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备考2024届高考物理一轮复习讲义第十四章光学第1讲光的折射全反射考点3光路控制及色散现象
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这是一份备考2024届高考物理一轮复习讲义第十四章光学第1讲光的折射全反射考点3光路控制及色散现象，共4页。
1.常见的几种折射模型对光路的控制特点
2.光的色散
（1）现象：一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带.
（2）成因：棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光通过棱镜后的偏折程度最小，对紫光的折射率最大，紫光通过棱镜后的偏折程度最大，从而产生色散现象.
（3）七种色光的比较
研透高考 明确方向
命题点1 三棱镜的色散
6.[多选]明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”.表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象.如图所示，一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏a、b间形成一条彩色光带，则下列说法正确的是（ BC ）
A.a侧是红色光，b侧是紫色光
B.在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长
C.三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率
D.在三棱镜中a侧光的传播速率大于b侧光的传播速率
解析 红光的折射率小于紫光的折射率，经过三棱镜，红光的偏折角小于紫光的偏折角，则b侧是红色光，a侧是紫色光，故A错误.由题图知a侧光的偏折角大，三棱镜对a侧光的折射率大，a侧光的波长小，故B、C正确.三棱镜对a侧光的折射率大，由公式v＝cn知，在三棱镜中a侧光的传播速率小于b侧光的传播速率
命题点2 全反射棱镜对光路的控制
7.自行车的尾灯应用了全反射棱镜，它本身不发光，夜间骑车时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，提醒汽车司机注意到前面的自行车.尾灯由折射率大于2的透明介质制成，其外形如图所示，下面说法正确的是（ B ）
A.汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射
B.汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射
C.汽车灯光斜向右面入射，一定会发生全反射
D.为了提高安全性，制成尾灯的透明介质的折射率越大越好，折射率越大，光进入介质后传播速度越大
解析 由题图可知，汽车灯光应从右面射向自行车尾灯，光在尾灯内部左表面发生全反射，使自行车后面的汽车司机发现前面有自行车，避免事故的发生，故A错误，B正确；汽车灯光斜向右面入射时，光到达尾灯内部左表面时的入射角有可能小于临界角，不一定发生全反射，故C错误；由v＝cn可知，折射率越大的介质，光在其中的传播速度越小，故D错误.
命题点3 平行玻璃砖对光路的控制
8.如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，分成a、b两束单色光，下列说法正确的是（ D ）
A.有可能单色光a是紫光，单色光b是黄光
B.玻璃砖对单色光a的折射率大于对单色光b的折射率
C.从玻璃砖中出射时，单色光a的出射角大于单色光b的出射角
D.单色光a在玻璃砖中的传播速度大于单色光b在玻璃砖中的传播速度
解析 光束进入玻璃砖时，b光的偏折程度大于a光的偏折程度，即玻璃砖对单色光b的折射率大于对单色光a的折射率，紫光的折射率大于黄光的折射率，可知若单色光a是紫光时，单色光b不可能是黄光，故A、B错误；根据v＝cn分析可知，单色光a在玻璃砖中的传播速度大于单色光b在玻璃砖中的传播速度，故D正确；由于玻璃砖光学面平行，因此从玻璃砖中出射时，两单色光的出射光线都与入射光线平行，即单色光a的出射角等于单色光b的出射角，C错误.
命题点4 玻璃球对光路的控制
9.[2024广东惠州一模]2021年12月9日，航天员王亚平在中国空间站为青少年带来了一场精彩纷呈的太空科普课，她在水膜里注水，得到了一个晶莹剔透的水球，如图所示，MN是通过该水球球心O的一条直线，与球右表面交于C点，一束单色光AB平行于MN从B点射入球体时，光线从C点射出，已知水球半径为R，光线AB距MN的距离为32R，光在真空中的速度为c.求：
（1）水对此单色光的折射率；
（2）此单色光在水球内传播所用的时间.
答案 （1）3 （2）3Rc
解析 （1）依题意，可画出光线在水球内的折射光线如图所示
根据几何知识可得sini＝32RR＝32
sinr＝sin30°＝12
根据折射定律，可得水对此单色光的折射率为n＝sinisinr＝3
（2）光在该水球中的传播速度为v＝cn＝33c
由几何知识可得，光在水球中传播的距离为sBC＝3R
则此单色光在水球内传播所用的时间t＝sBCv＝3Rc.项目
平行玻璃砖
三棱镜
圆柱体（球）
不规则图形
结构
玻璃砖上下表面平行
横截面为三角形
横截面为圆
上下两表面不平行
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，出射光线向棱镜底面偏折
圆界面的法线是过圆心的直线，光线经过两次折射后向圆心偏折
通过上表面折射后，在下表面可能发生全反射，也可能不发生全反射
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
改变光的传播方向
色光
红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫
波长
依次减小
由真空进入介质后，波长减小，λ＝λ0n（λ0为真空中的波长）
频率
依次增大
由真空进入介质后，频率不变
同一介质中的波速
依次减小
由真空进入介质后，波速减小，v＝cn
同一介质中的折射率
依次增大，偏折程度逐渐明显
同一介质中的临界角
依次减小（n＝1sinC）
1.常见的几种折射模型对光路的控制特点
2.光的色散
（1）现象：一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带.
