高考物理大一轮复习 第十三章 第1讲 光的折射 全反射课件.ppt

一 光的折射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 发生改变的现象 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 n12 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 1的正弦与折射角 2的正弦之比 叫做这种介质的折射率 2 表达式 n 3 决定因素 由介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 光密介质 折射率小的介质叫 光疏介质 注意 1 在折射现象中光路是可逆的 2 公式n 中 1是真空 或空气 中的光线与法线的夹角 2是介质中 的光线与法线的夹角 二 全反射1 定义 光从 光密介质射向 光疏介质 当入射角增大到某一角度时 折射光线将消失 只剩下 反射光线的现象 2 条件 1 光从 光密介质射向 光疏介质 2 入射角 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sinc 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 光纤通信的主要优点是容量大 衰减小 抗干扰性强等 1 1 折射率的大小由介质本身和光的频率共同决定 与入射角 折射角的大小无关 2 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 3 我国使用的宽带光纤通信网络利用了光的衍射原理 4 光由一种介质进入另一种介质时 光的频率不变 答案 1 2 3 4 2 水中的空气泡看上去比较亮 对这一现象有以下不同解释 其中正确的是 a 空气泡对光线有会聚作用 因而较亮b 空气泡对光线有发散作用 因而较亮c 从空气泡到达水中的界面处的光一部分发生全反射 因而较亮d 从水中到达空气泡界面处的光一部分发生全反射 因而较亮答案d根据全反射的条件知 当光从水中到达空气泡的界面处时 若光的入射角大于等于临界角就会发生全反射 因而水中的空气泡看上去比较亮 故本题答案为d 3 已知直角等腰三棱镜对入射光的折射率大于 则下列选项中光路可能正确的是 答案c直角等腰三棱镜对入射光的折射率大于 由临界角公式可知 此三棱镜对光的全反射的临界角小于45 如果入射光线平行于底边从一直角边入射 入射角为45 则折射角小于45 如果光线直接入射到另一直角边 根据几何关系 入射角大于45 光线在另一直角边发生全反射 不可能射出 如果光线入射到底边 根据几何关系 光线在底边上的入射角大于45 光线发生全反射入射到另一直角边 根据对称性和光路可逆 出射光线仍然与底边平行 c正确 a错误 如果入射光线垂直于一直角边入射 则在底边的入射角为45 因此光在玻璃中入射到底边时发生全反射 b错误 d图中的光线从一直角边入射后的折射光线与入射光线在法线的同侧 因此d错误 4 光导纤维由 内芯 和 包层 两个同心圆柱体组成 其中心部分是内芯 内芯以外的部分为包层 光从一端进入 从另一端射出 下列说法正确的是 a 内芯的折射率大于包层的折射率b 内芯的折射率小于包层的折射率c 不同频率的可见光从同一根光导纤维的一端传输到另一端所用的时间 相同d 若紫光以如图所示角度入射时 恰能在内芯和包层分界面上发生全反射 则改用红光以同样角度入射时 也能在内芯和包层分界面上发生全反射 答案a因光导纤维是依据全反射原理工作的 可知内芯的折射率大于包层的折射率 选项a正确b错误 不同频率的可见光从同一根光导纤维的一端传输到另一端所用的时间不相同 选项c错误 若紫光以如图所示角度入射时 恰能在内芯和包层分界面上发生全反射 则改用红光以同样角度入射时 由于红光的临界角大于紫光的临界角 所以红光不能在内芯和包层分界面上发生全反射 选项d错误 重难一对光的折射定律 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 1总是真空中的光线与法线间的夹角 2总是介质中的光线与法线间的夹角 2 折射率由介质本身的性质决定 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 同一种介质中 频率越大的色光折射率越大 传播速度越小 典例1在折射率为n 厚度为d的玻璃平板上方的空气中有一点光源s 从s发出的光线sa以入射角 射到玻璃板上表面 经过玻璃板后从下表面射出 如图所示 若沿此光路传播的光从光源到玻璃板上表面的传播时间与在玻璃板中的传播时间相等 点光源s到玻璃板上表面的垂直距离l应是多少 解析光在同种均匀介质中是匀速直线传播的 且v 由题意可知 光由s传到a和由a传到b的时间相等 可结合匀速直线运动规律求解 设光在玻璃中的折射角为r 则光在玻璃中的传播距离为 光在玻璃中的传播时间为 光从s到玻璃板上表面的传播距离为 光从s到玻璃板上表面的传播时间为 根据题意有 得l 由折射定律sin nsinr得sin2 n2sin2r 因为sin2r cos2r 1 所以 cos2r 1 cosr 代入 式得l d 答案d 1 1如图所示 光从长方体透明介质的上表面ab射入 射到侧面ad上 设ad边很长 讨论下列问题 1 不管入射角i多大 要使光均不能从ad面射出 则介质的折射率应满足什么条件 2 当介质的折射率为n时 光可能从ad面射出 要使光从ad面射出 则入射角i必须满足什么条件 答案 1 n 2 i arcsin解析 1 由题图 有sin cosr 要使光不可能从ad面射出 不管i多大 必须始终满足sin 求得n 因为sini最大值为1 所以n 2 要使光从ad面射出 必须满足sin 所以i arcsin 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 在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 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 重难二全反射和临界角 典例2如图所示 直角玻璃棱镜中 a 70 入射光线垂直于ac面 求光线从棱镜第一次射入空气时的折射角 并作光路图 已知玻璃的折射率为 解析光从玻璃射入空气的临界角为45 作光路图如图所示 第一次射到ab面上时 入射角 1 70 发生全反射 再射到bc面上 这时入射角 2 50 大于临界角 发生全反射 再射到ab面上时 入射角 3 30 发生折射 根据 可知折射角 4 45 答案见解析 2 1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ee1 ff1 gg1 hh1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 答案b解析因折射率n 其临界角c arcsin 37 由几何关系知沿gg1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 光的色散问题的分析方法1 色散现象 白光通过三棱镜会形成由红到紫七种色光组成的彩色光谱 如图 2 成因 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 就是说紫光偏折得更明显些 当它们射出另一个界面时 紫光的偏折角最大 红光偏折角最小 3 各种色光的比较 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 典例一束白光从顶角为 的三棱镜的一边以较大的入射角i射入并通过 d 红光最先消失 黄光最后消失 解析白光从ab面射入玻璃后 在光线消失前由于紫光偏折大 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 后依次是蓝 青 绿 黄 橙 红光发生全反射而不从ac面射出 答案b 针对训练某物理兴趣小组用实验探究光的色散规律 他们将半圆形玻璃砖放在竖直面内 在其左上方竖直放置一个很大的光屏p 让一复色光束sa 射向玻璃砖的圆心o后 有两束单色光a和b射向光屏p 如图所示 他们根据实验现象提出了以下四个猜想 你认为正确的是 a 单色光a的波长小于单色光b的