2021高考物理一轮复习-机械振动-机械波-光-电磁波与相对论-第3讲-光的折射-全反射教案.doc

2021高考物理一轮复习 机械振动，机械波，光，电磁波与相对论 第3讲 光的折射 全反射教案2021高考物理一轮复习 机械振动，机械波，光，电磁波与相对论 第3讲 光的折射 全反射教案年级：姓名：21第3讲光的折射全反射光的折射定律折射率1折射现象：光从一种介质进入另一种介质时，在界面上传播方向发生改变的现象。2折射定律(光路图如图)(1)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)表达式：n12，式中n12是比例系数。(3)在光的折射现象中，光路是可逆的。3折射率(1)定义：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的比值。(2)定义式：n。不能说n与sin_1成正比，与sin 2成反比。折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定。(3)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。(4)计算公式：n，因vc，故任何介质的折射率总大于(选填“大于”或“小于”)1。全反射、光导纤维及光的色散1全反射(1)全反射的条件：光从光密介质射入光疏介质。入射角大于或等于临界角。(2)全反射现象：折射光完全消失，只剩下反射光。(3)临界角：折射角等于90时的入射角，用C表示，且sin C。(4)如图所示的光导纤维传输过程，由此可知，光导纤维的传输原理：利用光的全反射。2光的色散(1)色散现象：白光通过三棱镜会形成由红到紫七种色光组成的彩色光谱。(2)成因：由于n红nsin i3式中C是全反射临界角，满足nsin C1由式知，棱镜的折射率n的取值范围应为n2答案：()60()n25(2020河北唐山一模)如图所示，内径为R、外径为RR的环状玻璃砖的圆心为O，折射率为n。一束平行于对称轴OO的光线由A点进入玻璃砖，到达B点(未标出)刚好发生全反射。求：()玻璃砖的临界角；()A点处光线的入射角和折射角。解析：()由题给条件画出光路图，如图所示，因在B点刚好发生全反射，则sin C得C45()在OAB中，OAR，OBR，由正弦定律得得sin ，30由n得i45。答案：()45()4530考点三光的色散及光路控制问题1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2.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制类别项目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横截面是圆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，出射光线向棱镜底边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2015全国卷34(1)(多选)如图，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E分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距ABD从光路图看，光从玻璃砖射出时，入射角相同，a光的折射角较大，所以玻璃砖对a光的折射率较大，a光的频率较大，波长较短，B正确，C不正确；根据n知vavb，A正确；随着入射角增大，a光的折射角先达到90，D正确；在同一个双缝干涉实验装置上做实验，由x知光的波长越长，干涉条纹间距越大，E错误。6.(2020安徽皖南八校联考)(多选)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平行玻璃砖，单色光1、2在玻璃砖中折射角分别为30和60，其光路如图所示，下列说法正确的是()A射出折射光线1和2一定是平行光 B单色光1的波长大于单色光2的波长C在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度D图中单色光1、2通过玻璃砖所需的时间相等E单色光1从玻璃射到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃射到空气的全反射临界角ADE光线在玻璃砖上表面的折射角等于在下表面的入射角，由光路可逆性原理可知，出射光线的折射角等于入射光线的入射角，因此出射光线1和2相互平行，A正确。在上表面，单色光1比单色光2偏折程度大，则单色光1的折射率大，频率大，波长短，B错误。根据v知，单色光1在玻璃砖中的传播速度小，C错误。设入射角为i，单色光1、单色光2折射角分别为130，260，由n，光在玻璃中传播距离l，光在玻璃中的传播速度v，可知光在玻璃中传播时间t又sin 21sin 60，sin 22sin 120，所以单色光1与单色光2通过玻璃砖所需时间相等，D正确。根据sin C知，单色光1的折射率大，则临界角小，E正确。7.(多选)如图所示，真空中有一个半径为R、质量分布均匀的玻璃球。频率为f的激光束在真空中沿直线BC传播，在C点经折射进入玻璃球，并在玻璃球表面的D点经折射进入真空中，已知COD120，玻璃球对该激光的折射率为，则下列说法中正确的是(设c为真空中的光速)()A激光束的入射角i60B改变入射角i的大小，激光束可能在玻璃球的内表面发生全反射C激光束在射入玻璃球后，频率变小D此激光束在玻璃中的波长为E从C点射入玻璃球的激光束，在玻璃球中不经反射传播的最长时间为ADE由图可知折射角30，则，所以sin i，i60，选项A正确；当入射角i90时，折射角均小于临界角，根据几何知识可知光线在D点的入射角不可能大于临界角，所以在D点不可能发生全反射，选项B错误；光的频率由光源决定，与介质无关，所以光穿越玻璃球时频率不变，选项C错误；此激光束在玻璃中的波速为v，由vf得此激光在玻璃中的波长为，选项D正确；从C点射入玻璃球的激光束，在玻璃球中不经反射传播的最长路程为s2R，则最长时间为t，选项E正确。考点四测定玻璃的折射率 误差分析1确定入射光线、出射光线时的误差。故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距离宜大点；2测量入射角与折射角时的误差。故入射角不宜过小，但也不宜过大，过大则反射光较强，出射光较弱。 