届高考物理一轮复习课件第十二章 第3课时 光的折射 全反射.docx

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届高考物理一轮复习课件第十二章第3课时光的折射全反射

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导学目标1掌握光的折射定律理解折射maxbook118com射的概念掌握全反射产生的条件．

一光的折射定律和折射率

[基础导引]

如图1所示一个储油桶的底面直径与高均为d当桶内没有油时从某点A恰能看到桶底边缘的某点B当桶内油的深度等于桶高的一半时仍沿AB方向看去恰好看到桶底上的点CCB两点相距求油的折射率和光在油中传播的速度．图1

解析　因为底面直径与桶高相等所以

∠AON＝∠BON′＝45°

由ON′＝2CN′可知

sin∠CON′＝＝

因此油的折射率

n＝＝＝≈158

因为n＝所以光在油中的传播速度是

v＝＝ms＝19×108ms

3．折射率

1物理意义折射率是一个反映介质的的物理量折射率大说明光线从空气射入到该介质时反之偏折小．2定义式n＝不能说n与sinθ1成正比与sinθ2成反比．折射率是由介质本身的和光的频率决定的．

3计算公式n＝因为vc所以任何介质的折射率都大于

4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．

二全反射和临界角

[基础导引]

如图3所示在潜水员看来岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里为什么这个圆锥的顶角是多大sin488°＝

图3

解析　岸上所有景物发出的光射向水面时入射角θ1分布在0°到90°之间射入水中后的折射角θ2在0°至临界角之间可以求出光从水中射向空气的临界角C如图所示几乎贴着水面射入水里的光线在潜水员看来是从折射角为C的方向射来的水面上其他方向射来的光线折射角都小于C因此认为水面以上所有的景物都出现在顶角为2C的圆锥里．

由公式sinC＝和水的折射率n＝133可求得临界角

C＝arcsin≈488°

设圆锥的顶角为θ则有

θ＝2C＝976°

三光的色散棱镜[知识梳理]

1．光的色散含有多种颜色的光被分解为单色光的现象．

2．光谱含有多种颜色的光被分解后各种色光按其波长的有序排列．

3．棱镜

1含义截面是的玻璃仪器可以使光发生色散白光的色散表明各色光在同一介质中的不同．

2三棱镜对光线的作用改变光的传播方向使复色光发生色散．

课堂探究·突破考点

考点一　折射率的理解

考点解读

1．某种介质的折射率是指光从真空或空气进入该介质时入射角的正弦值与折射角的正弦值之比．如果是从该介质进入空气或真空则入射角的正弦值与折射角的正弦值之比等于折射率的倒数．

2．折射率的大小反映了介质的光学性质和入射光的频率1折射率越大说明介质对光的偏折作用越大光线偏离原来传播方向的程度越厉害．2介质对光的折射率越大说明该光在介质中的传播速度越小．3相对于同一介质折射率越大的光其频率越大．

3．各种色光的比较

颜色红橙黄绿蓝靛紫频率ν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

解析　作出法线如图所示

n＝n＝C＋r＝90°

即＝

解得tanC＝sinC＝n＝

跟踪训练1　如图5所示一贮液池高为H某人手持手电筒向池中照射时光斑落在左边池壁上a处已知a与池底相距h现保持手电筒照射方向不变当池中注满液体后光斑恰好落在出液口处此时液面上的光斑与左边池壁相距L问

1液体的折射率

2若光在空气中的速度为c则光在液体中的速度为多大

解析　1由题图可知sini＝

sinr＝

由折射定律可知n＝＝

2由n＝

解得v＝＝c

考点二　全反射现象的理解与应用

考点解读

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．光从光疏介质射入光密介质时入射角大于折射角光从光密介质射入光疏介质时入射角小于折射角．

3．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．

4．光导纤维

1结构光导纤维简称光纤是一种透明的玻璃纤维丝由内芯和外套两层组成内芯的折射率大于外套的折射率即内芯是光密介质外套是光疏介质．

2原理光在光纤的内芯中传播每次射到内外层的界面上时都要求入射角大于临界角从而发生全反射．

典例剖析

例2　如图6所示一束截面为圆形半径为R的平行白光垂直射向一玻璃半球的平面经折射后在屏幕S上形成一个圆形彩色亮区．已知玻璃半球的半径为R屏幕S至球心的距离为dd3R不考虑光的干涉和衍射试问

1在屏幕S上形成的圆形亮区的最外侧是什么颜色

2若玻璃半球对1中色光的折射率为n请你求出圆形亮区的最大半径．

解析　1由于紫光频率最大折射率最大偏折角最大故最外侧为紫色．

2如图紫光刚要发生全反射时的临界光线射在屏幕S上的点D到亮区中心E的距离r就是所求的最大半径．设紫光临界角为C由全反射的知识sinC＝

所以cosC＝

tanC＝OB＝＝

r＝＝d－nR

答案　1紫色　2d－nR

跟踪训练2　在某科技馆内放置了一个高大的半圆柱形透明物体其俯视图如图7所示O为半圆的圆心．甲乙两同学为了估测该透明体的折射率进行了如下实验．他们分别站在AO处时相互看着对方然后两人贴着柱体慢慢向一侧运动到达BC处时甲刚好看不到乙．已知半圆柱体的半径为ROC＝06RBC⊥OC则半圆柱形透明物体的折射率为多少

