高考物理-光的折射-全反射课件

《高考物理-光的折射-全反射课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理-光的折射-全反射课件（45页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、,总纲目录考点详解,栏目索引,,第,3,讲　光的折射 全反射,总纲目录,考点一　折射定律 折射率,考点二　全反射,考点三　光的色散,考点四 折射定律与全反射的综合应用,1.折射现象:,光从一种介质进入另一种介质时,在界面上光路①,发生改变,的现象。,考点一　折射定律　折射率,2.折射定律:,折射光线与入射光线、法线在同一平面内,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,即,3.折射率,(1)定义:光从真空射入某种介质发生折射时,入射角,θ,1,的正弦与折射角,θ,2,,的正弦之比,叫做这种介质的折射率。,(2)表达式③,,n,=,,,。,(3)决定因素:由介

2、质本身及光的频率共同决定。,(4)折射率与光速的关系,介质的折射率等于光在真空中的速度与在该介质中的速度之比,即,n,=,,。,(5)光疏介质与光密介质,两种介质相比较,,,折射率大的介质叫④,光密,介质,,,折射率小的介质叫,⑤,光疏,介质。,1.对折射率的理解,(1)公式,n,=,,中,不论是光从真空射入介质,还是从介质射入真空,,θ,1,总,是真空中的光线与法线间的夹角,,θ,2,总是介质中的光线与法线间的夹角。,(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)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、。,(4)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射出。,例1,[2016课标Ⅰ,34(2),10分]如图,在注满水的游泳池的池底有一点光,,源,A,,它到池边的水平距离为3.0 m。从点光源,A,射向池边的光线,AB,与竖,,直方向的夹角恰好等于全反射的临界角,水的折射率为,,。,(ⅰ)求池内的水深;,(ⅱ)一救生员坐在离池边不远处的高凳上,他的眼睛到池面的高度为2.0,,m。当他看到正前下方的点光源,A,时,他的眼睛所接受的光线与竖直方,,

4、向的夹角恰好为45,°,。求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留1位,有效数字)。,答案,(ⅰ)2.6 m　(ⅱ)0.7 m,解析,(ⅰ)如图,设到达池边的光线的入射角为,i,。依题意,水的折射率,n,,=,,,光线的折射角,θ,=90,°,。由折射定律有,,n,sin,i,=sin,θ,,①,由几何关系有,sin,i,=,,,②,式中,,l,=3 m,,h,是池内水的深度。联立①②式并代入题给数据得,h,=,,m,≈,2.6 m ③,(ⅱ)设此时救生员的眼睛到池边的水平距离为,x,。依题意,救生员的视,,线与竖直方向的夹角为,θ,'=45,°,。由折射定律有,n,sin,i,' =s

5、in,θ,',,④,式中,,i,'是光线在水面的入射角。设池底点光源,A,到水面入射点的水平,,距离为,a,。由几何关系有,sin,i,'=,,,⑤,x,+,l,=,a,+,h,',,⑥,式中,h,'=2 m。联立③④⑤⑥式得,x,=,,m,≈,0.7 m ⑦,1.(2016四川理综,5,6分)某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射,,率,n,。如图甲所示,,O,是圆心,,MN,是法线,,AO,、,BO,分别表示某次测量时光,,线在空气和玻璃砖中的传播路径。该同学测得多组入射角,i,和折射角,r,,,,作出sin,i,-sin,r,图像如图乙所示。则,,(　　),,B,A.光由,A,经,O,到,

6、B,,,n,=1.5,,B.光由,B,经,O,到,A,,,n,=1.5,C.光由,A,经,O,到,B,,,n,=0.67,,D.光由,B,经,O,到,A,,,n,=0.67,2.(2018山东济南模拟)如图所示,某透明材料制成的半球形光学元件直,,立放置,其直径与水平光屏垂直接触于,M,点,球心,O,与,M,间的距离为10,,cm。一束激光与该元件的直径成30,°,角射向圆心,O,,结果在光屏上出现,,间距为,d,=40 cm的两个光斑,请完成光路图并求该透明材料的折射率。,,,答案,光路图见解析,,解析,光屏上的两个光斑分别是激光经光学元件反射与折射的光线形,,成的,其光路图如图所示,,依题

7、意,,R,=10,,cm,据反射定律与几何关系知,反射光线形成的光斑,P,1,与,M,点间的距离为,d,1,=,R,tan 30,°,激光束的入射角,i,=60,°,,设其折射角为,γ,,由几何关系可,知,折射光线形成的光斑,P,2,与,M,点间距为,,,d,2,=,,据题意有:,d,1,+,d,2,=,d,联立各式并代入数据解得:tan,γ,=,,,即,γ,=30,°,折射率,n,=,,=,,=,,。,方法技巧,解决光的折射问题的一般思路,(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。

