新教材适用2024版高考物理一轮总复习第13章光电磁波相对论第1讲光的折射全反射课件

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第1讲　光的折射　全反射
1．折射现象光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向______的现象。
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_________。(2)表达式：_________＝n12，式中n12是比例常数。(3)在光的折射现象中，光路是______的。
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。
1．全反射：观察如图折射光路，将空格填充。
(1)全反射的条件：①光从______介质射入______介质。②入射角_______________临界角。(2)全反射现象：折射光完全消失，只剩下_________。
2．光的色散：(1)色散现象：白光通过三棱镜会形成____________七种色光组成的彩色光谱。(2)成因：由于n红一、堵点疏通1．光的传播方向发生改变的现象叫光的折射。( 　　)2．折射率跟折射角的正弦成正比。( 　　)3．只要入射角足够大，就能发生全反射。( 　　)4．折射定律是托勒密发现的。( 　　)5．若光从空气中射入水中，它的传播速度一定减小。( 　　)
2．(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[解析]发生全反射必须同时满足两个条件：①光从光密介质射向光疏介质，②入射角大于或等于临界角。而光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的小，且对光的颜色，以及单色光、复合光没有要求，故A、C正确，B、D错误。
3．(2023·湖南省岳阳县高三开学考试)如图所示，半径为R的半圆柱玻璃体置于水平桌面上，半圆柱玻璃体的上表面水平，其横截面与桌面相切于A点。一细束单色光经球心O从空气中射入玻璃体内(入射面即纸面)，入射角为60°，出射光线射在桌面上B点处，测得A、B之间的距离为R，则该玻璃体的折射率为( 　　)
(2)本质理解。①折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关。②折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质，光疏介质不是指密度小的介质。(3)特性理解。①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。②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．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制：
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解决光的折射问题的思路
(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)注意折射现象中光路的可逆性。
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)光的反射和全反射现象，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。
3．解决全反射问题的一般步骤(1)确定光是从光密介质进入光疏介质。(3)根据题设条件，判断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。
(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。
解答此类问题的关键是画出光路图，根据全反射条件、折射定律和几何关系列方程联立求解。
〔变式训练2〕　(多选)(2023·浙江杭州高级中学月考)如图所示是在四川景区九寨沟拍摄的一张风景照片，湖水清澈见底，近处湖面水下的树枝和池底都看得很清楚，而远处则只看到对岸山峰和绿树的倒影，水面下的景物则根本看不到。下列说法中正确的是( )
A．远处山峰的倒影非常清晰，是因为来自山峰的光线在水面上发生了全反射B．光线由空气射入水中，光的波速变小，波长变短C．远处水面下景物的光线射到水面处，入射角较大，可能发生了全反射，所以看不见D．来自近处水面下景物的光射到水面处，入射角较小，反射光强而折射光弱，因此有较多的能量射出水面而进入人的眼睛中
[解析]本题考查光的反射、折射和全反射。远处山峰的倒影非常清晰，是因为来自山峰的光线在水面上发生了反射，但不是全反射，因为全反射只有光从光密介质射入光疏介质时才可能发生，选项A错误；光线由空气射入水中，光的波速变小，频率不变，由v＝λf知，波长变短，选项B正确；远处水面下景物的光线射到水面处，入射角较大，当入射角大于等于全反射的临界角时，远处水面下景物的光线在水面处发生全反射，光线不能射出水面，所以看不见，选项C正确；来自近处水面下景物的光线射到水面处，入射角较小，反射光弱而折射光强，因此有较多的能量射出水面而进入人的眼中，选项D错误。
1．光的色散成因棱镜对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光的偏折程度最小。对紫光的折射率最大，紫光的偏折程度最大，从而产生色散现象。
(多选)(2023·河北邢台高三开学考试)如图所示，平行直线为一透明材料制成的光学器件的截面，a、b两束光均从界面上的P点射入器件，然后到达Q点。已知器件的厚度为d，两束光与界面的夹角分别为30°和45°，PQ连线与界面的夹角为60°，光在真空中的传播速度为c。下列说法中正确的是( )
〔变式训练4〕　(多选)(2023·陕西高三月考)如图所示，一束由两种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，得到三束光线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，若平面镜的上下表面足够宽，不考虑光线由玻璃平面镜内射向上表面时的反射。下列说法正确的是( )
A．光束Ⅰ仍为复色光，光束Ⅱ、Ⅲ为单色光B．玻璃对光束Ⅱ的折射率小于对光束Ⅲ的折射率，当α角减小为某一值时，光束Ⅱ先消失了，光束Ⅲ还存在C．改变α角，光线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ仍保持平行D．在玻璃中，光束Ⅱ的速度要小于光束Ⅲ的速度[解析]作出三束光线的完整光路图，如图所示。
由反射定律可知，光束Ⅰ是复色光在玻璃平面镜上表面的反射光线，故光束Ⅰ是复色光，而两种色光由于折射率的不同而偏折分离，即光束Ⅱ、Ⅲ是单色光，故A正确；由光路图知，光束Ⅱ的偏折程度大于光束Ⅲ，根据折射定律可知玻璃对光束Ⅱ的折射率大于对光束Ⅲ的折射率，光束先从光疏介质射向光密介质，进行光路分析可知，光线由玻璃平面镜内射向上表面时不会发生全反射现象，无论α多小，光束Ⅱ、Ⅲ都不会消失，故B错误；
1.(2022·浙江6月卷)如图所示，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往大水球中央注入空气，形成了一个空气泡，气泡看起来很明亮，其主要原因是( 　　)A．气泡表面有折射没有全反射B．光射入气泡衍射形成“亮斑”C．气泡表面有折射和全反射D．光射入气泡干涉形成“亮纹”
[解析]光线从水进入气泡时，是从光密介质进入光疏介质，满足发生全反射的条件，即气泡看起来很明亮的原因是气泡表面有折射和全反射，A错误，C正确；该现象与干涉和衍射无关，BD错误。
2．(2023·江苏高三阶段练习)我国某企业正在全力研发“浸没式光刻”光刻机。原理是一种通过在光刻胶和投影物镜之间加入浸没液体，从而减小曝光波长，提高分辨率的技术，如图所示。若浸没液体的折射率为1.5，当不加液体时光刻胶的曝光波长为199 nm，则加上液体后，该曝光光波( 　　)
3．(2022·全国甲卷)如图，边长为a的正方形ABCD为一棱镜的横截面，M为AB边的中点。在截面所在平面内，一光线自M点射入棱镜，入射角为60°，经折射后在BC边的N点恰好发生全反射，反射光线从CD边的P点射出棱镜。求棱镜的折射率以及P、C两点之间的距离。