高考物理大一轮总复习 第二章 第1讲 光的折射 全反射 新人教版选修34.ppt

01主干回顾固基础 知识点1光的折射定律 折射率 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 改变 2 折射定律 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 入射角的正弦与折射角的正弦 2 表达式 n12 式中n12是比例常数 3 在光的折射现象中 光路是 的 同一平面 两侧 成正比 可逆 3 折射率 1 定义 光从真空射入某种介质发生折射时 的正弦与 的正弦的比值 2 物理意义 折射率仅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 反之偏折小 入射角 折射角 偏折大 3 定义式 n 不能说n与 成正比 与 成反比 折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定 与入射角的大小无关 4 计算公式 n 因v c 故任何介质的折射率总 选填 大于 或 小于 1 sin 1 sin 2 大于 4 光密介质与光疏介质 1 光密介质 折射率 的介质 2 光疏介质 折射率 的介质 3 光密介质和光疏介质是 的 同种介质相对不同介质可能是光密介质 也可能是光疏介质 较大 较小 相对 知识点2全反射 光导纤维 1 全反射 1 条件 光从光密介质射入 入射角 临界角 2 现象 折射光完全消失 只剩下 3 临界角 折射角等于90 时的入射角 用c表示 sinc 光疏介质 大于或等于 反射光 2 光导纤维原理 利用 光的全反射 3 光的色散 1 光的色散现象 含有多种颜色的光被分解为 光的现象 2 色散规律 由于n红 n紫 所以以相同的入射角射到棱镜界面时 红光和紫光的折射角不同 即紫光偏折得更明显 当它们射到另一个界面时 紫光的偏折最大 光的偏折最小 单色 红 3 光的色散现象说明 白光为复色光 同一介质对不同色光的折射率不同 频率越大的色光折射率 不同色光在同一介质中的传播速度不同 波长越短 波速 越大 越慢 知识点3实验 测定玻璃的折射率 5 在玻璃砖的bb 一侧白纸上竖直地插一枚大头针 用眼睛观察调整视线 同时移动大头针p3的位置 使p3恰好能同时挡住aa 一侧所插的大头针p2 p1的像 把此位置的大头针p3固定 插好 6 同样地 在玻璃砖的bb 一侧再垂直地插一枚大头针p4 使p4能挡住p3本身 同时也挡住p1 p2的像 7 记下p1 p2 p3 p4的位置 移去玻璃砖 拔去大头针 过p3 p4连一条直线o b 交bb 于o 点 连接oo 就是入射光线ao在玻璃砖内的折射光线 折射角为 2 2 注意事项 1 实验时 尽可能将大头针竖直插在纸上 且p1和p2之间 p2和o点之间 p3与p4之间 p3与o 之间距离要稍大一些 这样可以减小确定光路方向时出现的误差 2 入射角 1应适当大一些 以减小测量角度的误差 但入射角不宜太大 太大会导致反射光太强 折射光太弱 不易确定p3 p4的位置 3 在操作时 手不能触摸玻璃砖的光洁光学面 更不能把玻璃砖界面当尺子画界线 4 在实验过程中 玻璃砖与白纸的相对位置不能改变 一 基础知识题组1 光的反射 光的折射的光路图 很多公园的水池底都装有彩灯 当一细束由红 蓝两色组成的灯光从水中斜射向空气时 关于光在水面可能发生的反射和折射现象 下列光路图中正确的是 解析 红光 蓝光都要发生反射 红光的折射率较小 所以红光发生全反射的临界角较蓝光大 蓝光发生全反射时 红光不一定发生 故选项c正确 答案 c 2 折射率公式 多选 如图所示 光在真空和介质的界面mn上发生偏折 那么下列说法正确的是 a 光是从真空射向介质b 介质的折射率为1 73c 光在介质中的传播速度为1 73 108m sd 反射光线与折射光线成60 角 答案 bc 3 全反射及光导纤维 多选 香港中文大学第三任校长高锟荣获了2009年诺贝尔物理学奖 诺贝尔奖委员会高度评价了高锟的贡献 评委会指出 高锟1966年发现如何通过光学玻璃纤维远距离传输光信号的工作 成为今日电话和高速互联网等现代通信网络运行的基石 下列关于 光纤 及原理的说法中 正确的是 a 光纤通信具有传输容量大 衰减小 抗干扰性强等优点b 光纤通信 全息照相 