8、,1.定义:,光从①,光密介质,射向②,光疏介质,,当入射角增大到某一角度,,时,③,折射,光线将消失,只剩下④,反射,光线的现象。,考点二　全反射,2.条件,(1)光从⑤,光密,介质射向⑥,光疏,介质。,(2)入射角⑦,大于等于,临界角。,3.临界角:,折射角等于90,°,时的入射角。若光从光密介质(折射率为,n,)射,,向真空或空气时,发生全反射的临界角为,C,,则 sin,C,=,,。,4.全反射现象的应用,(1)解释现象:如水中的气泡看起来特别亮。,(2)光导纤维,a.构造:它由内芯和外套两层组成,内芯的折射率比外套的大,光传播时,,在内芯与外套的界面上发生全反射。,b.光纤通信的主要

9、优点是容量大、衰减小、抗干扰性强等。,1.,在光的反射和全反射现象中,均遵循光的反射定律;光路均是可逆的。,2.,当光射到两种介质的界面上时,往往同时发生光的折射和反射现象,但,,在全反射现象中,只发生反射,不发生折射。当折射角等于90,°,时,实际上,,就已经没有折射光了。,3.,全反射现象可以从能量的角度去理解,:,当光由光密介质射向光疏介质,,时,,,在入射角逐渐增大的过程中,,,反射光的能量逐渐增强,,,折射光的能量,,逐渐减弱,,,当入射角等于临界角时,,,折射光的能量已经减弱为零,,,这时就,,发生了全反射。,例2,[2016课标Ⅲ,34(2),10分]如图,玻璃球冠的折射率为,,

10、,其底面镀,银,底面的半径是球半径的,,倍;在过球心,O,且垂直于底面的平面(纸面),内,有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的,M,点,该光线的延长线恰,,好过底面边缘上的,A,点。求该光线从球面射出的方向相对于其初始入,,射方向的偏角。,答案,150,°,解析,设球半径为,R,,球冠底面中心为,O,',连接,O,、,O,',则,OO,'⊥,AB,。令,∠,OAO,'=,α,,有,cos,α,=,,=,,,①,即,α,=30,°,,②,由题意,MA,⊥,AB,所以∠,OAM,=60,°,,③,设图中,N,点为光线在球冠内底面上的反射点,所考虑的光线的光路图如,,图所示。设光线在,M,点的入射角

11、为,i,、折射角为,r,,在,N,点的入射角为,i,',反,,射角为,i,″,玻璃折射率为,n,。由于△,OAM,为等边三角形,有,,i,=60,°,,④,由折射定律有sin,i,=,n,sin,r,,⑤,代入题给条件,n,=,,得,r,=30,°,,⑥,作底面在,N,点的法线,NE,,由于,NE,∥,AM,,有,i,'=30,°,,⑦,根据反射定律,有,i,″=30,°,,⑧,连接,ON,,由几何关系知△,MAN,≌△,MON,,故有∠,MNO,=60,°,,⑨,由⑦⑨式得∠,ENO,=30,°,,⑩,于是∠,ENO,为反射角,,NO,为反射光线。这一反射光线经球面再次折射,,后不改变方向。

12、所以,经一次反射后射出玻璃球冠的光线相对于入射光,,线的偏角,β,为,β,=180,°,-∠,ENO,=150,°,,,1.如图是一个,,圆柱体棱镜的截面图,图中,E,、,F,、,G,、,H,将半径,OM,分成,5等份,虚线,EE,1,、,FF,1,、,GG,1,、,HH,1,平行于半径,ON,,,ON,边可吸收到达其上,,的所有光线。已知该棱镜的折射率,n,=,,,若平行光束垂直入射并覆盖,OM,,则光线,,(　　),A.不能从圆弧  射出　    B.只能从圆弧  射出,C.能从圆弧,,射出　    D.能从圆弧,,射出,B,答案,B　因折射率,n,=,,=,,,则临界角,C,=37,°,

