高中物理新教材同步选修第一册课件+讲义 第4章 专题强化7　光的折射和全反射

高中物理新教材特点分析及教学策略

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光的折射和全反射

[学习目标]　1.知道不同色光在折射现象和全反射现象中的区别与联系，进一步熟练掌握光的反射、折射和全反射规律.2.能够熟练作出光路图，用几何关系找出边角的关系，并根据光的反射定律、折射定律解决有关问题．

一、不同色光的比较

可见光中，由于不同颜色光的频率并不相同，它们在发生折射和全反射时也有许多不同，如下表：

例1　(2022·达州一中月考)很多公园的水池底部都装有彩灯，当一细束由红蓝两色组成的灯光，从水中斜射向空气时，关于光在水面可能发生的反射和折射现象，下列光路图中正确的是(　　)

例2　(2021·杭州高二期中)一束含有两种单色光的光线P，沿图示方向射向半圆形玻璃砖的圆心O，折射后分成图中的a、b两束光线，则下列说法中正确的是(　　)

A．a光在玻璃砖中传播的速度比b光大

B．a光频率小于b光频率

C．玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率

针对训练　如图所示，由不同频率的a、b两种单色光组成的复色光沿半圆形玻璃砖的半径MO方向以入射角θ1＝37°射向玻璃砖的圆心O，其出射光束OP中只有a光，且出射光束的出射角θ2＝53°.则下列说法正确的是(　　)

A．玻璃砖对a光的折射率比对b光的折射率小

B．a、b两种单色光在玻璃砖中的传播速率之比为4∶5

C．ON光束中只有b光

D．玻璃对a光的折射率为0.75

二、几何光学的综合问题

1．确定光是由光疏介质进入光密介质，还是由光密介质进入光疏介质．若光是由光密介质进入光疏介质，根据公式sin C＝确定临界角．

2．画光路图，利用几何知识分析边、角关系并注意判断能否发生全反射，找出临界角．根据折射定律、全反射规律、正弦定理、三角函数等进行有关计算．

例3　老师上课喜欢用红色激光笔，它发出的红光用来投映一个光点或一条光线指向物体，如图甲所示，AB为半圆的直径，O为圆心，在O点左侧用红色激光笔从E点垂直AB射入的红光进入半球形介质后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角C＝45°.

(1)求半球形介质的折射率；

(2)若取用半球形介质制成环状介质砖，如图乙所示，内径为R、外径为R′＝R的环状介质砖的圆心为O，一束平行于水平轴O′O的光线由A点进入介质砖，到达B点(图中未标出)刚好发生全反射，求A点处光线的入射角和折射角．

例4　(2021·河北卷)将两块半径均为R、完全相同的透明半圆柱体A、B正对放置，圆心上下错开一定距离，如图所示，用一束单色光沿半径照射半圆柱体A，设圆心处入射角为θ，当θ＝60°时，A右侧恰好无光线射出；当θ＝30°时，有光线沿B的半径射出，射出位置与A的圆心相比下移h，不考虑多次反射，求：

(1)半圆柱体对该单色光的折射率；

(2)两个半圆柱体之间的距离d.

1.(多选)(2022·太原市山西大学附中月考)如图所示，一束黄光和一束蓝光，从O点以相同角度沿PO方向射入横截面为半圆形的玻璃柱体，其折射光线分别从M、N两点射出，已知α＝45°，β＝60°，光速c＝3×108 m/s，则下列说法正确的是(　　)

A．两束光穿过玻璃柱体所需时间相同

B．OM是黄光，ON是蓝光

C．OM光束在该玻璃中传播的速度为×108 m/s

D．若将OM光束从M点沿着MO方向射入，一定不会发生全反射

2．某玻璃砖的横截面是底角为45°的等腰梯形，如图，一束由红绿两色组成的复色光从AB边中点P平行于BC边射入后，两种色光在BC边均发生全反射后再从CD边E和F两点射出玻璃砖．忽略光在玻璃砖内的多次反射，则下列说法不正确的是(　　)

A．在F点射出玻璃砖的一定是红光

B．在CD边射出玻璃砖的红绿两束光线一定是平行的

C．绿光在CD边出射的方向与BC平行

D．增大AB边入射光线的入射角，最先从BC边射出的是红光

3．(2021·新泰市第一中学高二期中)如图所示，一束由两种单色光混合的复色光沿PO方向射向一立方体玻璃砖的上表面，得到三束平行光线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，玻璃砖的下表面有反光薄膜，下列说法正确的是(　　)

A．光束Ⅰ为复色光，光束Ⅱ、Ⅲ为单色光

B．光束Ⅲ的频率大于光束Ⅱ的频率

C．改变α角，光线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ无法保持平行

D．在玻璃砖中，光束Ⅱ的速度大于光束Ⅲ的速度

4.(多选)如图所示，ABCD是一直角梯形棱镜的横截面，位于截面所在平面内的一束光线由O点垂直AD边射入，已知棱镜的折射率n＝，AB＝BC＝8 cm，OA＝2 cm，∠OAB＝60°.则下列说法正确的是(　　)

A．光线第一次入射到AB界面上时，既有反射又有折射

B．光线第一次从棱镜折射进入空气，应发生在CD界面

C．第一次的出射点与C点相距 cm

D．光线第一次射出棱镜时，折射角为60°

5.(2022·葫芦岛市高二月考)如图所示，截面ABCD为矩形的透明设备放置在真空环境中，AB＝2a，一束光入射到上表面与AD夹角为θ＝30°，折射到AB面中点时恰好发生全反射，光在真空中的传播速度为c，求：

(1)该透明设备材料的折射率(可用根号表示)；

(2)光从射入到第一次射出经历的时间．

6.(2020·全国卷Ⅱ)直角棱镜的折射率n＝1.5，其横截面如图所示，图中∠C＝90°，∠A＝30°.截面内一细束与BC边平行的光线，从棱镜AB边上的D点射入，经折射后射到BC边上．

(1)光线在BC边上是否会发生全反射？说明理由；

(2)不考虑多次反射，求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值．

7.如图所示为一半径为R的玻璃半球，O点是半球的球心，虚线OO′表示光轴(过球心O与半球底面垂直的直线)．已知玻璃的折射率为1.5.现有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光线能从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线)．求：

(1)从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值；

(2)距光轴的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离．