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(共38张PPT)
第1讲　光的折射　全反射
第十章
2026届高考物理人教版一轮复习
课标要求
1.通过实验,理解光的折射定律。会测量材料的折射率。
2.知道光的全反射现象及其产生的条件。初步了解光纤的工作原理、光纤技术在生产生活中的应用。
3.观察光的干涉、衍射和偏振现象,了解这些现象产生的条件,知道在生产生活中的应用。知道光是横波,会用双缝干涉实验测量光的波长。
4.通过实验,了解激光的特性。能举例说明激光技术在生产生活中的应用。
备考指导
1.注重基本概念和基本规律的理解,如光的折射、折射率、全反射、临界角、光的干涉、衍射、偏振现象等,能从物理学视角解决自然现象和实际问题,重视物理观念的形成、科学思维的培养。
2.应用光路图和全反射知识,考查生产生活中的光学问题,并能够进行相关计算。
3.复习物理光学时,正确理解现象产生的原因和条件,并能熟练地运用其解决有关问题,重视科学思维素养的养成。
4.注重折射率测量实验和光的波长测量实验的原理和过程,体现物理学的科学探究能力。
内容索引
01
02
第一环节　必备知识落实
第二环节　关键能力形成
第一环节　必备知识落实
知识点一
光的折射
1.光的反射和折射
光从一种介质射到与另一种介质的分界面时,一部分光会返回到原来的介质,这个现象叫作光的反射;另一部分会进入另一种介质,这个现象叫作光的折射。
2.折射定律
(1)内容:如图所示,折射光线与入射光线、法线处
在同一平面内,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。
(2)表达式: 。
(3)在光的折射现象中,光路是可逆的。
3.折射率
(1)定义:光从真空射入某种介质发生折射时,入射角的正弦与折射角的正弦之比,叫作这种介质的绝对折射率,简称折射率。
追本溯源通过阅读教材,归纳折射率的表达式。
知识点二
全反射
1.光密介质与光疏介质
2.全反射
(1)定义:光从光密介质射入光疏介质,当入射角增大到某一角度时,折射光线将消失,只剩下反射光线的现象。
(2)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。
(3)临界角:折射角等于90°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 。介质的折射率越大,发生全反射的临界角越小。
(4)光导纤维。
光导纤维的原理是利用光的全反射。
追本溯源两种介质对比,是不是密度大的介质就是光密介质
提示 光密介质是指折射率较大的介质,介质的折射率大小与密度没有关系,密度大的介质折射率不一定大,不一定是光密介质。
知识点三
光的色散、棱镜
1.色散现象
白光经过三棱镜后,透射光线在屏上形成按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的顺序排列的彩色光谱。
2.三棱镜
(1)含义:截面是三角形的玻璃仪器,可以使光发生色散,如图所示。白光的色散表明各色光在同一介质中的折射率不同。
(2)三棱镜对光线的作用:改变光的传播方向,使复色光发生色散。
【知识巩固】
1.思考判断
(1)光的折射就是光的传播方向发生改变的现象。(　　)
(2)折射率跟折射角的正弦成正比。(　　)
(3)入射角足够大,也不一定能发生全反射。(　　)
(4)若光从空气中射入水中,它的传播速度一定增大。(　　)
(5)已知介质对某单色光的临界角为C,则该介质的折射率等于 。
(　　)
×
×
√
×
√
2.下列关于光的现象,说法正确的是(　　)
A.雨后看到的彩虹属于全反射现象
B.汽车的尾灯利用的是光的色散
C.露珠上的彩色条纹属于光的色散现象
D.树阴中看到的亮斑是光的折射
C
解析:雨后在空气中有若干的小水滴,太阳光经过小水滴后能色散成七种色光,由此而产生彩虹现象,故A错误。汽车尾灯为红色,是因为红光比其他可见光波长长,易发生衍射,故B错误。露珠上的彩色条纹是阳光经过小水滴后能色散成七种色光即属于色散现象,故C正确。光下茂密树阴中地面上的圆形亮斑是小孔成像,故D错误。
3.光导纤维由“内芯”和“包层”两个同心圆柱体组成,其中心部分是内芯,内芯以外的部分为包层,光从一端进入,从另一端射出。下列说法正确的是
(　　)
