1【課標要求】1.通過實驗,理解光的折射定律。會測量材料的折射率。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。知道光是橫波,會用雙縫干涉實驗測量光的波長。4.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。【考情分析】光的折射2024·福建卷·T10、2024·貴州卷·T3、2024·重慶卷·T5、2024·江蘇卷·T6、2023·浙江1月選考卷·T13、2023·江蘇卷·T5、2023·遼寧卷·T8、2022·湖北卷·T14、2022·浙江1月選考卷·T11、2022·江蘇卷·T12光的折射與全反射的綜合應用2024·山東卷·T15、2024·全國甲卷·T34、2024·甘肅卷·T10、2024·廣東卷·T6、2024·海南卷·T4、2023·全國甲卷·T34、2023·山東卷·T16、2023·湖北卷·T6、2023·浙江6月選考卷·T13、2023·湖南卷·T7、2022·全國甲卷·T34、2022·全國乙卷·T34、2022·遼寧卷·T5、2022·河北卷·T16、2022·廣東卷·T16、2022·重慶卷·T16、2022·山東卷·T7、2022·浙江6月選考卷·T8光的干涉、衍射和偏振2024·湖南卷·T9、2024·廣西卷·T9、2024·遼寧卷·T4、2024·山東卷·T4、2023·遼寧卷·T8、2023·山東卷·T5、2022·山東卷·T10實驗:測量玻璃的折射率2024·安徽卷·T11、2024·浙江6月選考卷·T16、2023·海南卷·T14、2023·廣東卷·T11實驗:用雙縫干涉測量光的波長2024·廣東卷·T11、2024·河北卷·T11、2024·江西卷·T9、2023·江蘇卷·T6、2022·浙江6月選考卷·T4第1講光的折射全反射情境北京農產品質量安全學會展出了多種快速檢測技術,其中一項是果蔬可溶性固形2導思物(糖度)快速檢測技術,通過計算光的折射率得到果蔬汁液的糖度數值,能夠反映出果蔬品質,是果蔬產品分級的重要參考。請思考:(1)光從空氣進入果蔬汁液后傳播方向如何變化?如何計算折射率?為什么通過計算光的折射率就能得到果蔬汁液的糖度數值?(2)光從空氣進入果蔬汁液能否發生全反射?從果蔬汁液進入空氣呢?發生全反射需要滿足什么條件?**1.如圖所示,光在真空和某介質的界面MN上發生折射,由圖可知()[A]光是從真空射入介質的[B]光是由介質射入真空的[C]介質的折射率為[D]介質的折射率為【答案】B2.關于全反射,下列說法正確的是()[A]發生全反射時,仍有折射光線,只是折射光線非常弱,因此可以認為不存在折射光線而只有反射光線[B]光線從光密介質射向光疏介質時,一定會發生全反射現象[C]光從光疏介質射向光密介質時,也可能發生全反射現象[D]水或玻璃中的氣泡看起來特別亮,就是因為光從水或玻璃射向氣泡時,在界面發生全反射【答案】D【答案】同一平面法線正可逆光學性質大于1全部光密光疏大于90°小考點一光的折射定律對折射率的理解(1)折射率的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)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。4(3)同一種色光,在不同介質中雖然波速、波長不同,但頻率相同。[例1]【對折射定律的理解】(2024·云南迪慶期中)(多選)如圖,由a、b兩種單色光組成的復色光,通過足夠大的長方體透明材料后分成兩束,則()[A]a光從透明材料進入空氣后頻率變大[B]a光的頻率小于b光的頻率[C]該材料對a光的折射率大于對b光的折射率[D]該材料對a光的折射率小于對b光的折射率【答案】BD【解析】光的頻率由光源決定,A錯誤;由光路圖可知,入射角相同時,b光的折射角較小, 根據可知a光的折射率小于b光的折射率,a光的頻率小于b光的頻率,故選項B、D正確,C錯誤。[例2]【折射定律的應用】(2025·陜晉青寧高考適應性考試)如圖,半徑為R的球面凹面鏡內注有透明液體,將其靜置在水平桌面上,液體中心厚度CD為10mm。一束單色激光自中心軸上距液面15mm的A處以60°入射角射向液面B處,其折射光經凹面鏡反射后沿原路返回,液體折射率為3。求:(1)光線在B點進入液體的折射角;(2)凹面鏡半徑R。