江苏版高考物理一轮复习第13章第1节光的折射全反射课件

这是一份江苏版高考物理一轮复习第13章第1节光的折射全反射课件，共60页。PPT课件主要包含了教师备选资源，链接教材·夯基固本，答案60°，细研考点·突破题型，对折射率的理解等内容，欢迎下载使用。

第1节　光的折射　全反射
一、光的折射定律　折射率1．折射现象光从一种介质______入另一种介质时传播方向发生______的现象，如图所示(以光从空气射入水中为例)。
2．折射定律(1)内容：折射光线与入射光线、法线处在____________内，折射光线与入射光线分别位于法线的______；入射角的正弦与折射角的正弦成___比。
[温馨提示]　①在光的折射现象中，光路是可逆的。②当光从真空(或空气)射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质射入真空(或空气)时，入射角小于折射角。
3．折射率(1)折射率是反映介质的______性质的物理量。
4．折射率的理解(1)折射率由____________性质决定，与入射角的大小______。(2)折射率与介质的______没有关系，光密介质不是指密度大的介质。(3)同一种介质中，频率越大的色光折射率越___，传播速度越___。
二、全反射　光导纤维1．定义：光从光密介质射入______介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线将全部______，只剩下反射光线的现象。2．条件(1)光从光密介质射入______介质。(2)入射角_______________临界角。
3．临界角(1)定义：折射角等于_________时的入射角。
4．光导纤维光导纤维的原理是利用光的_________，如图所示。
三、光的色散(1)光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象。(2)光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长有序排列。(3)光的色散现象说明：①白光为复色光；②同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率______；③不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速______。
一、易错易误辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)某种玻璃对蓝光的折射率比红光大，蓝光和红光以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光的折射角较大。(　　)(2)在水中，蓝光的传播速度大于红光的传播速度。(　　)(3)在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里。(　　)
(4)光从空气射入玻璃时，只要入射角足够大就可能发生全反射。(　　)(5)光纤通信利用了全反射的原理。(　　)(6)晚上，在池水中同一深度的两点光源分别发出红光和蓝光，水面上的人看蓝光光源浅一些。(　　)
二、教材习题衍生1．(光的折射)关于光的传播现象及应用，下列说法正确的是(　　)A．一束白光通过三棱镜后形成了彩色光带是光的色散现象B．光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率小C．海面上的海市蜃楼将呈现倒立的像，位置在实物的上方，又称上现蜃景D．一束色光从空气进入水中，波长将变短，色光的颜色也将发生变化
A　[一束白光通过三棱镜后形成了彩色光带是光的色散现象，A正确；由全反射的条件可知，内芯材料的折射率比外套材料的折射率要大，故B错误；海市蜃楼将呈现正立的像，位置在实物的上方，又称上现蜃景，C错误；色光进入水中，光的频率不变，颜色不变，D错误。]
2. (光的全反射的应用)(2019·江苏卷)如图所示，某L形透明材料的折射率n＝2。现沿AB方向切去一角，AB与水平方向的夹角为θ。为使水平方向的光线射到AB面时不会射入空气，求θ的最大值。
考点1　折射定律和折射率的理解及应用
(3)折射率与入射角的大小无关，与介质的密度无关，光密介质不是指密度大的介质。(4)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。(5)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率不变。
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。
