2024届高考物理一轮复习（新教材鲁科版）第十四章光第1讲光的折射全反射课件

第1讲目标要求1.理解折射率的概念，掌握光的折射定律.2.掌握发生全反射的条件并会用全反射的条件进行相关计算.光的折射　全反射 内容索引考点一　折射定律　折射率考点二　全反射考点三　光的折射和全反射的综合应用课时精练 考点一折射定律　折射率 1.折射定律(1)内容：如图所示，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比.梳理必备知识同一平面正(2)表达式：＝n(n为比例常数). 2.折射率(1)定义式：n＝.(2)计算公式：n＝.因为v<c，所以任何介质的折射率都.大于1 1.无论是光的折射，还是反射，光路都是可逆的.()2.入射角越大，折射率越大.()3.若光从空气射入水中，它的传播速度一定增大.()4.根据n＝可知，介质的折射率与光在该介质中的传播速度成反比.()×√×√ 1.对折射率的理解(1)折射率的大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在该介质中传播速度的大小v＝.(2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关.①同一种介质中，频率越大的光折射率越大，传播速度越小.②同一种光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同.提升关键能力 2.光路的可逆性在光的折射现象中，光路是可逆的.如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射. 平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折圆界面的法线是过圆心的直线，光线经过两次折射后向圆心偏折3.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制特点 例1(多选)如图所示，两细束平行的单色光a、b射向同一块上、下表面平行的玻璃砖的上表面，最终都从玻璃砖的下表面射出.已知玻璃对单色光b的折射率较小，那么下列说法中正确的有A.a光束在玻璃砖中传播速度比b光小B.从玻璃砖下表面射出后，两束光不一定平行C.从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离一定增大了D.从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离可能和射入前相同√√ 根据光路的可逆性可知：下表面出射角等于上表面的入射角，即两束光下表面的出射角相等，故从玻璃砖下表面射出后，两束光仍然平行，故B错误；玻璃对单色光b的折射率较小，那么光路图如图所示，光在介质中的传播速度为v＝，因为玻璃对单色光b的折射率较小，所以a光束在玻璃砖中传播速度比b光小，故A正确；由于a光的折射率大，偏折程度大，从下表面射出后沿水平方向侧移的距离大，故两束光从下表面射出后，两束光之间的距离一定增大，故C正确，D错误. 例2(2021·浙江6月选考·12)用激光笔照射透明塑料制成的光盘边缘时观察到的现象如图所示.入射点O和两出射点P、Q恰好位于光盘边缘等间隔的三点处，空气中的四条细光束分别为入射光束a、反射光束b、出射光束c和d，已知光束a和b间的夹角为90°，则A.光盘材料的折射率n＝2B.光在光盘内的速度为真空中光速的三分之二C.光束b、c和d的强度之和等于光束a的强度D.光束c的强度小于O点处折射光束OP的强度√ 如图所示，由几何关系可得入射角为i＝45°，折射角为r＝30°因为在Q处光还有反射光线，光束b、c和d的强度之和小于光束a的强度，所以C错误；光束c的强度与反射光束PQ强度之和等于折射光束OP的强度，所以D正确. 例3(2023·江苏省七市调研)如图所示，激光笔发出一束激光射向水面O点，经折射后在水槽底部形成一光斑P.已知入射角α＝53°，水的折射率n＝，真空中光速c＝3.0×108m/s，sin53°＝0.8，cos53°＝0.6.(1)求激光在水中传播的速度大小v；答案2.25×108m/s代入数据解得v＝2.25×108m/s. (2)打开出水口放水，求水放出过程中光斑P移动的距离x与水面下降距离h的关系. 