07年二轮复习名师点津 专题十六 光的反射和折射.doc

07年二轮复习名师点津 专题十六 光的反射和折射考点解读光的反射和折射内容要求89.光的直线传播.本影和半影90.光的反射，反射定律.平面镜成像作图法91.光的折射，折射定律，折射率.全反射和临界角92.光导纤维93.棱镜.光的色散1.光的直线传播：光在同一种均匀介质中传播路线是直的，根据这个原理可以理解影的形成原因，知道影的概念，并能够解释本影和半影，进而能够解释日环食、日全食 、日偏食.2.光的反射：知道光传播到两种介质的界面时要发生反射，反射遵循反射定律.3.平面镜成像作图法：知道平面镜成像遵循光的反射定律，按照反射定律作图是基本的作图方法；根据平面镜成像物像对称的特点进行作图是简便可靠的方法，也是一般解题中推荐的方法.4.光的折射：知道光从一种介质进入另一种介质叫做光的折射，折射发生在两种介质的界面上，光的传播方向往往会发生改变，改变的情况、程度遵循折射定律.5.折射率：是反映光的传播方向改变程度的物理量，复习时注意掌握课本所定义的“折射率”是介质对真空的折射率，“入射角”为光在真空中与界面的法线形成的角度.6.全反射和临界角：理解全反射的定义，知道全反射是光只发生反射而没有了折射.掌握临界角的定义，知道临界角与全反射的关系，并能够在有关问题中熟练运用它们.7.能够分析光导纤维和色散的成因和应用，知道棱镜的作用.考点清单1 光的反射、平面镜一、光的直线传播1.光源：能发光的物体叫做光源.光源发光是将其他形式的能转化为光能.2.光的直线传播（1）光线：表示传播方向和路径的几何线叫做光线.在光线上标明箭头，表示光的传播方向.（2）媒质：光能够在其中传播的物质叫做媒质，也称介质.光的传播可以在真空中进行，依靠电磁场这种特殊物质来传播.（3）光的直线传播：光在同一种均匀介质中是沿直线传播的.证据：影、日食和月食的形成，小孔成像.光的传播过程，也是能量传递的过程.3.影的形成：（1）定义：点光源发出的光，照到不透明的物体上时，物体向光的表面被照亮，在背光面的后方形成一个光照不到的黑暗区域，这就是物体的影.影区是发自光源并与被照物体的表面相切的光线围成的.（2）分类：本影与半影.本影：光源上所有发光点都照不到的区域.对同一个物体，其本影区的大小，与光源发光面的大小和光源到物体的距离有关：光源到物体的距离一定时，光源发光面越大，则物体的本影越小；光源发光面越小，则物体的本影越大.光源发光面一定时，光源到物体的距离越小，则物体的本影区越大；光源到物体的距离越大，则物体的本影区越小.半影：光源上一部分发光点能照到，而另一部分发光点照不到的区域成为半明半暗的半影.本影与半影都是光的直线传播的结果.例 关于日食和月食，下列说法中正确的是（ ）A.在月球的本影区里能看到日全食B.在月球的半影区里能看到日偏食C.在月球进入地球的半影区时，可看到月偏食D.在月球全部进入地球的本影区时，可看到月全食解析 本题应理解光直线传播形成影的原理.图16-20通过作出光线传播示意图16-20甲可看到，在月球的本影区里，太阳任何光线均不可能射入，故在里可看到日全食.在月球的半影区里，有部分太阳光线能入射到，故在里可看日偏食.故A和B选项是正确的.在月球的半影区里只有太阳边缘的光线射到，故在可看到日环食.由图16-20乙可看到，当月亮进入地球的半影区a、c时，由于仍有部分光射到整个月球，整个月球仍是亮的，只不过是比在半影区外稍暗一点，故在地球上不会看到月食.只有当月球的一部分进入地球的本影区b时，才看到月偏食，故C错；当月球全部进入地球的本影区时，看到月全食，故D选项正确.答案 ABD二、光速1.光速：光的传播速度.（1）真空中的光速：各种不同的频率的光在真空中的传播速度都相同，均匀C=3.0108m/s.（2）光在空气中的速度近似等于3.0108m/s.（3）光在其他媒质中的速度都小于C，其大小除了与媒质性质有关外，还与光的频率有关（这一点与机械波不同，机械波的波速仅由媒质的性质即密度、弹性和温度等决定）.2.光年（1）定义：光在真空中一年时间内传播的距离叫做光年.注意：光年不是时间单位，而是长度单位.（2）大小：1光年=Ct =3.0108m/s365243600s=9.461015m.三、光的反射1.光的反射现象（1）光从一种介质射到它和另一种介质分界面时，一部分光又回到这种介质中的现象叫做光的反射.（2）光的反射定律反射光线和入射光线、界面的法线在同一平面内，反射光线和入射光线分别位于法线的两侧.