解析　连接OB如图所示设∠OBC＝θ透明物体的折射率为n则

sinθ＝＝06sinθ＝n＝

考点三　光的折射对光路的控制

考点解读

1．玻璃砖对光路的控制

两平面平行的玻璃砖出射光线和入射光线平行且光线发生了侧移如图8所示．图8

2．三棱镜对光路的控制1光密三棱镜光线两次折射均向底面偏折偏折角为δ如图9所示．

2光疏三棱镜光线两次折射均向顶角偏折．

3全反射棱镜等腰直角棱镜如图10所示．图10

①当光线从一直角边垂直射入时在斜边发生全反射从另一直角边垂直射出如图10甲．

②当光线垂直于斜边射入时在两直角边发生全反射后又垂直于斜边射出如图10乙入射光线和出射光线互相平行．

典例剖析

例3　雨过天晴人们常看到天空中出现彩虹它是由阳光照射到空中弥漫的水珠上时出现的现象．在说明这个现象时需要分析光线射入水珠后的光路一细束光线射入水珠水珠可视为一个半径为R＝10mm的球球心O到入射光线的垂直距离为d＝8mm水的折射率为n＝43

1在图11中画出该束光线射入水珠后第一次从水珠中射出的光路图．

2求这束光线从射向水珠到第一次射出水珠光线偏转的角度．

解析　1如图所示．

2由几何关系sinθ1＝＝08θ1＝53°

由折射定律

sinθ1＝nsinθ2

得sinθ2＝06θ2＝37°

则光线偏转的角度φ＝2θ1－θ2＝32°

跟踪训练3　如图12所示ABC为等腰棱镜ab两束不同频率的单色光垂直AB边射入棱镜两束光在AB面上的入射点到OC的距离相等两束光折射后相交于图中的P点以下判断正确的是　　

A．在真空中a光光速大于b光光速

B．在真空中a光波长大于b光波长

C．a光通过棱镜的时间大于b光通过棱镜的时间

D．ab两束光从同一介质射入真空的过程中a光发生全反射的临界角大于b光发生全反射的临界角

解析　因为两束光折射后相交于图中的P点根据折射定律可知a光的折射率nanba光的频率νaνb光在真空中的传播速度相等A错误由λ＝得B错误由v＝和t＝得C正确根据sinC＝得D错误．

思维方法建模

15平行玻璃砖模型

例4　如图13所示两块相同的玻璃等腰三棱镜ABC置于空气中两者的AC面相互平行放置由红光和蓝光组成的细光束平行于BC面从P点射入通过两棱镜后变为从ab两点射出的单色光对于这两束单色光　　

A．红光在玻璃中传播速度比蓝光大

B．从a点射出的为红光从b点射出的为蓝光

C．从ab两点射出的单色光不平行

D．从ab两点射出的单色光仍平行且平行于BC

解析　由玻璃对蓝光的折射率较大可知A选项正确．由偏折程度可知B选项正确．对于CD二选项我们应首先明白除了题设给出的两个三棱镜外二者之间又形成一个物理模型平行玻璃砖不改变光的方向只发生侧移．中间平行部分只是使光发生了侧移．略去侧移因素整体来看仍是一块平行玻璃板AB‖BA所以出射光线仍平行．作出光路图如图所示可知光线Pc在P点的折射角与光线ea在a点的入射角相等据光路可逆则a点的出射光线与P点的入射光线平行．由此D选项正确．

建模感悟　平时碰到的两面平行的玻璃砖往往是清清楚楚画出来的是有形的其折射率大于周围介质的折射率这时光线的侧移方向也是我们熟悉的．而该题中未知介质形成的两面平行的玻璃砖并未勾勒出来倒是其两侧的介质三棱镜被清楚地勾勒出来了而且前者的折射率未必大于后者．这就在一定程度上掩盖了两面平行的玻璃砖的特征．因此我们不仅要熟悉光学元件的光学特征而且要会灵活地运用将新的情景转化为我们熟知的模型．

跟踪训练4　如图14所示为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O垂直于AB面入射在图示的出射光线中下列说法正确的是　　

图14

A．123彼此平行中的任一条都有可能

B．456彼此平行中的任一条都有可能

C．789彼此平行中的任一条都有可能

D．只能是46中的某一条

解析　光线由左边三棱镜AB面射入棱镜不改变方向接着将穿过两三棱镜间的未知透明介质进入右边的三棱镜由于透明介质的两表面是平行的因此它的光学特性相当于一块两面平行的玻璃砖能使光线发生平行侧移但由于它两边的介质不是真空而是折射率未知的玻璃因此是否侧移以及侧移的方向无法确定若未知介质的折射率n与玻璃折射率n玻相等不侧移若nn玻时向上侧移若nn玻时向下侧移但至少可以确定方向没变仍然与棱镜的AB面垂直．因此光线由右边三棱镜AB面射出棱镜时应为456中的任意一条．选项B正确．

答案　158　19×108ms

[知识梳理]

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的现象．2．折射定律如图2所示

1内容折射光线与入射光线法线处在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比．

2表达式＝n

3在光的折射现象中光路是的．

答案　见解析

典例剖析

例1　为测量一块等腰直角三棱镜ABD的折射率用一束激光沿平行于BD边的方向射向直角边AB边如图4所示．激光束进入棱镜后射到另一直角边AD边时刚好能发生全反射．该棱镜的折射率为多少

答案　

答案　1　2c

方法归纳　此类问题涉及光的折射光的色散和全反射现象综合性比较强．

1各种色光中紫光折射率最大红光折射率最小故由折射形成的彩色光带中紫光偏折角最大．

2利用sinC＝判断临界角找出临界光线画出光路图是解答问题的关键．

答案　

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．

答案　1见解析　232°

答案　C

答案　

答案　B

[知识梳理]

1．全反射

1条件①光从介质射入介质．

②入射角临界角．

2现象折射光完全消失只剩下反射光．

2．临界角折射角等于90°时的入射角用C表示sinC＝

3．应用

1全反射棱镜．

2光导纤维．