专题11.1 光的折射和全反射、测量玻璃的折射率【讲】【教师版】-高考物理一轮复习讲义（新高考）

专题11.1 光的折射和全反射、测量玻璃的折射率【讲】 目录 一 讲核心素养1 二 讲必备知识1 【知识点一】折射定律和折射率的理解及应用1 【知识点二】全反射现象的理解和综合分析6 【知识点三】光的色散10 【知识点四】实验测定玻璃的折射率11 三．讲模型思想14 （一）不同光学介质模型对光路控制14 模型一 半圆形玻璃砖15 模型二 三角形玻璃砖16 （二）．光导纤维的构造及传播原理18 一 讲核心素养 1.物理观念折射率、全反射。 1知道折射率的概念定义以及其物理意义是描述介质对光的偏折程度的一个物理量。 2知道光的全反射现象及其产生的条件。 2.科学思维折射定律、常见光学介质模型。 1通过实验，理解光的折射定律。 2掌握常见光学介质模型对光路的控制特点及光路图的构建。 3.科学态度与责任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。 4.科学实验通过实验，理解光的折射定律。会测量材料的折射率。 二 讲必备知识 【知识点一】折射定律和折射率的理解及应用 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＝n。 3在光的折射现象中，光路是可逆的。 2.折射率 1折射率是一个反映介质的光学性质的物理量。 2定义式n＝。 3计算公式n＝，因为v＜c，所以任何介质的折射率都大于1。 4当光从真空或空气斜射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质斜射入真空或空气时，入射角小于折射角。 3.折射率的理解 1折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关。 2折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质。 3同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。 【例1】20211月辽宁普高校招生适应性测试，2如图所示。一束单色光从介质1射入介质2，在介质1、2中的波长分别为λ1、λ2，频率分别为f1、f2，则 A.λ1＜λ2 B.λ1＞λ2 C.f1＜f2 D.f1＞f2 【答案】 B 【解析】 光从一种介质进入另外一种介质时频率不变，故选项C、D错误；光从介质1进入介质2，折射光线靠近法线，可知介质2为光密介质，光进入介质2传播速度变小，波长变短，选项B正确，A错误。 【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维及物理观念。要求考生在正确理解折射率的概念。 【归纳总结】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。同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。 3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.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。 【变式训练1】关于折射率，下列说法正确的是 A. 根据 n＝ 可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比 B. 根据 n＝ 可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比 C. 根据n＝ 可知，介质的折射率与介质中的光速成反比 D. 同一频率的光由第一种介质进入第二种介质时，折射率与波长成正比 【答案】C 【解析】介质的折射率n由介质本身及光的频率决定，与入射角、折射角无关，A、B错误；光在不同介质中的速度不同，由n＝ 知，n与v成反比，C正确；把v＝λf代入n＝，得n＝，则n与λ成反比，D错误。 【变式训练2】．很多公园的水池底部都装有彩灯，当一束由红、蓝两色光组成的灯光从水中斜射向空气时，下列光路图可能存在的一种情况是 A B C D 【答案】C 【解析】当两种色光都能折射到空气中时，根据折射定律n＝，由于红光与蓝光的折射率不同，在入射角相等时，折射角一定不同，蓝色光的折射角大，题图A不可能；光线射到水面时一定有反射，所以反射光中红光和蓝光都有，题图B、题图D不可能；由于红光的折射率比蓝光小，由临界角公式sin C＝ 知，红光的临界角比蓝光的大，有可能是蓝光发生了全反射而红光没有发生全反射，题图C有可能。 【例2】[20211月广东学业水平选择考适应性测试，162]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。 【答案】答案 1.43 m 1.2 m 【解析】 当池中注水深度h为1.2 m，光路图如图所示 根据几何关系知sin i＝＝ 即i＝53 根据折射率可求得sin r＝＝ 即r＝37 根据几何关系可知盲区宽度为 s＝tan 53＋1.2 mtan 37＝ m＝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 mtan 37＝1.2 m。 【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维。 【技巧总结】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，确定各角之间的关系，根据折射定律求解相关的物理量折射角、折射率等。 3注意在折射现象中，光路是可逆的。 【变式训练1】 2021重庆市上学期一诊用某种材料做成的直角三棱镜ABC，如图6所示，一束光线从AB面的中点P平行于底边BC射入棱镜，经BC面反射后垂直于AC边射出，已知AB长为 a，真空中光速为c，求 1该材料对光的折射率； 2该光在三棱镜中的传播时间。 【答案】 1 2 【解析】 1画出光路如图 由几何关系可知，光线在P点的入射角i＝60，折射角为r＝30，则折射率n＝＝＝。 2光线在玻璃中的速度v＝＝ PD＝BP＝a BD＝2PBcos 30＝ DC＝－＝ 光在三棱镜中传播距离 x＝PD＋DCsin 60＝a＋＝ 传播时间t＝＝。 【变式训练2】如图所示，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面3 m。距水面 4 m 的湖底P点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹角为53取sin 53＝0.8。已知水的折射率为 。 1求桅杆到P点的水平距离； 2船向左行驶一段距离后停止，调整由P点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为45时，从水面射出后仍照射在桅杆顶端，求船行驶的距离。 【答案】17 m 25.5 m 【解析】1设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1，到P点的水平距离为x2；桅