高考物理一轮复习 专题十五 光学、电磁波与相对论 第1讲 光的折射、全反射课件.ppt

专题十五光学 电磁波与相对论 第1讲 光的折射 全反射 考点1 光的折射定律 1 折射现象 光从一种介质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 入射角的正弦与 成正比 两侧 折射角的正弦 sin 1sin 2 n21 1 2分别为入射角和折射角 n12 2 表达式 是比例常数 考点2 折射率 入射角的正弦 折射角的正弦 1 定义 光从真空射入某种介质发生折射时 与 之比 叫做这种介质的折射率 的频率决定 1 光密 光疏 3 计算公式 n 因为v c 所以任何介质的折射率都大于 对两种介质来说 若n1 n2 则折射率为n1的介质称为 介质 折射率为n2的介质称为 介质 4 物理意义 折射率是表示光从一种介质进入另一种介质时 发生 的物理量 与入射角 1及折射角 2的大 小无关 偏折程度 2 定义式 n 折射率由介质本身的光学性质和光 考点3 全反射 1 定义 光从光密介质入射到光疏介质的分界面上时 当 增大到某一角度时 折射光线消失 只剩下反射光线 的现象 入射角 光密 光疏 大于或等于 2 条件 光从 介质射向 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 sinc 1n 4 应用 全反射棱镜 光导纤维 考点4 光的色散 棱镜 单色光 黄 蓝 1 光的色散 含有多种颜色的光被分解为 的现象叫做光的色散 白光通过三棱镜会分解为红 橙 绿 靛 紫七种单色光 2 光谱 含有多种颜色的光被分解后 各种色光按其波长 的 排列 有序 3 棱镜 三角形 折射率 1 定义 截面是 的玻璃仪器 可以使光发生色散 白光的色散表明各色光在同一介质中的 不同 2 三棱镜对光线的作用 改变光的传播方向 使复色光发生色散 基础自测 1 多选 直线p1p2过均匀玻璃球球心o 细光束a b平行且关于p1p2对称 由空气射入玻璃球的光路如图15 1 1所示 a b光相比 a 玻璃对a光的折射率较大b 玻璃对a光的临界角较大c b光在玻璃中的传播速度较小 图15 1 1 d b光在玻璃中的传播时间较短e b光更容易发生全反射答案 bce 乙所示 则下列说法错误的是 2 多选 2016年四川卷 某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n 如图15 1 2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 作出的sini sinr图象如图 甲 乙 图15 1 2 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 e 增大入射角 光有可能发生全反射答案 acd 3 半径为r 介质折射率为n的透明圆柱体 过其轴线oo 的截面如图15 1 3所示 位于截面所在的平面内的一细束光线 以角i0由o点入射 折射光线由上边界的a点射出 当光线在o点的入射角减小至某一值时 折射光线在上边界的b点恰好发生全反射 求a b两点间的距离 图15 1 3 解 如图d52所示 当光线在o点的入射角为i0时 设折射角为r0 由折射定律得 sini0sinr0 n 设a点与左端面的距离为da 由几何关系得 图d52 若折射光线恰好发生全反射 则在b点的入射角恰好为临界角c 设b点与左端面的距离为db 由折射定律得 4 2016年新课标 卷 如图15 1 4所示 在注满水的游泳池的池底有一点光源a 它到池边的水平距离为3 0m 从点光源a射向池边的光线ab与竖直方向的夹角恰 1 求池内的水深 图15 1 4 2 一救生员坐在离池边不远处的高凳上 他的眼睛到池面的高度为2 0m 当他看到正前下方的点光源a时 他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45 求救生员的眼睛到池边的水平距离 计算结果保留1位有效数字 解 1 如图d53所示 设到达池边的光线的入射角为i 有 nsini sin 由几何关系有 式中 l 3m h是池内水的深度 联立 式并代入题给数据解得 图d53 2 设此时救生员的眼睛到池边的距离为x 依题意 救生员的视线与竖直方向的夹角为 45 由折射定律有 nsini sin 式中 i 是光线在水面的入射角 设池底点光源a到水面入射点的水平距离为a 由几何关系有 热点1 折射现象与折射率 热点归纳 平行玻璃砖 三棱镜和圆柱体 球 对光路的控制 续表 考向1 平行玻璃砖对光路的控制 典题1 人造树脂是常用的眼镜镜片材料 如图15 1 5所示 光线射在一人造树脂立方体上 经折射后 射在桌面上的p点 