【課標(biāo)要求】1.通過實(shí)驗(yàn),理解光的折射定律。會測量材料的折射率。2.知道光的全反射現(xiàn)象及其產(chǎn)生的條件。初步了解光纖的工作原理、光纖技術(shù)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。3.觀察光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象,了解這些現(xiàn)象產(chǎn)生的條件,知道其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。知道光是橫波,會用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測量光的波長。4.通過實(shí)驗(yàn),了解激光的特性。能舉例說明激光技術(shù)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用?！究记榉治觥抗獾恼凵?024·福建卷·T10、2024·貴州卷·T3、2024·重慶卷·T5、2024·江蘇卷·T6、2023·浙江1月選考卷·T13、2023·江蘇卷·T5、2023·遼寧卷·T8、2022·湖北卷·T14、2022·浙江1月選考卷·T11、2022·江蘇卷·T12光的折射與全反射的綜合應(yīng)用2024·山東卷·T15、2024·全國甲卷·T34、2024·甘肅卷·T10、2024·廣東卷·T6、2024·海南卷·T4、2023·全國甲卷·T34、2023·山東卷·T16、2023·湖北卷·T6、2023·浙江6月選考卷·T13、2023·湖南卷·T7、2022·全國甲卷·T34、2022·全國乙卷·T34、2022·遼寧卷·T5、2022·河北卷·T16、2022·廣東卷·T16、2022·重慶卷·T16、2022·山東卷·T7、2022·浙江6月選考卷·T8光的干涉、衍射和偏振2024·湖南卷·T9、2024·廣西卷·T9、2024·遼寧卷·T4、2024·山東卷·T4、2023·遼寧卷·T8、2023·山東卷·T5、2022·山東卷·T10實(shí)驗(yàn):測量玻璃的折射率2024·安徽卷·T11、2024·浙江6月選考卷·T16、2023·海南卷·T14、2023·廣東卷·T11實(shí)驗(yàn):用雙縫干涉測量光的波長2024·廣東卷·T11、2024·河北卷·T11、2024·江西卷·T9、2023·江蘇卷·T6、2022·浙江6月選考卷·T4第1講光的折射全反射北京農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全學(xué)會展出了多種快速檢測技術(shù),其中一項(xiàng)是果蔬可溶性固形物(糖度)快速檢測技術(shù),通過計(jì)算光的折射率得到果蔬汁液的糖度數(shù)值,能夠反映出果蔬品質(zhì),是果蔬產(chǎn)品分級的重要參考。請思考:(1)光從空氣進(jìn)入果蔬汁液后傳播方向如何變化?如何計(jì)算折射率?為什么通過計(jì)算光的折射率就能得到果蔬汁液的糖度數(shù)值?(2)光從空氣進(jìn)入果蔬汁液能否發(fā)生全反射?從果蔬汁液進(jìn)入空氣呢?發(fā)生全反射需要滿足什么條件?1.如圖所示,光在真空和某介質(zhì)的界面MN上發(fā)生折射,由圖可知()[A]光是從真空射入介質(zhì)的[B]光是由介質(zhì)射入真空的[C]介質(zhì)的折射率為3[D]介質(zhì)的折射率為3【答案】B2.關(guān)于全反射,下列說法正確的是()[A]發(fā)生全反射時,仍有折射光線,只是折射光線非常弱,因此可以認(rèn)為不存在折射光線而只有反射光線[B]光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時,一定會發(fā)生全反射現(xiàn)象[C]光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時,也可能發(fā)生全反射現(xiàn)象[D]水或玻璃中的氣泡看起來特別亮,就是因?yàn)楣鈴乃虿Ａ湎驓馀輹r,在界面發(fā)生全反射【答案】D【答案】同一平面法線正可逆光學(xué)性質(zhì)大于1全部光密光疏大于90°1n考點(diǎn)一光的折射定律對折射率的理解(1)折射率的大小不僅反映了介質(zhì)對光的折射本領(lǐng),也反映了光在介質(zhì)中傳播速度的大小v=cn(2)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。