1、2010高三物理复习讲义选修3-4续 第 16 页 共 16 页光的折射 全反射题型归纳题型1：由光直线传播原理分析影、小孔成像、成像原理、人眼视觉等解题要点：（1）光的直线传播是有条件的！（忽略衍射时）（2）影的知识： 本影：发光面较大的光源在不透明的物体背后形成的光线完全达不到的区域。本影区内的观察者看不到光源。 半影：发光面较大的光源在不透明的物体的后方形成的只有部分光可照射到的区域.半影区内的观察者只能看到光源的上面部分或下面部分。 伪本影：发光面较大的光源在不透明的物体的后方形成的只有光源的边缘部分发出的光可照射到的区域。伪本影区内的观察者只能观察到光源的周围边缘部分本影半影半影伪本
2、影 月食成因：月球在地球后面的影区内；月球不会发光，只有太阳光射到月球上时才能看到月球相应部分，且不论是全部太阳光射到还是只有部分能射到，均能看见它。只有月球的某部分在地球的本影区内时才不会看到此部分，如不在本影区，则不论在半影还是伪本影区，地球上的观察者都能看到它。不会发生月环食。（3）常用相似三角形知识求解分析例：1.无影灯是多个大面积光源组合而成的,关于其照明效果,下列说法中正确的是().(A)有本影(B)有半影(C)没有本影(D)没有半影例2.关于日食和月食,下列说法中正确的是().(A)在月球的小影区里可看到日全食(B)在月球的半影区里可看到日偏食(C)在月球进入地球的半影区时,可看
3、到月偏食(D)在月球完全进入地球的本影区时,可看到月全食例3：如图所示.在距竖直墙MN左侧一段距离的A点有一小球,在球的左边、紧靠小球处有一固定的点光源S.给小球一向右的水平初速度,当小球在空中作平抛运动时,在小球碰墙以前,它在墙上的影f由上而下的运动是( )(A)匀速直线运动 (B)自由落体运动(C)变加速直线运动 (D)初述度为零的匀加迷直线运动,加速度a小于重力加速度g题型2 ：光的反射、平面镜成像规律应用解题要点：（1）基本情景：一点光源射向平面镜的所有光线，其反射光线的反向延长线均相交于与此点光源对称的像点。（2）反射光路图的画法：首选利用像点对称的方法（涉及线段关系时），也可用反射
4、定律画（涉及角度时）（3）可用假设法和速度分解来分析相关的速度关系例4：平面镜与水平面成角,一点光源S位于镜前方,如图所示,当平面镜以水平速度v向右运动时,求点光源的像S的移动速度.例5.某人手持边长为6cm的正方形平面镜测量身后一棵树的高度。测量时保持镜面与地面垂直，镜子与眼睛的距离为0.4m。在某位置时，他在镜中恰好能够看到整棵树的像；然后他向前走了6.0m，发现用这个镜子长度的5/6就能看到整棵树的像。这棵树的高度约为A4.0m B4.5m C5.0m D5.5m题型3：光的折射定律一般应用解题要点：（1）基本关系：折射定律（又称斯涅尔定律）：当光从介质1射入介质2时，有； 其中角1和角
5、2分别为在对应介质中的光线与法线所成的角，v1和v2是光在两种介质中传播的速度，1和2分别为光在两种介质中的波长。注意一点，当某种光由一种介质射入一种介质过程中，这种光的频率保持不变，光速和波长同时变化（成正比）-v=f某介质的折射率：在某种光由真空（一般可把我们所在的空气与真空近似）射入某种介质的情景下，该介质折射率（C为真空中光速，v为光在此介质中的传播速度。）注意：由折射率概念可知，折射率与两个因素对应，光的种类（电磁波谱中一个位置对应一种光）和介质种类。即说折射率时应清楚是对那种光在什么介质中的折射率！对同一介质，按电磁波谱频率由低到高的次序，折射率增大（可见光由红紫n增大）同一种光在
6、不同介质中传播时，在折射率大的介质中传播速度要小于在折射率小的介质传播速度。某种光在某介质的折射率一定大于1，是光线在介质中与法线所成的角中大角正弦与小角正弦的比，也是光在真空中速度c与光在此介质中速度之比。折射率由光的颜色和介质种类共同决定。折射率越大的介质，会使光在由其它介质进入此介质中时的传播方向离原入射方向偏折程度越大。例6：在折射率为n、厚度为d的玻璃平板上方的空气中有一点光源S，从S发出的光线SA以角度入射到玻璃板上表面，经过玻璃板后从下表面射出，如右图所示。若沿此光线传播的光从光源到玻璃板上表面的传播时间与在玻璃板中的传播时间相等，点光源S到玻璃上表面的垂直距离应是多少? 若减小
