【红对勾】高考物理 光的折射 全反射 色散课件.pptVIP

本章包括 光的折射 光的波动性 两部分 光的折射 以光的直线传播为基础 主要讨论光的折射现象中所遵循的基本规律 折射定律 其中光的折射定律 折射率 全反射现象及几何光路图是本章的重点之一 对光的波动性这部分内容 高考命题一般比较简单 由于这部分知识大多是从理论上作了初步解释 没有严格的定量推导 命题的方向将突出实际现象的解释和应用 如增透膜 劈尖干涉等 本章复习的重点及核心内容是光的折射定律 全反射现象和光的干涉等 掌握光的折射定律及折射率的计算 会分析全反射现象 了解光导纤维的工作原理 在光的波动性的复习中 应会分析干涉条件及干涉等现象 本章所涉及的概念 规律 现象必须理清并熟练掌握 复习时 一定要多看课本 尤其是与实际联系较多的内容要反复阅读 加深理解 课时1光的折射全反射色散 知识点一光的折射定律 知识回顾 光的折射 光从一种介质射入另一种介质中 在两种介质的界面处 发生改变 这种现象叫光的折射 光的折射定律 折射光线 法线 入射光线都在 折射光线和入射光线分居在两侧 入射角的正弦值与折射角的正弦值的比值 传播方向 同一个平面内 法线 恒定 要点深化 1 在光的折射中光路是可逆的 2 折射不仅可以改变光的传播方向 还可以改变光束的性质 3 光从一种介质射入另一种介质时 折射角大小随着入射角大小的变化而变化 但是两个角的正弦值之比恒定 基础自测 如图1所示 光线以入射角 1从空气射向折射率n 的玻璃表面 1 当入射角 1 45 时 反射光线与折射光线间的夹角 为多少 2 当入射角 1为多少时 反射光线与折射光线垂直 图1 知识点二折射率 知识回顾 折射率 光从空气或真空进入某种介质中 入射角的和折射角的正弦值之比 叫该介质的折射率 介质的折射率等于光在的速度c与光在该介质中的传播速度v的比值 正弦值 真空中 要点深化 1 某种介质的折射率是指光从真空或空气进入该介质时入射角与折射角的正弦值之比 如果是从该介质进入空气或真空 则入射角与折射角的正弦值之比等于折射率的倒数 2 介质的折射率实际上指的是绝对折射率 所谓绝对折射率是指光从真空进入介质时入射角与折射角的正弦值之比 3 空气的折射率 1 其他介质的折射率都 1 4 折射率的大小由介质本身和光的频率共同决定 与入射角 折射角的大小无关 5 折射率大小反映了介质的光学性质和入射光的频率 1 折射率越大 说明介质对光的偏折作用越大 光线偏离原来传播方向的程度越厉害 2 介质对光的折射率越大 说明该光在该介质中的传播速度越小 3 相对于同一介质 折射率越大的光 其频率越大 注意 折射率由介质本身和光的频率共同决定 同一频率的光对不同介质折射率不同 不同频率的光对同一介质折射率也不同 基础自测 如图2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 介质的折射率为1 73c 光在介质中的传播速度为1 73 108m sd 反射光线与折射光线成60 角 图2 答案 bc 知识点三全反射 知识回顾 1 光密介质和光疏介质两种介质相比较 折射率的介质叫光密介质 折射率的介质叫光疏介质 2 临界角 c 折射角等于时的入射角叫临界角 当光线从某种介质射向真空 或空气 时的临界角的正弦值为sinc 大 小 90 3 全反射 光从光密介质射向光疏介质时 如果入射角大于或等于临界角 折射光线消失 只产生反射的现象叫全反射 4 产生全反射的条件 1 光要从进入 此时折射角大于入射角 2 入射角要或等于临界角 光密介质 光疏介质 大于 要点深化 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 光从光疏介质射入光密介质时 入射角大于折射角 光从光密介质射入光疏介质时 入射角小于折射角 3 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 4 光导纤维 1 结构 光导纤维 简称光纤 是一种透明的玻璃纤维丝 由内芯和外套两层组成 内芯的折射率大于外套的折射率 即内芯是光密介质 外套是光疏介质 2 原理 光在光纤的内芯中传播 每次射到内 外层的界面上时 都要求入射角大于临界角 从而发生全反射 基础自测 2010 山东高考 如图3所示 一段横截面为正方形的玻璃棒 中间部分弯成四分之一圆弧形状 一细束单色光由mn端面的中点垂直射入 恰好能在弧面ef上发生全反射 然后垂直pq端面射出 图3 求该玻璃棒的折射率 若将入射光向n端平移 当第一次射到弧面ef上时 填 能 不能 或 无法确定能否 发生全反射 图4 知识点四棱镜光的色散 知识回顾 1 光的色散 通过三棱镜后 出射光束变为七色光的光束 这种现象叫光的色散 2 光谱 由七色光组成的称光谱 白光 红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫 光带 3 棱镜 1 含义 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 光密三棱镜 当光线从一侧面射入 从另一侧面射出时 光线两次均向底面偏折 光疏三棱镜 当光线从一侧面射入 从另一侧面射出时 光线两次均向顶角偏折 三角形 折射率 全反射棱镜 等腰直角棱镜 当光线从一直角边射入时 在斜边发生全反射 从另一直角边垂直射出 当光线垂直于斜边射入时 在发生全反射后又垂直于斜边射出 全反射棱镜对光路的控制如图5所示 图5 垂直 两直角边 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 光能损失更 3 三棱镜成像 当物体发出的光线从三棱镜的一侧面射入 从另一侧面射出时 逆着出射光线可以看到物体的 清晰 少 虚像 要点深化 1 全反射棱镜不能用平面镜替代 因为平面镜是在玻璃后表面镀银而成的 从发光点s发出的光照到平面镜上 经前玻璃面和后银面多次反射 s点就会生成多个虚像 