(3)同一種色光,在不同介質(zhì)中雖然波速、波長不同,但頻率相同。[例1]【對折射定律的理解】(多選)如圖,由a、b兩種單色光組成的復(fù)色光,通過足夠大的長方體透明材料后分成兩束,則()[A]a光從透明材料進(jìn)入空氣后頻率變大[B]a光的頻率小于b光的頻率[C]該材料對a光的折射率大于對b光的折射率[D]該材料對a光的折射率小于對b光的折射率【答案】BD【解析】光的頻率由光源決定,A錯誤;由光路圖可知,入射角相同時,b光的折射角較小,根據(jù)n=sinθ1sinθ2,[例2]【折射定律的應(yīng)用】(2024·重慶卷,5)某同學(xué)設(shè)計(jì)了一種測量液體折射率的方案。容器過中心軸線的剖面圖如圖所示,其寬度為16cm,讓單色光在此剖面內(nèi)從空氣入射到液體表面的中心。調(diào)整入射角,當(dāng)反射光與折射光垂直時,測出豎直器壁上的反射光點(diǎn)與液體表面的距離h,就能得到液體的折射率n,忽略器壁厚度,由該方案可知()[A]若h=4cm,則n=3[B]若h=6cm,則n=4[C]若n=54,則h[D]若n=32,則h【答案】B【解析】設(shè)入射角為θ1、折射角為θ2,如圖所示,入射點(diǎn)到器壁的距離為x=8cm,根據(jù)幾何關(guān)系及折射定律可得n=sinθ1sinθ2=x?應(yīng)用光的折射定律解決問題的思路(1)根據(jù)入射角、折射角及反射角之間的關(guān)系,作出比較完整的光路圖。(2)充分利用光路圖中的幾何關(guān)系,確定各角之間的聯(lián)系,要注意作好輔助線,特別是法線往往起著輔助線的作用,根據(jù)折射定律求解相關(guān)的物理量,如折射角、折射率等。(3)注意在折射現(xiàn)象中,光路是可逆的?？键c(diǎn)二全反射光的折射和全反射的綜合應(yīng)用[例3]【對全反射條件的理解】(2024·廣東卷,6)如圖所示,紅綠兩束單色光,同時從空氣中沿同一路徑以θ角從MN面射入某長方體透明均勻介質(zhì)。折射光束在NP面發(fā)生全反射,反射光射向PQ面。若θ逐漸增大,兩束光在NP面上的全反射現(xiàn)象會先后消失。已知在該介質(zhì)中紅光的折射率小于綠光的折射率,下列說法正確的是()[A]在PQ面上,紅光比綠光更靠近P點(diǎn)[B]θ逐漸增大時,紅光的全反射現(xiàn)象先消失[C]θ逐漸增大時,入射光可能在MN面發(fā)生全反射[D]θ逐漸減小時,兩束光在MN面折射的折射角逐漸增大【答案】B【解析】已知紅光的折射率小于綠光的折射率,根據(jù)折射定律n=sinθ1sinθ2,可知綠光在MN面的折射角較小,根據(jù)幾何關(guān)系可知綠光比紅光更靠近P點(diǎn),故A錯誤;根據(jù)sinC=1n可知,紅光發(fā)生全反射的臨界角較大,θ逐漸增大時,在NP面的入射角先減小至紅光發(fā)生全反射的臨界角,紅光的全反射現(xiàn)象先消失,故B正確;在MN面,光從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì),無論θ多大,都不可能發(fā)生全反射,故C錯誤;[例4]【全反射的應(yīng)用】(多選)光纖通信有傳輸容量大、衰減小、抗干擾性及保密性強(qiáng)等多方面的優(yōu)點(diǎn)。