2025秋高考物理一轮复习第十三章光电磁波相对论第1讲光的折射全反射课件（75页PPT）

(共75张PPT)
第十三章　光　电磁波　相对论
第1讲　光的折射　全反射
常设情境　①生活实践类：全反射棱镜、光导纤维、增透膜、偏振滤光片、激光、雷达、射电望远镜、红外摄影、X射线管等.
②学习探索类：折射定律、全反射、测定玻璃的折射率、光的干涉现象、光的衍射、光的偏振现象、电磁振荡、电磁场和电磁波、用双缝干涉测光的波长.
素养目标　1.了解光的折射和全反射现象.（物理观念） 2.了解折射率的概念和折射定律.（物理观念） 3.知道光的色散的成因及各种色光的比较.（物理观念） 4.分析光的折射和全反射问题的一般思路.（科学思维）
B
D
解析：根据题意画出光路图如图所示，
1. 折射定律
直观情境 　　
同一平面　
正　
可逆　
光学性质　
1　
深化1　　对折射率的理解
（4）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，频率越大的光折射率越大，传播速度越小.
深化2　　平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体（球）对光路的控制特点
平行玻璃砖 三棱镜 圆柱体（球）
对光路的控制特点
通过平行玻璃砖后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
深化3　　解决光的折射问题的步骤
（1）根据题意画出正确的光路图.
（2）利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角均以法线为标准.
（3）利用折射定律、折射率公式求解.
思维模型　从不同角度思考光的传播问题；利用折射定律解决实际问题.
（1）光线在B点进入液体的折射角；
答案：（1）30°　
（2）凹面镜半径R.
答案：（2）55 mm
B
A. a光的频率比b光的小
B. a光在玻璃砖中的传播速度比b光的小
C. a光的波长比b光的波长大
D. a、b两束单色光通过玻璃砖的时间相同
解析：根据题意画出光路图，如图所示
B
A. 激光在水和空气中速度相同
B. 激光在水流中有全反射现象
C. 水在空中做匀速率曲线运动
D. 水在水平方向做匀加速运动
中的传播速度，A错误；水流导光的原理是光在水中射到水与空气分界面时的入射角
大于临界角，发生了全反射，B正确；水从瓶口水平射出之后，水在水平方向做匀速
直线运动，D错误；水在空中做匀变速曲线运动，水的速率在增大，C错误.
B
A. 在PQ面上，红光比绿光更靠近P点
B. θ逐渐增大时，红光的全反射现象先消失
C. θ逐渐增大时，入射光可能在MN面发生全反射
D. θ逐渐减小时，两束光在MN面折射的折射角逐渐增大
消失　
大于或等于　
深化1　　解答全反射问题的技巧
（1）解答全反射问题时，要抓住发生全反射的两个条件：
①光必须从光密介质射入光疏介质；
②入射角大于或等于临界角.
（2）利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符.
深化2　　求解光的折射、全反射问题的三点注意
（1）明确哪种是光密介质、哪种是光疏介质.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）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.
深化3　　求解光的折射和全反射问题的思路
（1）确定研究的光线
该光线一般是入射光线，还有可能是反射光线或折射光线；若研究的光线不明确，根据题意分析、寻找，如临界光线、边界光线等.
（2）画光路图
找入射点，确认界面，并画出法线，根据反射定律、折射定律作出光路图，结合几何关系，具体求解.
（3）注意两点
从光疏→光密：一定有反射、折射光线
从光密→光疏：如果入射角大于或等于临界角，一定发生全反射.
D. 2
B
角度2　光的折射和全反射的综合应用
例4　如图所示，真空中有折射率为n、横截面为半圆环的透明体，其内圆半径为r，外圆半径为R，有一细光束在A端面上某点垂直于端面A射入透明体，该光束在透明体中反射两次垂直B端面射出.设真空中光速为c.
