第1講光的折射全反射高考總復習2025課程標準1.通過實驗,理解光的折射定律。會測定材料的折射率。2.知道光的全反射現象及其產生的條件。初步了解光纖的工作原理、光纖技術在生產生活中的應用。3.觀察光的干涉、衍射和偏振現象,了解這些現象產生的條件,知道其在生產生活中的應用。會用雙縫干涉實驗測定光的波長。4.了解電磁振蕩和電磁波。知道電磁波的發射、傳播和接收。認識電磁場的物質性。5.認識電磁波譜。知道各個波段的電磁波的名稱、特征和典型應用。知道光也是一種電磁波。6.初步了解麥克斯韋電磁場理論的基本思想以及在物理學發展中的意義。7.通過實驗,了解激光的特性,能舉例說明激光技術在生產生活中的應用。8.初步了解狹義相對論和廣義相對論的幾個主要觀點以及主要觀測證據。關注宇宙學研究的新進展核心素養試題情境生活實踐類全反射棱鏡、光導纖維、增透膜、偏振濾光片、激光、雷達、射電望遠鏡、紅外攝影、X射線管等學習探索類折射定律、全反射、測定玻璃的折射率、光的干涉現象、光的衍射、光的偏振現象、電磁振蕩、電磁場和電磁波、相對論時空觀、用雙縫干涉測光的波長考點一折射定律及折射率的應用強基礎?固本增分1.光的折射現象光從一種介質進入另一種介質時,

發生改變的現象稱為光的折射現象。

2.折射定律(1)內容:如圖所示,折射光線與入射光線、法線處在

內,折射光線與入射光線分別位于法線的

;入射角的

與折射角的

成正比。

(2)表達式:

=n12。

(3)在光的折射現象中,光路是

的。

傳播方向同一平面兩側正弦正弦可逆3.折射率(1)折射率是一個反映介質的光學特性的物理量。(3)計算公式:,因為v<c,所以任何介質的折射率都大于

。

(4)當光從真空(或空氣)射入某種介質時,入射角大于折射角;當光由介質射入真空(或空氣)時,入射角小于折射角。1√××人教版教材選擇性必修第一冊第87頁表中給出了幾種介質的折射率,當光從真空中射入這些介質中后,傳播速度最慢的是

。當光垂直這些介質界面射入時,折射角為

。表幾種介質的折射率(λ=589.3nmt=20℃)金剛石0°研考點?精準突破1.對折射率的六點理解(1)公式

中,不論光是從真空射入介質,還是從介質射入真空,θ1總是真空中的光線與法線間的夾角,θ2總是介質中的光線與法線間的夾角。(2)折射率由介質本身性質決定,與入射角的大小無關。(3)折射率與介質的密度沒有關系,光密介質不是指密度大的介質。(4)折射率的大小不僅與介質本身有關,還與光的頻率有關。同一種介質中,頻率越大的色光折射率越大,傳播速度越小。(5)同一種色光,在不同介質中雖然波速、波長不同,但頻率相同。(6)折射率大小不僅反映了介質對光的折射本領,也反映了光在介質中傳播速度的大小,

。2.平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對光路的控制特點

考向一

平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對光路的控制問題典題1

如圖所示,真空中有一個半徑為R的均勻透明材料制成的球,兩條相同光線與球的一條直徑平行且處于同一平面中,與該直徑的距離均為d=R,兩光線折射后正好交于球面,已知光在真空中的速度為c。求:(1)該透明材料的折射率;(2)光線在球中傳播的時間(不考慮光線在球中的多次反射)。解析

(1)設球的折射率為n,兩束光剛好交于球面上,如圖所示,令光線射入球中時的入射角為i,折射角為r,則由圖中的幾何關系有r=i審題指導

關鍵詞句獲取信息如圖所示透明球半徑已知,兩條光線與球一直徑平行,且d=R兩光線折射后正好交于球面經球體折射,折射光線確定規律方法

解決光的折射問題的思路1.根據題意畫出正確的光路圖。2.利用幾何關系確定光路中的邊、角關系,要注意入射角、折射角均以法線為標準。3.利用折射定律、折射率公式求解。考向二

光在介質中傳播時間的計算典題2(2024江蘇鎮江模擬)如圖所示,某長方體透明材料長為L,一單色光斜射到上表面A點,反射光線和折射光線恰好垂直且入射光線的延長線與折射光線間的夾角為30°,折射光線經長方體側面反射后射到下表面,已知光在真空中的傳播速度為c,求:(1)透明材料對此單色光的折射率;(2)光從透明材料上表面射到下表面的時間。解析

(1)設入射角為α,由幾何關系有2α-30°=90°可得α=60°,則折射角β=60°-30°=30°考點二光的折射、全反射的綜合應用強基礎?固本增分1.光密介質與光疏介質

