浙江鸭2019版高考物理大一轮复习第十一章光电磁波第1讲光的反射与折射全反射课件.ppt

第1讲 光的反射与折射 全反射,第十一章 光 电磁波,考试标准,内容索引,过好双基关 回扣基础知识 训练基础题目,研透命题点 细研考纲和真题 分析突破命题点,课时作业 限时训练 练规范 练速度,过好双基关,一、光的反射与折射 1.反射定律 反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的 ；反射角等于入射角. 2.折射定律 (1)内容：如图1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正比.,两侧,同一平面,图1,(2)表达式： n. (3)在光的折射现象中，光路是 的. 3.折射率 (1)折射率是一个反映介质的 的物理量. (2)定义式：n . (3)计算公式：n ，因为vc，所以任何介质的折射率都大于 . (4)当光从真空(或空气)射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质射入真空(或空气)时，入射角小于折射角.,可逆,光学性质,1,自测1 (多选)如图是光由空气射入半圆形玻璃砖，再由玻璃砖射入空气的光路图，O点是半圆形玻璃砖的圆心.下列情况可能发生的是,答案,二、全反射 1.条件：(1)光从光密介质射入光疏介质. (2)入射角 临界角. 2.临界角：折射角等于 时的入射角.若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，则sin C .介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小.,大于或等于,90°,自测2 (多选)光从介质a射向介质b，如果要在a、b介质的分界面上发生全反射，那么必须满足的条件是 A.a是光密介质，b是光疏介质 B.光在介质a中的速度必须大于在介质b中的速度 C.光的入射角必须大于或等于临界角 D.必须是单色光,答案,三、光的颜色 色散 1.色散现象 白光通过三棱镜会形成由红到紫七种色光组成的 光谱. 2.成因 由于不同色光折射率不同，它们射到另一个分界面时，折射率大的光，偏折角 . 3.光的色散现象说明 (1)白光为复色光； (2)同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率 ； (3)不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速 .,彩色,也大,越大,越慢,自测3 (多选)如图2所示，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b，波长分别为a、b，该玻璃对单色光a、b的折射率分别为na、nb，则 A.ab C.nanb,答案,图2,解析 一束光经过三棱镜折射后，折射率小的光偏折较小，而折射率小的光波长较长，所以ab，nanb.故选项B、C正确.,解析,研透命题点,命题点一 光的折射问题,1.对折射率的理解 (1)公式n 中，不论是光从真空或空气射入介质，还是从介质射入真空或空气，1总是真空或空气中的光线与法线间的夹角，2总是介质中的光线与法线间的夹角. (2)折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质. (3)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关，与入射角的大小无关.同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小. (4)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同.,2.应用光的折射定律解题的一般思路 (1)根据入射角、折射角及反射角之间的关系，作出比较完整的光路图. (2)充分利用光路图中的几何关系，确定各角之间的联系，根据折射定律求解相关的物理量：折射角、折射率等. (3)注意在折射现象中，光路是可逆的.,例1 (多选)如图3所示，一个储油桶的底面直径与高均为d.当桶内没有油时，从某点A恰能看到桶底边缘的某点B.当桶内油的深度等于桶高的一半时，仍沿AB方向看去，恰好看到桶底上的点C，C、B两点相距 .则下列说法正确的是,图3,答案,解析,答案,变式1 (多选)关于折射率，下列说法正确的是 A.根据n 可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比 B.根据n 可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比 C.根据n 可知，介质的折射率与光在该介质中的光速成反比 D.