（1）求光在透明体中的运动时间；
（2）若在A端面任意位置垂直A端面射入透明体的光都不从透明侧壁射出，透明体的折射率应满足什么条件？
B. 若θ＝45°，光线c消失
C. 若入射光a变为白光，光线b为白光
D. 若入射光a变为紫光，光线b和c仍然垂直
ABC
A. 等于90°
B. 大于90°
C. 小于90°
D. 与棱镜的折射率有关
A
解析：运用平面镜成像相关知识以BC面为平面镜，成像如图所示，根据对称性可知，从CD边射出的光线与法线的夹角也为θ，所以光线从AC射出时与法线的夹角也为θ；由于垂直于AB的法线与垂直于AC的法线相互垂直，根据数学知识（一个角的两边与另一个角的两边相互垂直，这两个角相等或互补）可知，从AC边射出的光线与入射光线相互垂直，故出射光线相对于入射光线偏转角为α＝90°，故A正确，B、C、D错误.
1. 光的色散
直观情境
红光　
紫光　
复色　
深化　　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，所以产生光的色散现象.
A. a、b两束出射光互相平行
B. 只要满足一定的条件，a、b两束光可以发生干涉
C. 在该透明材料中，a光的传播速度大于b光的传播速度
D. 从该透明材料射入空气发生全反射时，a光的临界角较大
A
BC
A. 两束光穿过玻璃柱体所需时间相同
B. OM是黄光，ON是蓝光
四、实验：测量玻璃的折射率
考题7　（2024·安徽卷）某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验.
A. 用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a'
B. 在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使P2把P1挡住，这样就可以确定入射光线和入射点O1.在眼睛这一侧，插上大头针P3，使它把P1、P2都挡住，再插上大头针P4，使它把P1、P2、P3都挡住，这样就可以确定出射光线和出射点O2
C. 实验时入射角θ1应尽量小一些，以减小实验误差
B　
解析：（1）不能用笔沿着玻璃砖的上、下边画线，这样会磨损玻璃砖，A错误；为了减小误差，应使入射角θ1尽量大一些，C错误.
解析：（2）由题图乙知，绿光的折射角小，玻璃对绿光的折射率大，且绿光的频率大于红光的频率，故频率大，折射率大.
大　
＞　
考题8　（2023·广东卷）某同学用激光笔和透明长方体玻璃砖测量玻璃的折射率.实验过程如下：
（1）将玻璃砖平放在水平桌面上的白纸上，用大头针在白纸上标记玻璃砖的边界.
（2）①激光笔发出的激光从玻璃砖上的M点水平入射，到达ef面上的O点后反射到N点射出.用大头针在白纸上标记O点、M点和激光笔出光孔Q的位置.
②移走玻璃砖，在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路，作QM连线的延长线与ef面的边界交于P点，如图（a）所示.
2.25
（2.24～2.26均可）　
解析：（2）③题图（b）中刻度尺的分度值为0.1 cm，则d1＝2.25 cm.
解析：（3）根据题意作出法线、入射角θ1、折射角θ2，如图所示.

1.51（1.50～1.52均可）　
小一些　
2. 实验过程
（1）铺白纸、画线
①将白纸用图钉按在平木板上，先在白纸上画出一条直线aa'作为界面，过aa'上的一点O画出界面的法线MN，并画一条线段AO作为入射光线.
②把玻璃砖平放在白纸上，使它的长边跟aa'对齐，画出玻璃砖的另一条长边bb'.
（2）插针与测量
①在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向，直到P1的像被P2的像挡住，再在观察的这一侧依次插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P1、P2的像及P3，记下P3、P4的位置.
②移去玻璃砖，连接P3、P4并延长交bb'于O'，连接OO'即为折射光线，入射角θ1＝∠AOM，折射角θ2＝∠O'ON.
③用量角器测出入射角和折射角，查出它们的正弦值，将数据填入表格中.
④改变入射角θ1，重复以上实验步骤，列表记录相关测量数据.
深化　　注意事项
（1）玻璃砖应选用厚度、宽度较大的.
（2）大头针要插得竖直，且间隔要大些.
（3）入射角不宜过大或过小，一般在15°～75°之间.
（4）玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃界面代替直尺画界线.
（5）实验过程中，玻璃砖和白纸的相对位置不能改变.
角度1　教材原型实验
例7　在通过“插针法”测量玻璃的折射率实验中：
甲 乙
解析：（1）玻璃砖的光学面不能用手直接接触，否则接触面的污渍会影响接触面的平整，进而影响折射率的测定.
