江蘇專用2022版高考物理一輪復(fù)習(xí)第14章光電磁波第1節(jié)光的折射全反射學(xué)案江蘇專用2022版高考物理一輪復(fù)習(xí)第14章光電磁波第1節(jié)光的折射全反射學(xué)案PAGE25-江蘇專用2022版高考物理一輪復(fù)習(xí)第14章光電磁波第1節(jié)光的折射全反射學(xué)案第1節(jié)光的折射全反射[高考備考指南］考點(diǎn)內(nèi)容高考（江蘇卷）四年命題情況對(duì)照分析20172018201920202021年1月24日適應(yīng)性考試命題分析光的折射T12：光的折射定律、折射率T12：電磁波、雙縫干涉T12：光的全反射、臨界角T12：全反射、電磁波的應(yīng)用、電磁波波長(zhǎng)與頻率的關(guān)系T1：光的偏振T2：光的折射高考對(duì)本章的考查以計(jì)算題為主,有時(shí)也會(huì)考選擇和填空題?？疾榈闹攸c(diǎn)是光的折射定律、光的全反射的綜合。全反射光的干涉光的衍射光的偏振、激光電磁振蕩電磁場(chǎng)與電磁波無(wú)線電波的發(fā)射與接收電磁波譜實(shí)驗(yàn)十九測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)二十用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)量光的波長(zhǎng)核心素養(yǎng)物理觀念：折射率、全反射、折射、偏振、電磁振蕩?？茖W(xué)思維：光的折射定律?？茖W(xué)探究：測(cè)定玻璃的折射率、用雙縫干涉測(cè)波長(zhǎng)?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任:電磁波的應(yīng)用及危害。第1節(jié)光的折射全反射一、折射定律及折射率1．折射定律(如圖所示)(1)內(nèi)容：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：eq\f（sinθ1,sinθ2)＝n12，式中n12是比例常數(shù)。（3）在光的折射現(xiàn)象中,光路是可逆的.2．折射率（1)物理意義:折射率僅反映介質(zhì)的光學(xué)特性，折射率大，說(shuō)明光從真空射入到該介質(zhì)時(shí)偏折大，反之偏折小。(2）定義式：n＝eq\f（sinθ1，sinθ2），（3)計(jì)算公式：n＝eq\f(c，v)，因?yàn)関＜c,所以任何介質(zhì)的折射率都大于1.二、光的全反射和光的色散1．全反射(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）臨界角：折射角等于90°時(shí)的入射角，用C表示，sinC＝eq\f(1,n）.(3）應(yīng)用：①全反射棱鏡。②光導(dǎo)纖維,如圖所示.2．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)有序排列。（3）光的色散現(xiàn)象說(shuō)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。1．思考辨析（正確的畫(huà)“√"，錯(cuò)誤的畫(huà)“×”)（1)某種玻璃對(duì)藍(lán)光的折射率比紅光大，藍(lán)光和紅光以相同的入射角從空氣斜射入該玻璃中,藍(lán)光的折射角較大。 （×）（2)在水中，藍(lán)光的傳播速度大于紅光的傳播速度。 （×）（3）在潛水員看來(lái),岸上的所有景物都出現(xiàn)在一個(gè)倒立的圓錐里. (√)（4)光從空氣射入玻璃時(shí),只要入射角足夠大就可能發(fā)生全反射。 (×)(5)光纖通信利用了全反射的原理。 (√)（6)晚上，在池水中同一深度的兩點(diǎn)光源分別發(fā)出紅光和藍(lán)光,藍(lán)光光源看起來(lái)淺一些。 (√)2．下列光線由空氣射入半圓形玻璃磚，或者由玻璃磚射入空氣的光路圖中，不正確的是（玻璃的折射率為1.5）(）ABCDA[光由空氣進(jìn)入玻璃時(shí)，折射角小于入射角，A圖錯(cuò)誤,B圖正確；光由玻璃進(jìn)入空氣時(shí)，發(fā)生全反射的臨界角sinC＝eq\f（1,n)＝eq\f（2,3)，sin45°＝eq\f(\r（2），2）＞eq\f（2，3），將發(fā)生全反射，C圖正確；sin30°＝eq\f(1，2)＜eq\f（2，3),不會(huì)發(fā)生全反射，D圖正確。