2020版高考物理（江苏专用版）新攻略总复习课件：第十三章 第3讲　光的折射　全反射　测定玻璃的折射率

1、栏目索引 第第3 3讲光的折射讲光的折射 全反射全反射 测定玻璃的折射率测定玻璃的折射率 栏目索引基础过关 基础过关 知识梳理知识梳理 栏目索引基础过关 1.(2016上海单科)一束单色光由空气进入水中,则该光在空气和水中传 播时(D) A.速度相同,波长相同 B.速度不同,波长相同 C.速度相同,频率相同 D.速度不同,频率相同 基础自测基础自测 栏目索引基础过关 解析解析光由空气进入水,由n=1知速度减小,又知v=f,由于光的频率f不 变,故波长减小,只有D项正确。 c v 栏目索引基础过关 2.(多选)(2017南京、盐城一模)下列事例哪些应用了光的全反射现象 (AD) A.光导纤维通信

2、 B.用三棱镜观察太阳光谱 C.用白光照肥皂膜看到彩色条纹 D.某些光学仪器中用等腰直角玻璃三棱镜改变光路90 栏目索引考点突破 考点一 光的折射 全反射 测定玻璃的折射率 考点二 全反射现象 考点突破 考点三 光路控制问题 考点四 测定玻璃的折射率 栏目索引考点突破 考点一光的折射全反射测定玻璃的折射率考点一光的折射全反射测定玻璃的折射率 对折射率的理解对折射率的理解 (1)公式n=中,不论光是从真空射入介质,还是从介质射入真空,1总 是真空中的光线与法线间的夹角,2总是介质中的光线与法线间的夹 角。 (2)折射率与入射角的大小无关。 (3)折射率与介质的密度没有关系,光密介质不是指密度大的

3、介质。 1 2 sin sin 栏目索引考点突破 (4)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。 (5)同一种色光,在不同介质中虽然波速、波长不同,但频率相同。 栏目索引考点突破 例例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=5 cm,AB=20 cm,BP=12 cm,求该人造树脂材料 的折射率n。 栏目索引考点突破 答案答案 (或1.5) 449 14 解析解析设折射角为,由折射定律有sin 30=n s

4、in 由几何关系知sin =,且OP= 代入数据解得n=(或n1.5) PBOA OP 22 ()PBOAAB 449 14 栏目索引考点突破 例例2 2014江苏单科,12B(3)Morpho蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现 出闪亮耀眼的蓝色光芒,这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉。 电子显微镜下鳞片结构的示意图见题图。一束光以入射角i从a点入射, 经过折射和反射后从b点出射。设鳞片的折射率为n,厚度为d,两片之间 空气层厚度为h。取光在空气中的速度为c,求光从a到b所需的时间t。 栏目索引考点突破 答案答案见解析 解析解析设光在鳞片中的折射角为,由折射定律有sin i=n sin 在鳞片中

5、传播的路程l1=,传播速度v=,传播时间t1= 解得t1= 同理,在空气中的传播时间t2= 则t=t1+t2=+ 2 cos d c n 1 l v 2 22 2 sin n d c ni 2 cos h ci 2 22 2 sin n d c ni 2 cos h ci 栏目索引考点突破 方法技巧方法技巧 应用光的折射定律解题的一般思路 (1)根据入射角、折射角及反射角之间的关系,作出比较完整的光路 图。 (2)充分利用光路图中的几何关系,确定各角之间的联系,根据折射定律 求解相关的物理量:折射角、折射率等。 (3)注意在折射现象中,光路是可逆的。 栏目索引考点突破 考点二全反射现象考点二全

6、反射现象 1.对全反射的理解对全反射的理解 (1)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。 (2)光的全反射现象遵循光的反射定律,光路是可逆的。 (3)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。当折射角等于90时,实际 上就已经没有折射光了。 栏目索引考点突破 (4)全反射现象可以从能量的角度去理解:当光由光密介质射向光疏介 质时,在入射角逐渐增大的过程中,反射光的能量逐渐增强,折射光的能 量逐渐减弱,当入射角等于临界角时,折射光的能量已经减弱为零,这时 就发生了全反射。 栏目索引考点突破 2.全反

