南方新高考高考物理大一轮复习 专题十三 机械振动 机械波 第3讲 光的折射 全反射课件.ppt

第3讲光的折射全反射 一 折射定律 折射率 1 折射定律 折射 入射 两侧 正比 1 内容 光线与 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 入射角的正弦与折射角的正弦成 2 表达式 n12 式中n12是比例常数 2 折射率 真空 入射角 1 定义 光从 射入某种介质 的正弦与 折射角的正弦之比 叫做介质的折射率 2 定义式 n 折射率由介质本身的 和光的 决定 光学性质 频率 3 计算式 n 因v c 故任何介质的折射率总 1 大于 4 意义 反映了介质的 折射率大 说明光从真空射入到该介质时 反之偏折小 5 光密介质和光疏介质 两种介质相比较 折射率大的为光密介质 折射率小的为光疏介质 3 折射率的理解 1 折射率由 决定 与入射角的大小无关 2 折射率与介质的 没有关系 光密介质不是指密 度大的介质 介质本身性质 密度 大 小 3 同一种介质中 频率越大的色光折射率越 传播速度越 光学特性 偏折大 基础检测 1 多选 关于折射率 下列说法正确的是 解析 介质的折射率是一个反映介质光学性质的物理量 由介质本身和光的频率共同决定 与入射角 折射角无关 故 选项a c错误 由于真空中的光速是一个定值 故n与v成反比是正确的 选项b正确 由于v f 当f一定时 v与 成正比 又n与v成反比 故n与 也成反比 选项d正确 由比例关系可知 选项e正确 答案 bde 二 全反射 光密 入射角 消失 1 定义 光从 介质射入光疏介质 当 增大到某一角度时 折射光线将 只剩下 的现象 反射光线 光密 大于 2 条件 光从 介质射向光疏介质 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 介质的折射率越 发生全反射的临界角越 4 应用 光导纤维 大 小 基础检测 2 光纤维通信是一种现代化的通信手段 它可以为客户提供大容量 高速度 高质量的通信服务 为了研究问题方便 我们将光导纤维简化为一根长直玻璃管 如图13 3 1所示 设此玻璃管长为l 折射率为n 已知从玻璃管左端面射入玻璃内的光线在玻璃管的侧面上恰好能发生全反射 最后从玻璃管的右端面射出 设光在真空中的传播速度为c 求光通过此段玻璃管所需的时间 图13 3 1 图d38 考点1 折射定律及折射率的应用 重点归纳平行玻璃砖 三棱镜和圆柱体 球 对光线的控制作用 续表 续表 典例剖析例1 2016年新课标全国卷 如图13 3 2所示 玻璃球 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 图13 3 2 解 如图所示 设球半径为r 球冠底面中心为o 连接oo 则oo ab 令 oao 图13 3 3 根据题意ma ab所以 oam 60 设图中n点为光线在球冠内底面上的反射点 所考虑的光线的光路图如图13 3 3所示 设光线在m点的入射角为i 折射角为r 在n点的入射角为i 反射角为i 玻璃折射率为n 由于 oam为等边三角形 有 i 60 根据折射定律可得sini nsinr代入题给条件n 可得r 30 作底面在n点的法线ne 由于ne am 有i 30 根据反射定律可得i 30 连接on 由几何关系可知 nam nom 故有 mno 60 故可得 eno 30 于是 eno为反射角 on为反射光线 这一反射光线经球面再折射后不改变方向 所以 经一次反射后射出玻璃球冠的光线相对于入射光线的偏角为 180 eno 150 备考策略 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 注意 在折射现象中光路是可逆的 考点练透 1 如图13 3 4所示 一束光以45 的入射角从ab面射入三棱镜中 棱镜的折射率n 光在真空中的传播速度c 3 0 108m s 求 1 光在棱镜中的传播速度 2 光在棱镜中的折射角 图13 3 4 考点2 全反射 重点归纳求解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 典例剖析例2 2016年海南卷 如图13 3 5所示 半径为r的半球形玻璃体置于水平桌面上 半球的上表面水平 球面与桌面相切于a点 一细束单色光经球心o从空气中射入玻璃体内 入射面即纸面 入射角为45 出射光线射在桌面上b点处 测得左平移 求射入玻璃体的光线在球面上恰好发生全反射时 光束在上表面的入射点到o点 的距离 不考虑光线在玻璃体内的多次反射 图13 3 5 解 当光线经球心o入射时 光路图如图13 3 6甲所示 设玻璃的折射率为n 由折射定律有 甲 乙 图13 3 6在玻璃体球面上光线恰好发生全反射时 光路图如图乙所示 设此时光线入射点为e 折射光线射到玻璃体球面的d点 由题意有 edo c 考点练透 2 2014年新课标全国卷 一个半圆柱形玻璃砖 其横截面是半径为r的半圆 ab为半圆的直径 o为圆心 如图13 3 7所示 玻璃的折射率为n 1 一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面 若光线到达上表面后 都能从该表面射出 则入射光束在ab上的最大宽度为多少 方入射 求此光线从玻璃砖射出点的位置 图13 3 7 解 1 在o点左侧 设从e点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角 则oe区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出 如图d39所示 由全反射条件有图d39 sin 1n 由几何关系有oe rsin 由对称性可知 若光线都能