高考物理一轮复习 机械振动 机械波 光 电磁波 相对论简介 基础课时3 光的折射 全反射课件（选修34）.ppt

基础课时3光的折射全反射 知识梳理 知识点一 光的折射定律折射率1 折射现象光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向发生 的现象 如图1所示 图1 改变 正比 两侧 3 折射率 1 物理意义 折射率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 2 定义式 n 不能说n与sin 1成正比 与sin 2成反比 折射率由介质本身的光学性质和光的 决定 频率 偏折大 3 计算公式 n 因v c 故任何介质的折射率总大于1 知识点二 全反射光导纤维1 全反射 1 定义 光从光密介质射入光疏介质 当入射角增大到某一角度时 折射光线将 只剩下反射光线的现象 2 条件 光从光密介质射向光疏介质 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 介质的折射率越大 发生全反射的临界角越小 消失 大于等于 2 光导纤维光导纤维的原理是利用光的全反射 知识点三 实验十一 测定玻璃的折射率1 实验原理 用插针法找出与入射光线ao对应的出射光线o b 确定出o 点 画出折射光线oo 然后测量出角 1和 2 代入公式计算玻璃的折射率 2 实验器材 白纸 图钉 直尺 铅笔 量角器 平木板 长方形 大头针 玻璃砖 3 实验过程 1 铺白纸 画线 如图2所示 将白纸用图钉按在平木板上 先在白纸上画出一条直线aa 作为 过aa 上的一点o画出界面的 mn 并画一条线段ao作为入射光线 图2 界面 法线 把玻璃砖平放在白纸上 使它的长边跟aa 对齐 画出玻璃砖的另一条长边bb 2 插针与测量 在线段ao上竖直地插上两枚大头针p1 p2 透过玻璃砖观察大头针p1 p2的像 调整视线的方向 直到p1的像被p2 再在观察的这一侧依次插两枚大头针p3 p4 使p3挡住p1 p2的像 p4挡住p1 p2的像及p3 记下p3 p4的位置 移去玻璃砖 连接p3 p4并延长交bb 于o 连接oo 即为折射光线 入射角 1 aom 折射角 2 o on 用量角器测出入射角和折射角 查出它们的正弦值 将数据填入表格中 改变入射角 1 重复实验步骤 列表记录相关测量数据 4 数据处理 计算每次的折射率n 求出平均值 挡住 思考 下列说法是否正确 正确的画 错误的画 1 无论是折射光路 还是全反射光路都是可逆的 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 若光从空气中射入水中 它的传播速度一定增大 4 在同一种介质中 光的频率越大 折射率越大 答案 1 2 3 4 诊断自测 1 一束单色光经空气射入玻璃 这束光的 a 速度变小 波长变短b 速度不变 波长变短c 频率增大 波长变长d 频率不变 波长变长 答案a 2 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3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 图3 解析光导纤维是依据全反射原理工作的 内芯的折射率大于包层的折射率 选项a正确 b错误 不同频率的可见光在同一介质中的传播速度不同 从同一根光导纤维的一端传输到另一端所用的时间一般不相同 选项c错误 若将紫光改用红光也以同样角度入射时 由于红光临界角大于紫光 所以不能在内芯和包层分界面上发生全反射 选项d错误 答案a 图4 a 平行于ac边的光线 b 平行于入射光线的光线 c 平行于cb边的光线 d 平行于ab边的光线 答案b 4 2016 北京丰台区高三期末 如图5所示 mn是空气与某种液体的分界面 一束红光由空气射到分界面 一部分光被反射 一部分光进入液体中 当入射角是45 时 折射角为30 则以下说法正确的是 图5 答案c 5 测定玻璃的折射率 实验中 在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针a b 在另一侧再竖直插两个大头针c d 在插入第四个大头针d时 应使它 如图6所示是在白纸上留下的实验痕迹 其中直线a a 是描在纸上的玻璃砖的两个边 根据该图可算得玻璃的折射率n 计算结果保留两位有效数字 图6 答案挡住c及a b的像1 8 1 6 1 9 2 平行玻璃砖 三棱镜和圆柱体 球 对光路的控制 例1 2015 江苏单科 12b 3 人造树脂是常用的眼镜镜片材料 