【答案】(1)30°(2)55mm【解析】(1)根據光的折射定律可知,光線在B點進入液體的折射角滿足則光線在B點進入液體的折射角為30°。(2)因折射光經凹面鏡反射后沿原路返回,可知折射光線垂直于凹面鏡。如圖所示,折射光線的反向延長線過凹面鏡的球心O,由幾何關系得∠ABC=∠COB=30°。由題可知AC=15mm,CD=10mm,BC的距離為OC的距離為由幾何關系得凹面鏡半徑R=OC+CD=55mm。應用光的折射定律解決問題的思路(1)根據入射角、折射角及反射角之間的關系,作出比較完整的光路圖。(2)充分利用光路圖中的幾何關系,確定各角之間的聯系,要注意作好輔助線,特別是法線往往起著輔助線的作用,根據折射定律求解相關的物理量,如折射角、折射率等。(3)注意在折射現象中,光路是可逆的。考點二全反射光的折射和全反射的綜合應用[例3]【對全反射條件的理解】(2024·廣東卷,6)如圖所示,紅綠兩束單色光,同時從空氣中沿同一路徑以θ角從MN面射入某長方體透明均勻介質。折射光束在NP面發生全反射,反射光射向PQ面。若θ逐漸增大,兩束光在NP面上的全反射現象會先后消失。已知在該介質中紅光的折射率小于綠光的折射率,下列說法正確的是()[A]在PQ面上,紅光比綠光更靠近P點[B]θ逐漸增大時,紅光的全反射現象先消失[C]θ逐漸增大時,入射光可能在MN面發生全反射[D]θ逐漸減小時,兩束光在MN面折射的折射角逐漸增大【答案】B【解析】已知紅光的折射率小于綠光的折射率,根據折射定律可知綠光在MN面的折射角較小,根據幾何關系可知綠光比紅光更靠近P點,故A錯誤;根據可知,紅光發生全反射的臨界角較大,θ逐漸增大時,在NP面的入射角先減小至紅光發生全反射的臨界角,紅光的全反射現象先消失,故B正確;在MN面,光從光疏介質射入光密介質,無論θ多大,都不可能發生全反射,故C錯誤;θ逐漸減小時,兩束光在MN面折射的折射角逐漸減小,故D錯誤。[例4]【全反射的應用】(2024·上海期中)(多選)光纖通信有傳輸容量大、衰減小、抗干擾性及保密性強等多方面的優點。如圖甲是光纖的示意圖,圖乙是光纖簡化示意圖(內芯簡化為長直玻璃絲,外套簡化為真空),玻璃絲長為AC=L,折射率為n,AB、CD代表端面,光從AB端面以某一入射角θ進入玻璃絲,在玻璃絲內部恰好發生全反射,已知光在真空中的傳播速度為c,下列選項正確的是()[A]內芯相對于外套是光疏介質[B]sinθ=n2-1[C]光在玻璃絲中傳播的速度為csinθ[D]光在玻璃絲中從AB端面傳播到CD端面所用的時間為L【答案】BD【解析】發生全反射的條件是光從光密介質射入光疏介質,故內芯相對于外套是光密介質,故A錯誤;由題意得故B正確;根據光在玻璃絲中的傳播速度為故C錯誤;由幾何關系又傳播時間為得故D正確。[例5]【折射和全反射的綜合】(2024·山東濟南二模)如圖所示為一半徑為R=6cm的透明半球體,PQ為半球體的直徑,O為半球體的球心。現有一束激光垂直于半球的平面射入半球體,入射點從P點沿直徑PQ緩慢向Q點移動,發現當入射點移動2cm后,才開始有光線從下方球冠射出,不考慮光線在半球體內多次反射。7(1)求該半球體的折射率;(2)若該束激光入射點移動至距離球心為3cm位置入射,求光線射出半球體的折射角的正弦值。【答案】(1)1.5(2)0.75【解析】(1)由題意作出剛好有光線從下方球冠射出時的光路圖如圖甲所示,設該入射點位置為A,此時入射角為C,由幾何關系可知OA=6cm-2cm=4cm,由全反射規律,可知得n=1.5。(2)當該束激光入射點移動至距離球心為3cm的B點入射時,如圖乙所示,設此時入射角為r,由幾何關系可知,得r<C,即入射角小于臨界角,光線能直接從球冠射出。設從球冠射出時折射角為i,由折射定律有可得求解光的折射和全反射問題的思路(1)確定研究的光線。8該光線可能是入射光線,也可能是反射光線或折射光線;若研究的光線不明確,根據題意分析、尋找,如臨界光線、邊界光線等。(2)畫光路圖。找入射點,確認界面,并畫出法線,根據反射定律、折射定律作出光路圖,結合幾何關系,具體求解。(3)注意兩點。光疏→光密:一定有反射、折射光線。光密→光疏:如果入射角大于或等于臨界角,一定發生全反射。(滿分:60分)對點1.光的折射定律1.(4分)(2025·河南高考適應性考試)如圖,一棱鏡的橫截面為等腰三角形△PMN,其中邊長PM與PN相等。∠PMN=30°,PM邊緊貼墻壁放置。