已知光线的入射角为30 oa 5cm ab 20cm bp 12cm 求该人造树脂材料的折射率n 图15 1 5 考向2 三棱镜对光路的控制 典题2 2017年广东茂名高三第一次质量监测 如图15 1 6所示 等边三角形abc为某透明玻璃三棱镜的截面图 三棱镜的折射率为 在截面上一束足够强的细光束从ab边中点与ab边成30 入射角由真空射入三棱镜 求 1 光从ab边入射时的折射角 2 bc边的出射光线与ab边的入射光线的夹角为多大 图15 1 6 解 1 光射入三棱镜的光路如图d54所示 i1 60 由折射定律 n sini1sinr1 代入数据解得r1 30 2 由折射定律得 sini2sinr2 1n 图d54 代入数据解得r2 60 设它与入射光线夹角为 由几何关系得 i1 r1 r2 i2 由以上关系解得 60 考向3 透明球对光的控制 典题3 2017年江苏卷 人的眼球可简化为如图15 1 7所示的模型 折射率相同 半径不同的两个球体共轴 平行光束宽度为d 对称地沿轴线方向射入半径为r的小球 会聚在聚角 示意图未按比例画出 图15 1 7 考向4 组合体对光路的控制 典题4 2017年新课标 卷 如图15 1 8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 图15 1 8 解 如图d55所示 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 将从圆柱体底面的中心c点反射 图d55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 热点2 全反射现象的理解及应用 热点归纳 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 解决全反射问题的一般方法 1 确定光是从光密介质进入光疏介质 3 根据题设条件 判定光在传播时是否发生全反射 4 如发生全反射 画出入射角等于临界角时的临界光路图 5 运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分 析 判断 运算 解决问题 3 求解全反射现象中光的传播时间的一般思路 考向1 全反射中的临界问题 典题5 2017年广东惠州模拟 如图15 1 9所示 一束平行光以45 的入射角照射到半径为r的半圆柱形玻璃砖的上表面上 已知玻璃砖对平行光的折射率为 则圆柱面上光线能够射出的区域所对的圆心角 是多少 图15 1 9 解 作出光路图 如图d56所示 由折射定律 有 图d56 n sinisinr 即有 eao 45 此时 eoa 75 因ea与ob平行 所以 eao aob 45 如果光线fc刚好在c点发生全反射 则有 fco 45 此时 foc 15 故知圆柱面上光线能够射出的区域所对的圆心角 180 eoa foc 180 75 15 90 考向2 折射定律与全反射综合 热点归纳 求解光的折射与全反射的综合问题时 要抓住折射定律和发生全反射的条件这两个关键 基本思路如下 1 判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质 2 判断入射角是否大于临界角 明确是否发生全反射现象 3 画出反射 折射或全反射的光路图 必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图 然后结合几何知识进行推断和求解相关问题 4 折射率n是讨论折射和全反射问题的重要物理量 是联系各物理量的桥梁 对跟折射率有关的所有关系式应熟练掌握 典题6 2017年新课标 卷 如图15 1 10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 图15 1 10 1 从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值 的距离 解 1 如图15 1 11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 i i0 设n是玻璃的折射率 由全反射临界角的定义有 nsinic 1 图15 1 11 迁移拓展 如图15 1 12所示 三棱镜的横截面为直角三角形abc a 30 b 60 一束平行于ac边的光线自ab边的p点射入三棱镜 在ac边发生反射后从bc边的m点射出 若光线在p点的入射角和在m点的折射角相等 求 1 三棱镜的折射率 2 在三棱镜的ac边是否有光线逸出 写出分析过程 不 考虑多次反射 图15 1 12 解 1 光路图如图d57所示 图中n点为光线在ac边发生反射的入射点 设光线在p点的入射角为i 折射角为r 在m点的入射角为r 折