］3．關(guān)于光的傳播現(xiàn)象及應(yīng)用,下列說(shuō)法正確的是（)A．一束白光通過(guò)三棱鏡后形成了彩色光帶是光的色散現(xiàn)象B．光導(dǎo)纖維絲內(nèi)芯材料的折射率比外套材料的折射率小C．海面上的海市蜃樓將呈現(xiàn)倒立的像，位置在實(shí)物的上方，又稱上現(xiàn)蜃景D．一束色光從空氣進(jìn)入水中，波長(zhǎng)將變短，色光的顏色也將發(fā)生變化A[一束白光通過(guò)三棱鏡后形成了彩色光帶是光的色散現(xiàn)象，A正確；由全反射的條件可知，內(nèi)芯材料的折射率比外套材料的折射率要大，故B錯(cuò)誤；海市蜃樓將呈現(xiàn)正立的像，位置在實(shí)物的上方,又稱上現(xiàn)蜃景，C錯(cuò)誤；色光進(jìn)入水中，光的頻率不變,顏色不變,D錯(cuò)誤.］4．（2019·江蘇高考）如圖所示,某L形透明材料的折射率n＝2?，F(xiàn)沿AB方向切去一角，AB與水平方向的夾角為θ。為使水平方向的光線射到AB面時(shí)不會(huì)射入空氣,求θ的最大值。［解析］要使光線不會(huì)射入空氣，即發(fā)生全反射，設(shè)臨界角為C，即有：sinC＝eq\f（1，n)由幾何關(guān)系得：C＋θ＝90°聯(lián)立解得：θ＝60°。［答案］60°5．（2020·江蘇七市二模）測(cè)量?jī)擅嫫叫胁ＡТu折射率的裝置如圖所示，帶圓孔的遮光板N和光屏M平行放置，O點(diǎn)為圓孔的圓心，OO′連線垂直于光屏M，在O′O連線的延長(zhǎng)線上放置一個(gè)點(diǎn)光源S，S到光屏M距離H＝20cm，測(cè)得光屏M上圓形光斑半徑r1＝20cm.將厚度d＝10cm、足夠長(zhǎng)的玻璃磚貼著N板放置，測(cè)得光屏M上圓形光斑半徑為r2＝15cm.（1)求玻璃磚的折射率n；（2)若將玻璃磚沿OO′連線向光屏M平移一小段距離，說(shuō)明折射后落在光屏M上圓形光斑的大小有無(wú)變化.[解析］(1)設(shè)射入玻璃磚光線入射角的最大值為θ1,對(duì)應(yīng)的折射角為θ2,則sinθ1＝eq\f(r1，\r(H2＋r\o\al（2,1)）），sinθ2＝eq\f(r2－\f(r1，2),\r(d2＋\b\lc\（\rc\)（\a\vs4\al\co1（r2－\f(r1,2)))\s\up12（2)）)由折射定律有n＝eq\f（sinθ1，sinθ2）解得n＝eq\f(\r（10），2）。(2)因?yàn)槌錾涔饩€與入射光線平行，光通過(guò)玻璃磚后側(cè)位移相同,光斑大小無(wú)變化。[答案]（1)eq\f（\r(10)，2）(2）光斑大小無(wú)變化折射定律和折射率的理解及應(yīng)用eq\o([講典例示法］）1．對(duì)折射率的理解（1)公式n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)中，不論光是從真空射入介質(zhì)，還是從介質(zhì)射入真空，θ1總是真空中的光線與法線間的夾角,θ2總是介質(zhì)中的光線與法線間的夾角.（2)折射率的大小不僅反映了介質(zhì)對(duì)光的折射本領(lǐng)，也反映了光在介質(zhì)中傳播速度的大小v＝eq\f(c,n）。（3）折射率與入射角的大小無(wú)關(guān)，與介質(zhì)的密度無(wú)關(guān),光密介質(zhì)不是指密度大的介質(zhì)。（4)折射率的大小不僅與介質(zhì)本身有關(guān)，還與光的頻率有關(guān)。同一種介質(zhì)中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越小。（5）同一種色光，在不同介質(zhì)中雖然波速、波長(zhǎng)不同，但頻率不變.2．光路的可逆性：在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。如果讓光線逆著原來(lái)的折射光線射到界面上，光線就會(huì)逆著原來(lái)的入射光線發(fā)生折射.[典例示法］如圖所示,在注滿水的游泳池的池底有一點(diǎn)光源A,它到池邊的水平距離為3。0m。從點(diǎn)光源A射向池邊的光線AB與豎直方向的夾角恰好等于全反射的臨界角,水的折射率為eq\f(4，3）。(1)求池內(nèi)的水深；（2)一救生員坐在離池邊不遠(yuǎn)處的高凳上，他的眼睛到池面的高度為2.0m。