高考物理总复习 选考34 第3课时 光的折射 全反射课件 教科版.ppt

第3课时光的折射全反射 基础回顾 核心探究 演练提升 基础回顾自主梳理 融会贯通 知识梳理 一 光的折射定律 折射率1 折射现象 光射到两种介质的分界面时 一部分光进入第二种介质继续传播 2 折射定律 1 内容 入射光线 折射光线和法线在内 入射光线与折射光线分居法线 入射角的正弦值与折射角的正弦值之比为一常数 同一平面 两侧 2 表达式 n n代表折射率 可逆 3 在光的折射现象中 光路是的 3 折射率 1 定义 光从真空射入某种介质发生折射时 的正弦值与的正弦值的比值 2 定义式 n 不能说n与成正比 与成反比 3 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 4 计算公式 n 因v c 故任何介质的折射率总1 入射角i 折射角r sini sinr 偏折大 大于 二 全反射 光导纤维 光的色散1 全反射 1 条件 光从光密介质射入 光疏介质 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 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 色散现象 白光通过三棱镜会形成由七种色光组成的彩色光谱 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 紫光折射得更明显些 当它们射出另一个界面时 紫光的偏折角 红光的偏折角 红到紫 不同 最大 最小 自主检测 1 思考判断 1 光的传播方向发生改变的现象叫光的折射 2 在光的折射和全反射现象中 均遵循光的反射定律 光路均是可逆的 3 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 4 折射率跟折射角的正弦成正比 跟入射角的正弦成反比 5 入射角足够大 也不一定能发生全反射 6 若光从空气中射入水中 它的传播速度一定增大 答案 1 2 3 4 5 6 2 2018 河北衡水调研 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 介质的折射率约为1 73c 光在介质中的传播速度约为1 73 108m sd 反射光线与折射光线成60 角e 反射光线与折射光线成90 角 bce 3 2018 黑龙江牡丹江一中月考 如图 足够宽的液槽中水的折射率n m是可绕轴转动的平面镜 m与水平面的夹角为 光线从液槽的侧壁水平射入水中 若 30 则经平面镜反射后的光线从水面射出时折射角的正弦值为 核心探究分类探究 各个击破 考点一光的折射定律 1 对折射率的理解 1 公式理解 公式n 中 不论是光从真空射入介质 还是从介质射入真空 i总是真空中的光线与法线间的夹角 r总是介质中的光线与法线间的夹角 折射率大小不仅反映了介质对光的折射本领 也反映了光在介质中传播速度的大小v 2 特性理解 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 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1 2016 全国 卷 34 如图 玻璃球冠的折射率为 其底面镀银 底面的半径是球半径的倍 在过球心o且垂直于底面的平面 纸面 内 有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的m点 该光线的延长线恰好过底面边缘上的a点 求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角 答案 150 反思总结解决光的折射问题的思路 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 1 对折射率的理解 2017 湖南岳阳县期中 一束光由空气射入某介质 当入射光线和界面的夹角为30 时 折射光线恰好与反射光线垂直 则光在该介质中的传播速度是 多维训练 求 1 玻璃球对该激光束的折射率 2 激光束自b点运动至光屏的时间 考点二光的全反射 1 求解光的折射 全反射问题的四点提醒 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 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 3 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 4 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 2 求解全反射现象中光的传播时间的一般思路 1 全反射现象中 光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化 即v 2 全反射现象中 光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定 3 利用t 求解光的传播时间 典例2 2018 广西桂林适应性考试 如图所示 某种透明介质的截面图由直角三角形aoc和圆心为o 半径为r的四分之一圆弧bc组成 其中 a 60 一束单色光从d点垂直ab面射入透明介质中 射到圆弧bc上时恰好发生全反射 已知d点与o点之间的距离为 光在真空中的传播速度为c 求 1 单色光在介质中的传播速度v 2 单色光第一次射出介质时折射角 答案 2 45 方法技巧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 1 应用全反射求折射率 2018 福建莆田模拟 如图表示一个盛有某种液体的槽 槽的中部扣着一个横截面为等腰直角三角形的薄壁透明罩cab 罩内为空气 整个罩子浸没在液体中 底边ab上有一个点光源d 其中bd ab p为bc边的中点 若要在液面上方只能够看到被照亮的透明罩为p点的上半部分 