同一频率的光由真空进入某种介质时，折射率与光在介质中的波长成 反比,解析,解析 介质的折射率是一个反映介质光学性质的物理量，由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角无关，故选项A、B均错； 由于真空中的光速是一个定值，故n与v成反比是正确的，选项C正确； 由于vf，当f一定时，v与成正比，又n与v成反比，故n与也成反比，选项D正确.,答案,变式2 (多选)一束光从空气射向折射率n 的某种玻璃的表面，如图4所示.i代表入射角，则 A.当入射角i0°时不会发生折射现象 B.无论入射角i是多大，折射角r都不会超过45° C.欲使折射角r30°，应以i60°的角度入射 D.当入射角i满足tan i 时，反射光线跟折射光 线恰好互相垂直,解析,图4,解析 当入射角i0°时光能从空气进入玻璃，故发生了折射，A错误； 当入射角是90°时，根据折射定律n ，解得：r45°，所以无论入射角i是多大，折射角r都不会超过45°，B正确； 欲使折射角r30°，根据折射定律n ，解得：i45°，故C错误； 当tan i 时，根据折射定律n tan i，解得sin rcos i，所以反射光线跟折射光线恰好互相垂直，故D正确.,答案,变式3 (多选)(2015·浙江10月选考·16)为了从坦克内部观察外部目标，在厚度为20 cm的坦克壁上开了一个直径为12 cm的孔，若在孔内分别安装由同一材料制成的如图5所示的三块玻璃，其中两块玻璃的厚度相同.坦克内的人在同一位置通过玻璃能看到的外界的角度范围是 A.甲的大于乙的 B.甲的小于丙的 C.乙的小于丙的 D.乙的等于丙的,解析,图5,解析 对甲、乙、丙，人眼的位置一定，入射光线经玻璃折射后进入眼睛，如图所示，,可知甲的角度范围大于乙、丙的，乙、丙的角度范围相同.,命题点二 全反射问题,1.求解全反射现象中光的传播时间的一般思路 (1)全反射现象中，光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化，即v . (2)全反射现象中，光的传播路程s应结合光路图与几何关系进行确定. (3)由t 求传播时间. 2.解决全反射问题的一般方法 (1)确定光是从光密介质进入光疏介质. (2)应用sin C 确定临界角. (3)根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射. (4)如果发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图. (5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、计算.,答案,例2 (多选)光导纤维技术在现代生产、生活与科技方面得以广泛应用.如图6所示是一个质量均匀分布的有机玻璃圆柱的横截面，B、C为圆上两点，一束单色光沿AB方向射入，然后从C点射出.已知ABO127°，BOC120°.真空中光速c3.0×108 m/s，sin 53°0.8，cos 53°0.6.则 A.光在该有机玻璃中传播速度为1.875×108 m/s B.光在该有机玻璃中的折射率为1.8 C.光在该有机玻璃中发生全反射的临界角为37° D.若将该材料做成长300 km的光导纤维，此单色光 在光导纤维中传播的最短时间为1.6×103 s,图6,解析,答案,变式4 (多选)华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理学奖，他被誉为“光纤通信之父”.光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图7所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播.下列关于光导纤维的说法中正确的是 A.内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯 与外套的界面上发生全反射 B.内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射 C.波长越长的光在光纤中传播的速度越大 D.频率越大的光在光纤中传播的速度越大,图7,解析,解析 当内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上才能发生全反射，选项A错误，B正确； 波长越长的光，频率越小，介质对它的折射率n越小，根据公式v ，光在光纤中传播的速度越大，选项C正确，D错误.,答案,变式5 (多选)(2017·绍兴第一中学期末)一束白光从水中射入真空的折射光线如图8所示，若保持入射点O不变而逐渐增大入射角，下述说法中正确的是 A.若红光射到P点，则紫光在P点上方 B.若红光射到P点，则紫光在P点下方 C.紫光先发生全反射，而红光后发生全反射 D.当红光和紫光都发生全反射时，它们的反射光线 射到水底时是在同一点,图8,解析,解析 同一种介质对紫光的折射率大，而对红光的折射率小，同一入射角时，紫光的折射角大，所以紫光在P点下方，A错误，B正确； 同理，紫光的临界角小，紫光先达到临界角，红光后达到临界角，C正确； 根据光的反射定律，红光和紫光都发生全反射时，反射光线的传播方向一致，所以它们的反射光线射到水底时是在同一点，D正确.,答案,变式6 (多选)如图9所示为半圆形透明介质的横截面，其半径为R.