7、射的有关现象及应用全反射的有关现象及应用 (1)海里浪花呈白色、玻璃(水)中气泡看起来特别亮、沙漠蜃景、夏天 的柏油路面看起来“水淋淋”的、海市蜃楼、钻石的夺目光彩、水下 灯照不到整个水面、全反射棱镜(如图所示)等。 栏目索引考点突破 (2)光导纤维 光导纤维简称光纤,是一种透明的玻璃纤维丝,直径在几微米到一百 微米之间,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。 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。 栏目索引考点突破 3.光的色散光的色散 (1)定义:含有多种颜色的光被分解为单色光的现

8、象叫做光的色散。如 图所示,光谱中红光在最上端,紫光在最下端,中间是橙、黄、绿、青、 蓝等色光。 栏目索引考点突破 (2)白光的组成:光的色散现象说明白光是复色光,是由红、橙、黄、 绿、青、蓝、紫7种单色光组成的。 栏目索引考点突破 例例3 (2018苏北四市调研)如图所示,水深为H的池底有一半径为r的圆 形光源,在水面上形成圆形光斑,已知水的折射率为n,真空中的光速为c, 求: (1)光到达水面的最短时间t; (2)光斑的半径R。 栏目索引考点突破 答案答案(1)(2)r+ nH c 2 1 H n 解析解析(1)光在水中传播的速度v= 当光竖直向上传播时时间最短,最短时间t= (2)发生全

9、反射的临界角为C,有sin C= 则水面光斑的半径 R=r+H tan C=r+ c n H v nH c 1 n 2 1 H n 栏目索引考点突破 例例4图为单反照相机取景器的示意图,ABCDE为五棱镜的一个截面, ABBC。光线垂直AB射入,分别在CD和EA上发生反射,且两次反射的 入射角相等,最后光线垂直BC射出。若两次反射都为全反射,则该五棱 镜折射率的最小值是多少?(计算结果可用三角函数表示) 栏目索引考点突破 答案答案 1 sin22.5 解析解析由题意知,光线经界面CD和界面EA两次反射后传播方向改变了 90,光线在两界面上反射时入射角与反射角的和都为45,则对应的入射 角为22

10、.5,若此时恰好发生全反射,则折射率为最小值,即n= 。 1 sinC 1 sin22.5 栏目索引考点突破 方法技巧方法技巧 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。 (2)应用sin C=确定临界角。 (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、计 算。 1 n 栏目索引考点突破 考点三光路控制问题考点三光路控制问题 平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球球)对光路的控制对光路的控制 平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球) 结构玻璃

11、砖上下表面是平行的横截面为三角形横截面是圆 对光线的 作用 通过平行玻璃砖的光线不改 变传播方向,但要发生侧移 通过三棱镜的光线经两次折射后, 出射光线向三棱镜底面偏折 圆界面的法线是过圆心的直线, 经过两次折射后向圆心偏折 应用测定玻璃的折射率全反射棱镜,改变光的行进方向改变光的传播方向 栏目索引考点突破 特别提醒特别提醒:不同颜色的光的频率不同,在同一种介质中的折射率、光速 也不同,发生全反射现象的临界角也不同。 栏目索引考点突破 例例5 (2018苏锡常镇四市调研)如图所示,一透明球体置于空气中,半径R =0.1 m,单色细光束AB平行于过球心的直线MN射向球体,AB与MN的间 距为 m

12、,经折射、反射、折射回到空气中,出射光线与AB恰好平行。 (1)求该透明球体的折射率; 3 20 (2)已知真空中光速c=3108 m/s,求光束在透明球体中的传播时间。 栏目索引考点突破 答案答案(1)(2)210-9 s 3 解析解析(1)单色细光束AB经折射、反射、折射回到空气中,出射光线与 AB恰好平行,则光路如图所示 sin i=,则i=60 r=30 5 3 10 3 2 2 i 栏目索引考点突破 n= (2)v=c t=210-9 s sin sin i r 3 c n 3 3 2BN v 2 3R v 栏目索引考点突破 重要结论重要结论 各种色光的比较 栏目索引考点突破 考点四

13、测定玻璃的折射率考点四测定玻璃的折射率 1.实验原理实验原理:用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线OB,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.实验器材实验器材:白纸、图钉、大头针、直尺、铅笔、量角器、平木板、长 方形玻璃砖。 栏目索引考点突破 3.实验过程实验过程 (1)铺白纸、画线 a.如图所示,将白纸用图钉按在平木板上,先在白纸上画出一条直线aa 作为界面,过aa上的一点O画出界面的法线MN,并画一条线段AO作为入 射光线。 栏目索引考点突破 b.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