如圖甲是光纖的示意圖,圖乙是光纖簡化示意圖(內(nèi)芯簡化為長直玻璃絲,外套簡化為真空),玻璃絲長為AC=L,折射率為n,AB、CD代表端面,光從AB端面以某一入射角θ進(jìn)入玻璃絲,在玻璃絲內(nèi)部恰好發(fā)生全反射,已知光在真空中的傳播速度為c,下列選項(xiàng)正確的是()[A]內(nèi)芯相對于外套是光疏介質(zhì)[B]sinθ=n[C]光在玻璃絲中傳播的速度為csinθ[D]光在玻璃絲中從AB端面?zhèn)鞑サ紺D端面所用的時間為n2【答案】BD【解析】發(fā)生全反射的條件是光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì),故內(nèi)芯相對于外套是光密介質(zhì),故A錯誤;由題意n=sinθsinr=1sinC,r+C=90°,得sinθ=n2-1,故B正確;根據(jù)n=cv,光在玻璃絲中的傳播速度為v=csin2θ+1,故C錯誤;由幾何關(guān)系sinC[例5]【折射和全反射的綜合】(2024·廣東茂名二模)如圖所示為一半徑為R=6cm的透明半球體,PQ為半球體的直徑,O為半球體的球心?，F(xiàn)有一束激光垂直于半球的平面射入半球體,入射點(diǎn)從P點(diǎn)沿直徑PQ緩慢向Q點(diǎn)移動,發(fā)現(xiàn)當(dāng)入射點(diǎn)移動2cm后,才開始有光線從下方球冠射出,不考慮光線在半球體內(nèi)多次反射。(1)求該半球體的折射率;(2)若該束激光入射點(diǎn)移動至距離球心為3cm位置入射,求光線射出半球體的折射角的正弦值?！敬鸢浮?1)1.5(2)0.75【解析】(1)由題意作出剛好有光線從下方球冠射出時的光路圖如圖甲所示,設(shè)該入射點(diǎn)位置為A,此時入射角為C,由幾何關(guān)系可知OA=6cm-2cm=4cm,sinC=OAR=2由全反射規(guī)律,可知sinC=1n得n=1.5。(2)當(dāng)該束激光入射點(diǎn)移動至距離球心為3cm的B點(diǎn)入射時,如圖乙所示,設(shè)此時入射角為r,由幾何關(guān)系可知,sinr=OBR=12<sin得r<C,即入射角小于臨界角,光線能直接從球冠射出。設(shè)從球冠射出時折射角為i,由折射定律有n=sini可得sini=34=0.75求解光的折射和全反射問題的思路(1)確定研究的光線。該光線可能是入射光線,也可能是反射光線或折射光線;若研究的光線不明確,根據(jù)題意分析、尋找,如臨界光線、邊界光線等。(2)畫光路圖。找入射點(diǎn),確認(rèn)界面,并畫出法線,根據(jù)反射定律、折射定律作出光路圖,結(jié)合幾何關(guān)系,具體求解。(3)注意兩點(diǎn)。光疏→光密:一定有反射、折射光線。光密→光疏:如果入射角大于或等于臨界角,一定發(fā)生全反射。(滿分:60分)對點(diǎn)1.光的折射定律1.(4分)(2025·河南高考適應(yīng)性考試)如圖,一棱鏡的橫截面為等腰三角形△PMN,其中邊長PM與PN相等。∠PMN=30°,PM邊緊貼墻壁放置?，F(xiàn)有一束單色光垂直于MN邊入射,從PN邊出射后恰好與墻面垂直(不考慮光線在棱鏡內(nèi)的多次反射),則該棱鏡的折射率為()[A]2 [B]32[C]53 [D]【答案】D【解析】根據(jù)題意作出光路圖,如圖所示,PM與PN相等,且∠PMN=30°,由幾何關(guān)系知,光線在棱鏡PN邊的入射角θ1為30°,光線在PN邊的折射角θ2為60°,則該棱鏡的折射率n=sinθ2sin2.(6分)(2024·廣東惠州三模)(多選)如圖,有一直桿豎直插入水深為1.2m水池池底,恰好有一半露出水面,太陽光以與水平面成37°角射在水面上,測得直桿在池底的影長EC為2.5m,取sin37°=0.6,下列說法正確的是()[A]直桿在池底的影長中午比早晨更短[B]直桿在水面的影長為0.9m[C]水的折射率為4[D]當(dāng)太陽光和水面的夾角變化時,在水面上有可能發(fā)生全反射【答案】AC【解析】中午的太陽比早晨的位置高,光線射入水的入射角小,由n=sinisinr可知折射角也小,所以直桿在池底的影長中午比早晨更短,故A正確;由題圖可知tan37°=ABBD,解得BD=1.6m,故直桿在水面的影長為1.6m,故B錯誤;由直桿在池底的影長EC為2.5m,可得EF=CE-CF=0.9m,則sinr=EFDE=35,由折射率定義可得n=sinisinr=433.