一束光从半圆形透明介质的左边缘以入射角60°射入透明介质，光束在半圆形透明介质的弧形面发生两次反射后刚好从半圆形透明介质的另一边缘射出.已知光在真空中传播的速度为c.则,解析,图9,解析 由几何关系知，光束的折射角r30°,光线在介质中传播路程s3R.,命题点三 光路控制和色散,1.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制,2.各种色光的比较,例3 (多选)如图10所示，两束平行的甲光和乙光，相距为d，斜射到置于空气中的矩形玻璃砖上，若光线在玻璃砖内 不重叠，当它们从玻璃砖的下表面射出时 A.若甲为紫光，乙为红光，则两条出射光线间 距离一定大于d B.若甲为紫光，乙为红光，则两条出射光线间距离可能小于d C.若甲为红光，乙为紫光，则两条出射光线间距离可能大于d D.若甲为红光，乙为紫光，则两条出射光线间距离一定小于d,答案,解析,图10,考向1 平行玻璃砖对光路的控制,解析 根据光学规律知两束出射光线仍平行.玻璃砖对红光和紫光的折射率不同，紫光的折射率大，紫光的侧移量大，红光的侧移量小，用极限法，小到等于零，不偏转，沿直线传播.若甲为紫光，乙为红光，两条出射光线间距离一定大于d，如图a所示，选项A正确，B错误； 若甲为红光，乙为紫光，则两条出射光线间距离一定小于d，如图b所示，选项C错误，D正确.,考向2 三棱镜对光路的控制 例4 (多选)如图11所示，截面为ABC的玻璃直角三棱镜放置在空气中，宽度均为d的紫、红两束光垂直照射三棱镜的一个直角边AB，在三棱镜的另一侧放置一平行于AB边的光屏(足够宽)，屏的距离远近可调，在屏上出现紫、红两条光带，可能是 A.紫色光带在上，红色光带在下，紫色光带较宽 B.紫色光带在下，红色光带在上，紫色光带较宽 C.红色光带在上，紫色光带在下，红色光带较宽 D.红色光带在下，紫色光带在上，红色光带较宽,答案,图11,解析,解析 紫光的频率比红光大，故三棱镜对紫光的折射率比对红光的大，通过三棱镜后紫光偏离入射方向的角度大，故在屏上形成的光带比红光窄.当光屏离三棱镜的距离适当时，紫光既可以在红光的上面，也可以在红光的下面.故C、D选项正确.,变式7 (多选)一束白光从顶角为的三棱镜的一边以较大的入射角i射入并通过三棱镜后，在屏P上可得到彩色光带，如图12所示，在入射角i逐渐减小到零的过程中，假如屏上的彩色光带先后全部消失，则 A.红光最先消失，紫光最后消失 B.紫光最先消失，红光最后消失 C.折射后的出射光线向底边BC偏折 D.折射后的出射光线向顶角A偏折,解析,答案,图12,解析 白光从AB面射入玻璃后，由于紫光偏折程度大，从而到达另一侧面AC时的入射角较大，且因玻璃对紫光的折射率大，sin C ，因而其临界角最小，故随着入射角i的减小，进入玻璃后的各色光中紫光首先发生全反射不从AC面射出，后依次是蓝、青、绿、黄、橙、红光发生全反射而不从AC面射出.故B、C正确.,考向3 半圆柱形玻璃砖对光路的控制 例5 (多选)如图13，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为，经折射后射出a、b两束光线.则 A.在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度 B.在真空中，a光的波长小于b光的波长 C.玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率 D.若改变光束的入射方向使角逐渐变大，则折射 光线a首先消失,解析,答案,图13,解析 由题图可知，a光的折射角大于b光的折射角，根据折射定律可以判断出玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率，故C错误； 根据n 可知，在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度，故A正确； a光的频率大于b光的频率，根据 可知，在真空中a光的波长小于b光的波长，故B正确； 若改变光束的入射方向使角逐渐变大，因为a光的折射率大，a光发生全反射的临界角小，则折射光线a首先消失，故D正确.,课时作业,1.(多选)一束单色光经空气射入玻璃，这束光的 A.速度变慢，波长变短 B.速度不变，波长变短 C.频率增高，波长变长 D.频率不变，波长变短,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,解析 光在玻璃中的传播速度为v ，所以光经空气进入玻璃，传播速度减小；由波长、波速和频率三者的关系vf，光经空气进入玻璃，频率f不变，波长变短.故A、D正确.,2.(多选)关于光从一种介质射入另一种介质时所发生的现象，下列说法中正确的是 A.光从一种介质射向另一种介质时传播方向一定改变 B.有一部分光进入另一种介质，另一部分光被界面反射回原介质 C.随着入射角增大，折射光增强，反射光减弱 D.