14、 栏目索引考点突破 a.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的像挡住,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。 b.移去玻璃砖,连接P3、P4并延长交bb于O,连接OO即折射光线,入射角 1=AOM,折射角2=OON。 c.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。 d.改变入射角1,重复实验步骤,记录相关测量数据。 栏目索引考点突破 4.注意事项注意事项 (1)用手拿玻璃砖时,手只能接触玻璃砖的毛面或棱,不

15、能触摸光洁的光 学面,严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖的另一边bb。 (2)实验过程中,玻璃砖在纸上的位置不可移动。 (3)大头针应竖直地插在白纸上,且大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应 大一点,以减小确定光路方向时造成的误差。 (4)实验时入射角不宜过小,否则会使测量误差过大,也不宜过大,否则在 bb一侧将看不到P1、P2的像。 5.数据处理数据处理:计算每次的折射率n,求出平均值。 n 栏目索引考点突破 例例6“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,要使它 。图是在白纸上留下的实验痕迹,其 中直线a、a

16、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) 栏目索引考点突破 答案答案挡住C及A、B的像1.8(1.61.9都算对) 解析解析大头针A、B确定的是入射光线的方位,大头针C、D确定的是与 之对应的出射光线的方位。故达到目的时四个大头针位于同一光路上, D能挡住C及A、B的像。 连接AB、CD并延长分别与a、a相交于E、F两点,再连接EF即可 得到与入射光线AB对应的折射光线,过E点作a的垂线,则AB、EF与垂线 间的夹角即入射角及对应的折射角。 方法一:用量角器测出入射角i及折射角r,查正弦表由n=可得折 射率。 sin sin i r 栏目索引

17、考点突破 方法二:以E点为圆心适当长度为半径作圆,设圆与AB、EF相交于G、H, 过G、H作法线的垂线GI与HJ,用刻度尺测出GI与HJ的长度,则n=。 GI HJ 栏目索引考点突破 方法技巧方法技巧 数据处理的三种方法 计算法作sin 1-sin 2图像单位圆法确定sin 1、sin 2 用量角器测量入射角1和 折射角2,并查出其正弦 值sin 1和sin 2。算出不 同入射角时的 ,并取平 均值 改变不同的入射角1,测出不同 的折射角2,作sin 1-sin 2图像, 由n= 可知图线应为直线,其 斜率为折射率 以入射点O为圆心、一定长度R为半径画圆,交入射 光线AO于E点,交折射光线OO

18、于E点,过E作NN 的垂线段EH,过E作NN的垂线段EH。如图,s in 1= ,sin 2= ,OE=OE=R,则n= = 。只 要用刻度尺测出EH、EH的长度就可以求出n 1 2 sin sin 1 2 sin sin EH OE EH OE 1 2 sin sin EH EH 栏目索引随堂巩固 随堂巩固 1.(2017苏锡常镇四市调研)(1)(多选)某同学用插针法测量平行玻璃砖折 射率的实验图如图所示。他按正确的方法插了大头针a、b、c、d。则 下列说法正确的是() A.实验中,入射角应适当大些 B.该同学在插大头针d时,使d挡住a、b的像和c C.若入射角太大,光会在玻璃砖内表面发生全

19、反射 D.该实验方法只能测量平行玻璃砖的折射率 栏目索引随堂巩固 (2)如图所示为一横截面为等边三角形的透明柱状介质,一平行于角平 分线AD的单色光由AB射入介质,经AB折射后的光线恰好平行于AC,由 此可求出介质的折射率为 ,此折射光照射到BC边上时 (选填“能”或“不能”)发生全反射。 栏目索引随堂巩固 答案答案(1)AB(2)不能 3 解析解析(1)插针法测量平行玻璃砖折射率的实验中,入射角既不要太小, 也不要过大,应适当大些,选项A正确;插大头针d时,应使d挡住a、b的像 和c,选项B正确;若入射角太大,但也小于90,光永远不会在玻璃砖内表 面发生全反射,选项C错误;该实验方法可以测量非平行玻璃砖