7、入射角，出射光线的侧移量将如何变化？（2）光路可逆意义：指逆着原出射方向入射时，必沿原入射方向射出。（3）人眼感觉到物体所在的位置（像）其实是物体射向人眼的光线被 介质偏折后进入人眼光线的反向沿长线处（虚像）或实际光线交汇处（实像）。（4）光从真空射向介质时，如入射角由0增加到90度时，折射角由0增加到临界角C. 而从介质射向真空时，入射角由0增加到C 时，折射角由0增加到90度，而后入射角再增加，则发生全反射。（5）计算时先画光路图且法线画得较长一些，便于寻找角度关系（两对应边均互相垂直的两个锐角必定相等）；注意构建入射角和折射角对应的直角三角形（利用对顶角相等把两种三角形画在交界面的同一侧
8、），把两角的正弦化为边的关系后运算。例7：如图所示，一储油圆桶，底面直径与桶高均为d。当桶内无油时，从某点A恰能看到桶底边缘上的某点B。当桶内油的深度等于桶高的一半时，在A点沿AB方向看去，看到桶底上的C点，C、B相距，由此可得油的折射率n= ；光在油中传播的速度v= m/s。（结果可用根式表示）例8：由某种透光物质制成的等腰直角棱镜ABO，两腰长都是16 cm为了测定这种物质的折射率，将棱镜放在直角坐标系中，并使两腰与ox、oy轴重合，如图所示从OB边的C点注视A棱，发现A棱的视位置在OA边D点在C、D两点插大头针，看出C点坐标位置（0，12）D点坐标位置（9，0），由此可计算出该物质的折射
9、率为 例9. 一直杆AB的一部分竖直插入装满某种透明液体的柱形容器中，眼睛从容器的边缘D斜往下看去，发现直杆A端经液面反射的像恰好与B端经液体折射形成的像重合，如图所示，已知AB=6.5cm，AC=3cm ，CD=5cm，该液体的折射率是 。遮光板望远镜线光源 例10.如图，置于空气中的一不透明容器内盛满某种透明液体。容器底部靠近器壁处有一竖直放置的6.0 cm长的线光源。靠近线光源一侧的液面上盖有一遮光板，另一侧有一水平放置的与液面等高的望远镜，用来观察线光源。开始时通过望远镜不能看到线光源的任何一部分。将线光源沿容器底向望远镜一侧平移至某处时，通过望远镜刚好可以看到线光源底端，再将线光源沿
10、同一方向移动8.0 cm，刚好可以看到其顶端。求此液体的折射率ABS1S2S0S2CD图9S1S2（6）视深公式：如人眼从液面上方观察液体中物体，则视深比实深浅。在垂直观察时相当小，有：Hh空气水SRrS如人眼在液体中看水面外上方物体时，视高比实高高。可用光路可逆规律与上面相类似。例11：.水的折射率为4/3，空气的折射率为1.00，一潜水员自水下目测立于船头的观察者，距水面高为h1，而观察者目测潜水员距水面深h2，则 :A. 潜水员实际深度大于h2，观察者实际高度大于h1 B. 潜水员实际深度小于h2，观察者实际高度小于h1 C.潜水员实际深度大于h2，观察者实际高度小于h1D.潜水员实际深
11、度小于h2，观察者实际高度大于h1题型4：全反射情形解题要点：（1）当光由某介质射向真空（空气）时，折射角大于入射角（即光线偏离法线折射），如入射角由零逐渐增大至某角C时（C一定是锐角），折射角对应由零增大至90度，我们就把90度折射角对应的的那个入射角C称为临界角。由折射定律知：sinC 折射率越大的介质，临界角越小，在入射角增大时，越先发生全反射。（2） 实验和理论均证明：随着入射角的增大，反射光线的强度逐渐变强而折射光线强度逐渐变弱，在入射角达临界角C时，折射光线强度已达从有至无的临界状态，此后，如入射角继续增大，则只有反射光线而无折射光线（即光线全部在界面上反射而不会透射，此时界面可等
12、效于一平面反射镜），这种现象称全反射。（3） 全反射条件：光由介质射向空气。入射角大于或等于临界角（4）注意：光在两种介质的交界面上继续传播时可能同时发生两种现象，反射、折射.如由空气射向介质，则两种现象都要发生，而光由介质射向空气中时，可能只发生反射而无折射（要看入射角与临界角大小比较，以确定是否发生全反射）。例12：在桌面上有一倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面接触，圆锥的轴（图中虚线）与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形，如图所示。有一半径为r的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的地面上，光束的中心轴与圆锥的轴重合。已知玻璃的折射率为1.5，则光束在桌面上形成的光斑半径为:A、r B、1.5r
