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2023版高考物理一轮总复习专题12机械振动光学第3讲光的折射和全反射课件
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这是一份2023版高考物理一轮总复习专题12机械振动光学第3讲光的折射和全反射课件，共39页。PPT课件主要包含了折射角，入射角，答案C，答案BCD等内容，欢迎下载使用。
必 备 知 识·深 悟 固 基
一、光的折射与折射率1．折射光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向改变的现象．
3．折射率(1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，___________的正弦与________的正弦的比值．(2)物理意义：折射率仅反映介质的________特性，折射率大，说明光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小．
二、全反射(1)条件：①光从________介质射入________介质．②入射角________临界角．(2)现象：折射光完全消失，只剩下反射光．(3)临界角：折射角为90°时的入射角，用C表示，sin C＝________.
三、光的色散、棱镜1．光的色散(1)色散现象：白光通过三棱镜会形成由红到紫七种色光组成的彩色光谱．(2)成因：透明物质对于波长λ不同的光的折射率n不一样，λ越小，传播速度越小，n越大，偏折越厉害．2．三棱镜对光线的作用改变光的传播方向，使复色光发生色散．
2．[光的全反射](多选)光从介质a射向介质b，如果要在a、b介质的分界面上发生全反射，那么必须满足的条件是( )A．a是光密介质，b是光疏介质B．光在介质a中的速度必须大于在介质b中的速度C．光的入射角必须大于或等于临界角D．必须是单色光【答案】AC
3．[光的折射](多选)如图所示，两束不同频率的平行单色光a、b从水射入空气(空气折射率为1)发生如图所示的折射现象(α<β)，下列说法正确的是( )A．随着a、b入射角度的逐渐增加，a先发生全反射B．水对a的折射率比水对b的折射率小C．两束光在水中的传播速度va>vbD．两束光在空气中的传播速度va>vb【答案】BC
关 键 能 力·突 破 要 点
考点1 折射定律的理解与应用 [能力考点]
例1 (2021年湖南卷)我国古代著作《墨经》中记载了小孔成倒像的实验，认识到光沿直线传播．身高1.6 m的人站在水平地面上，在其正前方0.6 m处的竖直木板墙上有一个圆柱形孔洞，直径为1.0 cm 、深度为1.4 cm，孔洞距水平地面的高度是人身高的一半．此时，由于孔洞深度过大，使得成像不完整，如图所示．现在孔洞中填充厚度等于洞深的某种均匀透明介质，不考虑光在透明介质中的反射．
(1)若该人通过小孔能成完整的像，透明介质的折射率最小为多少？(2)若让掠射进入孔洞的光能成功出射，透明介质的折射率最小为多少？
1．(2021年河北卷)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)求桅杆到P点的水平距离；(2)船向左行驶一段距离后停止，调整由P点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为45°时，从水面射出后仍照射在桅杆顶端，求船行驶的距离．
考点2 光的全反射的理解与应用 [能力考点]
解：设从D点入射的光线经折射后恰好射向C点，光在AB边上的入射角为θ1，折射角为θ2，如图甲所示．由折射定律有sin θ1＝nsin θ2，设从DB范围入射的光折射后在BC边上的入射角为θ′，由几何关系有θ′＝30°＋θ2，解得θ2＝30°，θ′＝60°，nsin θ′>1，
所以从DB范围入射的光折射后在BC边上发生全反射，反射光线垂直射到AC边，AC边上全部有光射出．设从AD范围入射的光折射后在AC边上的入射角为θ″，如图乙所示．由几何关系可知θ″＝90°－θ2＝60°，根据已知条件可知nsin θ″>1，即从AD范围入射的光折射后在AC边上发生全反射，反射光线垂直射到BC边上．设BC边上有光线射出的部分为CF，由几何关系得CF＝AC·sin 30°，
1．(2020年全国卷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．
2．(2021年广东卷)如图所示，一种光学传感器是通过接收器Q接收到光的强度变化而触发工作的．光从挡风玻璃内侧P点射向外侧M点再折射到空气中，测得入射角为α，折射角为β；光从P点射向外侧N点，刚好发生全反射并被Q接收，求光从玻璃射向空气时临界角θ的正弦值表达式．
考点3 光路控制和光的色散现象 [基础考点]
1．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制
2．各种色光的比较分析
1．(2021年全国甲卷)如图，单色光从折射率n＝1.5、厚度d＝10.0 cm的玻璃板上表面射入．已知真空中的光速为3.0×108 m/s，则该单色光在玻璃板内传播的速度为________m/s；对于所有可能的入射角，该单色光通过玻璃板所用时间t的取值范围是________s≤t<________s(不考虑反射)．
必 备 知 识·深 悟 固 基
一、光的折射与折射率1．折射光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向改变的现象．
3．折射率(1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，___________的正弦与________的正弦的比值．(2)物理意义：折射率仅反映介质的________特性，折射率大，说明光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小．
二、全反射(1)条件：①光从________介质射入________介质．②入射角________临界角．(2)现象：折射光完全消失，只剩下反射光．(3)临界角：折射角为90°时的入射角，用C表示，sin C＝________.
