专题13 光学-2020-2021学年高二下学期物理期末考点大串讲（人教版）

专题13 光学 思维导图 知识详解 知识点一、折射定律与折射率 1．折射现象：光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向发生改变的现象，如图所示。折射现象的光路可逆性。 2．折射定律 （1）内容：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：＝n12，式中n12是比例常数。 （3）折射定律的理解与应用　　　　　　　　　　　　　　　 ①入射角、反射角和折射角是相对应的光线与法线的夹角。 ②折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关。 ③光发生折射时，折射角不一定小于入射角。 （4）在光的折射现象中，光路是可逆的。 3．折射率 （1）物理意义：折射率反映介质的光学特性，表示介质折射光的本领大小的物理量。折射率大，说明光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小。 （2）定义式：n＝，不能说n与sin θ1成正比，与sin θ2成反比。折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定。 不论光是从真空射入介质，还是从介质射入真空，θ1总是真空中的光线与法线间的夹角，θ2总是介质中的光线与法线间的夹角。 （3）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）计算公式：n＝，因v <c，故任何介质的折射率总大于1。 （4）折射率大小由介质的种类、光源（频率即光的颜色）两个因素决定，与入射角的大小无关。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。同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。 某一频率的光在不同介质中传播时，频率不变但折射率不同，所以光速不同，波长也不同（与机械波相同）；不同频率的光在同一介质中传播时，折射率不同，所以光速不同，波长也不同（与机械波的区别）。例在玻璃中，n红＜n绿＜n紫。 记忆方法：介质的折射率总大于1，故θ1＞θ2，θ1一定是真空（或空气）中的角。 当光从真空（或空气）射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质射入真空（或空气）时，入射角小于折射角。 （5）对于光从一种介质进入另一种介质时，折射定律的表达式是n1sinθ1= n2sinθ2……… 4．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体（球）对光路的控制 平行玻璃砖 三棱镜 圆柱体（球） 结构 玻璃砖上下表面是平行的 横截面为三角形的三棱镜 横截面是圆 对光线的作用 通过平行玻璃砖的光线不改 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 应用 测定玻璃的折射率 全反射棱镜，改变光的传播方向 改变光的传播方向 【特别提醒】不同颜色的光的频率不同，在同一种介质中的折射率、光速也不同，发生全反射现象的临界角也不同。 【题1】（2020-2021学年高二物理同步课堂帮帮帮）关于折射率，下列说法中正确的是 A．根据可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比 B．根据可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比 C．介质的折射率由介质本身决定，与入射角、折射角均无关 D．根据可知，介质的折射率与介质中的光速成反比 【答案】CD 【解析】介质的折射率是一个表明介质的光学特性的物理量，由介质本身决定，与入射角、折射角无关，故A、B错误，C正确；由于真空中光速是一个定值，故n与v成反比，这也说明折射率与光在该介质中的光速是有联系的，故D正确；故选CD。 【题2】（2020-2021学年高二物理同步课堂帮帮帮）图中虚线表示两种介质的界面及其法线，实线表示一条光线斜射向界面后发生反射与折射的光线，以下说法正确的是 A．bO不是入射光线 B．aO是入射光线 C．cO是入射光线 D．Ob是反射光线 【答案】ABD 【解析】在光的反射中，入射角等于反射角，入射光线和反射光线分居法线两侧；在光的折射中，折射角与入射角不相等，且分居法线两侧。可知，aO是入射光线，Ob是反射光线，Oc是折射光线。故选ABD。 6．解决光的折射问题的思路 （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。 （4）注意折射现象中光路的可逆性。 【题3】两束平行的细激光束，垂直于半圆柱玻璃的平面射到半圆柱玻璃上，如图所示。已知其中一条光线沿直线穿过玻璃，它的入射点是O，另一条光线的入射点为A，穿过玻璃后两条光线交于P点。已知玻璃截面的圆半径为R，OA＝，OP＝R，光在真空中的传播速度为c＝3.0×108 m/s，求此玻璃砖的折射率和激光束在该玻璃材料中的传播速率。 【答案】1.73　1.73×108 m/s 【解析】光路图如图所示：由