高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題52 光的折射 全反射 光導(dǎo)纖維講含解析1

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1、 第十二章 選修3-4 本章考查的熱點(diǎn)有簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)及圖象、波的圖象以及波長(zhǎng)、波速、頻率的關(guān)系,光的折射和全反射,題型以選擇題和填空題為主,難度中等偏下,波動(dòng)與振動(dòng)的綜合及光的折射與全反射的綜合,有的考區(qū)也以計(jì)算題的形式考查. 復(fù)習(xí)時(shí)應(yīng)注意理解振動(dòng)過程中回復(fù)力、位移、速度、加速度等各物理量的變化規(guī)律、振動(dòng)與波動(dòng)的關(guān)系及兩個(gè)圖象的物理意義,注意圖象在空間和時(shí)間上的周期性,分析幾何光學(xué)中的折射、全反射和臨界角問題時(shí),應(yīng)注意與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系,作出正確的光路圖;光和相對(duì)論部分,以考查基本概念及對(duì)規(guī)律的簡(jiǎn)單理解為主,不可忽視任何一個(gè)知識(shí)點(diǎn). 1.理解折射率的概念,掌握光的折射定律.

2、2.掌握全反射的條件,會(huì)進(jìn)行有關(guān)簡(jiǎn)單的計(jì)算. 1.折射現(xiàn)象 光從一種介質(zhì)斜射進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)傳播方向改變的現(xiàn)象. 2.折射定律 (1)內(nèi)容:如圖所示,折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi),折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè);入射角的正弦與折射角的正弦成正比. (2)表達(dá)式: (3)在光的折射現(xiàn)象中,光路是可逆的. 3.折射率 (1)折射率是一個(gè)反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量. (2)定義式: (3)計(jì)算公式:,因?yàn)関

3、角. 4.全反射現(xiàn)象 (1)條件:①光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì). ②入射角大于或等于臨界角. (2)現(xiàn)象:折射光完全消失,只剩下反射光. 5.臨界角:折射角等于90時(shí)的入射角,用C表示,sin C=. 6.光的色散 (1)光的色散現(xiàn)象:含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象. (2)光譜:含有多種顏色的光被分解后,各種色光按其波長(zhǎng)的有序排列. (3)光的色散現(xiàn)象說明: ①白光為復(fù)色光; ②同一介質(zhì)對(duì)不同色光的折射率不同,頻率越大的色光折射率越大; ③不同色光在同一介質(zhì)中的傳播速度不同,波長(zhǎng)越短,波速越慢. (4)棱鏡 ①含義:截面是三角形的玻璃儀器,可以使光發(fā)生色散,白

4、光的色散表明各色光在同一介質(zhì)中的折射率不同. ②三棱鏡對(duì)光線的作用:改變光的傳播方向,使復(fù)色光發(fā)生色散. 考點(diǎn)一 折射定律的理解與應(yīng)用 解決光的折射問題的一般方法: (1)根據(jù)題意畫出正確的光路圖. (2)利用幾何關(guān)系確定光路中的邊、角關(guān)系,確定入射角和折射角. (3)利用折射定律建立方程進(jìn)行求解. ★重點(diǎn)歸納★ 1.玻璃磚對(duì)光路的控制 兩平面平行的玻璃磚,出射光線和入射光線平行,且光線發(fā)生了側(cè)移,如圖所示. 2.三棱鏡對(duì)光路的控制 (1)光密三棱鏡:光線兩次折射均向底面偏折,偏折角為δ,如圖所示. (2)光疏三棱鏡:光線兩次折射均向頂角偏折.