當(dāng)他看到正前下方的點(diǎn)光源A時(shí),他的眼睛所接收的光線與豎直方向的夾角恰好為45°。求救生員的眼睛到池邊的水平距離(結(jié)果保留1位有效數(shù)字）。思路點(diǎn)撥：解此題的關(guān)鍵是根據(jù)題意畫(huà)出光路圖，并結(jié)合幾何關(guān)系分析計(jì)算。[解析］(1）光由A射向B恰好發(fā)生全反射，光路如圖甲所示。甲則sinθ＝eq\f(1，n)，得sinθ＝eq\f（3,4）又｜AO|＝3m,由幾何關(guān)系可得:|AB|＝4m，|BO｜＝eq\r(7）m，所以水深eq\r(7）m。（2)光由A點(diǎn)射入救生員眼中光路圖如圖乙所示。乙由折射定律有n＝eq\f（sin45°，sinα）可知sinα＝eq\f(3\r(2),8)tanα＝eq\f(3,\r(23）)＝eq\f(3\r（23）,23）設(shè)｜BE|＝x,由幾何關(guān)系得tanα＝eq\f（｜AQ|,｜QE|）＝eq\f(3m－x,\r（7)m）。代入數(shù)據(jù)得x＝eq\b\lc\（\rc\)（\a\vs4\al\co1(3－\f（3\r(161），23)））m≈1.3m，由幾何關(guān)系得,救生員到池邊的水平距離為｜BC|＝2m－x≈0。7m.［答案］(1）eq\r(7）m(2)0。7m解決光的折射問(wèn)題的思路（1）根據(jù)題意畫(huà)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，要注意入射角、折射角均以法線為標(biāo)準(zhǔn)。(3）利用折射定律、折射率公式求解。（4）注意:在折射現(xiàn)象中光路是可逆的。［跟進(jìn)訓(xùn)練］折射現(xiàn)象分析1．如圖所示，MN是介質(zhì)1和介質(zhì)2的分界面，介質(zhì)1、2的絕對(duì)折射率分別為n1、n2,一束細(xì)光束從介質(zhì)1射向介質(zhì)2中，測(cè)得θ1＝60°，θ2＝30°,根據(jù)你所學(xué)的光學(xué)知識(shí)判斷下列說(shuō)法不正確的是（)A．介質(zhì)2相對(duì)介質(zhì)1的相對(duì)折射率為eq\r(3）B．光在介質(zhì)2中的傳播速度小于光在介質(zhì)1中的傳播速度C．光從介質(zhì)1進(jìn)入介質(zhì)2可能發(fā)生全反射現(xiàn)象D．光從介質(zhì)1進(jìn)入介質(zhì)2，光的波長(zhǎng)變短C[光從介質(zhì)1射入介質(zhì)2時(shí)，入射角與折射角的正弦之比叫作介質(zhì)2相對(duì)介質(zhì)1的相對(duì)折射率，所以有n21＝eq\f(sin60°,sin30°）＝eq\r(3），選項(xiàng)A正確；因介質(zhì)2相對(duì)介質(zhì)1的相對(duì)折射率為eq\r(3），可以得出介質(zhì)2的絕對(duì)折射率大，因n＝eq\f(c,v），所以光在介質(zhì)2中的傳播速度小于光在介質(zhì)1中的傳播速度，選項(xiàng)B正確；光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，有可能發(fā)生全反射現(xiàn)象，選項(xiàng)C錯(cuò)誤;光從介質(zhì)1進(jìn)入介質(zhì)2，光的頻率不變，速度變小，由v＝λf可知，光的波長(zhǎng)變短，選項(xiàng)D正確。］折射率的計(jì)算2．如圖所示，直角邊AC長(zhǎng)度為d的直角棱鏡ABC置于桌面上,D為斜邊BC的中點(diǎn),桌面上的S點(diǎn)發(fā)射一條光線經(jīng)D點(diǎn)折射后，垂直于AB邊射出。已知SC＝CD,光線通過(guò)棱鏡的時(shí)間t＝eq\f(\r(3）d，2c）,c為真空中光速，不考慮反射光線。求：（1)棱鏡的折射率n。(2)入射光線與界面BC間的夾角。[解析］(1）光路如圖所示，E是光線在AB邊的射出點(diǎn),設(shè)光線通過(guò)棱鏡的速度為v，則DE＝eq\f（1，2)d，即vt＝eq\f(1，2）d結(jié)合n＝eq\f(c,v）解得：n＝eq\r(3)。（2）光線射到界面BC，設(shè)入射角為i,折射角為r,則有：i＝eq\f(π，2）－θr＝eq\f(π,2）－2θ根據(jù)折射定律有：n＝eq\f(sini，sinr）解得：θ＝30°。