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第1講 光的反射與折射 全反射
[考試標(biāo)準(zhǔn)]
知識(shí)內(nèi)容
考試要求
說明
光的反射與折射
c
不要求引入相對折射率的概念.
全反射
c
光的顏色、色散
b
一、光的反射與折射
1.反射定律
反射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，反射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；反射角等于入射角.
2.折射定律
(1)內(nèi)容：如圖1所示，折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比.
圖1
(2)表達(dá)式：＝n.
(3)在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的.
3.折射率
(1)折射率是一個(gè)反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量.
(2)定義式：n＝.
(3)計(jì)算公式：n＝，因?yàn)関
λb
C.nanb
答案 BC
解析 一束光經(jīng)過三棱鏡折射后，折射率小的光偏折較小，而折射率小的光波長較長，所以λa>λb，nan乙>n丙
B.波長λ的關(guān)系λ甲<λ乙<λ丙
C.頻率f的關(guān)系f甲λ乙>λ丙，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，C正確；光由水珠出射到空氣時(shí)的入射角等于光從空氣射入水珠時(shí)的折射角，根據(jù)光的可逆性知，它們由水珠出射到空氣的折射角均等于光從空氣射入水珠的入射角，所以θ甲＝θ乙＝θ丙，選項(xiàng)D正確.
11.(多選)如圖9所示，杯中裝滿水，上方有一點(diǎn)A，杯底有一點(diǎn)B，A、B連線和水面的交點(diǎn)為O，現(xiàn)在A點(diǎn)用很細(xì)的一束紅光照向水面上的P點(diǎn)，正好在B點(diǎn)形成亮點(diǎn).若在A點(diǎn)用很細(xì)的另一顏色的光照向水面上的Q點(diǎn)，也正好在B點(diǎn)形成亮點(diǎn).下列說法正確的是( )
圖9
A.不管另一種光是什么顏色，P點(diǎn)和Q點(diǎn)都在O點(diǎn)的右邊
B.若另一種光是紫色，則Q點(diǎn)距O點(diǎn)較遠(yuǎn)
C.若另一種光是藍(lán)色，則Q點(diǎn)距O點(diǎn)較近
D.若另一種光是黃色，P點(diǎn)和Q點(diǎn)都在O點(diǎn)的左邊
答案 AB
解析 光從空氣射入水中發(fā)生折射，根據(jù)折射定律知：折射角小于入射角，故知要在B點(diǎn)形成亮點(diǎn)，P、Q都應(yīng)在O點(diǎn)右邊，故A正確，D錯(cuò)誤.假設(shè)紫光也照向水面上的P點(diǎn)，由于水對紫光的折射率大于水對紅光的折射率，根據(jù)折射定律n＝可知紫光的折射角較小，折射光線更靠近法線，則杯底上光斑落在B點(diǎn)的左側(cè)，所以要使紫光照向水面上的Q點(diǎn)，也正好在B點(diǎn)形成亮點(diǎn)，Q點(diǎn)距O點(diǎn)更遠(yuǎn)，故B正確.水對藍(lán)光的折射率也比水對紅光的大，同理，若另一種光是藍(lán)色，Q點(diǎn)距O點(diǎn)較遠(yuǎn)，故C錯(cuò)誤.
12.如圖10所示，一個(gè)三棱鏡的截面為等腰直角△ABC，∠A為直角.此截面所在平面內(nèi)的光線沿平行于BC邊的方向射到AB邊，進(jìn)入棱鏡后直接射到AC邊上，并剛好能發(fā)生全反射.該棱鏡材料的折射率為( )
圖10
A.B.C.D.
答案 A
解析 三棱鏡的截面為等腰直角△ABC，光線沿平行于BC邊的方向射到AB邊，則第一次折射時(shí)的入射角等于45，射到AC邊上，并剛好能發(fā)生全反射，則有sinC＝.由折射定律可得：n＝＝，聯(lián)立得：n＝.