如图7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7 方法提炼解决光的折射问题的一般方法 1 根据题意画出光路或者根据已知光路确定入射角和折射角 2 利用折射定律建立方程进行求解 变式训练 1 平行玻璃砖 一束复色光由空气斜射向一块平行平面玻璃砖 经折射分成两束单色光a b 已知a光的频率小于b光的频率 下列光路图正确的是 解析两种单色光射入玻璃砖时的折射角小于入射角 据此可排除选项a b 已知a光的频率小于b光的频率 那么a光在玻璃砖中的折射率较小 入射角相同时 折射角较大 选项d正确 答案d 图8a 30 b 45 c 60 d 75 答案a 考点二光的折射 全反射的综合应用 例2 2015 山东理综 38 2 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9所示 位于截面所在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9 解析光路如图 图10 解析在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 由全反射条件有 考点三实验十一 测定玻璃的折射率 例3 如图11所示 某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率 在平铺的白纸上垂直纸面插大头针p1 p2确定入射光线 并让入射光线过圆心o 在玻璃砖 图中实线部分 另一侧垂直纸面插大头针p3 使p3挡住p1 p2的像 连接op3 图中mn为分界线 虚线半圆与玻璃砖对称 b c分别是入射光线 折射光线与圆的交点 ab cd均垂直于法线并分别交法线于a d点 图11 1 设ab的长度为l1 ao的长度为l2 cd的长度为l3 do的长度为l4 为较方便地表示出玻璃砖的折射率 需用刻度尺测量 则玻璃砖的折射率可表示为 2 该同学在插大头针p3前不小心将玻璃砖以o为圆心顺时针转过一小角度 由此测得玻璃砖的折射率将 选填 偏大 偏小 或 不变 变式训练 4 如图12甲所示为光学实验用的长方体玻璃砖 它的 面不能用手直接接触 在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中 两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔a b c的位置相同 且插在c位置的针正好挡住插在a b位置的针的像 但最后一个针孔的位置不同 分别为d e两点 如图乙所示 计算折射率时 用 填 d 或 e 点得到的值较小 用 填 d 或 e 点得到的值误差较小 图12 答案光学de 1 2015 福建理综 13 如图13 一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a b 波长分别为 a b 该玻璃对单色光a b的折射率分别为na nb 则 图13a a b na nbb a b na nbc a b na nbd a b na nb 解析由题图知 三棱镜对b光的折射率较大 所以na nb 又因为光的频率越大 介质对光的折射率就越大 故b光的频率大于a光的频率 又根据c 所以b光的波长小于a光的波长 即 a b 所以b正确 a c d错误 答案b 2 2015 四川理综 3 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14 a b光相比 图14a 玻璃对a光的折射率较大b 玻璃对a光的临界角较小c b光在玻璃中的传播速度较小d b光在玻璃中的传播时间较短 答案c 3 2015 重庆理综 11 1 虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的 可用白光照射玻璃球来说明 两束平行白光照射到透明玻璃球后 在水平的白色桌面上会形成mn和pq两条彩色光带 光路如图15所示 m n p q点的颜色分别为 图15a 紫 红 红 紫b 红 紫 红 紫c 红 紫 紫 红d 紫 红 紫 红 解析玻璃对红光的折射率最小 对紫光的折射率最大 由折射定律和反射定律可知m点为紫色 n点为红色 p点为红色 q点为紫色 故a项正确 答案a 4 2016 安徽 江南十校 联考 如图16所示 两束细平行单色光a b射向置于空气中横截面为矩形的玻璃砖的下表面 设玻璃砖足够长 若发现玻璃砖的上表面只有一束光线射出 则下列说法中正确的是 图16a 其中有一束单色光在玻璃砖的上表面发生了全反射b 在玻璃中单色光a的传播速率小于单色光b的传播速率c 单色光a的折射率小于单色光b的折射率d 若单色