数码相机及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理c 实用光导纤维是由内芯和外套两层组成 内芯的折射率比外套的小 光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射d 当今 在信号的传输领域中 光纤电缆 光缆 已经几乎完全取代了传统的铜质 电缆 成为传播信息的主要工具 是互联网的骨架 并已联接到普通社区 解析 全息照相是利用了光的干涉的原理 数码相机是一种利用电子传感器把光学影像转换成电子数据的照相机 它们都不是利用了光的全反射原理 b错误 实用光导纤维是由内芯和外套两层组成 内芯的折射率比外套的大 c错误 答案 ad 4 光的色散现象分析 雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹 设水滴是球形的 图2中的圆代表水滴过球心的截面 入射光线在过此截面的平面内 a b c d代表四条不同颜色的出射光线 则它们可能依次是 a 紫光 黄光 蓝光和红光b 紫光 蓝光 黄光和红光c 红光 蓝光 黄光和紫光d 红光 黄光 蓝光和紫光 解析 由可见光的折射率知 红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫七种色光的折射率依次增大 由题图知a d折射率依次减小 故a c d错 b对 答案 b 6 光传播路径的确定方法 如图所示是一种折射率n 1 5的棱镜 现有一束光线沿mn的方向射到棱镜的ab界面上 入射角的正弦值为sini 0 75 求 1 光在棱镜中传播的速率 2 通过计算说明此束光线射出棱镜后的方向并画出光路图 不考虑返回到ab面上的光线 答案 见解析 确定光线的方法1 先确定光线在界面上的入射点 然后再找光线通过的另外一个点 通过两点确定光线 2 根据折射定律计算折射角 确定折射光线 当光由光密介质射向光疏介质时 应注意是否发生全反射 02典例突破知规律 2 折射率由介质本身性质决定 与入射角的大小无关 3 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 4 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 5 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 平行玻璃砖 三棱镜和圆柱体 球 对光路的控制 典例透析一半圆柱形透明物体横截面如图所示 底面aob镀银 图中粗线 o表示半圆截面的圆心 一束光线在横截面内从m点入射 经过ab面反射后从n点射出 已知光线在m点的入射角为30 moa 60 nob 30 求 1 光线在m点的折射角 2 透明物体的折射率 解题探究 1 如何确定透明物体内的折射光线和反射光线 提示 可先找出m点关于aob平面的对称点 再确定反射光线和入射光线 2 如何确定透明体的折射率 1 如图 透明物体内部的光路为折线mpn q m点相对于底面ef对称 q p n三点共线 设在m点处 光的入射角为i 折射角为r omq pnf 根据题意有 30 由几何关系得 pno pqo r 于是 r 60 r 由 式得r 15 光的折射问题的规范求解 1 一般解题步骤 根据题意准确作出光路图 注意作准法线 利用数学知识找到入射角和折射角 利用折射定律列方程 考点2光的折射 全反射的综合应用考点解读 1 全反射的理解 1 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 2 光的全反射现象遵循光的反射定律 光路是可逆的 3 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 4 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 2 全反射的有关现象及应用 1 海水浪花呈白色 玻璃 水 中气泡看起来特别亮 沙漠蜃景 夏天的柏油路面看起来 水淋淋 的 海市蜃楼 钻石的夺目光彩 水下灯照不到整个水面 全反射棱镜等 2 光导纤维 结构 简称光纤 是一种透明的玻璃纤维丝 直径在几微米到一百微米之间 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 