2019屆高考物理二輪復習光學專題光的折射講義.docx

光的折射1.折射定律(1)內容：如圖1所示，折射光線與入射光線、法線處在同一平面內，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側；入射角的正弦與折射角的正弦成正比.(2)表達式：n.(3)在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的.2.折射率(1)折射率是一個反映介質的光學性質的物理量.(2)定義式：n.(3)計算公式：n，因為vc，所以任何介質的折射率都大于1.(4)當光從真空(或空氣)射入某種介質時，入射角大于折射角；當光由介質射入真空(或空氣)時，入射角小于折射角.3.折射率的理解(1)折射率由介質本身性質決定，與入射角的大小無關.(2)折射率與介質的密度沒有關系，光密介質不是指密度大的介質.(3)同一種介質中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越小.一、光的折射定律1（1）折射光線在入射光線和法線所在的平面上，折射光線和入射光線分居在法線的兩側，（2）入射角的正弦跟折射角的正弦之比為一常數(shù)折射定律的各種表達形式： (1為入、折射角中的較大者。)在光的折射現(xiàn)象中，光路也是可逆的。二、折射率： ird1 2（1） 光從真空射入某種介質時，入射角的正弦跟折射角的正弦之比（2）（2）折射率等于光在真空中的速度c 跟光在這種介質中的速度v之比，n= c/v三、通過平行玻璃磚的光線當光線從玻璃磚上表面入射，從下表面射出時，其特點是：光線通過平行玻璃磚后的出射光線和入射光線平行且有側向位移。側向位移的大小跟平行玻璃磚的厚度及入射角、折射率有關。各種色光在第一次入射時發(fā)生色散（第二次折射不再色散）；射出光線的側移和折射率、入射角、玻璃磚的厚度有關；可利用玻璃磚測定玻璃的折射率。四、 通過棱鏡的光線（1）光線通過三棱鏡兩次向底面偏折，通過三棱鏡所成的像向頂角偏移，偏折角度跟棱鏡材料的折射率有關，折射率越大，偏折角度越大.偏折角度還跟入射角的大小有關系.（2）白光通過三棱鏡后產(chǎn)生色散現(xiàn)象，（3）全反射棱鏡是橫截面成等腰直角三角形的三棱鏡。全反射棱鏡ABCABC4545甲乙ABC光線通過棱鏡后向底面偏折COMNABDP1P2P31（2）（本題4分）如圖所示，某同學用插針法測定一半圓形玻璃磚的折射率在平鋪的白紙上垂直紙面插大頭針P1、P2確定入射光線，并讓入射光線過圓心O，在玻璃磚（圖中實線部分）另一側垂直紙面插大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，連接O P3圖中MN為分界面，虛線半圓與玻璃磚對稱，B、C分別是入射光線、折射光線與圓的交點，AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D點 設AB的長度為l1，AO的長度為l2，CD的長度為l3，DO的長度為l4，為較方便地表示出玻璃磚的折射率，需用刻度尺測量 （用上述給出量的字母表示），則玻璃磚的折射率可表示為 答：l1、l3；l1/l3 （每空2分）P1P2P3P4OA2 （2）（5分）（選做，適合選修34的同學）如圖所示，某同學利用方格坐標紙測定半圓形玻璃磚的折射率，OA是畫在紙上的直線，他在直線OA適當位置先后豎直插上P1、P2兩枚大頭針，如圖放上玻璃磚（如粗黑線所示），然后插上P3、P4大頭針。其中他確定P3大頭針位置的方法應當是： 。若該同學實驗操作規(guī)范準確，其記錄的情況如圖所示。該同學還用圓規(guī)做了一個以O為圓心，半徑與玻璃磚相同的半圓（如圖中虛線所示）。請您幫這位同學算出玻璃磚的折射率，寫出必要的計算過程。P1P2P3P4OACBDE本小題考查用插針法測定玻璃折射率的實驗數(shù)據(jù)處理方法。透過玻璃磚看，P3大頭針擋住P1、P2兩枚大頭針的像。（2分）如圖，由折射定律可得： （3分）O21入射光3.（2）（4分）如圖，一玻璃柱體的橫截面為半圓形，細的單色光束從空氣射向柱體的O點（半圓的圓心），產(chǎn)生反射光束1和透射光束2，已知玻璃折射率為，當入射角時，求反射光束1和透射光束2之間的夾角多大？