打开出水口后，光路图如图所示设水原来深度为H，折射角为β，由几何关系有htanα＋(H－h)tanβ＝x＋Htanβ 考点二全反射 1.光密介质与光疏介质梳理必备知识介质光密介质光疏介质折射率大小光速小大相对性若n甲＞n乙，则甲相对乙是介质若n甲＜n丙，则甲相对丙是介质光密光疏 2.全反射(1)定义：光从介质射入介质时，当入射角增大到某一角度，折射光线，只剩下反射光线的现象.(2)条件：①光从介质射向介质.②入射角临界角.(3)临界角：折射角等于90°时的入射角.若光从介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，由n＝，得sinC＝.介质的折射率越大，发生全反射的临界角越.光密光疏消失光密光疏大于或等于小 3.光导纤维光导纤维的原理是利用光的全反射(如图). 1.光密介质和光疏介质是相对而言的.同一种介质，相对于其他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质.()2.只要入射角足够大，就能发生全反射.()3.光线从光疏介质进入光密介质，入射角大于等于临界角时发生全反射现象.()√×× 提升关键能力分析综合问题的基本思路(1)判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质.(2)判断入射角是否大于或等于临界角，明确是否会发生全反射现象.(3)画出反射、折射或全反射的光路图，必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图，然后结合几何知识推断和求解相关问题. 例4(2023·福建三明市模拟)如图是在高山湖泊边拍摄的一张风景照片，湖水清澈见底，近处湖面水下的景物(石块、砂砾等)都看得很清楚，而远处则只看到对岸山峰和天空彩虹的倒影，水面下的景物则根本看不到.下列说法中正确的是A.远处山峰的倒影非常清晰，是因为山峰的光线在水面上发生了全反射B.远处水面下景物的光线射到水面处，入射角很大，可能发生了全反射，所以看不见C.近处水面下景物的光线射到水面处，入射角较小，反射光强而折射光弱，因此有较多的能量射出水面而进入人眼睛中D.光线由水射入空气，光的波速变大，波长变小√ 远处水面下景物的光线射到水面处，入射角很大，若入射角大于或等于全反射临界角时，则将发生全反射，光线不能射出水面，因而看不见，故B正确；近处水面下景物的光线射到水面处，入射角越小，反射光越弱而折射光越强，射出水面而进入人眼睛中的能量越多，故C错误；远处山峰的倒影非常清晰，是因为山峰发出的光线在水面上发生了反射，但不是全反射，因为全反射只有光从光密介质射入光疏介质时才可能发生，故A错误； 光线由水射入空气，根据v＝可知，光的波速变大，而光的频率不变，根据v＝λf可知波长变大，故D错误. 例5如图甲所示，在平静的水面下深h处有一个点光源s，它发出的a、b两种不同颜色的光，在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域，该区域的中间为由a、b两种单色光所构成的圆形复色光区域，周围为环状区域，且为a光的颜色(如图乙).设b光的折射率为nb，则下列说法正确的是A.在水中，a光的波长比b光小B.水对a光的折射率比b光大C.在水中，a光的传播速度比b光小D.复色光圆形区域的面积为S＝√ 考点三光的折射和全反射的综合应用 例6(2023·福建莆田市模拟)如图所示，用折射率为的某种材料制成横截面为直角三角形的透明介质，其中边长MN为2L，∠NMO＝30°，∠MON＝90°，已知光在真空中传播的速度为c，一束平行光垂直于MN边入射，到达ON界面的光______(填“能”或“不能”)发生全反射；从OM界面射出的光线折射角为_____；从OM界面射出的光，在介质中传播的最长时间为________(不考虑多次反射).能45° 解得临界角为C＝45°，由几何关系知，到达ON界面的光入射角为60°，大于临界角，故能发生全反射；根据光路图可知，从OM界面射出的光线的入射角为30°， 例7(2022·全国甲卷·34(2))如图，边长为a的正方形ABCD为一棱镜的横截面，M为AB边的中点.在截面所在的平面，一光线自M点射入棱镜，入射角为60°，经折射后在BC边的N点恰好发生全反射，反射光线从CD边的P点射出棱镜，求棱镜的折射率以及P、C两点之间的距离. 