13、。由几何关系知沿,GG,1,的光线恰好发生全反射,只有从,OG,射入的光线可从圆弧,,射出,而从,GM,射入的光线在,,上发生全反射,选B。,2.有一顶角为直角的玻璃砖,放在空气中,一光束射入玻璃砖的一个侧,,面,如图所示,然后投射到它的另一个侧面。若该光束在玻璃砖中发生,,全反射的临界角为42,°,。问:,,(1)这束光线否从另一侧面射出?,(2)若光能从侧面射出,则玻璃砖的折射率,n,应满足什么条件?,答案,(1)不能　(2),n,<,,解析,(1)光路图如图所示,由于临界角,C,=42,°,,无论第一次入射的入射,,角,θ,1,多大,均有折射角,且,θ,2,<42,°,,则另一侧的入射角

14、,θ,',1,=90,°,-,θ,2,>48,°,,入射,,角,θ,',1,>,C,,发生全反射,故光不能从另一侧射出。,,(2)在,AB,边入射时,根据折射定律得,,=,n,解得sin,θ,2,=,,=,,在,AC,边入射时,光线射出的条件是,θ,',1,<,C,',其中sin,C,'=,,入射角,θ,',1,=90,°,-,θ,2,联立解得sin,θ,',1,=cos,θ,2,<,,即,,<,,解得,n,<,,。,方法技巧,解答全反射类问题的技巧,(1)根据题意画出光的折射或恰好发生全反射的光路图。,(2)作图时找出具有代表性的光线,如符合边界条件的临界光线等。,(3)利用平面几何知识分析

15、线、角关系,找出入射角、折射角或临界,,角。注意入射角、折射角均以法线为标准。,(4)以刚好发生全反射的光线为比较对象,来判断光线是否发生全反射,,,从而画出其他光线的光路图。,考点三　光的色散,1.光的色散,含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫做光的色散,如图所示,光谱中①,红光,在最上端,②,紫光,在最下端,中间是橙、黄、绿、青、蓝等色光。,,,2.白光的组成,光的色散现象说明白光是③,复色,光,是由红、橙、黄、绿、青、蓝、,,紫7种单色光组成的。,1.光速与波长、频率的关系,光速,v,与波长,λ,、频率,f,的关系为,v,=,λf,。光从一种介质进入另一种介质时,,,光速改变,波长改变

16、,频率不变。,2.各种色光的比较,颜色,红　橙　黄　绿　青　蓝　紫,频率,低→高,同一介质中折射率,小→大,同一介质中速度,大→小,波长,大→小,临界角,大→小,通过棱镜的偏折角,小→大,例3,如图所示,宽为,a,的平行光束从空气斜射到平行玻璃砖上表面,入,,射角为60,°,,光束中包含两种波长的光,玻璃砖对这两种光的折射率分别,,为,n,1,=,,、,n,2,=,,,光束从玻璃砖下表面出射时恰好分成不重叠的两束,,求玻璃砖的厚度,d,。(已知sin 37,°,=0.6,cos 37,°,=0.8,结果可用根式表示),答案,,,解析,画出光路图如图所示,根据光的折射定律有,,n,1,=,,n,

17、2,=,,得,θ,1,=30,°,,,θ,2,=37,°,由分析可知,两种光恰好分开时有,x,=,d,(tan 37,°,-tan 30,°,),又有,x,=,,解得,d,=,,=,,1.如图所示,一束可见光穿过平行玻璃砖后,变为,a,、,b,两束单色光。如果,,光束,b,是蓝光,则光束,a,可能是,,(　　),,A.红光　    B.黄光　    C.绿光　    D.紫光,D,答案,D    由题图可知,可见光穿过玻璃砖后,发生了色散,其中,a,光的侧,,移距离大于,b,光的侧移距离,说明玻璃对,a,光的折射率大于对,b,光的折射,,率,同种介质对红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的折射率依次增大

18、,由于,b,,光是蓝光,故只有D选项符合题意。,2.(2015福建理综,13,6分)如图,一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单,,色光,a,、,b,,波长分别为,λ,a,、,λ,b,,该玻璃对单色光,a,、,b,的折射率分别为,n,a,、,,n,b,,则,,(　　),,A.,λ,a,<,λ,b,,,n,a,>,n,b,B.,λ,a,>,λ,b,,,n,a,<,n,b,C.,λ,a,<,λ,b,,,n,a,<,n,b,D.,λ,a,>,λ,b,,,n,a,>,n,b,,B,答案,B　由图可知,b,光偏折程度大,则,n,a,<,n,b,,波长越短,折射率越大,所以,,λ,a,>,λ,b,,B项正确。