三、光的色散、棱镜1．光的色散(1)色散现象：白光通过三棱镜会形成由红到紫七种色光组成的彩色光谱．(2)成因：透明物质对于波长λ不同的光的折射率n不一样，λ越小，传播速度越小，n越大，偏折越厉害．2．三棱镜对光线的作用改变光的传播方向，使复色光发生色散．
2．[光的全反射](多选)光从介质a射向介质b，如果要在a、b介质的分界面上发生全反射，那么必须满足的条件是( )A．a是光密介质，b是光疏介质B．光在介质a中的速度必须大于在介质b中的速度C．光的入射角必须大于或等于临界角D．必须是单色光【答案】AC
3．[光的折射](多选)如图所示，两束不同频率的平行单色光a、b从水射入空气(空气折射率为1)发生如图所示的折射现象(α<β)，下列说法正确的是( )A．随着a、b入射角度的逐渐增加，a先发生全反射B．水对a的折射率比水对b的折射率小C．两束光在水中的传播速度va>vbD．两束光在空气中的传播速度va>vb【答案】BC
关 键 能 力·突 破 要 点
考点1 折射定律的理解与应用 [能力考点]
例1 (2021年湖南卷)我国古代著作《墨经》中记载了小孔成倒像的实验，认识到光沿直线传播．身高1.6 m的人站在水平地面上，在其正前方0.6 m处的竖直木板墙上有一个圆柱形孔洞，直径为1.0 cm 、深度为1.4 cm，孔洞距水平地面的高度是人身高的一半．此时，由于孔洞深度过大，使得成像不完整，如图所示．现在孔洞中填充厚度等于洞深的某种均匀透明介质，不考虑光在透明介质中的反射．
(1)若该人通过小孔能成完整的像，透明介质的折射率最小为多少？(2)若让掠射进入孔洞的光能成功出射，透明介质的折射率最小为多少？
1．(2021年河北卷)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)求桅杆到P点的水平距离；(2)船向左行驶一段距离后停止，调整由P点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为45°时，从水面射出后仍照射在桅杆顶端，求船行驶的距离．
考点2 光的全反射的理解与应用 [能力考点]
解：设从D点入射的光线经折射后恰好射向C点，光在AB边上的入射角为θ1，折射角为θ2，如图甲所示．由折射定律有sin θ1＝nsin θ2，设从DB范围入射的光折射后在BC边上的入射角为θ′，由几何关系有θ′＝30°＋θ2，解得θ2＝30°，θ′＝60°，nsin θ′>1，
所以从DB范围入射的光折射后在BC边上发生全反射，反射光线垂直射到AC边，AC边上全部有光射出．设从AD范围入射的光折射后在AC边上的入射角为θ″，如图乙所示．由几何关系可知θ″＝90°－θ2＝60°，根据已知条件可知nsin θ″>1，即从AD范围入射的光折射后在AC边上发生全反射，反射光线垂直射到BC边上．设BC边上有光线射出的部分为CF，由几何关系得CF＝AC·sin 30°，
1．(2020年全国卷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．
2．(2021年广东卷)如图所示，一种光学传感器是通过接收器Q接收到光的强度变化而触发工作的．光从挡风玻璃内侧P点射向外侧M点再折射到空气中，测得入射角为α，折射角为β；光从P点射向外侧N点，刚好发生全反射并被Q接收，求光从玻璃射向空气时临界角θ的正弦值表达式．
考点3 光路控制和光的色散现象 [基础考点]
1．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制
2．各种色光的比较分析
1．(2021年全国甲卷)如图，单色光从折射率n＝1.5、厚度d＝10.0 cm的玻璃板上表面射入．已知真空中的光速为3.0×108 m/s，则该单色光在玻璃板内传播的速度为________m/s；对于所有可能的入射角，该单色光通过玻璃板所用时间t的取值范围是________s≤t<________s(不考虑反射)．
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