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1、 永久免费组卷搜题网第十四章 光学 【知识建构】折射定律折射率光的折射光的色散光的传播全反射条件临界角光光的全反射光导纤维双缝干涉光的干涉光的波动性薄膜干涉光的衍射光的偏振第三节 光的折射 全反射一、 考情分析考试大纲考纲解读1.光的折射定律 2.折射率 3.全反射、光导纤维 光的折射定律为级要求；光的折射定律的分析和计算，全反射及临界角的分析和计算应为复习重点.二、考点知识梳理 1光的直线传播（1）在同一种_中，光是沿直线传播的，小孔成像、影的形成都是光直线传播的例证。如果介质分布不均匀，光在传播过程中就会发生弯折，海市蜃楼现象就是例证。（2）光的传播过程也是_传递的过程。（3）光的传播速度
2、光在真空中的传播速度为在其它介质中的速度，式中n为介质的折射率，n1，故v n2 Bn1 n2 C光从它的一端射入到从另一端射出所需要的时间等于L/c D光从它的一端射入到从另一端射出所需要的时间等于n1L/ n2c4.如图13-3-9所示，用透明材料做成一长方体形的光学器材，要求从上表面射入的光线可能从右侧面射出，那么所选的材料的折射率应满足A折射率必须大于 B折射率必须小于13-3-9C折射率可取大于1的任意值 D无论折射率是多大都不可能5.一束光从空气射向折射率n=的某种玻璃的表面，如图13-3-10所示，i表示入射角，则（ ） A无论入射角i有多大，折射角r都不会超过45013-3-1
3、0 B欲使折射角r300，应以i450的角度入射 C当入射角iarctan时，反射光线与折射光线恰好互相垂直 D以上结论都不正确B 能力提升6.（09全国卷21）一玻璃砖横截面如图13-3-11所示，其中ABC为直角三角形（AC边末画出），AB为直角边ABC=45；ADC为一圆弧，其圆心在BC边的中点。此玻璃的折射率为1.5。P为一贴近玻璃砖放置的、与AB垂直的光屏。若一束宽度与AB边长度相等的平行光从AB边垂直射入玻璃砖，则 （ ）13-3-11A. 从BC边折射出束宽度与BC边长度相等的平行光B. 屏上有一亮区，其宽度小于AB边的长度C. 屏上有一亮区，其宽度等于AC边的长度D. 当屏向远
4、离玻璃砖的方向平行移动时，屏上亮区先逐渐变小然后逐渐变大7.（09四川21）如图13-3-12所示，空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为r，外圆半径为R，Rr。现有一束单色光垂直于水平端面A射入透明柱体，只经过两次全反射就垂直于水平13-3-12端面B射出。设透明柱体的折射率为n，光在透明柱体内传播的时间为t，若真空中的光速为c，则 （ ）A. n可能为 B. n可能为2C. t可能为 D. t可能为8（2008年高考四川卷理综21）如图13-3-13所示，一束单色光射入一玻璃球体，入射角为60。己知光线在玻璃球内经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行。此玻璃的折射率
5、为 ( ) A B1.5 C D2 13-3-13 9.（江苏省南京市2008届高三质量检测卷物理32）如图13-3-14所示，玻璃棱镜ABCD可以看成是由ADE、ABE、BCD三个直角三棱镜组成。一束频率5.31014Hz的单色细光束从AD面入射，在棱镜中的折射光线如图中ab所示，ab与AD面的夹角。已知光在真空中的速度c=3108m/s，玻璃的折射率n=1.5，求：（1）这束入射光线的入射角多大？（2）光在棱镜中的波长是多大？（3）该束光线第一次从CD面出射时的折射角。 13-3-14（结果可用三角函数表示） 图1413-3-1510.（09山东37） （物理物理3-）（2）一束单色光由左
