2020高考物理浙江专用版大二轮讲义:专题六 选修 第14讲 Word版含解析.pdf
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1、第 1 页 共 20 页 第第 14 讲 光的折射 全反射讲 光的折射 全反射 1两个公式 (1)折射率:nsin 1 sin 2 (2)nc v 2解题技巧 (1)作图时要找出具有代表性的光线,如符合边界条件或全反射临界条件的光线 (2)解答时注意利用光路可逆性、对称性和几何知识 例 1 (多选)(2019四川省综合能力提升卷)如图所示, 等边三角形 ABC 为某透明玻璃三棱镜 的截面图,边长等于 L,在截面上一束足够强的细光束从 AB 边中点与 AB 边成 30入射角由 真空射入三棱镜,从 BC 边射出的光线与 BC 的夹角为 30.则( ) A玻璃的折射率为 3 B在 BC 边能发生全反
2、射 C光在三棱镜中的传播路程 0.5L D光在三棱镜中的传播时间为 3L 2c 答案 ACD 第 2 页 共 20 页 解析 光射入三棱镜的光路如图所示,i1903060, 由折射定律得:n sin i1 sin r1 光在 BC 边折射时,由折射定律有: 1 n sin i2 sin r2 由题意知 r2903060,则 i2r1 联立解得:r1i230,n 3 又因 sin C ,sin C 1 n 3 3 则 sin i2sin C,在 BC 边不能发生全反射 由几何知识知:从 AB 边上射入的光在三棱镜中的传播路程 s0.5L, 光在三棱镜中传播速度 v c, c n 3 3 光在三棱
3、镜中的传播时间 t . s v 3L 2c 拓展训练 1 如图所示为一横截面为直角三角形的三棱镜,B90,C30.一束与 AB 边成 30角的光线射向 AB 面, 在棱镜中经过 BC 边一次反射后从 AC 边射出, 出射光线的 折射角为 60.则这种材料的折射率为( ) A. B. C. D223 4 3 第 3 页 共 20 页 答案 B 解析 作出光路图如图所示,根据几何关系和折射定律有 n,可得:i sin 60 sin i sin 60 sin60i 30,n,故 B 正确3 拓展训练 2 (多选)(2019台州 3 月一模)图中所示,Ox 轴沿水平方向,Oy 轴沿竖直向上方 向在 x
4、0,y0 的矩形区域内存在某种分布范围足够广的介质,其折射率只能随着 y 的变 化而变化有两束细光束 a、b 入射到介质表面,沿如图所示的路径传播,下列判断正确的是 ( ) A此介质的折射率随着 y 的增大而增大 B介质对光 a 的折射率比对光 b 的折射率大 C产生海市蜃景现象与上述现象的光学原理类似 D细光束 a 在继续传播的过程中可能会发生全反射 答案 CD 解析 由光的传播路径可知,此介质的折射率随 y 的增大而减小,故 A 错误;介质对 b 的偏 折更厉害,即对 b 光的折射率比对 a 光的折射率大,B 错误;由图知,光是从光密介质进入 光疏介质,故可能发生全反射,故 D 正确 拓展
5、训练 3 (多选)(2019杭州地区重点中学期末)如图所示是一玻璃球体,其半径为 R,O 为球心,AB 为水平直径M 点是玻璃球的最高点,点光源 B 发出的光线 BD 从 D 点射出, 出射光线平行于 AB,已知ABD30,光在真空中的传播速度为 c,则( ) 第 4 页 共 20 页 A此玻璃的折射率为 3 B光线从 B 到 D 需用时3R c CB 发出的光线不可能在 DM 段发生全反射现象 DB 发出的光线从 AD 段射出的光线均平行于 AB 答案 AB 解析 由题图结合几何知识可得入射角 iABD30,折射角 r2ABD60,则此玻璃 的折射率为 n,故 A 正确BD 长度 s2Rco