[答案］（1)eq\r(3)（2)30°光的折射、全反射的綜合eq\o（[講典例示法]）1．分析綜合問(wèn)題的基本思路(1)判斷光線是從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)還是從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)。（2)判斷入射角是否大于等于臨界角，明確是否發(fā)生全反射現(xiàn)象。(3）畫(huà)出反射、折射或全反射的光路圖，必要時(shí)還可應(yīng)用光路的可逆原理畫(huà)出光路圖，然后結(jié)合幾何知識(shí)進(jìn)行推斷和求解相關(guān)問(wèn)題。（4）折射率n是討論折射和全反射問(wèn)題的重要物理量，是聯(lián)系各物理量的橋梁，應(yīng)熟練掌握跟折射率有關(guān)的所有關(guān)系式.2．求光的傳播時(shí)間的一般思路（1）全反射現(xiàn)象中,光在同種均勻介質(zhì)中的傳播速度不發(fā)生變化，即v＝eq\f（c，n）。（2)全反射現(xiàn)象中，光的傳播路程應(yīng)結(jié)合光路圖與幾何關(guān)系進(jìn)行確定。(3）利用t＝eq\f（l,v)求解光的傳播時(shí)間。［典例示法］（2018·全國(guó)卷Ⅱ）如圖所示，△ABC是一直角三棱鏡的橫截面,∠A＝90°，∠B＝60°.一細(xì)光束從BC邊的D點(diǎn)折射后，射到AC邊的E點(diǎn)，發(fā)生全反射后經(jīng)AB邊的F點(diǎn)射出。EG垂直于AC交BC于G,D恰好是CG的中點(diǎn)。不計(jì)多次反射。（1）求出射光相對(duì)于D點(diǎn)的入射光的偏角；（2）為實(shí)現(xiàn)上述光路,棱鏡折射率的取值應(yīng)在什么范圍？思路點(diǎn)撥:（1）根據(jù)題設(shè)條件，判定光在傳播時(shí)是否發(fā)生全反射,畫(huà)出入射角等于臨界角時(shí)的臨界光路圖.（2）運(yùn)用幾何關(guān)系或三角函數(shù)關(guān)系以及反射定律等進(jìn)行分析、判斷、運(yùn)算,解決問(wèn)題。[解析］（1）光線在BC面上折射，由折射定律有sini1＝nsinr1①式中，n為棱鏡的折射率，i1和r1分別是該光線在BC面上的入射角和折射角。光線在AC面上發(fā)生全反射,由反射定律有i2＝r2 ②式中i2和r2分別是該光線在AC面上的入射角和反射角。光線在AB面上發(fā)生折射，由折射定律有nsini3＝sinr3 ③式中i3和r3分別是該光線在AB面上的入射角和折射角。由幾何關(guān)系得i2＝r2＝60°,r1＝i3＝30° ④F點(diǎn)的出射光相對(duì)于D點(diǎn)的入射光的偏角為δ＝（r1－i1）＋（180°－i2－r2)＋（r3－i3） ⑤由①②③④⑤式得δ＝60°。 ⑥（2)光線在AC面上發(fā)生全反射，光線在AB面上不發(fā)生全反射，有nsini2≥nsinC>nsini3 ⑦式中C是全反射臨界角，滿足nsinC＝1 ⑧由④⑦⑧式知，棱鏡的折射率n的取值范圍應(yīng)為eq\f(2\r（3）,3)≤n〈2. ⑨［答案](1）60°（2）eq\f（2\r（3)，3)≤n<2求解全反射現(xiàn)象中光的傳播時(shí)間的技巧(1）準(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)生全反射的臨界光線是解題的關(guān)鍵。(2）光的傳播路程應(yīng)結(jié)合光路圖與幾何關(guān)系進(jìn)行確定，所以作光路圖時(shí)應(yīng)盡量與實(shí)際相符.（3）光在同種均勻介質(zhì)中的傳播速度不發(fā)生變化，即v＝eq\f（c,n）。(4）利用t＝eq\f（l,v）求解光的傳播時(shí)間。[跟進(jìn)訓(xùn)練］全反射現(xiàn)象的應(yīng)用1．一光纖通信中信號(hào)傳播的主要載體是光導(dǎo)纖維，它的結(jié)構(gòu)如圖所示，可看成一段直線,其內(nèi)芯和外套的材料不同，光在內(nèi)芯中傳播，下列關(guān)于光導(dǎo)纖維的說(shuō)法不正確的是（)A．內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射B．內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時(shí)在外套與外界的界面上發(fā)生全反射C．