6、侧时的清水的薄壁圆柱比，图13-3-15为过轴线的截面图，调整入射角，光线拾好在不和空气的界面上发生全反射，已知水的折射角为，的值。13-3-1611.（09宁夏35.（2）一棱镜的截面为直角三角形ABC，A=30o，斜边ABa。棱镜材料的折射率为n=。在此截面所在的平面内，一条光线以45o的入射角从AC边的中点M射入棱镜射出的点的位置（不考虑光线沿原来路返回的情况）。12.如图13-3-17所示，玻璃球的半径为R，折射率n=，今有一束平行光沿直径AB方向照射在玻璃球上，试求离AB多远的入射光线最终射出后沿原方向返回答案（1）从该时刻经，质点M恰经过平衡位置，所以位移为0。该时刻振动增强的点是
7、：M、O、P、Q；振动减弱的点是：N。B 能力提升 ABO13-3-17五、宽乘高用光的折射解释自然现象现象一:星光闪烁与光折射 由于重力的影响，包围地球的大气密度随高度而变化；另外，由于气候的变化，大气层的各处又在时刻不断地变化着，这种大气的物理变化叫做大气的抖动由于大气的抖动便引起了空气折射率的不断变化我们观望某一星星时，星光穿过大气层进入眼睛，于是看到了星光之后由于大气的抖动，使空气折射率发生变化，星光传播的路径便发生了改变，这时星光到达另一地点，我们站在原来的地方就看不见它的光了，便形成一次闪烁大气的抖动是时刻不停的，并与气候密切相关一般大气抖动明显地大气折射率而形成一次闪烁的时间间隔
8、是14秒，所以，我们观望星空时，看到的星光是闪烁的了现象二:蓝天、红日与光散射 光在传播过程中，遇到两种均匀媒质的分界面时，会产生反射和折射现象但当光在不均匀媒介质中传播时，情况就不同了由于一部分光线不能直线前进，就会向四面八方散射开来，形成光的散射现象地球周围由空气形成的大气层，就是这样一种不均匀媒质因此，我们看到的天空的颜色，实际上是经大气层散射的光线的颜色科学家的研究表明，大气对不同色光的散射作用不是“机会均等”的，波长短的光受一的散射最厉害当太阳光受到大气分子散射时，波长较短的蓝光被散射得多一些由于天空中布满了被散射的蓝光，地面上的人就看到天空呈现出蔚蓝色空气越是纯净、干燥，这种蔚蓝色
9、就越深、越艳如果天空十分纯净，没有大气和其他微粒的散射作用，我们将看不到这种璀璨的蓝色比如在2万米以上的高空，空气气体分子特别稀薄，散射作用已完全消失，天空也会变得暗淡同样道理，旭日初升或日落西山时，直接从太阳射来的光所穿过的大气层厚度，比正午时直接由太阳射击来的光所穿过的大气层厚度要厚得多太阳光在大气层中传播的距离越长，被散射掉的短波长的蓝光就越多，长波长的红光的比例也显著增多最后到达地面的太阳光，它的红色万分也相对增加，因此，才会出现满天红霞和血红夕阳实际上，发光的太阳表面的颜色却始终没有变化现象三:光在大气中的折射 光在到达密度不同的两层大气的分界面时，会发生光的折射气象学告诉我们，空气
10、的密度的大小主要受气压和气温两个条件的影响气压指得是单位面积空气柱的重量大气层包围在地球表面，因此在大气层的低层气压较高，越向上气压越低气压高则空气密度大，气压低则空气密度小因此，正常情况下，总是贴近地面的空气密度最大，越向上空气密度越小温度对空气密度的影响和气压则刚好相反气温越高，空气的体积越膨胀，空气的密度越小；温度越低，空气收缩，则空气的密度变大一般越接近地面温度越高（逆温层是个例外） 根据实测所得，在大多数情况下，温度的上下差别不是太大，而气压上下的差别却很显著，因此气压对空气密度的垂直分布所产生的影响远比气温的影响大，这就使得空气密度经常是越向上越小的（当然减小的情况并不是一成不变的