A.内芯的折射率大于包层的折射率
B.内芯的折射率小于包层的折射率
C.不同频率的可见光从同一根光导纤维的一端传输到另一端所用的时间相同
D.紫光以如图所示角度入射时,恰能在内芯和包层分界面上发生全反射,则改用红光以同样角度入射时,也能在内芯和包层分界面上发生全反射
A
解析:因光导纤维是依据全反射原理工作的,可知内芯的折射率大于包层的折射率,选项A正确,B错误。不同频率的可见光从同一根光导纤维的一端传输到另一端所用的时间不相同,选项C错误。紫光以如题图所示角度入射时,恰能在内芯和包层分界面上发生全反射,则改用红光以同样角度入射时,由于红光的临界角大于紫光的临界角,所以红光不能在内芯和包层分界面上发生全反射,选项D错误。
4.(2024·福建卷)一束光以入射角i(i>0°)射入透镜,遇反射膜反射,垂直射到反射膜则原路返回成为激光。已知透镜对蓝光折射率大于绿光,若入射角相同,则透镜中蓝光折射角__________(选填“大于”“等于”或“小于”)绿光。若此时激光为蓝光,要变为绿光,则应__________ (选填“顺时针”或“逆时针”)旋转入射光。
小于
顺时针
解析:由于蓝光折射率大,故折射角小。变为绿光时,折射角变大,要使光垂直射到反射膜,应使折射角变小,即将入射角变小,应为顺时针。
第二环节　关键能力形成
能力形成点1
折射定律及折射率的应用(师生共研)
整合构建
1.对折射率的理解
(1)当光从真空射入某一介质中时,入射角θ1、折射角θ2都可以发生变化,但它们的正弦值之比却是不变的,是一个常数。
(2)折射率的大小不仅反映了介质对光的折射本领,也反映了光在介质中传播速度的大小,即 。
(3)折射率的大小不仅与介质本身有关,还与光的频率有关。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.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制
3.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。
【典例1】 如图所示,某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“·”(图中O点),然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上,小标记位于AC边上。D位于AB边上,过D点作AC边的垂线交AC于F。该同学在D点正上方,向下顺着直线DF的方向观察,恰好可以看到小标记的像;过O点作AB边的垂线交直线DF于E;lDE=2 cm,lEF=1 cm。求三棱镜的折射率。(不考虑光线在三棱镜中的反射)
思维点拨作出小标记“·”反射的光经过D点的光路图,根据题目中的已知量,利用几何知识求出入射角和折射角,应用折射定律可求出三棱镜的折射率。
解析:过D点作AB边的法线NN',连接OD,则∠ODN=α为O点发出的光线在D点的入射角;设该光线在D点的折射角为β,如图所示。根据折射定律有
nsin α=sin β①
式中n为三棱镜的折射率
由几何关系可知
β=60°②
∠EOF=30°
在△OEF中有lEF=lOEsin∠EOF
得lOE=2 cm
根据题给条件可知,△OED为等腰三角形,有α=30°③
规律总结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)充分利用折射现象中的光路可逆性。
训练突破
1.如图所示,救生员坐在泳池旁边凳子上,其眼睛到地面的高度h0为1.2 m,到池边的水平距离l为1.6 m,池深h'为1.6 m,池底有一盲区。设池水的折射率为 。当池中注水深度h为1.2 m和1.6 m时,池底盲区的宽度分别是多少
解析:当池中注水深度h为1.2 m时,光路图如图所示
即r=37°
根据几何关系可知盲区宽度为
s=(1.6 m-1.2 m)tan 53°+1.2 m×tan 37°=1.43 m
同理可得,当池中注水深度为1.6 m时,池底盲区宽度为
s'=1.6 m×tan 37°=1.2 m。
答案:1.43 m　1.2 m
能力形成点2
全反射现象及其应用——规范训练
整合构建
1.求解光的折射、全反射问题的四点提醒
(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)如果光线从光疏介质进入光密介质,则无论入射角多大,都不会发生全反射现象。