13、C、2r D、2.5r例13.如题20图所示，空气中在一折射率为的玻璃柱体，其横截面是圆心角为90、半径为R的扇形OAB，一束平行光平行于横截面，以45入射角照射到OA上，OB不透光，若只考虑首次入射到圆弧上的光，则上有光透出部分的弧长为A B C D 14、如图所示，一段横截面为正方形的玻璃棒，中间部分弯成四分之一圆弧形状，一细束单色光由MN端面的中点垂直射入，恰好能在弧面EF上发生全反射，然后垂直PQ端面射出。求该玻璃棒的折射率。若将入射光向N端平移，当第一次射到弧面EF上时_（填“能”“不能”或“无法确定能否”）发生全反射。例15. 如图所示，是两个城市间的光缆中的一条光导纤维，光缆长为
14、L，它的玻璃芯的折CC射率为n1，外层材料的折射率为n2，光在空气中的传播速度为c，光由它的一端射入经多次全反射后从另一端射出（C为全反射的临界角，已知sinC=n2/n1）则为 An1n2，光从它的一端射入到从另一端射出所需要的时间等于L/c Bn1n2，光从它的一端射入到从另一端射出所需要的时间等于n12L/(n2c)D .n1n2，光从它的一端射入到从另一端射出所需要的时间等于n1L/c（3）（光线通过方形玻璃砖或球形玻璃砖时,由光路可逆可知，只要光能进入，则一定能射出，即在出射界面上不可能发生全反射）例16.下列关于光的全反射和光的色散的说法中,正确的是: A.光线通过方形玻璃砖时,在
15、出射界面上不可能发生全反射 B.光线通过球形玻璃砖时,在出射界面上有可能发生全反射 C.光线通过三棱镜时,在出射界面上有可能发生全反射 D.复色光通过方形玻璃砖和球形玻璃砖时,一定会发生全反射（2）如某一面上发生了全反射，则此面类同于一个平面镜，此面看上去将会很明亮且可反射成像（类平面镜成像）例17：水中（或玻璃中）的气泡看起来非常明亮；海市蜃楼人们可看到空中有各种景物；沙漠中的蜃景可在地面(沙面)看到物体类似在水中的倒影;炎热天气时看到柏油路面非常明亮等现象的理解 题型5：视场问题-确定在某处的人眼可看到的景物或像的范围解题要点：(1)可用光路可逆的原理来分析作图-假设把人眼换成一点光源,确
16、定出此点光源发出的光线经光学器件或介质作用后可照到的范围,此范围即为在此处的人眼可观察到的范围区域.(2)作图时必须先确定所设人眼处的点光源发出的、被障碍物挡住一部分后的可射到光学器件上的那部分光线范围，然后再确定对应这部分入射光线的出射光线（类似于先定出定义域，再定值域）注意反射光路一般用像点对称法来画（很少用反射定律）（3）对平面镜成像的情形，也可把镜面等效看作窗户，把所成的虚像等效看作窗户内的物体，人眼通过“窗户”来看里面的物体称为视窗法。例18： 为了观察门外情况，有人在门上开一小圆孔，将一块圆柱形玻璃嵌入其中，圆柱体轴线与门面垂直。从圆柱底面中心看出去，可以看到的门外人射光线与轴线间
17、的最大夹角称做视场角。已知该玻璃的折射率为，圆柱长为，底面半径为r，则视场角是A. B. C. D. 题型6：:常见典型光路图示例半圆柱形玻璃砖光路图示2半圆柱形玻璃砖光路图示1平行玻璃砖使光线平移及光路可逆、讨论情形互相垂直的二平面镜可使反向光线反向返回OABR60POir图-7ir图8OAPBir图391243COABCAB57698NFEO图1BABA图4ab图10ABCidqABC图9SOq图11ACDBHEOri甲ACDBHPOii乙rQDNP1MP2CAB图83045图13MNABPri题型7：光的色散及不同色光传播规律特点问题解题要点：（1）光的颜色对应频率（红最小而紫最大）.（
18、2）不同色光在真空中速度相同而在其它介质中速度不同（红最大而紫最小）（3）红光是低频率（大波长）、小折射率（偏折小）、大速度、大临界角（不易全反射）、大间距（干涉或衍射条纹）的代表，而紫光是高频、长波、大折射、小速度、小间距代表例19.如图所示,abc为一全反射棱镜,一束白光垂直入射到ac面上,若光线入射点O的位置保持不变,改变光线的入射方向(不考虑自bc面反射的光线)().(A)使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转,如果有色光射出ab面,则红光将首先射出(B)使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转,如果有色光射出曲面,则紫光将首先射出(C)使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转,红光将首先