注意事项1实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O、P3与O之间距离要稍大一些。2入射角1不宜太大(接近90)，也不宜太小。3操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，更不能把玻璃砖界面当作尺子画界线。4实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。5玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm以上，若宽度太小，则测量误差较大。(2019天津理综9)某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度_。A选用两光学表面间距大的玻璃砖B选用两光学表面平行的玻璃砖C选用粗的大头针完成实验D插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些(2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四枚大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是_。(3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分交于A、B点，再过A、B点作法线NN的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率n_。(用图中线段的字母表示)解析：本实验考查光学中测定玻璃折射率的操作方法、误差分析、数据处理，培养考生的实验能力，体现实验探究中证据、解释的素养要素。(1)所用玻璃砖两表面是否平行，与提高实验精确度无关，故B错。选用细的大头针有利于提高精确度，故C错。所用玻璃砖两表面及插在玻璃砖同侧的两枚大头针的间距尽量大些，可以减小测量的相对误差，故A、D均正确。(2)利用平行玻璃砖做本实验时，入射光线进入玻璃砖后折射光线靠近法线，而穿出玻璃砖的光线与入射光线平行，故根据孔洞作出的两条光线应平行且下面的光线应向左错开一小段距离。故A、B、C错误，D正确。(3)由折射率的定义式可知：n。答案：(1)AD(2)D(3)8(2020郑州模拟)(1)几位同学做“用插针法测定玻璃折射率”实验，图示直线aa、bb表示在白纸上画出的玻璃砖的两个界面。几位同学进行了如下操作：A甲同学选定的玻璃砖两个光学面aa与bb不平行，其他操作正确 B乙同学在白纸上正确画出平行玻璃砖的两个界面aa和bb后，将玻璃砖向aa方向平移了少许，其他操作正确C丙同学在白纸上画aa、bb两界面时，其间距比平行玻璃砖两光学面的间距稍微大些，其他操作正确上述几位同学的操作，对玻璃折射率的测定结果没有影响的是_(填写选项前的字母)。(2)在用插针法测玻璃砖折射率的实验中，已确定好入射方向AO，插了两枚大头针P1和P2，如图所示(是三条直线)。在以后的操作说法中你认为正确的是_。A在bb侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在线上B保持O点不动，减小入射角，在bb侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在线上C保持O点不动，增大入射角，在bb侧调整观察视线，看不清P1和P2的像，这可能是光在bb侧面发生全反射解析：(1)甲同学选定的玻璃砖两个光学面aa和bb，不平行，不会影响入射角和折射角的确定；乙同学将玻璃砖向aa方向平移了少许，直线aa、bb之间的距离仍然等于玻璃砖的厚度，入射角和折射角的大小不变；丙同学在白纸上画aa和bb间距比平行玻璃砖两光学面的间距稍微大些，使画出的入射点向左移，出射点向右移，所画的折射角比实际值大，算得的折射率将偏小。(2)由折射定律得知，光线通过平行玻璃砖后向一侧发生侧移，由于光线在上表面折射时，折射角小于入射角，则出射光线向一侧偏移，如图，故另两枚大头针P3和P4不可能插在线上，故A错误。若保持O点不动，减小入射角，折射角也减小，另外两枚大头针P3和P4可能插在线上，故B正确。若保持O点不动，增大入射角，在bb侧调整观察视线，看不清P1和P2的像，反射光增强，折射光线减弱，根据光路可逆性原理得知，光线不可能在bb界面发生全反射，故C错误。答案：(1)AB(2)B9(2020海淀区模拟)如图a所示，在测量玻璃折射率的实验中，两位同学先在白纸上放好截面是正三角形ABC的三棱镜，并确定AB和AC界面的位置。然后在棱镜的左侧画出一条直线，并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2，再从棱镜的右侧观察P1和P2的像。(1)此后正确的操作步骤是_。(选填选项前的字母)A插上大头针P3，使P3挡住P2的像B插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像C插上大头针P4，使P4挡住P3的像D插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像(2)正确完成上述操作后，在纸上标出大头针P3、P4的位置(图中已标出)。为测量该种玻璃的折射率，两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路和若干辅助线，如图b甲、乙所示。在图b中仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图_(选填“甲”或“乙”)，所测玻璃折射率的表达式n_(用代表线段长度的字母DE、 GF表示)。解析：(1)在棱镜的左侧画出一条直线，并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2，确定入射光线，然后插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，再插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像，从而确定出射光线。因此选项B、D正确。(2)设入射角为，折射角为，根据折射定律和几何关系有：对于甲图，sin ，sin ，对于乙图，sin ，sin ，可知仅通过测量DE、GF的长度便可正确计算出折射率的是图乙，折射率n。答案：(1)BD(2)乙