光学面　
（2）关于该实验，有以下操作步骤（如图乙所示）：
A. 摆好玻璃砖，确定玻璃砖上、下边界aa'、bb'；
B. 任意画出一条入射光线，在光路上插上大头针P1、P2；
C. 在确定P3、P4位置时，应使P3挡住P1、P2的像，P4挡住 　P3以及P1、P2的像　；
D. 在确定P3、P4位置时，二者距离应适当 　远　（填“近”或“远”）些，以减小误差.
解析：（2）在确定P3、P4位置时，应使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3以及P1、P2的像；折射光线是通过隔着玻璃砖观察成一条直线确定的，大头针间的距离太小，引起的角度误差会较大，故P1、P2及P3、P4之间的距离应适当远些，可以提高准确度.
P3以及P1、P2的像　
远　

（4）如图丁所示为小薇同学实验获得的大头针位置，请帮助她画出该实验完整的光路图.
答案：（4）见解析图
解析：（4）连接P1和P2并延长交玻璃砖的上表面于O1点，连接P3和P4并延长交玻璃砖的下表面于O2点，连接O1O2，则O1O2是光在玻璃内的折射光线，作出光路图如图所示.
角度2　实验拓展创新
例8　某同学用插针法测量某种材料制成的三棱镜的折射率，主要实验步骤如下：
A. P3只需挡住P2的像
B. P4挡住P3的同时，还要挡住P1和P2的像
C. 该实验除刻度尺外，还必须使用量角器
D. 该实验仅需使用刻度尺，无需使用量角器
BD　
解析：（1）本实验，要先在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在玻璃砖另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在一侧相继插上两枚大头针P3和P4，使P3同时挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，A错误，B正确；该实验可用刻度尺测出长度，继而算出入射角和折射角的正弦值，无需使用量角器，C错误，D正确.
（2）经正确操作，四枚大头针的位置如图所示，请在图上作出实验光路图.
答案：（2）见解析图　
解析：（2）如图所示.
1.33　
限时跟踪检测
A级·基础对点练
题组一　折射定律及折射率的应用
A. 1.5 m B. 2.5 m
C. 2.25 m D. 2 m
D
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A
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A. 反射角变小 B. 反射光的亮度不变
C. 折射光的亮度不变 D. 折射光会消失
D
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A. 1.30 B. 1.33 C. 1.38 D. 1.48
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A. 从B点射出的是红光
B. 在相同条件下，从C点射出的光更容易发生衍射
C. 两束光从O点射入，到从B、C点射出所用的时间相等
D. 沿OB、OC折射的单色光的能量之和等于沿AO入射复色光的能量
BC
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B级·能力提升练
A. 一束复色光透过平行空气砖分成1、2两束光，两束光不一定平行
B. 一束复色光透过平行空气砖分成1、2两束光，光束1的频率更高
C. 一束单色光射向平行空气砖后偏移量变大，说明海水的盐度变大
D. 一束单色光射向平行空气砖后偏移量变小，说明海水的盐度变大
C
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解析：光束经过平行空气砖发生两次折射后只发生侧移，不发生偏折，故两束光一定平行，A错误；两束光从海水射入空气发生折射现象，同一介质对频率更高的光的折射率更大，由题图可知n1＜n2，则f1＜f2，即光束2的频率更高，B错误；一束单色光射向平行空气砖后偏移量变大，即海水的折射率变大，说明海水盐度变大，C正确，D错误.
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D. 2a2
A
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A. R
C
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解析：作出a光线的光路如图所示：
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9. （2025·陕西教育联盟联考）如图甲所示是一个长为L的半圆柱体透明介质，其底面是半径为R的半圆，图乙为半圆柱体右视图，O为圆心，P为半径OA的中点，将平行光垂直侧面ABCD射入介质，其中由P点入射的光线，其射出介质的折射光线方向与AB边的夹角为60°.求：
（1）透明介质的折射率；
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（2）要使所有光线都不能由圆柱的圆弧面射出，可以在侧面ABCD贴上不透光的贴纸，求贴纸的最小面积.（不考虑光的多次反射）
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