(4分)如圖所示為一圓柱形玻璃磚的截面,O為圓心,AB為一條直徑,光線a、b均從C點(diǎn)射入,光線a平行于AB,光線b與光線a的夾角α=15°,兩條光線的折射光線均經(jīng)過B點(diǎn),θ=60°,則光線a、b在玻璃磚中傳播的時間之比為()[A]63 [B]6[C]22 [D]【答案】B【解析】如圖所示,根據(jù)幾何關(guān)系可得β=30°,根據(jù)折射定律na=sinθsinβ=3,nb=sin(θ-α)sinβ=2,光線在玻璃磚中傳播的速度v=cn,設(shè)CB長為l,則光線在玻璃磚中傳播的時間t4.(6分)(2024·福建卷,10)鍍有反射膜的三棱鏡常用在激光器中進(jìn)行波長的選擇。如圖,一束復(fù)色光以一定入射角i(i≠0)進(jìn)入棱鏡后,不同顏色的光以不同角度折射,只有折射后垂直入射到反射膜的光才能原路返回形成激光輸出。若復(fù)色光含藍(lán)、綠光,已知棱鏡對藍(lán)光的折射率大于綠光,則藍(lán)光在棱鏡中的折射角(選填“大于”“小于”或“等于”)綠光的折射角;若激光器輸出的是藍(lán)光,當(dāng)要調(diào)為綠光輸出時,需將棱鏡以過入射點(diǎn)O且垂直紙面的軸(選填“順時針”或“逆時針”)轉(zhuǎn)動一小角度。

【答案】小于逆時針【解析】根據(jù)折射定律有sinisinr=n,因?yàn)槔忡R對藍(lán)光的折射率大于綠光,所以入射角相同時,藍(lán)光的折射角小于綠光的折射角。在研究光線與棱鏡的幾何關(guān)系時,可將轉(zhuǎn)動棱鏡轉(zhuǎn)換為反方向轉(zhuǎn)動入射光束,若棱鏡保持不動,通過調(diào)整入射角i使激光器從藍(lán)光輸出變?yōu)榫G光輸出,則應(yīng)調(diào)小入射角i,即順時針轉(zhuǎn)動入射光。故入射光不動時,應(yīng)逆時針轉(zhuǎn)動棱鏡。也可直接根據(jù)幾何關(guān)系分析出,要使激光器從藍(lán)光輸出變?yōu)榫G光輸出,應(yīng)使綠光的折射角變小,對點(diǎn)2.光的折射和全反射的綜合應(yīng)用5.(4分)(2024·海南卷,4)一正三角形玻璃磚OPQ,如圖,一束光線垂直于OP射入,恰好在PQ界面發(fā)生全反射,則玻璃磚的折射率為()[A]2 [B]3 [C]233 [D【答案】C【解析】光路如圖所示,已知光線恰好在正三角形玻璃磚OPQ的PQ界面發(fā)生全反射,由幾何關(guān)系可知光線在PQ界面的入射角為C=60°,由sinC=1n,解得n=236.(14分)(2024·廣東廣州期末)為提升公園水池的觀賞效果,工作人員在池底的P點(diǎn)處安裝了一盞彩燈(彩燈可視為點(diǎn)光源)。已知池深H=2.0m,P點(diǎn)到水池右側(cè)的水平距離為x1=1.5m。當(dāng)水池裝滿水時,距離池邊x2=2.4m的工作人員恰能看到彩燈,工作人員眼部離地的高度為h=1.8m。已知光在真空中的速度c=3×108m/s。(1)求水的折射率n;(2)求光在水中的速度v;(3)如果想讓彩燈的光也能從水池左側(cè)的B點(diǎn)射出水面,則B點(diǎn)與P點(diǎn)的水平距離x不能超過多少?(結(jié)果用根號表示)【答案】(1)43(2)2.25×108m/s(3)6【解析】(1)光線在A點(diǎn)的折射角的正弦值sini=x2x2入射角的正弦值sinr=x1x1則水的折射率n=sinisinr(2)光在水中的速度v=cn=3×108(3)若光線恰好能在B點(diǎn)發(fā)生全反射,則sinC=1n=3B點(diǎn)與P點(diǎn)的水平距離x=HtanC,解得x=677.(6分)(多選)如圖所示為一正六邊形玻璃棱鏡的橫截面,其邊長為L,光源S發(fā)出的光從AB邊上的A點(diǎn)與垂直于AB邊的法線成i=60°角入射,AF邊不透光,S與A點(diǎn)的距離為L,光線穿過棱鏡后從ED邊上的D點(diǎn)射出,再傳播到接收點(diǎn)M,CD邊不透光,D與M點(diǎn)的距離也為L。下列說法正確的是()[A]出射光線DM與入射光線SA不平行[B]玻璃的折射率為2[C]光在空氣中SA段傳播的時間和在玻璃中AD段傳播的時間之