解：反射角60 （1分）由折射定律 （1分）解得折射角r = 30 （1分）因此反射光束1和透射光束2之間的夾角 （1分）4、圖2表示兩面平行玻璃磚的截面圖，一束平行于CD邊的單色光入射到AC界面上，a、b是其中的兩條平行光線光線a在玻璃磚中的光路已給出畫出光線B從玻璃磚中首次出射的光路圖，并標出出射光線與界面法線夾角的度數(shù)ABCDab45454530圖2BCDab4545454530A30解：光路如圖所示HrS5(選修3-4) (2)在水面上放置一個足夠大的遮光板，板上有一個半徑為r的圓孔，圓心的正上方h 處放一個點光源S，在水面下深H處的底部形成半徑為R的圓形光亮區(qū)域(圖中未畫出)測得r=8cm，h=6cm，H=24cm，R=26cm，求水的折射率HhrS解：根據(jù)光路圖，可知 （2分）（2分）由折射定律得，得n= （2分）iOhA6（2）如圖所示，己知平行玻璃磚的折射率，厚度為d.入射光線AO以入射角i=60射到玻璃磚的上表面，經(jīng)玻璃磚折射從下表面射出，出射光線與入射光線平行，求兩平行光線間距離.（結果可用根式表示）解：作出光路如圖，由折射定律得 所以r=300 irOCDB由圖知DOC=DOB=300則 出射光線與入射光線間的距離是O1O2AB水7（6分）如圖所示，空氣中有A點，水中有B點，在A點置一信號源發(fā)出光波和聲波訊號傳到水中B，沿AO1B路徑傳播的是a波，沿AO2B路徑傳播的是b波，則a波、b波各是什么波？簡述你的判斷過程。答：a波是光波，b波是聲波。無線電波從空氣進入水中速度變小，入射角大于折射角；而超聲波從空氣進入水中速度變大，入射角小于折射角，所以a波是光波、b波是聲波。8B（2）（模塊3-4試題）ABO圖示是一透明的圓柱體的橫截面，其半徑R20cm，折射率為，AB是一條直徑，今有一束平行光沿AB方向射向圓柱體，試求：光在圓柱體中的傳播速度；距離直線AB多遠的入射光線，折射后恰經(jīng)過B點.解：光在圓柱體中的傳播速度BPCOD（2分）設光線PC經(jīng)折射后經(jīng)過B點，光路圖如圖所示由折射定律有： （2分）又由幾何關系有： （1分）解得 光線PC離直線AB的距離（1分）則距離直線AB為的入射光線經(jīng)折射后能到達B點ABO12（2）如圖所示，玻璃球的半徑為R，折射率，今有一束平行光沿直徑AB方向照射在玻璃球上，試求離AB多遠的入射光線最終射出后沿原方向返回。解：由光路圖知122dAB解式得 即230160d=Rsin1 609、如圖，一束單色光射入一玻璃球體，入射角為60。己知光線在玻璃球內經(jīng)一次反射后，再次折射回到空氣中時與入射光線平行。此玻璃的折射率為 （ C ）O60ABCDA B1.5 C D2解析：如圖，為光線在玻璃球內的光路圖A、C為折射點，B為反射點，作OD平行于入射光線，NMAOBai故，所以，玻璃的折射率10.(3)如圖所示，半圓玻璃磚的半徑R=10cm，折射率為，直徑AB與屏幕垂直并接觸于A點激光a以入射角i=30射向半圓玻璃磚的圓心O，結果在水平屏幕MN上出現(xiàn)兩個光斑求兩個光斑之間的距離L解：畫出如圖光路圖,設折射角為r,根據(jù)折射定律rNMAOBaQPi（1分）解得 （1分）由幾何知識得，OPQ為直角三角形，所以兩個光斑PQ之間的距離（2分）解得 （1分）11BCA(3) (3-4模塊) (5分)如圖所示，一個橫截面為直角三角形的三棱鏡，A=30，C90三棱鏡材料的折射率是。一條與BC面成30角的光線射向BC面，經(jīng)過AC邊一次反射從AB邊射出。求從AB邊射出光線與AB邊的夾角。解：由折射定律，在BC界面： BCA第12題（3）圖 / （1分） =300 （1分）光線在AC界面發(fā)生反射再經(jīng)AB界面折射 （1分） （1分）/=60則射出光線與AB面的夾角=90-/=30 （1分） 12、（9分） 物理選修34 RO一半徑為R的1/4球體放置在水平桌面上，球體由折射率為的透明材料制成現(xiàn)有一束位于過球心O的豎直平面內的光線，平行于桌面射到球體表面上，折射入球體后再從豎直表面射出，如圖所示已知入射光線與桌面的距離為求出射角解：本題考查幾何光學知識，通過畫光路圖，根據(jù)折射定律，由幾何關系列式求解。設入射光線與1/4球體的交點為C，連接OC，OC即為入射點的法線。因此，圖中的角為入射角。過C點作球體水平表面的垂線，垂足為B。依題意，COB=。又由OBC知ROaaB 設光線在C點的折射角為，由折射定律得 解得：30 由幾何關系知，光線在球體的豎直表面上的入射角30(見圖)由折射定律得： 因此： ，解得：60 ABCNM乙甲AMNBC13(16分)如圖甲所示，在保齡球球道的一側平行于球道有一面豎立的平面鏡，保齡球被擲出后沿球道中央線BC做勻速直線運動。有人想利用球道旁的這個平面鏡測出球的運動速度，于是他在平面鏡中央正前方位于球道另一側距平面鏡d=1.6m的A點，眼睛貼近地面觀察，測出在平面鏡中看到球像的時間t=1.5s。設他在鏡中剛能看到球像時球的位置在P點，恰好看不到球像時球的位置在