19、射出ab面(D)使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转,紫光将首先射出n6面例20.如图所示，只含黄光和紫光的复色光束PO，沿半径方向射入空气中的玻璃半圆柱内，被分成两光束OA和OB，若OA和OB分别沿如图所示的方向射出，则：O为黄色，OB为紫色OA为紫色，OB为黄色OA为黄色，OB为复色A为紫色，B为复色例21发出白光的细线光源ab，长度为l0，竖直放置，上端a恰好在水面以下，如图。现考虑线光源ab发出的靠近水面法线(图中的虚线)的细光束经水面折射后所成的像，由于水对光有色散作用，若以l1表示红光成的像的长度，l2表示蓝光成的像的长度，则 （） Al1l2l0 Bl1l2l0 Cl2l1l0
20、 Dl2l1l0题型8：常见光学器件对光线的作用解题要点：（1）两面平行的介质砖出射与入射平行并使复色光色散（2）介质或液体（可包括玻璃砖）：视深比实深浅或视高比实高高且色散。（3）球面介质（凸透镜或凹透镜）：使光束汇聚或发散（4）二相互垂直的平面镜（或垂直斜边入射的全反射棱镜）：使光线反向平行返回（5）与入射光线成45度角平面镜（或垂直直角边入射的全反射棱镜）：使光线偏折90度（6）三棱镜（光密）：使光线向底边偏折，而成的像向顶角移（上紫下红）（光疏三棱镜则相反）例22.如图所示，两块同样的玻璃直角三棱镜ABC，两者的AC面是平行放置的，在它们之间是均匀的未知透明介质，一单色细光束O垂直于A
21、B面入射，在图示的出射光线中（ ）A.1、2、3（彼此平行）中的任一条都有可能B.4、5、6（彼此平行）中的任一条都有可能C.7、8、9（彼此平行）中的任一条都有可能D.只能是4、6中的某一条 23、（全国卷）20频率不同的两束单色光1和2 以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后，其光路如右图所示，下列说法正确的是A 单色光1的波长小于单色光2的波长B 在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2 的传播速度C 单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间D 单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角24、（1）(5分)如图，一个三棱镜的截面为等腰直角，
22、为直角。此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边，进入棱镜后直接射到AC边上，并刚好能发生全反射。该棱镜材料的折射率为 。(填入正确选项前的字母) A. B. C. D.例25.把相同玻璃制成厚度为d的正方体A和半径为d的半球体B放在报纸上，且让半球体的凸面向上，从正上方向下分别观察A、B中心处报纸上的文字，下面的观察记录，哪一项是正确的:AA中的文字比B中高 BB中的文字比A中高 CA、B一样高 DA中的文字位置比没有玻璃时高题型9：测折射率实验：解题要点：（1）插针法定光路 （2）不用量角器，用等斜边或等直角边画法画图处理数据。例26、测定玻璃折射率的实验中(1) 某同学做实验
23、插针的步骤如下：A.在表示入射光线的AO上插上大头针P1和P2B.通过玻璃砖观察P1和P2，调整视线，直到P1的像被P2的像挡住C.在观察一侧插上大头针P3和P4，并记下P3和 P4的位置。这位同学在操作中有什么重要疏漏？(2) 以通过P1P2的直线与玻璃砖的交点O为圆心，以某一适当长度R为半径画圆与OA交于P，于OO的延长线交于Q，从P和Q分别做玻璃砖界面的法线NN的垂线，P和Q分别为垂足，如图所示，用刻度尺量得PP45mm，QQ30mm求玻璃砖的折射率参考答案：1.BC 2.ABD 3. A 4. 2vsin 5. 眼睛树的像树【答案】B【解析】如图是恰好看到树时的反射光路，由图中的三角形