设光线在AB面的折射角为θ，则有sin60°＝nsinθ，由题知，光线经折射后在BC边的N点恰好发生全反射， 四课时精练 1.(2023·山东青岛市检测)如图，一玻璃柱体的横截面为半圆形，细的单色光束从柱体的O点(半圆的圆心)射向空气，入射角α＝30°，产生的反射光束1和折射光束2恰好垂直，下列说法正确的是A.玻璃柱体对该单色光束的折射率为B.光束1和光束2的传播速度相同C.光束1和光束2的传播频率相同D.无论α增加到多大，都不可能发生全发射123456789101112√基础落实练 123456789101112同一单色光，在不同介质中传播时，速度不同，但频率相同，故B错误，C正确； √123456789101112 123456789101112 √123456789101112 123456789101112 4.(多选)(2023·福建泉州市模拟)如图所示，由红光和蓝光组成的一细光束投射到一块玻璃碎片上被分成①、②两光束，则下列说法正确的是A.①是蓝光，②是红光B.在真空中，②的传播速度比较大C.玻璃对①的折射率较大D.适当增大此细光束射到玻璃左侧面的入射角，在玻璃中①的折射光先消失123456789101112√√ 因蓝光的折射率比红光大，由光路图可知，玻璃对①的折射率较大，①是蓝光，②是红光，故A、C正确；在真空中任何光的传播速度均相同，故B错误；123456789101112光从空气进入玻璃时是从光疏介质进入光密介质，适当增大此细光束射到玻璃左侧面的入射角，在玻璃中①的折射光不会消失，故D错误. 即随着i的增大，r增大，但r不能等于或大于临界角C，故i′也不可能等于或大于临界角，即光从B点射出时，也不可能发生全反射，在B点的反射光射向D点，从D点射出时也不会发生全反射.故选C、D.123456789101112 5.如图所示，△ABC是一直角三棱镜的横截面，∠A＝90°，AB长0.2m，AC长0.1m.一细光束沿平行于BC边的方向从AB边入射后直接射到AC边，恰好在AC边发生全反射，则棱镜对该细光束的折射率为123456789101112√ 光路图如图所示123456789101112 6.(2022·辽宁卷·5)完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮.2021年12月，在中国空间站“天宫课堂”的水球光学实验中，航天员向水球中注入空气形成了一个内含气泡的水球.如图所示，若气泡与水球同心，在过球心O的平面内，用单色平行光照射这一水球.下列说法正确的是A.此单色光从空气进入水球，频率一定变大B.此单色光从空气进入水球，频率一定变小C.若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射D.若光线2在N处发生全反射，光线1在M处一定发生全反射√123456789101112 光的频率是由光源决定的，与介质无关，故此单色光从空气进入水球频率不变，A、B错误；由题图可看出光线1入射到水球的入射角小于光线2入射到水球的入射角，则光线1在水球外表面折123456789101112射后的折射角小于光线2在水球外表面折射后的折射角，设水球半径为R、气泡半径为r、光线进入水球后的折射角为α、光线进入气泡的入射角为θ， 则可得出光线2进入气泡的入射角大于光线1进入气泡的入射角，故若光线1在M处发生全反射，则光线2在N处一定发生全反射，若光线2在N处发生全反射，光线1在M处不一定发生全反射，C正确，D错误.123456789101112 7.(多选)如图所示，一束复色光沿PO方向射向一上、下表面平行的无限大的厚玻璃平面镜的上表面，一共得到三束光Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ.则A.该复色光由三种颜色的光混合而成B.光束Ⅱ在玻璃平面镜中的传播速度比光束Ⅲ小C.光束Ⅱ、Ⅲ在玻璃平面镜内部传播的时间不可能相同D.改变α角且α<90°，光束Ⅱ、Ⅲ一定始终与光束Ⅰ平行√123456789101112能力综合练√ 123456789101112根据题意将光路图补充完整，如图所示，其中β为光束Ⅱ的折射角，γ为光束Ⅲ的折射角光束Ⅰ为反射光线，仍是复色光，光束Ⅱ、Ⅲ由于折射率不同导致偏折分离，为单色光，即该复色光由两种颜色的光混合而成，A错误； 123456789101112 123456789101112玻璃平面镜上、下表面平行，根据光的反射定律及光路的可逆性，改变α角且α<90°，光束Ⅱ、Ⅲ一定始终与光束Ⅰ平行，D正确. 1234567891011128.