11、）由于地球上空气的密度随高度的变化，折射率随密度减小而正比例地减小，因此光在大气中传播时，通过一层层密度不同的大气，在各层的分界面处会发生折射，使光线不沿直线传播而是变弯曲，这样当太阳和其他星体的光线进入大气以后，光线就会拐弯，这种现象称天文折射，这使在地面观测得的天体视位置S比实际位置S高第三节 光的折射 全反射考点知识梳理1. 均匀介质；能量；长度；时间； 2. 原介质中；同一平面内；法线的两侧；反射角；入射角；可逆； 3. 一种介质；另一种介质；正比；可逆；4. 介质本身；越大；n=c/v；大于；大于；光密；光疏；5. 大于；反射；光从光密介质射向光疏介质；入射角大于或等于临界角；900
12、；考能训练1.解析：如图所示：由知在直角三角形中有：直径D2h=2 h tan(arc sin)易错点悟：本题考查了光的折射，折射定律，折射率，全反射和临界角等知识点，部分考生对于临界角的公式容易混淆其字母的物理意义。答案：A2.解析：据临界角公式可知该介质对单色光的折射率为n，选项A正确。而，据此可知选项B、C正确。而光传播时频率是不变的，选项D错误。易错点悟：本题比较基础，但部分考生不清楚折射率与速度、波长的关系，导致漏选选项。答案：ABC3.解析：根据全反射的条件可知：玻璃芯的折射率n1要大于外层材料的折射率n2，选项A正确。据题意有；而；在玻璃芯中传播时；联立解得易错点悟：本题考查光的
13、全反射运用的问题，部分考生认为光传播的快，发生一些偏折可以忽略。如果经过长距离的光导纤维，就不能不考虑了。部分考生还容易讲折线近似看成直线或把光在折射率为的玻璃芯中的速度当成C。答案：A4.解析：从图中可以看出，为使上表面射入的光线经两次折射后从右侧面射出，1和2都必须小于临界角C，即1C，245，n=1/sinC临界角,所以在BC面上发生全反射仍然以宽度大小为AB长度的竖直向下的平行光射到AC圆弧面上.根据几何关系可得到在屏上的亮区宽度小于AB的长度,B对.D正确。答案：BD7.解析：只经过两次全反射可知第一次入射角为45，反射光路图如右图所示。根据全反射可知临界角C45，再根据n可知n；光
14、在透明柱体中运动路程为L4r，运动时间为tL/V4nr/c，则t4r/c，CD均错。ABO60ABCD8【解析】由题可知单色光在玻璃球体发生了全反射，如图13-3-24所示，为光线在玻璃球内的光路图A、C为折射点，B为反射点，作OD平行于入射光线，故，所以，玻璃的折射率 【答案】C 9【解析】（1）设光在AD面的入射角、折射角分别为i、r r=30 根据 得 （2）根据 根据 （2分）（3）光路如图13-3-26所示 ab光线在AB面的入射角为45设玻璃的临界解为C，则sin450.67，因此光线ab在AB面会发生全反射光线在CD面的入射角r=r=30 根据 ，光线CD面的出射光线与法线的夹角
15、 由折射定律有：又由几何关系有： 解得 光线PC离直线AB的距离CD=Rsin10cm（1分）则距离直线AB为10cm的入射光线经折射后能到达B点【答案】（1） （2） （3）10.解析： （2）当光线在水面发生全放射时有，当光线从左侧射入时，由折射定律有，联立这两式代入数据可得。考点：光的折射和全放射11解析：设入射角为i，折射角为r，由折射定律得 由已知条件及式得 如果入射光线在法线的右侧，光路图如图1所示。设出射点为F，由几何关系可得 即出射点在AB边上离A点的位置。 如果入射光线在法线的左侧，光路图如图13-3-29所示。设折射光线与AB的交点为D。由几何关系可知，在D点的入射角 设全发射的临界角为，则 由和已知条件得 因此，光在D点全反射。 设此光线的出射点为E，由几何关系得DEB= 联立式得 即出射点在BC边上离B点的位置。12.解析：由光路图知122dAB解式得cos2= 即230160d=Rsin1 d=R 永久免费组卷搜题网