发布时间 : 星期四 文章2020版新一线高考物理(新课标)一轮复习教学案:第14章 第3节 光的折射 全反射 光的色散 含答案更新完毕开始阅读
(对应学生用书第211页)
1.全反射 (1)条件:
①光从光密介质射入光疏介质。 ②入射角大于或等于临界角。
1
(2)临界角:折射角等于90°时的入射角,用C表示,sin C=n。 (3)应用: ①全反射棱镜。
②光导纤维,如图所示。 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,各种色光按其波长有序排列。 (3)光的色散现象说明: ①白光为复色光;
②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越大; ③不同色光在同一介质中的传播速度不同,波长越短,波速越慢。 [判断正误]
(1)光从空气射入玻璃时,只要入射角足够大就可能发生全反射。 (2)光纤通信利用了全反射的原理。
(×) (√)
(3)晚上,在池水中同一深度的两点光源分别发出红光和蓝光,蓝光光源看起来浅一些。
考法1 全反射现象理解
1.水下一点光源,发出a、b两单色光。人在水看,如图所示,水面中心Ⅰ区域有a光、b光射出,a光射出。下列判断正确的是( )
A.a、b光从Ⅰ区域某点倾斜射出时,a光的折B.在真空中,a光的波长小于b光的波长
(√)
面上方向下Ⅱ区域只有
射角小
C.水对a光的折射率大于对b光的折射率 D.水下b光不能射到图中Ⅱ区域
1
A [根据题述,b光发生全反射的临界角较小,由sin C=n,可知水对b光的折射率较大,对a光的折射率较小,a、b光从Ⅰ区域某点倾斜射出时,a光折射角小,选项A正确,C错误;由折射率随光的频率的增大而增大可知,a光的频率较小,波长较长,选项B错误;水下b光能射到题图中Ⅱ区域,由于在题图中Ⅱ区域发生了全反射,Ⅱ区域只有a光射出,选项D错误。]
考法2 全反射的计算 折射定律与全反射的综合应用
2.截面为矩形的透明材料ABCD,P、Q分别为AB、AD上的两点,已知A、P距离为a,A、Q距离为2a,现有一细束光线从P点以某一入射角θ(未知)射入该材料,经折射后到达Q点,且在Q点刚好能发生全反射。
(1)求材料的折射率n;
(2)改变光线从AB面P点射入时的入射角,求光线边射出的区域长度。
解析:(1)在AB面上折射时,设对应的入射角为θ1,sin θ1角为r1,由折射定律得n=sin r
1
从AD
折射
由几何关系有sin r1=
APPQ
=APAP+AQ
2
2
又在Q点刚好发生全反射,设临界角为C,有r1+C=90° 1又sin C=n 5
联立解得n=2。
(2)分析知Q点即为射出区域的最下边的点,而当AB面射入时的入射角趋于90°时,设对应光线射到M点,即为射出区域的最上边的点。此时在AB边上对应的折射角为C
AM=APcot C
故区域长度MQ=AQ-AM
3a
解得MQ=2。 53a
答案:(1)2 (2)2
3.如图所示,水面下方有一个点光源S,在水面上艘截面可看成长方形的船,船的最左端到光源的水平距l
l,已知从距船2处的水面射出的光线恰好照亮船头标志此束光线到达A之前在水中和空气中传播的时间之比为
有一离为物A,2∶1,
l
若船后退2,则水面恰好出现完整的圆形透光区域,不考虑光线的多次反射,试求:
(1)水的折射率n; (2)船露出水面的高度h。
解析:(1)设SO=x1,OA=x2,光在水中的传播速度为v,在空气中的传播速度为x1x2
c,根据题意知v∶c=2
c
又根据n=v x1
解得n·x=2
2
?l/2???sin θ1?x2?x1
根据折射定律知n=sin θ=l/2=x 2??2
?x??1?解得n=2。
1l3l
(2)由于sin C=n,可知C=45°,所以光源S所处的深度h′=l+2=2 22
10?l??3l??2?+?2?=
2l ????
由几何知识可知x1=
x1n5
根据n·=2,可知x2=x1=x222l
2
2?l?x2-?2?=l。 ??
解得h=
答案:(1)2 (2)l
4.(2018·全国卷Ⅱ)如图所示,△ABC是一直角三棱镜的横截面,∠A=90°,∠B=60°。一细光束从BC边的D点折射后,射到AC边的E发生全反射后经AB边的F点射出。EG垂直于AC交G,D恰好是CG的中点。不计多次反射。
(1)求出射光相对于D点的入射光的偏角;
(2)为实现上述光路,棱镜折射率的取值应在什么范围?
解析:(1)光线在BC面上折射,由折射定律有 sin i1=nsin r1①
式中,n为棱镜的折射率,i1和r1分别是该光线在上的入射角和折射角。光线在AC面上发生全反射,由定律有
i2=r2②
式中i2和r2分别是该光线在AC面上的入射角和反射角。 光线在AB面上发生折射,由折射定律有 nsin i3=sin r3③
式中i3和r3分别是该光线在AB面上的入射角和折射角。 由几何关系得
i2=r2=60°,r1=i3=30°④
F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为 δ=(r1-i1)+(180°-i2-r2)+(r3-i3)⑤ 由①②③④⑤式得 δ=60°。⑥
(2)光线在AC面上发生全反射,光线在AB面上不发生全反射,有 nsin i2≥nsin C>nsin i3⑦ 式中C是全反射临界角,满足
点,BC于
BC面反射