高中物理高考 专题38 光的折射、全反射及光的本性（原卷版）

这是一份高中物理高考 专题38 光的折射、全反射及光的本性（原卷版），共18页。
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TOC \ "1-3" \h \u 热点题型一 折射定律及其应用1
热点题型二 对全反射现象的理解和应用3
热点题型三 光的色散现象5
热题题型四 实验：测定玻璃的折射率6
热点题型五 光的干涉现象8
热点题型六 光的衍射和光的偏振现象9
热点题型七 实验：用双缝干涉测光的波长10
热点题型八 电磁波与相对论13
【题型演练】13
【题型归纳】
热点题型一 折射定律及其应用
1．对折射率的理解
(1)折射率大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中传播速度的大小v＝eq \f(c,n).
(2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关．同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小．
(3)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同．
2．光路的可逆性
在光的折射现象中，光路是可逆的．如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射．
3.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制
【例1】(2019·山西吕梁模拟)如图所示是一透明半圆柱体的横截面，O为横截面的圆心，其半径为R，折射
率为eq \r(3)，OA水平且垂直于横截面，从A点射出一条光线AB经折射后水平射出半圆柱体，已知OA＝eq \r(3)R，
光速为c.求：
(1)光沿AO直线进入透明半圆柱体中，从A传到O点的时间；
(2)入射点B到OA的垂直距离BC.
【变式】(2018·高考全国卷Ⅲ) 如图，某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“•”(图中O点)，然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上，小标记位于AC边上．D位于AB边上，过D点做AC边的垂线交AC于F.该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察，恰好可以看到小标记的像；过O点做AB边的垂线交直线DF于E；DE＝2 cm，EF＝1 cm.求三棱镜的折射率．(不考虑光线在三棱镜中的反射)
热点题型二 对全反射现象的理解和应用
1．求解光的折射、全反射问题的四点提醒
(1)光密介质和光疏介质是相对而言的．同一种介质，相对于其他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质．
(2)如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象．
(3)在光的反射和全反射现象中，均遵循光的反射定律，光路均是可逆的．
(4)当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射．
2．解决全反射问题的一般方法
(1)确定光是光密介质进入光疏介质．
(2)应用sin C＝eq \f(1,n)确定临界角．
(3)根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射．
(4)如发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图．
(5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算，解决问题．
3．求解全反射现象中光的传播时间的一般思路
(1)全反射现象中，光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化，即v＝eq \f(c,n).
(2)全反射现象中，光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定．
(3)利用t＝eq \f(l,v)求解光的传播时间．
【例2】.(2019·河北衡水中学十次模拟)如图所示，一束平行单色光照射到半圆形玻璃砖的平面上，入射
光线的方向与玻璃砖平面呈45°角，玻璃砖对该单色光的折射率为eq \r(2)，入射到A点的光线折射后，折射光线
刚好射到圆弧的最低点B，照射到C点的光线折射后在圆弧面上的D点刚好发生全反射，半圆形玻璃砖的
半径为R，求：
(1)在B点的光线反射与折射后，反射光线与折射光线间的夹角大小；
(2)OA间的距离及∠CDO各为多少？
【变式1】(2019·广东广州二模)如图，某三棱镜的横截面为等腰直角三角形ABC，BC长度为d，O为BC中点。在ABC所在平面内，光线PO垂直BC边入射，恰好在AB边界发生全反射。
(ⅰ)求该三棱镜的折射率；
(ⅱ)保持光线PO入射点O不变，入射方向逐渐向CO方向偏转，求AB边有光线射出的区域宽度。
【变式2】(2019·山东淄博一模)某种透明材料制成的空心球体外径是内径的2倍，其过球心的某截面(纸面内)如图所示。一束单色光(在纸面内)从外球面上A点入射，入射角为45°时，光束经折射后恰好与内球面相切。
(1)求该透明材料的折射率；
(2)欲使光束从A点入射后，恰好在内球面上发生全反射，则应将入射角变为多少度？
热点题型三 光的色散现象
1．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．
2．各种色光的比较
【例3】(2019·武汉十一中学高三模考)如图所示，一束复合光垂直玻璃砖界面进入球形气泡后分为a、b两种色光，下列说法正确的是( )
A．玻璃砖的气泡缺陷处显得更亮是光的全反射现象
B．a光在玻璃中的传播速度比b光在玻璃中的传播速度大
C．a光的频率比b光的频率大
D．若保持复合光的方向不变仅将入射点上移，则a光最先消失
E．若让a、b两种色光通过一双缝干涉装置，则a光形成的干涉条纹的间距更大
【变式】(2019·湖北荆门模拟)三束单色光a、b、c沿图示方向射向圆形玻璃砖，经两次折射后变成复色光d，
以下说法正确的是 ( )
A．b光的频率比c光小
B．在真空中，a光传播速度比b、c大
C．在玻璃砖中，a光传播速度比b、c小