反射光线好像从n个虚像发出的 这些反射光叠加 就影响精密光学仪器的成像质量 如图6所示 图6 基础自测 如图7所示 一束只含有红光和紫光的较强复色光沿po方向垂直于ab边射入玻璃三棱镜后 分成两束沿o m和o n方向射出 则 a o m为红光 o n为紫光b o m为紫光 o n为红光c o m为红光 o n为红紫色复合光d o m为紫光 o n为红紫色复合光 图7 解析 两种光在ac面上都要发生反射 所以o n为红 紫复合光 紫光的临界角小 所以在入射角相同的情况下 紫光先发生全反射 所以o m为红光 答案 c 图8 答案 1 120 2 2 题后反思应用光的折射定律解题的一般思路 一定要画出比较准确的光路图 分析边界光线或临界光线 利用几何关系和光的折射定律求解 注意在折射现象中 光路是可逆的 图9 1 光在圆柱体中的传播速度 2 距离直线ab多远的入射光线 折射后恰经过b点 图10 题型二光的全反射图11 例2 如图11所示 置于空气中的一不透明容器内盛满某种透明液体 容器底部靠近器壁处有一竖直放置的6 0cm长的线光源 靠近线光源一侧的液面上盖有一遮光板 另一侧有一水平放置的与液面等高的望远镜 用来观察线光源 开始时通过望远镜不能看到线光源的任何一部分 将线光源沿容器底向望远镜一侧平移至某处时 通过望远镜刚好可以看到线光源底端 再将线光源沿同一方向移动8 0cm 刚好可以看到其顶端 求此液体的折射率n 解析 当线光源上某一点发出的光线射到未被遮光板遮住的液面上时 射到遮光板边缘o的那条光线的入射角最小 若线光源底端在a点时 望远镜内刚好可以看到此光源底端 设过o点液面的法线为oo1 则 aoo1 图12 答案 1 25 题后反思联系实际的全反射问题通常需要建立一定的物理模型 这样能将看似很难解决的实际问题转化为熟悉的情境 所以读懂题意 获取有效信息 是解决这类问题的关键 图13 图14 题型三棱镜与色散问题 例3 abc为一全反射棱镜 它的主截面是等腰直角三角形 如图15所示 一束白光垂直入射到ac面上 在ab面上发生全反射 若光线入射点o的位置保持不变 改变光线的入射方向 不考虑自bc面反射的光线 图15 a 使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转 如果有色光射出ab面 则红光将首先射出b 使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转 如果有色光射出ab面 则紫光将首先射出c 使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转 红光将首先射出ab面d 使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转 紫光将首先射出ab面 解析 白光垂直入射ac面后直射到ab面 入射角为45 发生全反射说明棱镜的临界角c 45 这是对从红光到紫光的所有色光说的 当入射光顺时针偏转时 在ab面上发生色散 不同色光折射率不同 红光偏折小 紫光偏折大 如图16所示 射到ab面上时红光入射角小 紫光入射角大 但它们都小于45 图16 另一方面 棱镜对红光的临界角比紫光的临界角大 因此 入射光顺时针逐渐偏转时 在ab面上红光的入射角将首先小于临界角而射出ab面 如果入射光逆时针偏转 则经ac面上的红光 紫光的入射角都大于45 都发生全反射而不可能从ab面射出 答案 a 题后反思由于n红c紫 当白光顺时针转动而使ac面上的入射角增大 折射角也增大 但色散后的各色光在ab面上的入射角却减小 由于红光较紫光偏折程度小 故红光在ab面上的入射角首先小于临界角射出 并非紫光先射出 这一点很容易搞颠倒 变式3 1 2010 福建福州3月质检 如图17所示 mn是位于竖直平面内的光屏 放在水平面上的半圆柱形玻璃砖的平面部分ab与屏平行 由光源s发出的一束白光从半圆沿半径射入玻璃砖 通过圆心o再射到屏上 在水平面内以o点为圆心沿逆时针方向缓缓转动玻璃砖 在光屏上出现了彩色光带 当玻璃砖转动角度大于某一值时 屏上彩色光带中的某种颜色的色光首先消失 有关彩色的排列顺序和最先消失的色光是 a 左紫右红 紫光b 左红右紫 紫光c 左紫右红 红光d 左红右紫 红光 图17图18 解析 如图18所示 由于紫光的折射率大 故在光屏mn上是左红右紫 并且是紫光先发生全反射 故选项b正确 答案 b 1 2010 全国卷 频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后 其光路如图19所示 下列说法正确的是 图19 a 单色光1的波长小于单色光2的波长b 在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度c 单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间d 单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角 解析 根据题图知 光1的折射率较大 与光2相比 其波长较小 在玻璃中传播速度较小 临界角较小 通过玻璃的时间较大 选项a d正确 答案 ad 图20 答案 b 图21 3 发出白光的细线光源ab 长度为l0 竖直放置 上端a恰好在水面以下 如图22 现考虑线光源ab发出的靠近水面法线 图中的虚线 的细光束经水面折射后所成的像 由于水对光有色散作用 若以l1表示红光成的像的长度 l2表示紫光成的像的长度 则 a l1l2 l0c l2 l1 l0d l2 l1 l0 图22 解析 b点发出的光从水中射向空气时光线要远离法线 在入射角相同的情况下 紫光偏折更大 故折射光线的反向延长线与ab的交点更偏上 像的长度更小 故选项d正确 或者直接算出b点的像深 图23 答案 d 4 如图24 一束单色光射入一玻璃球体 入射角为60 已知光线在