反射角等于入射角.反射现象中光路的可逆的.2.平面镜成像（1）平面镜的光学特点：只改变光束的传播方向，不改变光束的性质.入射光束是平行光束，反射光束仍然是平行光束；入射光束是会聚光束，反射光束仍然是会聚光束；入射光束是发散光束，反射光束仍然是发散光束.（2）平面镜成像特点：像在平面镜的后面，是正立等大的虚像，物像关于镜面对称.即：像与物方位关系：上下不颠倒，左右要交换.3.平面镜成像常见题型（1）物或平面镜移动问题的分析方法当物或平面镜平动时：若镜不动，物速为v且垂直镜面移动，则像速v且垂直镜面与物运动方向相反.若镜动而物不动，当镜速为v时，像对物速度为2v，且方向与镜运动方向相同.例1 一个点光源S，放在平面镜MN前，若MN不动，光源S以速度2m/s沿与镜面成60角的方向向右做匀速直线运动，如图16-21所示，则光源在镜中的像将（ ）图16-21A.以速率4m/s沿OS直线方向向右平移B.以速率2m/s垂直于OS向下平移C.镜的另一侧向O点做2m/s的直线运动D.在S上看到像以m/s速度向S靠近解析 引起像移动的速度是物垂直镜面的分速度，作S的像S（可用对称法），并作经时间t后的位置S1及像S1，由几何对称关系可知，故得像S将沿的连线以v=2m/s速率直线运动，故C正确.由对称关系可知，在t时间内S和S沿垂直于镜面的方向的变化距离SA和大小相等.故它们互相靠近的距离变化为，像相对物靠近的速度为：m/s，故D正确.答案 CD评价 正确画出光路图并运用平面镜成像规律（像、物关于镜面对称），结合几何知识是分析平面镜成像实际问题的关键.当平面镜绕镜上某点转过一个微小角度时，法线也随之转过角，反射光线则偏转2角.例2 如图16-22所示，小平面镜M以角速度rad/s绕垂直于纸面且通过O点的轴转动，AB为一圆弧形屏幕，它的圆心也在O点，AOB=60.现有来自频闪光源的一细光束CO射向平面镜，光源每秒闪光12次，则M每转一周，屏幕上能出现多少个亮点？图16-22解析 平面镜以角速度转动，反射光线则以2的角速转动，反射光线转60角所需时间为：s，在AB弧形屏幕上出现的亮点数时间间隔数为：n = ft =120.5=6答案 6个（2）平面镜成像作图法反射定律法：从物点作任意两条入射光线，根据反射定律作其反射光线，两反射光线的反向延长线的交点.对称法：作物点到镜面的垂线，在此垂面上镜面的另一侧截取与物点到镜面距离相等的点为虚像点.注意 作图应规范，光线要画表示方向的箭头，实线虚线要分明；对称法只能用来确定像的位置，作光路时必须补画上光线. 例3 一个半径为5m，的圆形蓄水池装满水，水面与地面相平，在池的中心上空离水面3m处吊着一盏灯，求一个身高1.8m的人可以离开水池边缘多远的距离还能看到灯在水中的像.图16-23剖析 水池面相当于平面镜，作反射光光路图如图16-23所示，若人在某位置时恰能通过水池的边缘看到灯在水中的像，这时光源发出的光恰好通过水池边缘反射射入人的眼睛.解析 由反射定律可知=由几何分析得：SBODCO，故有故m.评价 正确作出反射光路图，结合反射定律进行分析，是解决这类问题的关键.（3）平面镜的视场问题通过平面镜看虚像的情况就像通过与平面镜等大的“窗口”看窗外物体一样.具体观察范围为像点和平面镜的边缘连线所限定.例4 如图16-24甲所示，物体AB放在平面镜前，人的眼睛固定在P点，要让人看不到物体在平面镜中的像，至少要将平面镜中的哪一部分遮住，用作图法确定.图16-24解析 根据平面镜成像的对称性，作出物体AB的像如图乙所示，物体AB发出的光线射入人眼的光线均在和所夹的区域内，因此只要将该区域的光线遮住，即看不到AB的像，所以应将平面镜中MN部分遮住，就看不到AB物体在平面镜中的像.答案 应将图中MN部分遮住.评价 确定平面镜成像的范围包括两种类型：一种是观察平面镜所成完整的像的范围，另一种是从某一位置观察平面镜成像的范围.作此类问题的光路图时，首先根据物像关于平面镜的对称性，作出物体所成的像的位置，再借助平面镜或障碍物作出边界光线，从而确定观察范围.2 光的折射一、光的折射1.定义：光由一种媒质进入另一种媒质或在同一种不均匀媒质中传播时，方向发生偏折的现象叫做光的折射.2.图示：如图16-25所示，AO为入射光线，O为入射点，OB为反射光线，OC为折射光线.图16-25（1）入射角：入射光线与法线间的夹角i叫做入射角.（2）折射角：折射光线与法线间的夹角r叫做折射角.3.