试求槽内液体的折射率应为多大 多维训练 2 导学号58826290 全反射原理与极值问题 2017 河北衡水中学三摸 可见光通信是利用led灯的光线实现上网的新型高速数据传输技术 如图所示 led闪光灯的圆柱形封装玻璃体横截面的直径ab d 玻璃体的长度ac 10d led灯 可视为点光源 固定在玻璃体内底面的圆心o处 玻璃体对led灯发出的光的折射率n 2 led灯能向各个方向均匀发光 且发光功率为p 真空中光速为c 求 1 从ab面射出的光在玻璃体中传播的最短时间 2 从ab面射出的光的功率 考点三光的色散现象 各种色光的比较 典例3 2018 四川遂宁外国语实验学校月考 多选 如图所示 两束单色光a b从水下射向a点后 光线经折射合成一束光c进入空气 则下列说法中正确的是 a a光的频率比b光的频率大b 在水中a光的临界角比b光的临界角大c 在水中a光的速度比b光的速度小d a光的波长比b光的波长大e b光的折射率比a光的折射率大 bce 针对训练 2018 宁夏育才中学月考 多选 如图 在水中有一厚度不计的薄玻璃片制成的中空三棱镜 里面是空气 一束白光从棱镜的左边射入 从棱镜的右边射出时发生了色散 射出的可见光分布在a点和b点之间 则下列说法错误的是 a 从a点射出的是红光 从b点射出的是紫光b 从a点射出的是紫光 从b点射出的是红光c 从a点和b点射出的都是红光 从ab中点射出的是紫光d 从a点和b点射出的都是紫光 从ab中点射出的是红光e 光在ab面上不可能发生全反射 acd 解析 此棱镜对周围介质来说是光疏介质 故光在棱镜中的折射角大于入射角 从棱镜中射出时 入射角大于折射角 故光线从棱镜中射出时光向顶角方向偏折 紫光折射率大 偏折程度大 故紫光从a点射出 红光从b点射出 故acd错b对 光在ab面上是从光疏介质向光密介质中传播 不会发生全反射 故e对 考点四测定玻璃的折射率 1 原理与操作 2 数据处理与分析 1 数据处理 计算法 计算每次折射率n 求出平均值 图像法 如图所示 单位圆法 如图所示 2 误差分析 确定入射光线 出射光线时的误差 故入射侧 出射侧所插两枚大头针间距离宜大点 测量入射角与折射角时的误差 故入射角不宜过小 但也不宜过大 过大则反射光较强 出射光较弱 3 注意事项 玻璃砖要用厚度较大的 入射角应在30 到60 之间 大头针要竖直插在白纸上 且距离应尽量大一些 典例4 2018 四川彭州五校期中 利用 插针法 测定玻璃的折射率 所用的玻璃砖两面平行 正确操作后 作出的光路图及测出的相关角度如图 a 所示 1 此玻璃的折射率计算式为n 用图中的 1 2表示 2 如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择 为了减少误差 应选用宽度 选填 大 或 小 的玻璃砖来测量 3 甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa 和bb 后 不小心碰了玻璃砖使它向aa 方向平移了少许 如图 b 所示 则他测出的折射率将 选填 偏大 偏小 或 不变 4 乙同学在画界面时 不小心将两界面aa bb 间距画得比玻璃砖宽度大些 如图 c 所示 则他测得的折射率 选填 偏大 偏小 或 不变 核心点拨 玻璃砖的宽度 影响折射光线的作图误差玻璃砖的上移 下移 需要实验过程中作图分析误差影响画边界线时上移 下移 需要实验过程中作图分析误差影响 2 选用宽度较宽的玻璃砖 做折射光线时误差小 所以应选用宽度大的玻璃砖 3 如图甲所示 虚线表示将玻璃砖向上平移后实际的光路图 而实线是作图时所采用的光路图 通过比较发现 入射角和折射角没有变化 测得的折射率将不变 4 如 乙 图所示 实线表示实际的光路图 而虚线是作图时所采用的光路图 可见 入射角没有变化 折射角的测量值偏大 折射率测量值偏小 方法技巧辅助线法测量折射率如图所示 作辅助线ab 且垂直于ob 量出ab oa 作辅助线cd 且垂直于od 量出cd oc 即可求出n 针对训练 2018 宁夏育才中学期中 用半圆形玻璃砖测定玻璃折射率的方法如下 把半圆形玻璃砖放在白纸上 定出其圆心o 在白纸上用铅笔描下其直径和圆心位置 让一束光沿与直径垂直的方向穿入玻璃砖的圆弧部分射到圆心o 如图所示 不改变入射光的方向和位置 让玻璃砖以o点为轴逆时针转动到从玻璃砖平面一侧恰好看不到出射光为止 用铅笔描下此时玻璃砖直径的位置 移去玻璃砖测出玻璃砖转过角度 由 计算出折射率 这种测量方法是利用光的现象测定玻璃折射率的 当玻璃砖转过角度 时的入射角叫 若已知 42 且sin42 0 67 则玻璃的折射率n 答案 全反射临界角1 49 演练提升真题体验 强化提升 1 光的色散 2017 北京卷 14 如图所示 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 a 红光b 黄光c 绿光d 紫光 d 解析 由题图可知 进入玻璃砖时a光偏折较大 b光偏折较小 所以此玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率 故a的频率大于b的频率 选项d正确 a b c错误 2 测定玻璃的折射率 2016 四川卷 5 某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n 如图 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sini sinr图像如图 乙 所示 则 a 光由a经o到b n 1 5b 光由b经o到a n 1 5c 光由a经o到b n 0 67d 光由b经o到a n 0 67 b 3 折射定律与正弦定理 2017 全国 卷 34 如图 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 由折射定律有sini nsinr 答案 1 43 4 全反射与极值问题 2017 全国 卷 34 一直桶状容器的高为2l 底面是边长为l的正方形 容器内装满某种透明液体 过容器中心