（鲁京津琼）2020版高考物理总复习第十三章振动与波光电磁波与相对论第3讲光的折射全反射课件.pptx

第3讲 光的折射 全反射,知识排查,光的折射定律 折射率,1.折射现象 光从一种介质斜射入另一种介质时传播方向发生_的现象，如图1所示。,2.折射定律,改变,(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_；入射角的正弦值与折射角的正弦值成_。,图1,两侧,正比,(1)物理意义：折射率反映介质的光学特性，折射率大，说明光从真空射入到该介质时_，反之偏折角小。 (2)定义式：n_，不能说n与sin 1成正比，与sin 2成反比。折射率由介质本身的光学性质和光的_决定。 (3)计算公式：n_，因v c，故任何介质的折射率总大于1。,3.折射率,一一,偏折角大,频率,全反射 光导纤维,1.全反射 (1)定义：光从光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到某一角度，折射光线_，只剩下反射光线的现象。 (2)条件：光从光密介质射向光疏介质。入射角_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_。介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。,一一,消失,大于等于,光导纤维的原理是利用光的全反射(如图2)。,2.光导纤维,一一,图2,小题速练,(1)密度大的介质一定是光密介质。( ) (2)光从空气射入玻璃时，只要入射角足够大可能发生全反射。( ) (3)在水中，蓝光的传播速度大于红光的传播速度。( ) (4)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。( ) (5)光纤通信利用了全反射的原理。( ) (6)折射率跟折射角的正弦成正比。( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6),1.思考判断,图3,2. (多选)a、b两种单色光组成的光束从玻璃进入空气时，其折射光束如图3所示，则关于a、b两束光的说法正确的是( ),A.玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率 B.增大入射角时，a光首先发生全反射 C.a光的频率大于b光的频率 D.在真空中a光的波长大于b光的波长,解析 a光的偏折程度小于b光，所以玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率，增大入射角，b光首先发生全反射，选项A正确，B错误；折射率大，频率大，所以a光的频率小于b光的频率，选项C错误；根据cf知，a光的波长长，选项D正确。,答案 AD,折射定律与折射率的理解及应用,1.对折射率的理解,(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：在折射现象中光路是可逆的。,2.解答光的折射问题的思路,3.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制特点,图4,【例1】 2018全国卷，T34(2)如图4，某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“”(图中O点)，然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上，小标记位于AC边上。D位于AB边上，过D作AC边的垂线交AC于F。该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察，恰好可以看到小标记的像；过O点做AB边的垂线交直线DF于E；DE2 cm，EF1 cm。求三棱镜的折射率。(不考虑光线在三棱镜中的反射),解析 过D点作AB边的法线NN，连接OD，则ODN为O点发出的光线在D点的入射角；设该光线在D点的折射角为，如图所示。,根据题给条件可知，OED为等腰三角形，有30,1.(2016四川高考)某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n。如图5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 isin r图象如图乙所示。则( ),图5,A.光由A经O到B，n1.5 B.光由B经O到A，n1.5 C.光由A经O到B，n0.67 D.光由B经O到A，n0.67,答案 B,图6,2.(2017全国卷)如图6所示，一玻璃工件的上半部是半径为R的半球体，O点为球心；下半部是半径为R、高为2R的圆柱体，圆柱体底面镀有反射膜。有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入，该光线与OC之间的距离为0.6R。已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射)。求该玻璃的折射率。,解析 如图，根据光路的对称性和光路可逆性，与入射光线相对于OC轴对称的出射光线一定与入射光线平行。这样，从半球面射入的折射光线，将从圆柱体底面中心C点反射。,设光线在半球面的入射角为i，折射角为r。由折射定律得sin insin r,光的全反射问题,1.解答全反射类问题的技巧,(1)解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的两个条件： 光必须从光密介质射入光疏介质； 入射角大于或等于临界角。 (2)利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符。,2.求光的传播时间的一般思路,图7,【例2】 2018全国卷，34(2) 如图7所示，ABC是一直角三棱镜的横截面，A90，B60。一细光束从BC边的D点折射后，射到AC边的E点，发生全反射后经AB边的F点射出。EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中点。不计多次反射。,()求出射光相对于D点的入射光的偏角； ()为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？,式中，n为棱镜的折射率，i1和r1分别是该光线在BC面上的入射角和折射角。