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 典例透析 2012 山东高考 如图所示 一玻璃球体的半径为r o为球心 ab为直径 来自b点的光线bm在m点射出 出射光线平行于ab 另一光线bn恰好在n点发生全反射 已知 abm 30 求 1 玻璃的折射率 2 球心o到bn的距离 解题探究 1 折射率公式 2 恰好发生全反射时 入射角的角度多大 解答全反射类问题的技巧解答全反射类问题时 要抓住发生全反射的两个条件 一是光必须从光密介质射入光疏介质 二是入射角大于或等于临界角 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 这样更有利于问题的分析 解析 如图 考虑从玻璃立方体中心o点发出的一条光线 假设它斜射到玻璃立方体上表面发生折射 根据折射定律有nsin sin 2 如图所示 ab为一直光导纤维 ab之间距离为s 使一光脉冲信号从光导纤维中间入射 射入后在光导纤维与空气的界面上恰好发生全反射 由a点传输到b点所用时间为t 求光导纤维所用材料的折射率n 出射光线和入射光线之间的夹角称为偏向角 如图中 2 棱镜成像 如图 隔着棱镜看物体的像是正立的虚像 像的位置向棱镜顶角方向偏移 3 全反射棱镜 1 定义 横截面为等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜 2 全反射棱镜对光路的控制如图所示 3 全反射棱镜的优点 全反射棱镜和平面镜在改变光路方面 效果是相同的 相比之下 全反射棱镜成像更清晰 光能损失更少 4 光的色散 1 光的色散 把复色光分解为单色光的现象叫做光的色散 白光通过棱镜后 被分解为红 橙 黄 绿 蓝 靛和紫七种颜色 如图 2 正确理解光的色散 光的颜色由光的频率决定 各种色光的比较 解题探究 1 试分析题目中 要求入射角为任何值的光线都会从棱镜的右侧面射出 的物理含义 物理含义 提示 光线在右侧不会发生全反射 2 入射光线在什么情况下在右侧面的入射角最大 此入射角应满足什么条件 提示 当入射光线与左侧面垂直时 光线在右侧面的入射角最大 此时的入射角应小于临界角 尝试解答 0 45 设入射光线经玻璃折射时 入射角为i 折射角为r 射至棱镜右侧面的入射角为 根据折射定律有sini nsinr 由几何关系得 r 当i 0时 由 式知r 0 有最大值 m 如图 光路图 折射率公式 临界角公式和几何关系式是解决这类问题的基础 变式训练 一束白光从顶角为 的一边以较大的入射角i射入并通过三棱镜后 在屏p上可得到彩色光带 如图所示 在入射角i逐渐减小到零的过程中 假如屏上的彩色光带先后全部消失 则 a 红光最先消失 紫光最后消失b 紫光最先消失 红光最后消失c 紫光最先消失 黄光最后消失d 红光最先消失 黄光最后消失 解析 白光从ab射入玻璃后 由于紫光偏折大 从而到达另一侧面ac时的入射角较大 且因紫光折射率大 sinc 1 n 因而其全反射的临界角最小 故随着入射角i的减小 进入玻璃后的各色光中紫光首先发生全反射不从ac面射出 后依次是靛 蓝 绿 黄 橙 红 逐渐发生全反射而不从ac面射出 答案 b 考点4测定玻璃的折射率考点解读 实验记忆口诀白纸上面画边缘 然后才放玻璃砖 两针决定入射光 再插一针挡两像 两针两像成一线 去砖画图是重点 入射线 折射线 作出法线角出现 入射角 折射角 不大不小是最好 拿砖要触毛玻面 插针竖直做实验 典例透析 2012 浙江高考 在 测定玻璃的折射率 实验中 某同学经正确操作插好了4枚大头针 如图甲所示 1 根据图甲在下图中画出完整的光路图 2 对你画出的光路图进行测量和计算 求得该玻璃砖的折射率n 保留3位有效数字 3 为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象 某同学做了两次实验 经正确操作插好了8枚大头针 如图乙所示 图中p1和p2是同一入射光线上的2枚大头针 其对应出射光线上的2枚大头针是p3和 填 a 或 b 尝试解答 1 见解析 2 1 50 说明 0 03范围内都有 3 a 1 如图所示 3 光路图如图所示 光线经两边沿相互平行的玻璃砖 出射光线平行于入射光线 即mn p4b p1p2光线从棱镜右边侧面射出向底边偏折 如图p3a 所以填a 变式训练 1 某同学利用 插针法 测定玻璃的折射率 所用的玻