介質光密介質光疏介質折射率大小光速小大相對性若n甲>n乙,則甲對乙來說是

介質

若n甲<n丙,則甲對丙來說是

介質

光密光疏2.全反射

光密光疏光密光疏大于等于3.全反射棱鏡

棱鏡對光路的控制如圖所示,玻璃棱鏡的截面為等腰直角三角形,當光從圖中所示的方向射入玻璃時,由于光的方向與玻璃面

,光線不發生偏折。但在玻璃內部,光射向玻璃與空氣的界面時,入射角

臨界角,發生

。

垂直大于等于全反射4.光導纖維當光在有機玻璃棒內傳播時,如果從有機玻璃射向空氣的入射角

臨界角,光會發生

,于是光在有機玻璃棒內沿著

形路線傳播。這就是光導纖維導光的原理。

大于全反射鋸齒√×√研考點?精準突破1.求解光的折射、全反射問題的四點提醒(1)光密介質和光疏介質是相對而言的。同一種介質,相對于其他不同的介質,可能是光密介質,也可能是光疏介質。(2)如果光線從光疏介質進入光密介質,則無論入射角多大,都不會發生全反射現象。(3)光的反射和全反射現象,均遵循光的反射定律,光路均是可逆的。(4)當光射到兩種介質的界面上時,往往同時發生光的折射和反射現象,但在全反射現象中,只發生反射,不發生折射。2.求解光的折射和全反射問題的思路

3.求解全反射現象中光的傳播時間的注意事項(1)在全反射現象中,光在同種均勻介質中的傳播速度不發生變化,即

。(2)在全反射現象中,光的傳播路程應結合光路圖與幾何關系進行確定。(3)利用

求解光的傳播時間。考向一

全反射的理解和應用典題3(多選)(2023湖南卷)一位潛水愛好者在水下活動時,利用激光器向岸上救援人員發射激光信號,設激光光束與水面的夾角為α,如圖所示。他發現只有當α大于41°時,岸上救援人員才能收到他發出的激光光束,下列說法正確的是(

)C.當他以α=60°向水面發射激光時,岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角小于60°D.當他以α=60°向水面發射激光時,岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角大于60°BC解析

如圖甲所示,其臨界角C=90°-α,n=,A錯誤,B正確;當α=60°時,入射角i=30°,如圖乙所示,根據折射定律,光從光密介質到光疏介質(空氣),折射角大于入射角,所以救援人員接收激光光束與水面夾角小于60°,C正確,D錯誤。典題4(多選)(2024湖南常德統考)光纖通信中信號傳播的主要載體是光纖,它的結構如圖甲所示,一束激光由光導纖維左端的點O以α=60°的入射角射入一直線光導纖維內,恰好在光導纖維的側面(側面與過O的法線平行)發生全反射,如圖乙所示。下列說法正確的是(

)A.光纖內芯的折射率比外套的小B.光從左端空氣中進入光纖內芯后,其頻率不變C.頻率越大的光在光纖中傳播的速度越大D.內芯對這種激光的折射率n=BD解析

激光在內芯和外套的界面上發生全反射,所以內芯是光密介質,外套是光疏介質,即光纖內芯的折射率比外套的大,A錯誤;光從左端空氣中進入光纖內芯后,波長和波速會發生變化,但頻率和周期不變,B正確;頻率越大的光,介質對它的折射率越大,根據

,光在光纖中傳播的速度越小,C錯誤;根據折射定律D正確。考向二

折射定律和全反射的綜合應用典題5(2022湖南卷)如圖所示,某種防窺屏由透明介質和對光完全吸收的屏障構成,其中屏障垂直于屏幕平行排列,可實現對像素單元可視角度θ的控制(可視角度θ定義為某像素單元發出的光在圖示平面內折射到空氣后最大折射角的2倍)。透明介質的折射率n=2,屏障間隙l=0.8mm。發光像素單元緊貼屏下,位于相鄰兩屏障的正中間。不考慮光的衍射。(1)若把發光像素單元視為點光源,要求可視角度θ控制為60°,求屏障的高度d。(2)若屏障高度d'=1.0mm,且發光像素單元的寬度不能忽略,求像素單元寬度x最小為多少時,其可視角度θ剛好被擴為180°(只要看到像素單元的任意一點,即視為能看到該像素單元)。考向三

視深視高問題視深是人眼看透明物體內部某物點時像點離界面的距離。視高是沿豎直方向從透明物體中看空中物體時的高度。中學階段,在處理視深和視高問題時,一般都是沿著界面的法線方向去觀察。典題6

如圖所示,深H=2.0m的游泳池注滿水,池底有一點光源P,它到池邊的水平距離為L=3.5m。一個小孩站在池邊觀察,他的眼睛到地面的高度為h=1.5m,點光源發出的光經水面上離池邊距離l=2.0m的Q點折射后恰好射入小孩的眼睛。(1)若小孩從點光源的正上方向下觀察,他看到的點光源與水面的距離為多少?(2)若點光源以速度v=0.5m/s向上運動,試寫出水面上光斑的面積隨時間的變化關系式。答案

(1)1.5m(2)S=(2-0.5t)2m2(0<t<4s)解析

(1)畫出光路如