新高考物理一轮复习讲义课件第14章第1讲　光的折射　全反射（含解析）

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这是一份新高考物理一轮复习讲义课件第14章第1讲　光的折射　全反射（含解析），共60页。PPT课件主要包含了光的折射全反射，折射定律折射率，全反射，课时精练等内容，欢迎下载使用。

1.理解折射率的概念，掌握光的折射定律.2.掌握发生全反射的条件并会用全反射的条件进行相关计算.
考点一　折射定律　折射率
考点三　光的折射和全反射的综合应用
1.折射定律(1)内容：如图所示，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两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成比.
(2)表达式：＝n12(n12为比例常数).
2.折射率(1)定义式：n＝ .(2)计算公式：n＝ .因为v1.无论是光的折射，还是反射，光路都是可逆的.(　　)2.入射角越大，折射率越大.(　　)3.若光从空气射入水中，它的传播速度一定增大.(　　)4.根据n＝可知，介质的折射率与光在该介质中的传播速度成反比.(　　)
1.对折射率的理解(1)折射率的大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在该介质中传播速度的大小v＝ .(2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关.①同一种介质中，频率越大的光折射率越大，传播速度越小.②同一种光，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)对光路的控制特点
例1　(多选)如图所示，两细束平行的单色光a、b射向同一块上、下表面平行的玻璃砖的上表面，最终都从玻璃砖的下表面射出.已知玻璃对单色光b的折射率较小，那么下列说法中正确的有A.a光束在玻璃砖中传播速度比b光小B.从玻璃砖下表面射出后，两束光不一定平行C.从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离一定增大了D.从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离可能和射入前相同
根据光路的可逆性可知：下表面出射角等于上表面的入射角，即两束光下表面的出射角相等，故从玻璃砖下表面射出后，两束光仍然平行，故B错误；
由于a光的折射率大，偏折程度大，从下表面射出后沿水平方向侧移的距离大，故两束光从下表面射出后，两束光之间的距离一定增大，故C正确，D错误.
例2　(2021·浙江6月选考·12)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＝2B.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
如图所示，由几何关系可得入射角为i＝45°，折射角为r＝30°
因为在Q处光还有反射光线，光束b、c和d的强度之和小于光束a的强度，所以C错误；光束c的强度与反射光束PQ强度之和等于折射光束OP的强度，所以D正确.
例3　(2023·江苏省七市调研)如图所示，激光笔发出一束激光射向水面O点，经折射后在水槽底部形成一光斑P.已知入射角α＝53°，水的折射率n＝，真空中光速c＝3.0×108 m/s，sin 53°＝0.8，cs 53°＝0.6.(1)求激光在水中传播的速度大小v；
答案　2.25×108 m/s
代入数据解得v＝2.25×108 m/s.
(2)打开出水口放水，求水放出过程中光斑P移动的距离x与水面下降距离h的关系.
打开出水口后，光路图如图所示设水原来深度为H，折射角为β，
由几何关系有htan α＋(H－h)tan β＝x＋Htan β
1.光密介质与光疏介质
2.全反射(1)定义：光从介质射入介质时，当入射角增大到某一角度，折射光线，只剩下反射光线的现象.(2)条件：①光从介质射向介质.②入射角临界角.(3)临界角：折射角等于90°时的入射角.若光从介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，由n＝　　，得sin C＝ .介质的折射率越大，发生全反射的临界角越 .
3.光导纤维光导纤维的原理是利用光的全反射(如图).
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.只要入射角足够大，就能发生全反射.(　　)3.光线从光疏介质进入光密介质，入射角大于等于临界角时发生全反射现象.(　　)
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或等于临界角，明确是否会发生全反射现象.(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，然后结合几何知识推断和求解相关问题.
