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1、專 題 十 五 光 學高 考 物 理 知 識 清 單 方法一全反射和臨界角及光的折射應用1.當光由光密介質射入光疏介質時:(1)若入射角i0)?，F(xiàn)已有針對某些電磁波設計制作的人工材料,其折射率可以為負值(n0),稱為負折射率材料。位于空氣中的這類材料,入射角i與折射角r依然滿足=n,但是折射線與入射線位于法線的同一側(此時折射角取負值)?，F(xiàn)空氣中有一上下表面平行的負折射率材料,一束電磁波從其上表面射入,下表面射出。若該材料對此電磁波的折射率n=-1,正確反映電磁波穿過該材料的傳播路徑的示意圖是() 解析折射線與入射線應位于法線的同一側,故選項A、D錯誤。因為材料折射率n=-1,在電磁波由空氣進

2、入介質時,sin=-sin(-),得=,則C項錯。故正確選項為B。答案B sinsinir 1-1 2012山東理綜,37(2)如圖所示,一玻璃球體的半徑為R,O為球心,AB為直徑。來自B點的光線BM在M點射出,出射光線平行于AB,另一光線BN恰好在N點發(fā)生全反射。已知 ABM=30,求玻璃的折射率。球心O到BN的距離。 答案R解析設光線BM在M點的入射角為i,折射角為r,由幾何知識可知,i=30,r=60,根據(jù)折射定律得n=代入數(shù)據(jù)得3 33sinsinri n=光線BN恰好在N點發(fā)生全反射,則 BNO為臨界角CsinC=設球心到BN的距離為d,由幾何知識可知d=RsinC解得d=R3 1n

3、 33 方法二棱鏡和光的色散1.棱鏡(1)定義:各平面相交的透明體叫做棱鏡。通常把橫截面為三角形的棱鏡叫做三棱鏡。(2)作用:改變光的傳播方向;分光。2.通過棱鏡的光線(1)棱鏡對光線的偏折規(guī)律如圖所示 通過棱鏡的光線要向棱鏡底邊方向偏折;棱鏡改變光的傳播方向,但不改變光束的性質。a.平行光束通過棱鏡后仍為平行光束; b.發(fā)散光束通過棱鏡后仍為發(fā)散光束;c.會聚光束通過棱鏡后仍為會聚光束。出射光線和入射光線之間的夾角稱為偏向角(如圖中)。(2)棱鏡成像(如圖)隔著棱鏡看物體的像是正立的虛像,像的位置向棱鏡頂角方向偏移。 3.全反射棱鏡(1)定義:橫截面為等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡。(2)

4、全反射棱鏡對光路的控制如圖所示: (3)全反射棱鏡的優(yōu)點:全反射棱鏡和平面鏡在改變光路方面,效果是相同的,相比之下,全反射棱鏡成像更清晰,光能損失更少。4.光的色散把復色光分解為單色光的現(xiàn)象叫做光的色散。 白光通過棱鏡后,被分解為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色(如圖)。例2一束白光從頂角為的一邊以較大的入射角i射入并通過三棱鏡后,在屏P上可得到彩色光帶,如圖所示,在入射角i逐漸減小到零的過程中,假如屏上的彩色光帶先后全部消失,則 () A.紅光最先消失,紫光最后消失B.紫光最先消失,紅光最后消失C.紫光最先消失,黃光最后消失D.紅光最先消失,黃光最后消失解題思路白光通過三棱鏡以后,所有的光

5、均偏離頂角,偏向底邊,且紫光的偏角最大,所以隨著i的減小,紫光最先消失,紅光最后消失。解析白光從AB面射入玻璃后,由于紫光偏折大,從而到達另一側面AC時的入射角較大,且因紫光折射率大,sinC=1/n,因而其全反射的臨界角最小,故隨著入射角i的減小,進入玻璃后的各色光中紫光首先發(fā)生全反射不從AC面射出,后依次是靛、藍、綠、黃、橙、紅,逐漸發(fā)生全反射而不從AC面射出。 答案 B2-1(2015安徽理綜,18,6分)如圖所示,一束單色光從空氣入射到棱鏡的AB面上,經AB和AC兩個面折射后從AC面進入空氣。當出射角i和入射角i相等時,出射光線相對于入射光線偏轉的角度為。已知棱鏡頂角為,則計算棱鏡對該色光的折射率表達式為() A.B.C.D.答案 A解析由圖可知,當出射角與入射角相等時,AB面上的折射角與AC面上的入射角相等,設為r,sin 2sin 2 sin 2sin2 sinsin( )2 sinsin( )2 由幾何關系可知+=180,2r+=180,得=2r,而=2(i-r),得i=,由折射定律得n=,選項A正確。2 sinsinirsin 2sin 2