波長(zhǎng)越長(zhǎng)的光在光纖中傳播的速度越大D．若紫光以如圖所示角度入射時(shí)，恰能在光纖中發(fā)生全反射，則改用紅光以同樣角度入射時(shí),不能在光纖中發(fā)生全反射B[當(dāng)內(nèi)芯的折射率比外套的大時(shí)，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上才能發(fā)生全反射，故選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤；波長(zhǎng)越長(zhǎng)的光，頻率越小，介質(zhì)對(duì)它的折射率n越小，根據(jù)公式v＝eq\f（c，n），光在光纖中傳播的速度越大，故選項(xiàng)C正確;根據(jù)sinC＝eq\f（1，n）知,折射率越大，全反射臨界角越小，紅光的折射率小，則全反射臨界角大，若紫光恰能發(fā)生全反射，則紅光不能發(fā)生全反射，故選項(xiàng)D正確。］光的折射和全反射的綜合計(jì)算2．（2020·唐山一模）如圖所示，內(nèi)徑為R、外徑為R′＝eq\r(2)R的環(huán)狀玻璃磚的圓心為O，折射率為n＝eq\r（2)。一束平行于對(duì)稱軸O′O的光線由A點(diǎn)進(jìn)入玻璃磚，到達(dá)B點(diǎn)(未標(biāo)出)剛好發(fā)生全反射。求：（1）玻璃磚的臨界角；（2）A點(diǎn)處光線的入射角和折射角。［解析］（1）由題給條件畫(huà)出光路圖，如圖所示，因在B點(diǎn)剛好發(fā)生全反射，則sinC＝eq\f（1,n）＝eq\f(1，\r(2））得C＝45°。(2)在△OAB中，OA＝eq\r（2）R，OB＝R，由正弦定律得eq\f(sin180°－C，\r(2）R）＝eq\f(sinr，R）得sinr＝eq\f（1，2)，r＝30°由eq\f（sini,sinr)＝n得i＝45°。［答案］（1)45°（2）45°30°3．如圖為三棱柱形棱鏡的橫截面，該橫截面為直角邊為d＝1m的等腰直角三角形.一細(xì)光束由AB面斜射入，并逐漸調(diào)節(jié)入射角及入射點(diǎn)的位置,使細(xì)光束經(jīng)AB面折射后直接射到AC面,且當(dāng)細(xì)光束與AB面的夾角為θ＝30°時(shí),該細(xì)光束恰好不能從AC面射出.求：(1）該棱鏡的折射率為多大;(2）如果入射點(diǎn)到A點(diǎn)的距離為eq\f(d,\r(7）),光在真空中的傳播速度為c＝3.0×108m/s，則光束從AB面?zhèn)鞑サ紸C面所用的時(shí)間應(yīng)為多少？（結(jié)果可保留根號(hào))[解析］（1)由題意作出光路圖,如圖所示由幾何關(guān)系可知入射角為α＝90°－θ＝60°由于在AC面發(fā)生了全反射,則n＝eq\f（1，sinγ)又因?yàn)棣拢茫絜q\f（π,2）在AB面上:n＝eq\f(sinα,sinβ）解得:n＝eq\f(\r(7),2）。(2）由幾何關(guān)系可知OE＝eq\f（d，\r(7））,因?yàn)閟inγ＝eq\f(2，\r（7)）所以cosγ＝eq\f(\r（3)，\r(7)),則DE＝eq\f(OE，cosγ）＝eq\f（d，\r（3))＝eq\f（\r（3），3)m光在棱鏡中的速度為v＝eq\f(c，n)＝eq\f（6,\r(7)）×108m/s則光束從AB面?zhèn)鞑サ紸C面所用的時(shí)間t＝eq\f(DE，v）＝eq\f（\r（21），18)×10－8s。[答案］(1)eq\f（\r（7)，2）(2）eq\f（\r(21）,18)×10－8s光的色散和光路控制eq\o（[依題組訓(xùn)練］)1．光的色散(1）成因：棱鏡材料對(duì)不同色光的折射率不同，對(duì)紅光的折射率最小，紅光通過(guò)棱鏡后的偏折程度最小，對(duì)紫光的折射率最大，紫光通過(guò)棱鏡后的偏折程度最大,從而產(chǎn)生色散現(xiàn)象。(2)現(xiàn)象：一束白光通過(guò)三棱鏡后在屏上會(huì)形成彩色光帶.2．平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球）對(duì)光路的控制類別項(xiàng)目平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球）結(jié)構(gòu)玻璃磚上下表面是平行的橫截面為三角形橫截