6、s 30R,光在玻璃球内传播的速 sin r sin i 33 度 v ,故光线从 B 传到 D 点的时间为 t ,故 B 正确由 sin C ,则临 c n s v 3R c 1 n 3 3 2 2 界角 C45,所以若增大ABD,入射角可能大于临界角,所以光线可能在 DM 段发生全反 射现象,故 C 错误要使出射光线平行于 AB,入射角必为 30,若减小ABD,入射角减小, 则从 AD 段射出的光线与 AB 不平行,故 D 错误 相关知识链接 1全反射的条件 (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,其中临界角:sin C . 1 n 2光的色散问题 (1)同种介质对不
7、同频率的光的折射率不同,频率越高,折射率越大 第 5 页 共 20 页 (2)由 n ,n 可知,光的频率越高,在介质中的波速越小,波长越小 c v 0 规律方法提炼 分析思路 (1)根据题意严格作出光路图,有时需分析、寻找临界光线、边界光线为研究对象 (2)明确两介质折射率的大小关系 若光疏光密:定有反射、折射光线 若光密光疏:如果入射角大于或等于临界角,一定发生全反射 (3)根据反射定律、折射定律列出关系式,结合几何关系(充分考虑三角形、圆的特点),联立 求解 例 2 (多选)(2019浙南名校联盟高三期末)如图,将黄色平行光束从半圆柱体的矩形表面垂 直射入,部分圆形柱面有光线射出已知,透
8、明半圆柱体对黄光折射率为 n2,半径为 R1 m,长为 L2 m,不考虑二次反射,那么( ) A黄光从空气射入半圆柱体速度变小 B黄光从空气射入半圆柱其光子能量变小 C有黄光从圆形柱面射出部分的区域面积 S m2 2 3 D若只将黄光换成蓝光,有光线从圆形柱面射出部分的面积将增大 答案 AC 解析 由 v ,黄光从空气进入半圆柱体速度变小,故 A 正确 ; 由于频率不变,故光子能量 c n 不变,故 B 错误;在半圆面上发生全反射时,sin ,临界角,30 ,由几何知识, 1 n 6 第 6 页 共 20 页 照亮面积 S2RL m2, 故 C 正确 ; 若换成蓝光, 全反射临界角变小, 射出
9、的面积 S2RL 2 3 也变小,故 D 错误 拓展训练 4 如图所示,某同学将一枚大头针从一边长为 6 cm 的正方形不透光的轻质薄板 正中心垂直于板插入,制作成了一个测定液体折射率的简单装置他将该装置放在某种液体 液面上,调整大头针插入深度,当插入液体中深度为 4 cm 时,恰好从液面上方任何方向都看 不到液体中的大头针,则该液体的折射率为( ) A. B. C. D. 5 3 4 3 5 4 3 4 答案 A 解析 要恰好从液面上方任何方向均看不到大头针,则要求光线射到薄板边缘界面处时恰好 发生全反射,设临界角为 C. 由临界角与折射率的关系得:sin C 1 n 由几何关系得:sin
10、C r r2h2 3 3242 3 5 联立式可得:n . 5 3 拓展训练 5 (多选)(2019贵州省部分重点中学 3 月联考) 如图所示, 足够长的平行玻璃砖厚 度为 d,底面镀有反光膜 CD,反光膜厚度不计,一束光线以 45的入射角由 A 点入射,经底 面反光膜反射后, 从顶面 B 点射出(B 点图中未画出) 已知该光线在玻璃砖中的传播速度为 2 2 c,c 为光在真空中的传播速度,则( ) 第 7 页 共 20 页 A平行玻璃砖的折射率为 2 B入射点 A 与出射点 B 之间的距离为2 3d 3 C平行玻璃砖的全反射临界角为 30 D为了使从 A 点以各种角度入射的光线都能从顶面射出
11、,则底面反光膜 CD 长度至少 2d 答案 ABD 解析 n ,则 n,解得 30,则 xAB2dtan d c v 2 sin sin 2 2 3 3 sin C ,则 C45,则 LCD2dtan C2d 1 n 相关知识链接 1杨氏双缝干涉 (1)单色光:形成明暗相间的条纹,中央为亮条纹 (2)白光:光屏上出现彩色条纹,且中央亮条纹是白色 (3)相邻条纹间距公式:x . l d 2薄膜干涉 第 8 页 共 20 页 (1)相干光:光照射到透明薄膜上,从薄膜的两个表面反射的两列光波 (2)图样特点:同双缝干涉,同一条亮(或暗)条纹对应的薄膜的厚度相等单色光照射薄膜时 形成明暗相间的条纹,白