24、可得，即。人离树越远，视野越大，看到树所需镜面越小，同理有，以上两式解得L=29.6m，H=4.5m。6. ，变小 7. 8. 4/39. 解析：本实验光路图如图所示，则n=sin2/sin1=1.05答案：1.0510. 解答若线光源底端在A点时，望远镜内刚好可看到线光源的底端，则有： 其中为此液体到空气的全反射临界角，由折射定律得：同理，线光源顶端在B1点时，望远镜内刚好可看到线光源的顶端，则： 由图中几何关系得： 解得：11.A 12.B 13. 【答案】B 【解析】光路图如图所示，由折射定律可求得设在C点恰好发生全反射，由可求得C=450，AOC=。弧AB上有光透出的部分弧长CD为，正
25、确的答案是B14. 【答案】 能【解析】发生全反射的临界角，得由于入射角不变，在弧面EF上仍发生全反射。15.C 16. A、C 17.略 18. B 19. A 20. C 21. D 22. （B）23. 【答案】AD【解析】由题图可知，1的光线折射率大，频率大，波长小。在介质中传播速度小，因而产生全反射的临界角小。选项AD正确，B错。由，在玻璃中传播的距离，传播的速度，所以光在玻璃中传播的时间，1光线的折射角小，所经历的时间应该长，选项C错误。24. 【答案】A【解析】根据折射率定义有，已知1=4502+3=900，解得：n=25. 选 AD。正方形体情形下，利用视深比实深浅可知。而在B
26、情形下，由于折射只有在入射角不等于0度的时候才发生，当人眼通过半球从正上方看的时候进入眼睛的光线恰恰是从球面法向方向出来的光线，所以不折射。26. 略光的干涉 衍射 偏振题型归类题型1：双缝干涉情景图示：解题要点：（1）只有频率相同，振动方向一致，相差恒定（步调差恒定）的两束光才能干涉。（一束光一分为二以形成两个相干光源）（2）两个完全相同的灯泡（或其它种宏观光源）不是相干光源，不能产生干涉（3）干涉图样特点：中央为明条纹，两边等间距对称分布明暗相间条纹。而单色光单缝衍射图象特点：中央条纹最宽最亮，两侧为不等间隔的明暗相间的条纹。注意区别单色光：形成明暗相间的条纹。白光：中央条纹既亮且白，两侧
27、边缘处出现了彩色条纹（下紫上红）。这是因为白光是由不同颜色的单色光复合而成的，而不同色光的波长不同，在狭缝间的距离和狭缝与屏的距离不变的条件下，光波的波长越长，各条纹之间的距离越大，条纹间距与光波的波长成正比（紫光波长最短而红光最长）。各色光在双缝的中垂线上均为亮条纹，故各色光重合为白色。（4）：注意L指开有双缝的屏到后面光屏的距离，d指双缝间距。此式只有在L远大于d时才成立。（5）红色滤光片是起能通过红光而把其它色光挡住作用而不是过滤去红色（不让红光过去），其它色的滤光片亦然。例1. （1997年高考全国卷）在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一
28、红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时A只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其它颜色的双缝干涉条纹消失B红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其它颜色的双缝干涉条纹依然存在C任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮D屏上无任何光亮【例2】（如图所示）.单色光源发出的光经一狭缝，照射到光屏上，则可观察到的图象是图【例3】如图（a）所示是利用双缝干涉测定单色光波长的实验装置，滤光片的作用是_，单缝的作用是_，双缝的作用是_，单缝和双缝之间的方向关系是_某同学在做该实验时，第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心时（图1），游标卡尺的示数如图3所示，第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时（图2），游标卡尺的示数如图4所示，已知双缝间距为0.5mm，从双缝到屏的距离为1m，则图3中游标卡尺的示数为_mm图4游标卡尺的示数为_mm实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是_，所测单色光的波长为_m（6）在判断某处出现明还是暗条纹时，既可由路程差分析，也可由时间差分析。而时间差分析更本质！（时间差为周期整数倍时亮纹而为半周期的奇数倍时暗纹，）而且看路