13.(多選)如圖11所示，一細(xì)束白光通過玻璃三棱鏡折射后分成各種單色光，對其中a、b、c三種色光，下列說法正確的是( )
圖11
A.c色光在該玻璃三棱鏡中的速度最大
B.三種色光的波長關(guān)系為λa＞λb＞λc
C.若分別讓a、b、c三色光通過同一雙縫干涉裝置，則a光形成的相鄰干涉條紋的間距最大
D.若讓a、b、c三色光以相同的入射角從某介質(zhì)射向真空，b光恰能發(fā)生全反射，則a光也一定能發(fā)生全反射
答案 AD
解析 根據(jù)光的偏折程度可知，該玻璃三棱鏡對c光的折射率最小，對a光的折射率最大，則c光的波長最長，a光波長最短，故B錯(cuò)誤.c光的折射率最小，由公式v＝分析得知，三色光在玻璃三棱鏡中傳播時(shí)c光速度最大，故A正確.c光的波長最長，a光波長最短，而相鄰干涉條紋的間距與波長成正比，則a光形成的相鄰干涉條紋的間距最小，故C錯(cuò)誤.a光的折射率最大，由臨界角公式sin C＝分析得知，a光的臨界角最小，若讓a、b、c三色光以相同的入射角從某介質(zhì)射向真空，b光恰能發(fā)生全反射，則a光也一定能發(fā)生全反射，故D正確.
14.(多選)如圖12甲所示，可以用來測定半圓柱形玻璃磚的折射率n，O是圓心，MN是法線.一束單色光線以入射角i＝30由玻璃磚內(nèi)部射向O點(diǎn)，折射角為r，當(dāng)入射角增大到也為r時(shí)，恰好無光線從玻璃磚的上表面射出.讓該單色光分別通過寬度不同的單縫a、b后，得到圖乙所示的衍射圖樣(光在真空中的傳播速度為c).則下列說法正確的是( )
圖12
A.此光在玻璃磚中的全反射臨界角為60
B.玻璃磚的折射率n＝
C.單縫b寬度較大
D.光的偏振現(xiàn)象說明光是一種縱波
答案 BC
解析 根據(jù)折射定律有n＝，由題知，玻璃磚的全反射臨界角等于C，則有sinC＝，結(jié)合i＝30，C＝r，解得n＝，C＝45，故A錯(cuò)誤，B正確.由題圖乙知，單色光通過單縫a后衍射現(xiàn)象比較明顯，所以單縫a寬度較小，單縫b寬度較大，故C正確.偏振是橫波特有的現(xiàn)象，光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波，故D錯(cuò)誤.
15.(多選)ABCDE為單反照相機(jī)取景器中五棱鏡的一個(gè)截面示意圖，AB⊥BC，由a、b兩種單色光組成的細(xì)光束從空氣垂直AB射入棱鏡，經(jīng)兩次反射后光線垂直BC射出，且在CD、AE邊只有a光射出，光路如圖13所示，則a、b兩束光( )
圖13
A.在真空中，a光的傳播速度比b光大
B.在棱鏡內(nèi)，a光的傳播速度比b光小
C.以相同的入射角從空氣斜射入水中，b光的折射角較小
D.分別通過同一雙縫干涉裝置，a光的相鄰亮條紋間距大
答案 CD
解析 所有光在真空中有相同的速度，A錯(cuò)誤；在CD界面上，由題圖可知，相同入射角a光發(fā)生了折射，b光發(fā)生了全反射，說明b光比a光折射率大，由公式v＝可知，同種介質(zhì)中a光傳播速度大，B錯(cuò)誤；由于b光的折射率大，根據(jù)n＝，可知以相同的入射角從空氣斜射入水中時(shí)，b光的折射角較小，C正確；折射率小的光的波長長，通過同一雙縫干涉裝置，a光的相鄰亮條紋間距大，D正確.
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