5、 (3)全反射棱鏡(等腰直角棱鏡),如圖所示.       ①當(dāng)光線從一直角邊垂直射入時(shí),在斜邊發(fā)生全反射,從另一直角邊垂直射出(如圖甲). ②當(dāng)光線垂直于斜邊射入時(shí),在兩直角邊發(fā)生全反射后又垂直于斜邊射出(如圖乙),入射光線和出射光線互相平行. 特別提醒 不同顏色的光的頻率不同,在同一種介質(zhì)中的折射率、光速也不同,發(fā)生全反射現(xiàn)象的臨界角也不同. ★典型案例★如圖所示,一個(gè)折射率為的三棱鏡的截面為等腰直角,為直角。此截面所在平面內(nèi)的一束光線沿與AB邊成角()的方向入射到AB邊的中點(diǎn)P處,若要光線進(jìn)入三棱鏡后能射到AC邊上且能在AC面上發(fā)生全反射,則應(yīng)滿足什么條件?

6、【答案】 【名師點(diǎn)睛】解答本題的關(guān)鍵在于利用幾何關(guān)系找出入射角、折射角和它們之間的關(guān)系,由折射定律可列出方程求解。 ★針對(duì)練習(xí)1★如圖所示,在MN的下方足夠大的空間是玻璃介質(zhì),其折射率n=,玻璃介質(zhì)的上邊界MN是屏幕.玻璃中有一個(gè)正三角形空氣泡,其邊長(zhǎng)l=40cm,頂點(diǎn)與屏幕接觸于C點(diǎn),底邊AB與屏幕平行.一束激光a垂直于AB邊射向AC邊的中點(diǎn)O,結(jié)果在屏幕MN上出現(xiàn)兩個(gè)光斑. (1)求兩個(gè)光斑之間的距離L. (2)若任意兩束相同的激光同時(shí)垂直于AB邊向上射入空氣泡,求屏幕上相距最遠(yuǎn)的兩個(gè)光斑之間的距離. 【答案】40 cm  80 cm 【解析】 (1)畫出光路圖如圖甲所示.

7、在界面AC,入射角i=60,由折射定律 解得折射角r=30由光的反射定律得反射角θ=60;由幾何關(guān)系得,△ODC是邊長(zhǎng)為的正三角形,△OEC為等腰三角形,且CE=OC=;則兩個(gè)光斑之間的距離L=DC+CE=40 cm.      甲           乙     (2)作出入射點(diǎn)在A、B的光線的光路圖,如圖乙所示,由圖可得屏幕上相距最遠(yuǎn)的兩個(gè)光斑之間的距離PQ=2l=80 cm.   【名師點(diǎn)睛】本題是幾何光學(xué)問題,是折射定律、反射定律與幾何知識(shí)的綜合應(yīng)用.要充分運(yùn)用幾何知識(shí),求解兩個(gè)光斑之間的距離. ★針對(duì)練習(xí)2★一透明柱狀介質(zhì),如圖所示,其橫截面為扇形AOC,O為圓心,半徑為

8、R,圓心角為600;AC關(guān)于OB對(duì)稱。一束足夠?qū)捚叫杏贠B的單色光由OA和OC面射入介質(zhì),介質(zhì)折射率為 ,要使ABC面上沒有光線射出,至少在O點(diǎn)左側(cè)垂直O(jiān)B放置多長(zhǎng)的遮光板?(不考慮ABC面的反射) 【答案】 折射光線射向球面AC,在E點(diǎn)恰好發(fā)生全反射,入射角為α,有 解得: 【名師點(diǎn)睛】幾何光學(xué)是3-4部分的重點(diǎn),也高考的熱點(diǎn),關(guān)鍵要能正確作出光路圖,掌握折射定律和光速公式這些基礎(chǔ)知識(shí)。熟練掌握折射定律的公式及全反射公式. 考點(diǎn)二 全反射現(xiàn)象的理解與應(yīng)用 1.在光的反射和全反射現(xiàn)象中,均遵循光的反射定律;光路均是可逆的. 2.當(dāng)光射到兩種介質(zhì)的界面上時(shí),往往同時(shí)發(fā)