例4　(多选)一束光在光导纤维中传播的示意图如图所示，光导纤维对该束光的折射率为n，光导纤维的长度为L，图中该束光刚好在光导纤维与空气的交界面处发生全反射.已知空气对该束光的折射率为1，光在真空中传播的速度为c，下列说法正确的是A.光导纤维对该束光的折射率n＞1B.光导纤维对该束光的折射率n＜1
由于光发生全反射的条件之一是光由光密介质射入光疏介质，所以光导纤维的折射率比空气的折射率大，即n＞1，故A正确，B错误；
例5　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a、b两种不同颜色的光，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圆形复色光区域，周围为环状区域，且为a光的颜色(如图乙).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光大C.在水中，a光的传播速度比b光小D.复色光圆形区域的面积为S＝
光的折射和全反射的综合应用
例6　(2022·河北卷·16(2))如图，一个半径为R的玻璃球，O点为球心.球面内侧单色点光源S发出的一束光在A点射出，出射光线AB与球直径SC平行，θ＝30°.光在真空中的传播速度为c.求：
光路图如图所示，根据几何关系可知i1＝θ＝30°，i2＝60°
(2)从S发出的光线经多次全反射回到S点的最短时间.
根据几何关系可知当θ＝45°时，即光路为圆的内接正方形，从S发出的光线经多次全反射回到S点的时间最短，
例7　(2022·全国甲卷·34(2))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.在截面所在的平面，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.
设光线在AB面的折射角为θ，则有sin 60°＝nsin θ，由题知，光线经折射后在BC边的N点恰好发生全反射，
1.(2023·山东青岛市检测)如图，一玻璃柱体的横截面为半圆形，细的单色光束从柱体的O点(半圆的圆心)射向空气，入射角α＝30°，产生的反射光束1和折射光束2恰好垂直，下列说法正确的是A.玻璃柱体对该单色光束的折射率为B.光束1和光束2的传播速度相同C.光束1和光束2的传播频率相同D.无论α增加到多大，都不可能发生全发射
同一单色光，在不同介质中传播时，速度不同，但频率相同，故B错误，C正确；
4.(多选)如图所示，一束光由空气斜射到透明介质球上的A点，入射角为i，则A.当i足够大时，在A点将发生全反射B.当i足够大时，光从球内向外射出时将发生全反射C.无论i多大，在A点都不会发生全反射D.无论i多大，光从球内向外射出时，都不会发生全反射
光从光密介质射向光疏介质时才可能发生全反射，因此光在A点由空气射入介质球，肯定不能发生全反射.在图中，对于球上任意一点，球面法线一定过球心，设r为光从A点射入时的折射角，
i′为光从B点射出时的入射角，它们为等腰三角形的两底角，因此有i′＝r，
即随着i的增大，r增大，但r不能等于或大于临界角C，故i′也不可能等于或大于临界角，即光从B点射出时，也不可能发生全反射，在B点的反射光射向D点，从D点射出时也不会发生全反射.故选C、D.
5.如图所示，△ABC是一直角三棱镜的横截面，∠A＝90°，AB长0.2 m，AC长0.1 m.一细光束沿平行于BC边的方向从AB边入射后直接射到AC边，恰好在AC边发生全反射，则棱镜对该细光束的折射率为
6.(2022·辽宁卷·5)完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮.2021年12月，在中国空间站“天宫课堂”的水球光学实验中，航天员向水球中注入空气形成了一个内含气泡的水球.如图所示，若气泡与水球同心，在过球心O的平面内，用单色平行光照射这一水球.下列说法正确的是A.此单色光从空气进入水球，频率一定变大B.此单色光从空气进入水球，频率一定变小C.若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射D.若光线2在N处发生全反射，光线1在M处一定发生全反射
光的频率是由光源决定的，与介质无关，故此单色光从空气进入水球频率不变，A、B错误；由题图可看出光线1入射到水球的入射角小于光线2入射到水球的入射角，则光线1在水球外表面折
射后的折射角小于光线2在水球外表面折射后的折射角，设水球半径为R、气泡半径为r、光线进入水球后的折射角为α、光线进入气泡的入射角为θ，
则可得出光线2进入气泡的入射角大于光线1进入气泡的入射角，故若光线1在M处发生全反射，则光线2在N处一定发生全反射，若光线2在N处发生全反射，光线1在M处不一定发生全反射，C正确，D错误.
