2i),18sini)，故选项D正确．6．(2011·海南卷)一赛艇停在平静的水面上，赛艇前端有一标记P离水面的高度为h1＝0.6m，尾部下端Q略高于水面；赛艇正前方离赛艇前端s1＝0.8m处有一浮标，示意如图2－1－16所示．一潜水员在浮标前方s＝3.0m处下潜到深度为h2＝4.0m时，看到标记刚好被浮标挡住，此处看不到船尾端Q；继续下潜Δh＝4.0m，恰好能看见Q.求：(1)水的折射率n；(2)塞艇的长度l.(可用根式表示)图2－1－16解析　(1)设过P点的光线恰好被浮标挡住时，入射角、折射角分别为：α、β，则：sinα＝eq\f(s1,\o(\s\up7(),\s\do5(\r(s12＋h12))))，①sinβ＝eq\f(s2,\o(\s\up7(),\s\do5(\r(s22＋h22))))，②n＝eq\f(sinα,sinβ).③由①②③得：n＝eq\f(4,3).(2)潜水员和Q点连线与水平方向夹角刚好为临界角C，则：sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(3,4)，　　　　　④　tanC＝eq\f(h2＋Δh,s1＋s2＋l).⑤由④⑤得：l＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(8\r(7),3)－3.8))m≈3.3m.答案　(1)eq\f(4,3)　(2)3.3m