2023届物理二轮复习资料专题三光学

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1.折射率的理解
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之比叫做这种介质的折射率，公式为n＝。实验和研究证明，某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝。
【典型例题】
1．（2023·山东·模拟预测）两个由同种介质制成的相同三棱镜按如图所示方式叠放，它们的截面为等边三角形，边长为L。一细束单色光从棱镜1的ab面上某点以入射角入射，折射光线平行于ac边。关于该单色光在棱镜中的传播，下列说法正确的是（ ）
A．介质对该单色光的折射率为
B．从棱镜2射出的光线与从棱镜1入射光线的夹角为30°
C．从棱镜2射出的光线与从棱镜1入射光线延长线的距离为
D．其他条件不变，只拿走棱镜2，从棱镜1射出的光线偏离入射光线的夹角为60°
【答案】D
【详解】B．作出光在三棱镜中传播的光路图如图所示。根据光路可逆可知从dc面射出的光线与ab面上的入射光线平行，从棱镜2射出的光线与从棱镜1入射光线的夹角为零，B错误；
A．由几何关系得
光在ab面的折射角为
根据折射定律有
A错误；
C．过dc面的出射点作ab面上入射光线延长线的垂线，构成直角三角形，则从棱镜2射出的光线与从棱镜1入射光线延长线的距离为
C错误；
D．其他条件不变，只拿走棱镜2，作出光在棱镜1中的光路图如图乙所示，由几何知识可得射出的光线偏离入射光线的夹角为60°，D正确。
故选D。
13．（202.（2023春·辽宁朝阳·高二校联考阶段练习）如图所示，上端开口的直圆筒放在水平地面上，在筒底中心固定一个点光源，在圆筒口上端水平固定一个大光屏，观察光源照亮光屏的面积。已知圆筒深度为，圆筒底部圆的半径为，光屏与圆筒口上端距离为，已知水的折射率。
（1）若筒中不注入水，画出光源能照亮光屏的区域的示意图（画出一束光线的光路即可），并求光屏被光源照亮的区域半径；
（2）当筒中注入深的水时，射向圆筒口边缘的光线的折射角的正弦值为0.8，画出光源能照亮光屏的区域的示意图（画出一束光线的光路即可），并求光屏被光源照亮的区域半径。
【答案】（1）示意图见解析，；（2）示意图见解析，
【详解】（1）若筒中不注入水，光线在空气中沿直线传播，光源能照亮光屏的区域如图所示
设光屏被光源照亮的区域半径为R，则有
解得
（2）当筒中注入深的水时，光线在水面上折射后能照亮光屏的区域如图所示
设在水面O点处折射后的光线恰好能照射到光屏上，根据题意有
则有
由于
解得
所以光屏被光源照亮的区域半径为
[考点二] 光的折射和全反射问题的解题技巧
（1）在解决光的折射问题时，应根据题意分析光路，即画出光路图，找出入射角和折射角，然后应用公式来求解，找出临界光线往往是解题的关键。
（2）在解决光的全反射问题时，先确定光是否由光密介质进入光疏介质、入射角是否大于或等于临界角，若不符合全反射的条件，则再由折射定律和反射定律确定光的传播情况。
（3）在处理光的折射和全反射类型的题目时，根据折射定律及全反射的条件准确作出几何光路图是基础，利用几何关系、折射定律是关键。
【典型例题】
1．（2023·辽宁·校联考一模）我国唐代大学士贾公彦是第一个提出指纹鉴别的人（指纹上凸出部位称为嵴，凹陷部位称为峪）。华为Mate30系列手机采用的是光学指纹识别，其识别原理示意图如图a，手指按压指纹识别区时，与镜片接触的嵴线破坏接触区域的全反射，使得反射光线出现明暗分布，CCD图像传感器通过识别光线的强弱对指纹进行识别，如图b。若镜片的折射率为，实验测得人手指折射率在1.50～1.56之间，以下说法中正确的是（ ）
A．手指未按压指纹识别区时，光线在镜片的上表面不能发生全发射
B．手指按压指纹识别区时，光线在与镜片接触的嵴线处不能发生全反射
C．手指未按压时，入射角i越大，光线在镜片的上表面越不容易发生全发射
D．当光线垂直入射镜片下表面时，仍然可以实现指纹识别功能
【答案】B
【详解】AB．手指未按压指纹识别时，光线在镜片上表面能发生全反射，当手指按压时，因为
故接触部分不能发生全反射，故A错误，B正确；
C．手指未按压时，入射角i越大，则折射角越大，故光线在镜片的上表面越容易发生全发射，故C错误；
D．当光线垂直入射镜片下表面时，入射角为，反射角也为，则无法识别指纹，故D错误。
故选B。
2．（2023春·浙江·高三校联考开学考试）如图将一根筷子竖直插入装有水的圆形玻璃杯中，从图中视角方向观察到筷子水中的像与筷子位置发生了侧移，下列判断正确的是（ ）
A．像发生侧移是因为水中筷子反射的光在玻璃壁处发生了全反射
B．像发生侧移是因为水中筷子反射的光在玻璃壁处发生了折射
C．如将筷子放在圆形玻璃杯的中心轴上，也能看到筷子的像侧移
D．如将筷子沿所在直径向中心轴移动，移到某处时筷子在水中的像会消失
【答案】B
【详解】A．该现象是光的折射现象，选项A错误；
B．为了使成像原理更加清晰，应作截面图，如图为筷子竖直插入盛水玻璃杯内的俯视图，
A处为筷子，ABP表示由筷子发出的穿过玻璃杯壁B射向观察者P处的一条光线，ON为过B点沿半径方向的直线，即在B处和空气的分界面的法线，上述光线则相当于在B处由水中射入空气中，图中的角θ1和角θ2分别为此光线的入射角和折射角，根据光的折射规律可知，应有θ1