(2022·山东卷·7)柱状光学器件横截面如图所示，OP右侧是以O为圆心、半径为R的圆，左侧是直角梯形，AP长为R，AC与CO夹角45°，AC中点为B.a、b两种频率的细激光束，垂直AB面入射，器件介质对a、b光的折射率分别为1.42、1.40.保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，能在PM面全反射后，从OM面出射的光是(不考虑三次反射以后的光)A.仅有a光B.仅有b光C.a、b光都可以D.a、b光都不可以√ 123456789101112当两种频率的细激光束从A点垂直于AB面入射时，由几何知识可知，激光沿直线传播到O点，经第一次反射沿半径方向直线传播出去，如图甲，保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，如图乙，可知激光沿直线传播到CO面经反射，射向PM面，入射点从A向B移动过程中，光线传播到PM面的入射角逐渐增大. 123456789101112当入射点为B点时，如图丙所示，根据光的反射定律及几何关系可知，光线传播到PM面的P点，此时光线在PM面上的入射角最大，设为α，由几何关系得α＝45°，两种频率的细激光束的全反射的临界角关系为Ca<45°<Cb，故在入射光从A向B移动过程中，a光能在PM面全反射后，从OM面射出，b光不能在PM面发生全反射，故A正确，B、C、D错误. 1234567891011129.(2022·广东卷·16(2))一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体，液体上方是空气，其截面如图所示.一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动，它所发出的光束始终指向圆心O点.当光束与竖直方向成45°角时，恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束.已知光在空气中的传播速度为c，求液体的折射率n和激光在液体中的传播速度v. 123456789101112当入射角达到45°时，恰好到达临界角C， 12345678910111210.(2023·福建龙岩市模拟)如图所示，一束平行的绿光从半圆形玻璃砖的平面垂直入射，OC为中心线，已知在半圆弧上入射点是A的入射光线经折射后与OC交于点B，∠AOB＝30°，∠ABC＝15°，则该玻璃砖对绿光的折射率为_____；圆形玻璃砖中有光从半圆面透射区域的圆心角为______；若将入射光改为红光，则光从半圆面透射区域的圆心角将_______(选填“变小”“不变”或“变大”).90°变大 123456789101112在A点，由几何知识可得入射角i＝∠AOB＝30°折射角r＝∠AOB＋∠ABC＝45°在D点以下有光从半圆面透射而出，则由对称性可知，圆形玻璃砖中有光从半圆面透射区域的圆心角为90°； 123456789101112红光的折射率小于绿光，全反射临界角大于绿光，若将入射光改为红光，则发生全反射的临界点向边缘移动，即光从半圆面透射区域的圆心角将变大. 11.(2023·福建泉州市调研)某材料表面形状如图所示，一束光与第1个表面成45°角入射，已知该材料对该光的折射率为.光线在第1个表面的折射角正弦值为_____；这束光最远能传播到第___个表面(选填“2”“3”“4”或“5”).1234567891011123 123456789101112则这束光射到第3面时恰能发生全反射，则这束光最远能传播到第3个表面. 123456789101112素养提升练 123456789101112(1)潜水员在水下看到水面上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里.若海岸上A点恰好处在倒立圆锥的边缘上，求潜水员下潜的深度；答案见解析 123456789101112潜水员在水下看到景物示意图如图甲 123456789101112(2)求潜水员竖直下潜过程中看不到灯塔指示灯的深度范围.答案见解析 123456789101112由题意分析，由于皮划艇遮挡引起水下看不到灯光，光路示意图如图乙 123456789101112