随着入射角增大，折射光减弱，反射光增强,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,3.(多选)(2016·浙江桐乡茅盾中学模拟)光射到两种不同介质的分界面，分析其后的传播情形可知 A.折射现象的出现说明光是纵波 B.光总会分为反射光和折射光 C.折射光与入射光的传播方向可能相同 D.发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,解析,解析 折射是横波、纵波共有的现象，光是一种电磁波，而电磁波是横波，A错误； 当光从光密介质射向光疏介质而且入射角不小于临界角时，就只有反射光而无折射光，B错误； 当入射角等于0°时折射光与入射光传播方向相同，C正确； 由惠更斯原理对折射的解释可知D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,4.(多选)在没有月光的夜间，一个池面较大的水池底部中央有一盏灯S(可看做点光源)，小鱼在水中游动，它向水面上方看去，看到了亮点S1；小鸟在水面上方飞翔，它向下方水面看去，看到了亮点S2.设水中无杂质，周围无光源，水面平静，下面的说法中正确的是 A.小鱼看到S1属于光的反射现象，S1的位置与小鱼的位置无关 B.小鱼看到S1属于光的折射现象，S1的位置与小鱼的位置有关 C.小鸟看到S2属于光的反射现象，S2的位置与小鸟的位置无关 D.小鸟看到S2属于光的折射现象，S2的位置与小鸟的位置有关,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,解析,解析 小鱼在水中看到的亮点S1是平面镜成像，水面相当于平面镜，属于光的反射成像，根据光的反射定律可知：S灯的位置不变，通过水面所成的虚像位置不变，所以小鱼看到的S1的位置不变，即S1的位置与小鱼的位置无关，故A项正确，B项错误； 小鸟在水面上方，看到亮点S2是折射现象，小鸟在不同位置时，射入小鸟眼的折射光线不同，折射光线的反向延长线在不同位置交于不同点，小鸟看到的是一个亮点，它的位置与鸟的位置有关，故C项错误，D项正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,5.(多选)如图1所示，光在真空和介质的界面MN上发生偏折，那么下列说法正确的是 A.光是从真空射向介质 B.介质的折射率为1.73 C.光在介质中的传播速度为1.73×108 m/s D.反射光线与折射光线成60°角,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,图1,解析 介质的折射率等于为空气中角度的正弦值和介质中角度的正弦值之比，空气中角度较大，对应正弦值较大，对应题图乙中折射角r，故OA为折射光线，光线从B经O到A，由折射率计算公式得n 1.5.,6.(多选)某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n.如图2甲所示，O是圆心，MN是法线，AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径.该同学测得多组入射角i和折 射角r，作出sin i-sin r图象如图乙所示.则 A.光由A经O到B B.光由B经O到A C.n0.67 D.n1.5,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,图2,解析,答案,7.(多选)图3中a是一束白光，射向半圆玻璃砖的圆心O，折射后发生了色散.折射后对红光和紫光的说法正确的是 A.光线1是红光，光线2是紫光 B.光线1是紫光，光线2是红光 C.光线3是红光，光线4是紫光 D.光线3是紫光，光线4是红光,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,图3,8.(多选)光在某种介质中的传播速度是1.5×108 m/s，光从该介质射向空气时 A.介质的临界角是30° B.大于或等于30°的所有角都是临界角 C.入射角大于或等于30°时都能发生全反射 D.临界角可能是60°,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,9.(多选)直线P1P2过均匀玻璃球球心O，细光束a、b平行且关于P1P2对称，由空气射入玻璃球的光路如图4所示.a、b光相比 A.玻璃对a光的折射率较大 B.玻璃对a光的临界角较小 C.b光在玻璃中的传播速度较小 D.b光在玻璃中的传播时间较长,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,图4,解析,解析 由题图可知，b折射程度较大，故玻璃对b的折射率较大，A错误； 由sin C 知b的临界角较小，B错误； 由v 知，b在玻璃中的传播速度较小，C正确； b在玻璃中传播距离大且传播速度小，由t 知，b在玻璃中的传播时间较长，D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,10.