光线在AC面上发生全反射，由反射定律有i2r2 式中i2和r2分别是该光线在AC面上的入射角和反射角。 光线在AB面上发生折射，由折射定律有nsin i3sin r3 式中i3和r3分别是该光线在AB面上的入射角和折射角。 由几何关系得i2r260，r1i330 F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为 (r1i1)(180i2r2)(r3i3) 由式得60,解析 ()光线在BC面上折射，由折射定律有sin i1nsin r1,()光线在AC面上发生全反射，光线在AB面上不发生全反射，有 nsin i2nsin Cnsin i3 式中C是全反射临界角，满足nsin C1,解决全反射问题的一般思路,1.(多选)一光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图8所示，可看成一段直线，其内芯和外套的材料不同，光在内芯中传播，下列关于光导纤维的说法正确的是( ),图8,A.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.内芯的折射率比外套的大，光传播时在外套与外界的界面上发生全反射 C.波长越长的光在光纤中传播的速度越大 D.若紫光以如图所示角度入射时，恰能在光纤中发生全反射，则改用红光以同样角度入射时，不能在光纤中发生全反射,答案 ACD,图9,2. 2017全国卷，34(2)如图9所示，一半径为R的玻璃半球，O点是半球的球心，虚线OO表示光轴(过球心O与半球底面垂直的直线)。已知玻璃的折射率为1.5。现有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光线能从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线)。求,iic,解析 如图所示，从底面上A处射入的光线，在球面上发生折射时的入射角为i，当i等于全反射临界角ic时，对应入射光线到光轴的距离最大，设最大距离为l。,设n是玻璃的折射率，由全反射临界角的定义有nsin ic1,光的色散问题,1.光的色散,(1)现象：一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带。,(2)理解：棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光通过棱镜后的偏折角最小；对紫光的折射率最大，紫光通过棱镜后的偏折角最大，从而产生色散现象。,2.各种色光的比较,1.(2017北京理综)如图10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( ),图10,A.红光 B.黄光 C.绿光 D.紫光,解析 由图可知，一束可见光通过平行玻璃砖后，a光偏折较大，b光偏折较小，即玻璃对a光的折射率大于玻璃对b光的折射率，由于b光是蓝光，根据各色光频率的大小分布可知，选项中只有紫光的折射率大于蓝光，故D正确。,答案 D,图11,2.如图11，一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a、b，该玻璃对单色光a、b的折射率分别为na、nb，则( ),A.ab，nanb B.ab，nanb C.ab，nanb D.ab，nanb,解析 由题图知，三棱镜对b光的折射率较大，所以nanb。又因为光的频率越大，介质对光的折射率就越大，故b光的频率大于a光的频率，又根据c，所以b光的波长小于a光的波长，即ab，所以B正确，A、C、D错误。,答案 B,实验：测量玻璃的折射率,1.基本原理与操作,2.数据处理与误差分析,图12,图13,(2)误差分析 入射光线、出射光线确定的准确性造成误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些。 入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差。,图14,【例3】 (2019威海模拟)如图14所示，在测量玻璃折射率的实验中，两位同学先在白纸上放好截面是正三角形ABC的三棱镜，并确定AB和AC界面的位置。然后在棱镜的左侧画出一条直线，并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2，再从棱镜的右侧观察P1和P2的像。,(1)此后正确的操作步骤是_。 A.插上大头针P3，使P3挡住P2的像 B.插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像 C.插上大头针P4，使P4挡住P3的像 D.插上大头针P4，使P4挡住P3和P2、P1的像,图15,(2)正确完成上述操作后，在纸上标出大头针P3、P4的位置(图15中已标出)。为测量该种玻璃的折射率，两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路和若干条辅助线，如图甲、乙所示。能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图_(填“甲”或“乙”)，所测玻璃折射率的表达式n_(用代表线段长度的字母ED、FG表示)。,解析 (1)此后正确的操作步骤是：插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像；插上大头针P4，使P4挡住P1、P2的像和P3，选项B、D正确。,1.“测量玻璃的折射率”实验中，如图16是在纸上留下的实验痕迹，其中直线a、a是描在纸上的玻璃砖的两个边。,图16,(1)在玻璃砖的一侧竖直插两枚大头针A、B，在另一侧再竖直插两枚大头针C、D。在插入第四枚大头针D时，要使它挡住_。,解析 (1)在插入第四枚大头针D时必须挡住C及A、B的像；这样才保证沿A、B的光线经过C、D。,图17,2.(2019南开区模拟)学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图17所示。在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2，并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像，同学们通