第十四章 第1讲　光的折射　全反射 课时练作业ppt

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第十四章　光
第1讲　光的折射　全反射
物理
内容索引
必备知识梳理
关键能力提升
第一部分
第二部分
考点一　折射定律和折射率
考点二　全反射　光导纤维
01
02
考点三　光的折射与全反射综合问题
03
课时作业
第三部分
课程标准 备考策略
1.通过实验，理解光的折射定律。 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，知道其在生产生活中的应用。知道光是横波。 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。 实验十七：测量玻璃的折射率。 实验十八：用双缝干涉实验测量光的波长 1.掌握光的折射、全反射、干涉、衍射现象及规律。
2．熟悉几种光学仪器中的光路图，如三棱镜、玻璃半球、球冠玻璃砖等。
3．能正确构建光的折射、全反射物理模型，能应用恰当的数学方法分析几何关系。
4．掌握测定玻璃折射率、用双缝干涉实验测量光的波长的方法
必备知识梳理
第
分
部
一
自主学习·基础回扣
1．光的折射定律　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。
同一平面
正
可逆
(2)折射率
①折射率是一个反映介质的________的物理量。
光学性质
大于1
小于
大于
2．全反射　光导纤维
(1)全反射定义：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全____，只剩下反射光的现象。
(2)条件
①光从光密介质射入光疏介质。
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__。
消失
大于或等于
小
光从光疏介质进入光密介质时，折射角小于入射角；光从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角。
(4)光导纤维
光导纤维的原理是利用光的______，如图所示。
无论折射现象还是反射现象，光路都是可逆的。
全反射
教材链接·想一想 请仔细阅读人教版教材选择性必修第一册P93“演示”——观察光在弯曲的有机玻璃棒中传播的路径，回答以下问题。
光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，其内芯和外套的材料不同，光在内芯中传播。请思考：
(1)内芯和外套的折射率关系是怎样的？
提示：光纤内芯的折射率比外套的大；
(2)光纤信号在哪个界面发生全反射？
提示：光纤信号在内芯和外套的界面上发生全反射。
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．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。(　 　)
5．只要入射角足够大，就能发生全反射。(　 　)
6．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。(　 　)
概念辨析
√
×
×
√
×
×
关键能力提升
第
分
部
二
互动探究·考点精讲
考点一　折射定律和折射率
1．对折射率的理解
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，如折射角、折射率等。
(3)注意在折射现象中，光路是可逆的。
【典例1】　如图所示，某潜水员在海中潜水，处于距离海岸7 m、海面下4 m的E点，潜水员观察岸上的竖直放置的标尺杆F，标尺杆F长6 m，潜水员能看到杆的一半刻度。已知海面CD到海岸AB的高度为3 m，标尺杆F到岸边A点的距离为4 m。
(1)海水的折射率为多少？
【解析】　光路图如图甲所示。
(2)若由于涨潮海面CD上升了3 m与海岸AB平齐，潜水员相对海岸位置不变，则此时潜水员能看到的标尺杆长度为多少？
【解析】　涨潮后的光路图如图乙所示。
1．(2024·江苏卷)现有一光线以相同的入射角θ，打在不同浓度NaCl的两杯溶液中，折射光线如图所示(β1<β2)，已知折射率随浓度增大而变大。则(　 　)
A．甲折射率大
B．甲浓度小
C．甲中光线的传播速度大
D．甲临界角大
对点演练
A
(1)光穿过透明材料所用的时间；
(2)要使两束单色光经过透明材料后会聚到光屏上的N点，通过计算说明应将透明材料沿MN向左还是向右移动。
答案：应将透明材料沿MN向右移动
考点二　全反射　光导纤维
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。
2．全反射规律的应用
(1)全反射棱镜
截面是等腰直角三角形的棱镜(通常是玻璃做成的)叫全反射棱镜。它的特殊作用一般有如图所示的四种情况。
(2)光导纤维
光导纤维简称“光纤”，它是非常细的特制玻璃丝(直径在几微米到一百微米之间)，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大。
3． (2023·湖北卷)如图所示，楔形玻璃的横截面POQ的顶角为30°，OP边上的点光源S到顶点O的距离为d，垂直于OP边的光线SN在OQ边的折射角为45°。不考虑多次反射，OQ边上有光射出部分的长度为(　 　)
对点演练
C