(1)求池内的水深；(2)一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到池面的高度为2.0 m。当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接收的光线与竖直方向的夹角恰好为45°。求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留1位有效数字)。思路点拨：解此题的关键是根据题意画出光路图，并结合几何关系分析计算。
[解析]　(1)光由A射向B恰好发生全反射，光路如图甲所示甲
(2)光由A点射入救生员眼中光路图如图乙所示。乙
(1)根据题意画出正确的光路图。(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角均以法线为标准。(3)利用折射定律、折射率公式求解。(4)注意：在折射现象中光路是可逆的。
[跟进训练] 1．如图所示，MN是介质1和介质2的分界面，介质1、2的绝对折射率分别为n1、n2，一束细光束从介质1射向介质2中，测得θ1＝60°，θ2＝30°，根据你所学的光学知识判断下列说法不正确的是(　　)
A．介质2相对介质1的相对折射率为B．光在介质2中的传播速度小于光在介质1中的传播速度C．光从介质1进入介质2可能发生全反射现象D．光从介质1进入介质2，光的波长变短
1中的传播速度，选项B正确；光从光密介质射入光疏介质时，即光从介质2进入介质1时，才有可能发生全反射现象，选项C错误；光从介质1进入介质2，光的频率不变，速度变小，由v＝λf可知，光的波长变短，选项D正确。]
2．(2021·江苏卷)某种材料制成的半圆形透明砖平放在方格纸上，将激光束垂直于AC面射入，可以看到光束从圆弧面ABC出射，沿AC方向缓慢平移该砖，在如图所示位置时，出射光束恰好消失，该材料的折射率为(　　)A．1.2 B．1.4 C．1.6 D．1.8
A　[画出激光束从玻璃砖射出时恰好发生全反射的入射角如图所示
3. (2022·江苏卷)如图所示，两条距离为D的平行光线，以入射角θ从空气射入平静水面，反射光线与折射光线垂直，求：(1)水的折射率n；(2)两条折射光线之间的距离d。
[答案]　(1)tan θ　(2)Dtan θ
1．分析综合问题的基本思路(1)判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质。(2)判断入射角是否大于等于临界角，明确是否发生全反射现象。(3)画出反射、折射或全反射的光路图，必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图，然后结合几何知识进行推断和求解相关问题。(4)折射率n是讨论折射和全反射问题的重要物理量，是联系各物理量的桥梁，应熟练掌握跟折射率有关的所有关系式。
考点2　光的折射、全反射的综合
1．一光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，可看成一段直线，其内芯和外套的材料不同，光在内芯中传播，下列关于光导纤维的说法不正确的是(　　)
A．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射B．内芯的折射率比外套的大，光传播时在外套与外界的界面上发生全反射C．波长越长的光在光纤中传播的速度越大D．若紫光以如图所示角度入射时，恰能在光纤中发生全反射，则改用红光以同样角度入射时，不能在光纤中发生全反射
(1)垂直AB端面入射，在玻璃丝中传播到CD面的时间t。(2)能从AB端面传播到另一端面CD。入射角正弦值sin θ的范围。
(2)如图所示，设光束在玻璃丝端面的入射角为θ。折射角为α，折射光线射向侧面时的入射角为β。要保证光能从另一端面射出，则光能在侧壁发生全反射。
3. (三角形玻璃砖)如图所示，△ABC是一直角三棱镜的横截面，∠A＝90°，∠B＝60°。一细光束从BC边的D点折射后，射到AC边的E点，发生全反射后经AB边的F点射出。EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中点。不计多次反射。(1)求出射光相对于D点的入射光的偏角；(2)为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？
思路点拨：(1)根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图。(2)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，从而解决问题。
[解析]　(1)光线在BC面上折射，由折射定律有sin i1＝nsin r1①式中，n为棱镜的折射率，i1和r1分别是该光线在BC面上的入射角和折射角。光线在AC面上发生全反射，由反射定律有i2＝r2②式中i2和r2分别是该光线在AC面上的入射角和反射角。