(多选)空气中悬浮着一颗球形小水珠，一缕阳光水平入射，如图5所示.n甲、n乙和n丙分别表示水对甲光、乙光和丙光的折射率.判断以下表述正确的是 A.n甲n乙n丙 B.波长的关系甲乙丙 C.频率f的关系f甲f乙f丙 D.光由水珠出射到空气的折射角关系甲乙丙,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,解析,图5,解析 从空气射入小水珠时，三种色光的入射角相同，甲光的折射角较大，说明其折射率最小，n甲乙丙，选项B错误，C正确； 光由水珠出射到空气时的入射角等于光从空气射入水珠时的折射角，根据折射定律，它们由水珠出射到空气的折射角均等于光从空气射入水珠的入射角，所以甲乙丙，选项D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,11.(多选)两束不同频率的单色光a、b从空气平行射入水中，发生了如图6所示的折射现象().下列结论中正确的是 A.在水中的传播速度，光束a比光束b大 B.在水中的传播速度，光束a比光束b小 C.水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小 D.水对光束a的折射率比水对光束b的折射率大,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,图6,12.(多选)(2016·台州市9月选考)如图7所示，一束白光以60°的入射角射到一水平放置的平面镜上，反射后在正上方与平面镜平行的光屏上留下一光点A.现将一块上下两面平行的透明玻璃块平放在平面镜上，如图中虚线所示.当进入透明玻璃块的光线经平面镜反射后再从透明玻璃块的上表面射出，则下列说法正确的是 A.光屏上形成一个光点且在A点左侧 B.在玻璃块的下表面最左端是紫光 C.在A点的右侧光屏上出现光的色散现象 D.在光屏上形成一条彩色光带，最靠近A点的是红光,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,图7,解析,解析 将一块上、下两面平行的透明玻璃块平放在平面镜上后，光进入玻璃块折射，光路图如图所示，又红光折射率最小，紫光折射率最大，紫光偏折最厉害，所以光屏上最靠近A的是红光，综上B、D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,13.(多选)如图8所示，两细束平行单色光a、b射向置于空气中横截面为矩形的玻璃砖的下表面，设玻璃砖足够长，若发现玻璃砖的上表面只有一束光线射出，则下列说法中正确的是 A.其中有一束单色光在玻璃砖的上表面发生了全反射 B.有两束单色光能从上表面射出 C.a、b单色光发生折射的同时在玻璃砖的下表面也发生反射 D.改变玻璃砖的厚度，a光可能会从b的右侧射出,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,图8,解析 根据光路可逆性，光能从平行玻璃砖下表面进入就能从上表面射出，A错误，B正确； 折射与反射同时发生，C正确； 由于b光的折射程度大，当玻璃砖增厚到一定程度时，a光可能会从b的右侧射出，D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,14.(多选)打磨某割面如图9所示的宝石时，必须将OP、OQ边与轴线的夹角切磨在12，光线一定在OP边发生全反射 B.若2，光线会从OP边射出 C.若1，光线会从OQ边射出 D.若1，光线会在OP边发生全反射,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,图9,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,15.(多选)ABCDE为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面示意图，ABBC，由a、b两种单色光组成的细光束从空气垂直AB射入棱镜，经两次反射后光线垂直BC射出，且在CD、AE边只有a光射出，光路如图10所示，则a、b两束光 A.在真空中，a光的传播速度比b光大 B.在棱镜内，a光的传播速度比b光小 C.以相同的入射角从空气斜射入水中， b光的折射角较小 D.分别通过同一双缝干涉装置，a光的 相邻亮条纹间距大,图10,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,解析,答案,解析 所有光在真空中有相同的速度，选项A错误； 在CD界面上，由题图可知，相同入射角a光发生了折射，b光发生了全反射，说明b光比a光折射率大，由公式v 可知，同种介质中a光传播速度大，B错误； 由于b光的折射率大，根据n ，可知以相同的入射角从空气斜射入水中时，b光的折射角较小，C正确； 折射率小的光波长长，通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距大，D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,