4．光导纤维是传光的细圆玻璃丝，每根纤维分内外两层。一束光由光纤端面从空气射向内层材料，经内、外层材料的分界面发生多次全反射后沿呈锯齿形的路线可以无损地传到另一端。如图所示为一根光纤的截面图，左端面与两种材料的界面垂直，当光从端面的圆心O入射后，在从光纤的一端传到另一端的过程中光线不从内壁漏掉时，入射角的最大值为θ1。已知内层和外层材料的折射率分别为n1和n2(n1＞n2)，光在真空(空气)中的传播速度为c。求：
(1)sin θ1的值；
解析：画出光在光纤中传播的光路图如图甲所示。
(2)若光纤的长度为l，光以θ1射入后在光纤中传播的时间。
解析：画出光在光纤中传播的光路图如图乙所示。
考点三　光的折射与全反射综合问题
1．求解光的折射、全反射问题的三点提醒
(1)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；如果光线从光密介质进入光疏介质且入射角大于或等于临界角，一定发生全反射。
(2)光的反射和全反射现象，均遵循光的反射定律。
(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。
2．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。
【典例3】　(2024·山东卷)某光学组件横截面如图所示，半圆形玻璃砖圆心为O点，半径为R；直角三棱镜FG边的延长线过O点，EG边平行于AB边且长度等于R，∠FEG＝30°。横截面所在平面内，单色光线以θ角入射到EF边发生折射，折射光线垂直EG边射出。已知玻璃砖和三棱镜对该单色光的折射率均为1.5。
(1)求sin θ；
【答案】　0.75　
(2)以θ角入射的单色光线，若第一次到达半圆弧AMB可以发生全反射，求光线在EF上入射点D(图中未标出)到E点距离的范围。
【解析】　根据题意作出该单色光第一次到达半圆弧AMB恰好发生全反射的光路图，如图所示。
5．(2023·浙江1月选考)如图所示为一斜边镀银的等腰直角棱镜的截面图。一细黄光束从直角边AB以角度θ入射，依次经AC和BC两次反射，从直角边AC出射。出射光线相对于入射光线偏转了α角，则α(　 　)
A．等于90°
B．大于90°
C．小于90°
D．与棱镜的折射率有关
对点演练
A
(1)求玻璃砖的折射率；
解析：光线PQ入射到玻璃砖表面，入射角α＝60°，设对应折射光线QE的折射角为β，如图所示。由几何关系得，
(2)现使光线PQ向左平移，求移动多大距离时恰不能使光线从圆弧面射出(不考虑经半圆柱内表面反射后射出的光)。
课时作业69
第
分
部
三
1．(5分)关于折射率，下列说法正确的是(　 　)
C
2．(5分)(2023·江苏卷)地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲。下列光路图中能描述该现象的是(　 　)
A
解析：因为地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，则太阳光斜射向地面的过程，总是由折射率较小的空气射向折射率较大的空气，即由光疏介质斜射入光密介质，光线始终会向靠近法线的方向偏折，法线在竖直方向上，故光线始终会向竖直方向偏折，故A正确，B、C、D错误。
B
A．平行于AC边的光线①
B．平行于入射光线的光线②
C．平行于CB边的光线③
D．平行于AB边的光线④
4．(5分) (2025·八省联考河南卷)如图所示，一棱镜的横截面为等腰三角形PMN，其中边长PM与PN相等，∠PMN＝30°，PM边紧贴墙壁放置，现有一束单色光垂直于MN边入射，从PN边出射后恰好与墙面垂直(不考虑光线在棱镜内的多次反射)，则该棱镜的折射率为(　 　)
D
5．(5分)如图所示，圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从P点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角θ＝60°时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为c，则(　 　)
C
6．(5分)(2025·河北重点中学高三联考)某科学小组在进行光纤的模拟试验，如图所示，把中空透明玻璃管水平放置在试验台上，从玻璃管外平视观察到管的内径为d，若该玻璃管的折射率为n，则管的实际内径约为(　 　)
C
7．(5分)(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
9．(14分)(2022·江苏卷)如图所示，两条距离为D的平行光线，以入射角θ从空气射入平静水面，反射光线与折射光线垂直，求：
(1)水的折射率n；
答案：tan θ　
(2)两条折射光线之间的距离d。
解析：作出光路图如图所示。
根据几何关系和正弦定理可得
答案：D tan θ
解析：由题意作出光路图如图所示。
(1)从M下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为θ，求θ的正弦值；
(2)被测物体自上而下微小移动，使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，求玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围(只考虑在被测物体表面反射一次的光线)。
解析：根据题意，要使N下端面从刚能接收反射
激光到恰好全部被照亮，光路图如图所示。
则玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围
应该为b1