D．a光的光子能量最小
E．若以a、b、c三种单色光分别用相同的装置做“用双缝干涉测定单色光的波长”的实验，则a光观察到的条纹间距最大
【变式2】(2019·西安长安区一中模拟)如图所示，从点光源S发出的一束复色光，以一定的角度入射到玻璃
三棱镜的表面，经过三棱镜的两次折射后分为a、b两束光．下面的说法中正确的是( )
A．在三棱镜中a光的传播速率大于b光的传播速率
B．a光频率大于b光频率
C．若改变复色光的入射角，可在入射面发生全反射
D．a、b两束光分别通过同一双缝干涉装置产生的干涉条纹的间距Δxanb>nc
B．玻璃对a光的折射率大于对c光的折射率
C．在相同条件下进行双缝干涉实验，a光的条纹间距比c光窄
D．a、c光分别从空气射入某种介质中，c光发生全反射时临界角较小
E．a光比c光穿过该半圆柱体玻璃砖所需时间长
3.(2019·济南高三模拟)如图甲所示，在平静的水面下深h处有一个点光源s，它发出的两种不同颜色的a光和b光在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域，该区域的中间为由a、b两种单色光所构成的复色光圆形区域，周围为环状区域，且为a光的颜色(见图乙)。设b光的折射率为nb，则下列说法正确的是( )
A．在水中，a光的波长比b光小
B．水对a光的折射率比b光小
C．在水中，a光的传播速度比b光大
D．复色光圆形区域的面积为S＝eq \f(πh2,n\\al(2,b)－1)
E．在同一装置的杨氏双缝干涉实验中，a光的干涉条纹比b光窄
4.(2019·贵州六校联考) 如图所示，实线为空气和水的分界面，一束蓝光从空气中的A点沿AO1方向(O1点在分界面上，图中O1点和入射光线都未画出)射向水中，折射后通过水中的B点．图中O点为A、B连线与分界面的交点．下列说法正确的是( )
A．O1点在O点的右侧
B．蓝光从空气中射入水中时，速度变小
C．若沿AO1方向射向水中的是一束紫光，则折射光线有可能通过B点正下方的C点
D．若沿AO1方向射向水中的是一束红光，则折射光线有可能通过B点正上方的D点
E．若蓝光沿AO方向射向水中，则折射光线有可能通过B点正上方的D点
5.(2019·西安质检) 如图所示，从点光源S发出的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，在光屏的ab间形成一条彩色光带．下面的说法中正确的是( )
A．a侧是红色光，b侧紫色光
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
E．在同种条件下做双缝干涉实验，a光的条纹间距小于b光
6.(2019·浙江杭州高三上学期模拟)用双缝干涉测光的波长，实验中采用双缝干涉仪，它包括以下元件(其中双缝和光屏连在遮光筒上)：
A．白炽灯 B．单缝片 C．光屏 D．双缝 E．滤光片
(1)把以上元件安装在光具座上时，正确的排列顺序是：____________；
(2)在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比，Δx1________(填“＞”“＝”或“＜”)Δx2。若实验中红光的波长为630 nm，双缝与屏幕的距离为1.00 m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm，则双缝之间的距离为________ mm。
7.一个半圆柱形玻璃砖，其横截面是半径为R的半圆，AB为半圆的直径，O为圆心，如图所示．玻璃的折射率为n＝ eq \r(2).
(1)一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面，若光线到达上表面后，都能从该表面射出，则入射光束在AB上的最大宽度为多少？
(2)一细束光线在O点左侧与O相距eq \f(\r(3),2)R处垂直于AB从下方入射，求此光线从玻璃砖射出点的位置．
8.(2019·辽宁鞍山一中模拟)如图甲所示，在空气中放有一半径为R、折射率为n＝eq \f(4,3)的透明球，离球心O相
距eq \f(\r(3),2)R的A点处有一可向各个方向发光的点光源．求透明球表面有光射出部分的面积．[如图乙所示球冠的
面积公式为S＝2πr2(1－cs θ)，空气的折射率为1]
9.(2019·山东菏泽模拟)如图所示，某玻璃砖的截面由半圆和正三角形组成，半圆的直径为d，正三角形的边
长也为d，一束单色光从AB边的中点D垂直于BC射入玻璃砖中，结果折射光线刚好通过半圆的圆心O，
光在真空中的传播速度为c，求：
(1)光在玻璃砖中传播的时间(不考虑光的反射)．
(2)入射光线的方向不变，将光在AB面上的入射点下移，使折射光线刚好能照射到圆的最底部，入射点沿AB移动的距离为多少？这时光束在圆的最底部经玻璃砖折射后的折射角为多少？
10.(2019·河南南阳一中模拟)如图所示，MNPQ是一块截面为正方形的玻璃砖，其边长MN＝30 cm.一束激光
AB射到玻璃砖的MQ面上(入射点为B)进入玻璃砖后在QP面上的F点(图中未画出)发生全反射，恰沿DC
方向射出．其中B为MQ的中点，∠ABM＝30°，PD＝7.5 cm，∠CDN＝30°.
(1)画出激光束在玻璃砖内的光路示意图，求出QP面上的反射点F到Q点的距离QF；
(2)求出该玻璃砖的折射率；
(3)求出激光束在玻璃砖内的传播速度(真空中光速c＝3×108 m/s)．
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
横截面为三角形的三棱镜
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
颜色
红橙黄绿青蓝紫
频率ν
低―→高
同一介质中的折射率
小―→大
同一介质中速度
大―→小
波长
大―→小
临界角
大―→小
通过棱镜的偏折角
小―→大
自然光(非偏振光)
偏振光
光的
来源
直接从光源发出的光
自然光通过起偏器后的光
光的振动方向
在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿任意方向，且沿各个方向振动的光的强度相同
在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿特定方向
电磁波谱
特性
应用
递变规律
无线电波
容易发生衍射
通信和广播
红外线
热效应
红外线遥感
可见光
引起视觉
照明等
紫外线
荧光效应，能杀菌
灭菌消毒、防伪
X射线
穿透能力强
医用透视、安检
γ射线
穿透能力很强
工业探伤、医用治疗