19、,B,考点四　折射定律与全反射的综合应用,1.光的折射与全反射的综合问题的求解思路,(1)判断光是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质。,(2)判断入射角是否大于临界角,明确是否发生全反射现象。,(3)画出反射、折射或全反射的光路图,必要时还可应用光路的可逆原,,理画出光路图,然后结合几何知识进行推断和求解相关问题。,2.求解全反射现象中光的传播时间的思路,(1)在全反射现象中,光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化,,v,= 。,(2)在全反射现象中,光的传播路程应结合光路图中的几何关系进行确,,定。,(3)利用,t,=,,求解光的传播时间。,3.,折射率,n,是讨论折射

20、和全反射问题时重要的物理量,,,是联系各物理量,,的桥梁,,,对跟折射率有关的所有关系式应熟练掌握。,例4,如图,三棱镜的横截面为直角三角形,ABC,,∠,A,=30,°,,∠,B,=60,°,。一,,束平行于,AC,边的光线自,AB,边的,P,点射入三棱镜,在,AC,边发生反射后从,,BC,边的,M,点射出。若光线在,P,点的入射角和在,M,点的折射角相等。,(ⅰ)求三棱镜的折射率;,(ⅱ)在三棱镜的,AC,边是否有光线透出?写出分析过程。(不考虑多次反,射),答案,(ⅰ),,(ⅱ)没有光线透出;分析过程见解析,解析,(ⅰ)光路图如图所示,图中,N,点为光线在,AC,边发生反射的入射,,点。

21、设光线在,P,点的入射角为,i,、折射角为,r,,在,M,点的入射角为,r,',依题意,,折射角也为,i,,有,,i,=60,°,,①,由折射定律有,sin,i,=,n,sin,r,,②,n,sin,r,'=sin,i,,③,由②③式得,r,=,r,',,④,OO,'为过,M,点的法线,∠,C,为直角,,OO,'∥,AC,。由几何关系有,∠,MNC,=,r,',,⑤,由反射定律可知,∠,PNA,=∠,MNC,,⑥,联立④⑤⑥式得,∠,PNA,=,r,,⑦,由几何关系得,r,=30,°,,⑧,联立①②⑧式得,n,=,,,⑨,(ⅱ)设在,N,点的入射角为,i,″,由几何关系得,i,″=60,°,,

22、⑩,此三棱镜的全反射临界角满足,n,sin,θ,C,=1,,,由⑨⑩,,式得,i,″>,θ,C,,,此光线在,N,点发生全反射,三棱镜的,AC,边没有光线透出。,1.半径为,R,的玻璃半圆柱体,横截面如图所示,圆心为,O,,底边水平。一束,,单色光竖直向下射向圆柱面,入射点为,P,,入射角为60,°,,经折射后射向底,,边的,Q,点(图中未画出)。已知玻璃的折射率,n,=,,。,(1)求,P,、,Q,间的距离;,(2)光线,PQ,能否在,Q,点发生全反射?,,,答案,(1),,R,(2)不能,解析,(1)画出大致光路图,如图所示。,,由折射定律有,n,=,,其中,α,=60,°,,,n,=,,

23、得折射角,β,=30,°,由几何关系得,cos 30,°,=,,cos 60,°,=,,得,PQ,=,,R,。,(2)由几何关系知,在底边上,Q,点,入射角为30,°,,sin 30,°,=,,<,,,故不能发,生全反射。,2.(2018湖北天门山调研)“道威棱镜”广泛地应用在光学仪器当中,如,,图所示,将一等腰直角棱镜截去棱角,使其平行于底面,可制成“道威棱,,镜”,这样就减小了棱镜的重量和杂散的内部反射。从,M,点发出的一束,,平行于底边,CD,的单色光从,AC,边射入,已知棱镜玻璃的折射率,n,=,,。求,光进入“道威棱镜”时的折射角,并通过计算判断光能否从,CD,边射出。,,,答案,3

24、0,°,不能,解析,由折射定律得,n,=,,=,,光进入“道威棱镜”时的折射角,r,=30,°,sin,C,=,,=,,,即全反射临界角,C,=45,°,如图所示,光到达,CD,边时的入射角,θ,=75,°,>,C,,则光在,CD,边会发生全反射,所以不能从,CD,边射出。,方法技巧,求解光的折射、全反射问题的四点提醒,(1)光密介质和光疏介质是相对而言的。同一种介质,相对于其他不同,,的介质,可能是光密介质,也可能是光疏介质。,(2)如果光线从光疏介质进入光密介质,则无论入射角多大,都不会发生,,全反射现象。,(3)在光的反射和全反射现象中,均遵循光的反射定律,光路均是可逆,,的。,(4)当光射到两种介质的界面上时,往往同时发生光的折射和反射现象,,,但在全反射现象中,只发生反射,不发生折射。,请认真完成作业,第,3,讲,光的折射,全反射,