(3)在光的反射和全反射现象中,均遵循光的反射定律,光路均是可逆的。
(4)当光射到两种介质的界面上时,往往同时发生光的折射和反射现象,但在全反射现象中,只发生反射,不发生折射。
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 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、运算,解决问题。
3.全反射棱镜(等腰直角棱镜),如图所示
(1)当光线从一直角边垂直射入时,在斜边发生全反射,从另一直角边垂直射出(如图甲)。
(2)当光线垂直于斜边射入时,在两直角边发生全反射后又垂直于斜边射出(如图乙),入射光线和出射光线互相平行。
【典例2】 如图所示,一折射率为 的材料制作的三棱镜,其横截面为直角三角形ABC ,∠A=90°,∠B=30°。一束平行光平行于BC边从AB边射入棱镜,不计光线在棱镜内的多次反射,求AC边与BC边上有光出射区域的长度的比值。
思维点拨(1)找出折射光线恰好过C点的入射光线的入射点D。
(2)分析从DB范围内入射的光线经三棱镜折射后的光线的出射情况,确定AC边的出射区域。
(3)分析从AD范围内入射的光线经三棱镜折射后的光线的出射情况,确定BC边的出射区域。
解析:如图所示,设从D点入射的光线经折射后恰好射向C点,光在AB边上的入射角为θ1,折射角为θ2,由折射定律有
sin θ1=nsin θ2
设从DB范围入射的光折射后在BC边上的入射角为θ',
由几何关系得
θ'=30°+θ2
代入题给数据得
θ2=30°
nsin θ'>1
所以,从DB范围入射的光折射后在BC边上发生全反射,反射光线垂直射到AC边,AC边上全部有光射出。
设从AD范围入射的光折射后在AC边上的入射角为θ″,如图所示。
由几何关系得
θ″=90°-θ2
代入数据解得
nsin θ″>1
即从AD范围入射的光折射后在AC边上发生全反射,反射光线垂直射到BC边上。
设BC边上有光线射出的部分为CF,由几何关系得
lCF=lACsin 30°
AC边与BC边上有光出射区域的长度的比值为
答案:2
方法归纳解答全反射类问题的技巧
(1)根据题意画出光的折射或恰好发生全反射的光路图。
(2)作图时找出具有代表性的光线,如符合边界条件的临界光线等。
(3)利用平面几何知识分析线、角关系,找出入射角、折射角或临界角。
(4)以刚好发生全反射的光线为比较对象,来判断光线是否发生全反射,从而画出其他光线的光路图。
2.(多选)(2023·湖南卷)一位潜水爱好者在水下活动时,利用激光器向岸上救援人员发射激光信号,设激光光束与水面的夹角为α,如图所示。他发现只有当α大于41°时,岸上救援人员才能收到他发出的激光光束,下列说法正确的是(　　)
BC
C.当他以α=60°向水面发射激光时,岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°
D.当他以α=60°向水面发射激光时,岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角大于60°
解析:如图甲所示,其临界角C=90°-α, ,A错误,B正确;当α=60°时,入射角i=30°,如图乙所示,根据折射定律,光从光密介质到光疏介质(空气),折射角大于入射角,所以救援人员接收激光光束与水面夹角小于60°,C正确,D错误。
甲
乙
能力形成点3
光的色散现象(自主悟透)
整合构建
1.光的色散及成因
(1)含有多种颜色的光被分解为单色光的现象称为光的色散。
(2)含有多种颜色的光从一种介质进入另一种介质,由于介质对不同色光的折射率不同,各种色光的偏折程度不同,所以产生光的色散。
2.各种色光的比较
训练突破
3.如图所示,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λa、λb,该玻璃对单色光a、b的折射率分别为na、nb,则(　　)
A.λa<λb,na>nb B.λa>λb,naC.λa<λb,naλb,na>nb
B
解析:由题图可知b光偏折程度大,则naλb,B项正确。

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