12、光照射薄膜时形成彩色条纹 规律方法提炼 1区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法 (1)根据条纹的宽度区分:双缝干涉条纹的宽度相同,而单缝衍射的中央亮条纹最宽,两侧的 亮条纹逐渐变窄 (2)根据亮条纹的亮度区分:双缝干涉条纹,从中央亮条纹往两侧亮度变化很小,而单缝衍射 条纹中央亮条纹最亮,两侧的亮条纹逐渐变暗 2亮暗条纹的判断方法 (1)如图所示,光源 S1、S2发出的光到屏上某点的路程差 r2r1k(k0,1,2)时,光屏上出 现亮条纹 (2)光的路程差 r2r1(2k1) (k0,1,2)时,光屏上出现暗条纹 2 例 3 (2019金华十校高三期末)下列关于光的现象说法正确的是( ) 第 9
13、 页 共 20 页 A图甲的干涉条纹表明:被检测工件表面的 P 为凹处,Q 为凸处 B图乙为光线通过小圆孔得到的衍射图样 C图丙的原理和光导纤维传送光信号的原理一样 D图丁的原理和照相机镜头表面涂上增透膜的原理一样 答案 A 解析 薄膜干涉是等厚干涉,即明条纹空气膜的厚度相同,故 P 处凹陷,Q 处凸起,故 A 项 正确;图乙为小圆板得到的衍射图样,中央有泊松亮斑,不是小圆孔的衍射,故 B 项错误; 海市蜃楼是光的折射现象,光导纤维是全反射现象,原理不一样,故 C 项错误;立体电影是 光的偏振,与镜头涂增透膜利用光的干涉原理不相同,故 D 项错误 拓展训练 6 (多选)(2019安徽省皖江名校
14、联盟摸底大联考) 下列说法正确的是( ) A拍摄玻璃橱窗内的物品时,往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度 B用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象 C用三棱镜观察白光看到的彩色图样是光的色散现象 D泊松亮斑是光的衍射现象,全息照相的拍摄利用了激光的相干性 答案 CD 解析 拍摄玻璃厨窗内的物品时,往往在镜头前加一个偏振片以减弱玻璃反射光的强度,使 照片清晰,但不能增加透射光的强度,A 错误;用透明的标准平面样板检查光学平面的平整 程度是利用光的干涉,B 错误;用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射,形成光 的色散现象,C 正确;根据光的衍射与光的干涉特点,泊松
15、亮斑是光的衍射现象,根据激光 的应用可知,全息照相的拍摄利用了激光的相干性的特点,与干涉原理有关,D 正确 例 4 (多选)(2019杭州市高三期末)真空中有一半径为 R、质量分布均匀的玻璃球现将过 球心的截面圆周分成 12 等份,如图所示一束复色光沿图示截面从“10 点钟”位置以 60入 射角射入玻璃球后, 分成两束光分别从 “1 点钟” “2 点钟” 位置射出 已知真空中的光速为 c, 下列说法正确的是( ) 第 10 页 共 20 页 A从“1 点钟”出射的光束的光子动量比较小 B改变入射角,两束光在玻璃球中均有可能发生全反射 C从“2 点钟”出射的光束在玻璃球中穿越的时间 t3R c
16、D通过同一单缝时,从“2 点钟”出射的光束比“1 点钟”出射的光束衍射更明显 答案 AC 解析 根据折射定律知从“1 点钟”出射的光束折射率较小,波长较长,由 知该光束的 h p 动量较小,故 A 正确;无论怎样改变入射角,折射光线射到玻璃球内表面时的入射角都等于 光束进入玻璃球的折射角,根据光路的可逆性可知两束光在玻璃球中均不可能发生全反射, 故 B 错误 ; 从 “2 点钟” 出射的光束进入玻璃球折射时折射角为 30, 折射率为 : n sin i sin r sin 60 sin 30 ,该光束在玻璃球中传播速度为:v c,传播距离为:s2Rcos 30R,在玻3 c n 3 3 3 璃
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