（2）成因：棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光通过棱镜后的偏折程度最小，对紫光的折射率最大，紫光通过棱镜后的偏折程度最大，从而产生色散现象.
（3）七种色光的比较
研透高考 明确方向
命题点1 三棱镜的色散
6.[多选]明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”.表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象.如图所示，一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏a、b间形成一条彩色光带，则下列说法正确的是（ BC ）
A.a侧是红色光，b侧是紫色光
B.在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长
C.三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率
D.在三棱镜中a侧光的传播速率大于b侧光的传播速率
解析 红光的折射率小于紫光的折射率，经过三棱镜，红光的偏折角小于紫光的偏折角，则b侧是红色光，a侧是紫色光，故A错误.由题图知a侧光的偏折角大，三棱镜对a侧光的折射率大，a侧光的波长小，故B、C正确.三棱镜对a侧光的折射率大，由公式v＝cn知，在三棱镜中a侧光的传播速率小于b侧光的传播速率
命题点2 全反射棱镜对光路的控制
7.自行车的尾灯应用了全反射棱镜，它本身不发光，夜间骑车时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，提醒汽车司机注意到前面的自行车.尾灯由折射率大于2的透明介质制成，其外形如图所示，下面说法正确的是（ B ）
A.汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射
B.汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射
C.汽车灯光斜向右面入射，一定会发生全反射
D.为了提高安全性，制成尾灯的透明介质的折射率越大越好，折射率越大，光进入介质后传播速度越大
解析 由题图可知，汽车灯光应从右面射向自行车尾灯，光在尾灯内部左表面发生全反射，使自行车后面的汽车司机发现前面有自行车，避免事故的发生，故A错误，B正确；汽车灯光斜向右面入射时，光到达尾灯内部左表面时的入射角有可能小于临界角，不一定发生全反射，故C错误；由v＝cn可知，折射率越大的介质，光在其中的传播速度越小，故D错误.
命题点3 平行玻璃砖对光路的控制
8.如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，分成a、b两束单色光，下列说法正确的是（ D ）
A.有可能单色光a是紫光，单色光b是黄光
B.玻璃砖对单色光a的折射率大于对单色光b的折射率
C.从玻璃砖中出射时，单色光a的出射角大于单色光b的出射角
D.单色光a在玻璃砖中的传播速度大于单色光b在玻璃砖中的传播速度
解析 光束进入玻璃砖时，b光的偏折程度大于a光的偏折程度，即玻璃砖对单色光b的折射率大于对单色光a的折射率，紫光的折射率大于黄光的折射率，可知若单色光a是紫光时，单色光b不可能是黄光，故A、B错误；根据v＝cn分析可知，单色光a在玻璃砖中的传播速度大于单色光b在玻璃砖中的传播速度，故D正确；由于玻璃砖光学面平行，因此从玻璃砖中出射时，两单色光的出射光线都与入射光线平行，即单色光a的出射角等于单色光b的出射角，C错误.
命题点4 玻璃球对光路的控制
9.[2024广东惠州一模]2021年12月9日，航天员王亚平在中国空间站为青少年带来了一场精彩纷呈的太空科普课，她在水膜里注水，得到了一个晶莹剔透的水球，如图所示，MN是通过该水球球心O的一条直线，与球右表面交于C点，一束单色光AB平行于MN从B点射入球体时，光线从C点射出，已知水球半径为R，光线AB距MN的距离为32R，光在真空中的速度为c.求：
（1）水对此单色光的折射率；
（2）此单色光在水球内传播所用的时间.
答案 （1）3 （2）3Rc
解析 （1）依题意，可画出光线在水球内的折射光线如图所示
根据几何知识可得sini＝32RR＝32
sinr＝sin30°＝12
根据折射定律，可得水对此单色光的折射率为n＝sinisinr＝3
（2）光在该水球中的传播速度为v＝cn＝33c
由几何知识可得，光在水球中传播的距离为sBC＝3R
则此单色光在水球内传播所用的时间t＝sBCv＝3Rc.项目
平行玻璃砖
三棱镜
圆柱体（球）
不规则图形
结构
玻璃砖上下表面平行
横截面为三角形
横截面为圆
上下两表面不平行
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，出射光线向棱镜底面偏折
圆界面的法线是过圆心的直线，光线经过两次折射后向圆心偏折
通过上表面折射后，在下表面可能发生全反射，也可能不发生全反射
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
改变光的传播方向
色光
红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫
波长
依次减小
由真空进入介质后，波长减小，λ＝λ0n（λ0为真空中的波长）
频率
依次增大
由真空进入介质后，频率不变
同一介质中的波速
依次减小
由真空进入介质后，波速减小，v＝cn
同一介质中的折射率
依次增大，偏折程度逐渐明显
同一介质中的临界角
依次减小（n＝1sinC）
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