7.(多选)如图所示，一束复色光沿PO方向射向一上、下表面平行的无限大的厚玻璃平面镜的上表面，一共得到三束光Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ.则A.该复色光由三种颜色的光混合而成B.光束Ⅱ在玻璃平面镜中的传播速度比光束Ⅲ小C.光束Ⅱ、Ⅲ在玻璃平面镜内部传播的时间不可能相同D.改变α角且α<90°，光束Ⅱ、Ⅲ一定始终与光束Ⅰ平行
根据题意将光路图补充完整，如图所示，其中β为光束Ⅱ的折射角，γ为光束Ⅲ的折射角
光束Ⅰ为反射光线，仍是复色光，光束Ⅱ、Ⅲ由于折射率不同导致偏折分离，为单色光，即该复色光由两种颜色的光混合而成，A错误；
玻璃平面镜上、下表面平行，根据光的反射定律及光路的可逆性，改变α角且α<90°，光束Ⅱ、Ⅲ一定始终与光束Ⅰ平行，D正确.
8.(2022·山东卷·7)柱状光学器件横截面如图所示，OP右侧是以O为圆心、半径为R的圆，左侧是直角梯形，AP长为R，AC与CO夹角45°，AC中点为B.a、b两种频率的细激光束，垂直AB面入射，器件介质对a、b光的折射率分别为1.42、1.40.保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，能在PM面全反射后，从OM面出射的光是(不考虑三次反射以后的光)A.仅有a光 B.仅有b光C.a、b光都可以 D.a、b光都不可以
当两种频率的细激光束从A点垂直于AB面入射时，由几何知识可知，激光沿直线传播到O点，经第一次反射沿半径方向直线传播出去，如图甲，
保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，如图乙，可知激光沿直线传播到CO面经反射，射向PM面，入射点从A向B移动过程中，光线传播到PM面的入射角逐渐增大.
当入射点为B点时，如图丙所示，根据光的反射定律及几何关系可知，光线传播到PM面的P点，此时光线在PM面上的入射角最大，设为α，由几何关系得α＝45°，
两种频率的细激光束的全反射的临界角关系为Ca<45°若沿DE方向射到AB面上的光线刚好发生全反射，则∠ADF＝30°；同理，若沿DG方向射出的光线刚好在BC面上发生全反射，则∠CDG＝30°，因此∠FDH＝30°，
10.(2022·广东卷·16(2))一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体，液体上方是空气，其截面如图所示.一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动，它所发出的光束始终指向圆心O点.当光束与竖直方
向成45°角时，恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束.已知光在空气中的传播速度为c，求液体的折射率n和激光在液体中的传播速度v.
当入射角达到45°时，恰好到达临界角C，
11.(2023·江苏盐城市滨海中学模拟)半径为R的固定半圆形玻璃砖的横截面如图所示，O点为圆心，与直径AB垂直的足够大的光屏CD紧靠在玻璃
(1)求此玻璃砖对细光束的折射率；
砖的左侧，OO′与AB垂直.一细光束沿半径方向与OO′成θ＝30°角射向O点，光屏CD区域出现两个光斑，两光斑间的距离为( 　＋1)R.
由题意知，细光束在AB界面一部分发生反射，另一部分发生折射，设折射角为β，光路图如图所示，
所以可知L2＝R，由几何关系知β＝45°，
(2)当θ变为多大时，两光斑恰好变为一个？
若光屏CD上恰好只剩一个光斑，则说明该光束恰好在AB面发生全反射，
即当θ＝45°时，光屏上恰好只剩下一个光斑.
(1)潜水员在水下看到水面上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里.若海岸上A点恰好处在倒立圆锥的边缘上，求潜水员下潜的深度；
潜水员在水下看到景物示意图如图甲
(2)求潜水员竖直下潜过程中看不到灯塔指示灯的深度范围.
由题意分析，由于皮划艇遮挡引起水下看不到灯光，光路示意图如图乙