9、生光的折射和反射現(xiàn)象,但在全反射現(xiàn)象中,只發(fā)生反射,不發(fā)生折射.當(dāng)折射角等于90時(shí),實(shí)際上就已經(jīng)沒有折射光了. 3.全反射現(xiàn)象可以從能量的角度去理解:當(dāng)光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí),在入射角逐漸增大的過程中,反射光的能量逐漸增強(qiáng),折射光的能量逐漸減弱,當(dāng)入射角等于臨界角時(shí),折射光的能量已經(jīng)減弱為零,這時(shí)就發(fā)生了全反射. ★重點(diǎn)歸納★ 1.光的折射、全反射中的三個(gè)“一” 一個(gè)規(guī)律:光的折射定律 一個(gè)概念:折射率 一個(gè)條件:全反射的條件 2.解答全反射類問題的技巧 (1)解答全反射類問題時(shí),要抓住發(fā)生全反射的兩個(gè)條件: 一是光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì), 二是入射角大于或等于臨界

10、角.利用好光路圖中的臨界光線,準(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)生全反射的光路圖是解題的關(guān)鍵,且在作光路圖時(shí)盡量與實(shí)際相符,這樣更有利于問題的分析. (2)解答光的折射、全反射問題時(shí)抓好兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn) ①準(zhǔn)確作出光路圖 ②利用幾何關(guān)系確定光路中的邊、角關(guān)系,找準(zhǔn)入射角和折射角. ★典型案例★如圖所示,四分之一圓柱體玻璃磚半徑R=8cm,放在水平地面上,一束激光平行于OB從OA上C點(diǎn)射入玻璃磚,恰好從玻璃磚的曲面上D點(diǎn)射出,最后激光打在水平地面上E點(diǎn),BE=2cm,求: ①OC的距離; ②該玻璃的折射率。 【答案】①② 【名師點(diǎn)睛】解決光學(xué)問題的關(guān)鍵要掌握全反射的條件、折射定律、臨界角公式、光速

11、公式,運(yùn)用幾何知識(shí)結(jié)合解決這類問題. ★針對(duì)練習(xí)1★某種液體的折射率為,距液面下深h處有一個(gè)點(diǎn)光源,從液面上看液面被光源照亮的圓形區(qū)域的直徑為: ( ) A.2h B.2h C.h D.h 【答案】B 【解析】 水下點(diǎn)光源射向空氣時(shí),當(dāng)照射越遠(yuǎn)時(shí)入射角越大,照射越近則入射角越小.由水的折射率n可求出水的臨界角 則;當(dāng)入射角i等于450時(shí),恰好發(fā)生全反射.從液面上看液面被光源照亮的圓形區(qū)域的直徑為D=2h; 故選:B. 【名師點(diǎn)睛】此題是關(guān)于全反射的考查,運(yùn)用恰好發(fā)生全反射來確定光斑區(qū)域的大小,水下點(diǎn)光源是向四面八方照

12、射,當(dāng)從水中射向空氣時(shí),若入射角大于或等于臨界角,就會(huì)發(fā)生光的全反射.所以有區(qū)域的光不會(huì)射出。 ★針對(duì)練習(xí)2★如圖所示為用某種透明材料制成的一塊柱形棱鏡的橫截面圖,圓弧CD是半徑為R的四分之一圓周,圓心為.光線從AB面上的M點(diǎn)入射,入射角i=60 ,光進(jìn)入棱鏡后恰好在BC面上的O點(diǎn)發(fā)生全反射,然后由CD面射出.已知OB段的長(zhǎng)度l=6cm,真空中的光速c=3.0108m/s. 求:①透明材料的折射率n②光從M點(diǎn)傳播到點(diǎn)O所用的時(shí)間t. 【答案】①② 【名師點(diǎn)睛】本題是折射現(xiàn)象和全反射現(xiàn)象的綜合,關(guān)鍵作出光路圖,掌握全反射的條件和臨界角公式,結(jié)合幾何關(guān)系求解. - 8 -

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