折射定律：折射光线位于入射光线与法线所决定的平面内，折射光线和入射光线分别位于法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成正比.这就是光的折射定律，也称斯涅尔定律（斯涅尔是荷兰数学家）.4.折射率（1）光从真空射入某种介质时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的折射率.折射率用n表示.即.（2）某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比.即：.由于vc，所以任何介质的折射率都大于1.例5 在折射率为n，厚度为d的玻璃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16-26所示，若沿此光线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应是多少？图16-26解析 光在同种均匀介质中是匀速直线传播的，且.由题意知，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.解 设点光源S到玻璃板上表面的垂直距离为L，光线在玻璃中的折射角为r，则光线从S到玻璃板上表面的传播距离为，光线从S到玻璃板上表面的传播时间为；光线在玻璃中的传播距离为，光线在玻璃中的传播时间为，根据题意，得 由折射定律得.因为，所以，代入式得.5.光疏介质与光密介质（1）概念光疏介质：两种介质中折射率较小的介质叫做光疏介质.光密介质：两种介质中折射率较大的介质叫做光密介质.（2）理解光疏介质与光密介质是相对而言的.只有对给定的两种介质才能谈光疏介质与光密介质.没有绝对的光密或光疏介质.光疏介质与光密介质的界定是以折射率为依据的，与介质的其他属性（如密度等）无关.当光从光疏介质进入光密介质时，折射角小于入射角；当光从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角.二、全反射和临界角1.全反射：当光从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角.当入射角增大到某一角度时，折射角等于90，此时，折射光完全消失，入射光全部返回原来的介质中，这种现象叫做全反射.2.临界角（1）定义：光从光密介质射向光疏媒质时，折射角等于90时的入射角，叫做临界角，用字母C表示.临界角是指光由光密介质射向光疏媒质时，发生全反射现象时的最小入射角，是发生全反射的临界状态，当光由光密媒质射入光疏媒质时：若入射角iC，则不发生全反射，既有反射又有折射现象.若入射角iC，则发生全反射现象.（2）临界角的计算.例6 如图16-27甲所示，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.图16-27解析 光从玻璃射入空气的临界角为45.作光路图如图16-27乙所示，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 第一次射入空气时的折射角为45，光路图如图乙所示.3.全反射的应用：光导纤维光纤通讯例7 如图16-28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.图16-28解析 光信号由A点进入光导纤维后，沿AO方向照射到O点，此时入射角恰好等于临界角.光在此介质中的速度为v，而沿水平方向的分速度为vsin，沿水平方向传播的距离为s.解：设介质的折射率为n，则有 由以上的三式解得所以.三、棱镜和光的色散1.棱镜（1）定义：各平面相交的透明体叫做棱镜.通常把横截面为三角形的棱镜叫三棱镜.（2）作用：改变光的传播方向；分光.2.通过棱镜的光线（1）棱镜对光线的偏折规律：如图16-29所示图16-29通过棱镜的光线要向棱镜底面偏折；棱镜要改变光的传播方向，但不改变光束的性质.a.平行光束通过棱镜后仍为平行光束；b.发散光束通过棱镜后仍为发散光束；c.会聚光束通过棱镜后仍为会聚光束.出射光线和入射光线之间的夹角称为偏向角.（2）棱镜成像（图16-30）图16-30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16-31所示：图16-31（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（