現有一束單色光垂直于MN邊入射,從PN邊出射后恰好與墻面垂直(不考慮光線在棱鏡內的多次反射),則該棱鏡的折射率為()[A]2[B][C][D]3【答案】D【解析】根據題意作出光路圖,如圖所示,PM與PN相等,且∠PMN=30°,由幾何關系知,光線在棱鏡PN邊的入射角θ1為30°,光線在PN邊的折射角θ2為60°,則該棱鏡的折射率3,故D正確。2.(6分)(2024·廣東惠州三模)(多選)如圖,有一直桿豎直插入水深為1.2m水池池底,恰好有一半露出水面,太陽光以與水平面成37°角射在水面上,測得直桿在池底的影長EC為2.5m,取sin37°=0.6,下列說法正確的是()[A]直桿在池底的影長中午比早晨更短[B]直桿在水面的影長為0.9m[C]水的折射率為[D]當太陽光和水面的夾角變化時,在水面上有可能發生全反射【答案】AC【解析】中午的太陽比早晨的位置高,光線射入水的入射角小,由可知折射角也小,所以直桿在池底的影長中午比早晨更短,故A正確;由題圖可知解得BD=1.6m,故直桿在水面的影長為1.6m,故B錯誤;由直桿在池底的影長EC為2.5m,可得EF=CE-CF=0.9m,則由折射率定義可得故C正確;光從光密介質射向光疏介質時才有可能發生全反射,當太陽光和水面的夾角變化時,在水面上不可能發生全反射,故D錯誤。3.(4分)(2024·云南昆明三模)如圖所示為一圓柱形玻璃磚的截面,O為圓心,AB為一條直徑,光線a、b均從C點射入,光線a平行于AB,光線b與光線a的夾角α=15°,兩條光線的折射光線均經過B點,θ=60°,則光線a、b在玻璃磚中傳播的時間之比為()[A][B][C][D]【答案】B【解析】如圖所示,根據幾何關系可得β=30°,根據折射定律na3,nb2,光線在玻璃磚中傳播的速度設CB長為l,則光線在玻璃磚中傳播的時間t,聯立可得光線a、b在玻璃磚中傳播的時間之比,故選B。4.(6分)(2024·福建卷,10)鍍有反射膜的三棱鏡常用在激光器中進行波長的選擇。如圖,一束復色光以一定入射角i(i≠0)進入棱鏡后,不同顏色的光以不同角度折射,只有折射后垂直入射到反射膜的光才能原路返回形成激光輸出。若復色光含藍、綠光,已知棱鏡對藍光的折射率大于綠光,則藍光在棱鏡中的折射角(選填“大于”“小于”或“等于”)綠光的折射角;若激光器輸出的是藍光,當要調為綠光輸出時,需將棱鏡以過入射點O且垂直紙面的軸(選填“順時針”或“逆時針”)轉動一小角度。【答案】小于逆時針【解析】根據折射定律有,因為棱鏡對藍光的折射率大于綠光,所以入射角相同時,藍光的折射角小于綠光的折射角。在研究光線與棱鏡的幾何關系時,可將轉動棱鏡轉換為反方向轉動入射光束,若棱鏡保持不動,通過調整入射角i使激光器從藍光輸出變為綠光輸出,則應調小入射角i,即順時針轉動入射光。故入射光不動時,應逆時針轉動棱鏡。也可直接根據幾何關系分析出,要使激光器從藍光輸出變為綠光輸出,應使綠光的折射角變小,故應調小入射角,即逆時針轉動棱鏡。對點2.光的折射和全反射的綜合應用5.(4分)(2024·海南卷,4)一正三角形玻璃磚OPQ,如圖,一束光線垂直于OP射入,恰好在PQ界面發生全反射,則玻璃磚的折射率為()[A]2[B]3[C][D]2【答案】C【解析】光路如圖所示,已知光線恰好在正三角形玻璃磚OPQ的PQ界面發生全反射,由幾何關系可知光線在PQ界面的入射角為C=60°,由sinC=解得正確。6.(16分)(2024·廣東廣州期末)為提升公園水池的觀賞效果,工作人員在池底的P點處安裝了一盞彩燈(彩燈可視為點光源)。已知池深H=2.0m,P點到水池右側的水平距離為x1=1.5m。當水池裝滿水時,距離池邊x2=2.4m的工作人員恰能看到彩燈,工作人員眼部離地的高度為h=1.8m。已知光在真空中的速度c=3×108m/s。(1)求水的折射率n;(2)求光在水中的速度v;(3)如果想讓彩燈的光也能從水池左側的B點射出水面,則B點與P點的水平距離x不能超過多少?(結果用根號表示)【答案】(1)(2)2.25×108m/s(3)m【解析】(1)光線在A點的折射角的正弦值入射角的正弦值則水的折射率(2)光在水中的速度(3)若光線恰好能在B點發生全反射,則B點與P點的水平距離x=HtanC,解得m。7.(4分)(2025·四川高考適應性考試)用薄玻璃制作的平面鏡X掛在墻上,某同學站在鏡前恰能看到自己的全身像,如圖甲所示。把X換