光线在AB面上发生折射，由折射定律有nsin i3＝sin r3③式中i3和r3分别是该光线在AB面上的入射角和折射角。由几何关系得i2＝r2＝60°，r1＝i3＝30°④F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为δ＝(r1－i1)＋(180°－i2－r2)＋(r3－i3)⑤由①②③④⑤式得δ＝60°。⑥
(2)光线在AC面上发生全反射，光线在AB面上不发生全反射，有nsin i2≥nsin C>nsin i3⑦式中C是全反射临界角，满足nsin C＝1⑧
(1)准确地判断出恰好发生全反射的临界光线是解题的关键。(2)光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定，所以作光路图时应尽量与实际相符。
4．(圆形玻璃砖)(2021·浙江6月选考)用激光笔照射透明塑料制成的光盘边缘时观察到的现象如图所示。入射点O和两出射点P、Q恰好位于光盘边缘等间隔的三点处，空气中的四条细光束分别为入射光束a、反射光束b、出射光束c和d。已知光束a和b间的夹角为90°，则(　　)
A．光盘材料的折射率n＝2　B．光在光盘内的速度为真空中光速的三分之二　C．光束b、c和d的强度之和等于光束a的强度　D．光束c的强度小于O点处折射光束OP的强度
D　[依题意的光路图如图所示，由题意可知：∠OO′P＝120°，可得在O点处的折射角：γ＝30°由题意可知：α＋β＝90°，由反射定律得：α＝β，解得：α＝β＝45°
由能量守恒定律可知：若忽略光在传播过程的能量衰减，则光束a的强度应等于光束b、c、d和e的强度之和，若考虑光在传播过程的能量衰减，则光束a的强度应大于光束b、c、d和e的强度之和，总之光束a的强度应一定大于光束b、c和d的强度之和，故C错误；
在P点处光束OP为入射光束，而光束c和光束PQ分别为折射和反射光束，由能量守恒定律可知：在P点处光束OP的强度等于光束c和光束PQ的强度之和，因此无论是否考虑传播过程能量衰减，光束c的强度一定小于O点处折射光束OP的强度，故D正确。]
5. (扇形透明砖)(2023·南通模拟)如图所示，某种材料制成的扇形透明砖放置在水平桌面上，光源S发出一束平行于桌面的光线从OA的中点垂直射入透明砖，恰好经过两次全反射后，垂直OB射出，并再次经过光源S。已知光在真空中传播的速率为c，求：
(1)材料的折射率n；(2)该过程中，光在空气中传播的时间与光在材料中传播的时间之比。
[答案]　(1)2　(2)1∶4
7. (直角梯形棱镜)(2023·南京高三开学考试)一直角梯形棱镜ABCD的横截面如图所示，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＝1.25，AB＝BC＝6 cm，OA＝1.5 cm，∠OAB＝60°，sin 53°＝0.8，求：(1)光线第一次射出棱镜时出射光线的方向；(2)第一次的出射点距C的距离。
1．光的色散(1)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)现象：一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带。
考点3　光的色散和光路控制
2．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制
1．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。下列说法中不正确的是(　　)A．a侧是红光，b侧是紫光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侧光的速率比b侧光小
2．如图所示，一束由两种单色光混合的复色光沿PO方向射向一上、下表面平行的厚玻璃平面镜的上表面，得到三束光Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。下列有关这三束光的判断不正确的是(　　)A．光束Ⅰ仍为复色光，光束Ⅱ、Ⅲ为单色光B．光束Ⅱ在玻璃中的传播速度比光束Ⅲ小C．增大α角且α<90°，光束Ⅱ、Ⅲ会远离光束ⅠD．改变α角且α<90°，光束Ⅱ、Ⅲ一定与光束Ⅰ平行
当增大α角且α<90°，即入射角减小时，光束Ⅱ、Ⅲ会靠近光束Ⅰ，故C错误；因为厚玻璃平面镜的上下表面是平行的，根据光的入射角与反射角相等以及光的可逆性，可知改变α角且α<90°，光束Ⅱ、Ⅲ一定与光束Ⅰ平行，故D正确。]
3．(球形玻璃的色散)虹和霓是太阳光在水柱内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球来说明，两束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带，光路如图所示，下列说法中正确的是(　　)A．紫、红、红、紫 B．红、紫、红、紫C．红、紫、紫、红 D．紫、红、紫、红