新教科版第13章第1讲光的折射全反射课件（38张）

第1讲光的折射全反射第十三章内容索引0102强基础固本增分研考点精准突破课程标准1.通过实验,理解光的折射定律。会测定材料的折射率。2.知道光的全反射现象及其产生的条件。初步了解光纤的工作原理、光纤技术在生产生活中的应用。3.观察光的干涉、衍射和偏振现象,了解这些现象产生的条件,知道其在生产生活中的应用。会用双缝干涉实验测定光的波长。4.了解电磁振荡和电磁波。知道电磁波的发射、传播和接收。认识电磁场的物质性。5.认识电磁波谱。知道各个波段的电磁波的名称、特征和典型应用。知道光也是一种电磁波。6.初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想以及在物理学发展中的意义。7.通过实验,了解激光的特性,能举例说明激光技术在生产生活中的应用。8.初步了解狭义相对论和广义相对论的几个主要观点以及主要观测证据。关注宇宙学研究的新进展核心素养

试题情境生活实践类全反射棱镜、光导纤维、增透膜、偏振滤光片、激光、雷达、射电望远镜、红外摄影、X射线管等学习探索类折射定律、全反射、测定玻璃的折射率、光的干涉现象、光的衍射、光的偏振现象、电磁振荡、电磁场和电磁波、相对论时空观、用双缝干涉测光的波长强基础固本增分一、光的折射定律1.光的折射现象光从一种介质进入另一种介质时,

传播方向

发生改变的现象称为光的折射现象。

2.折射定律(1)内容:如图所示,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

两侧

;入射角的

正弦

与折射角的

正弦

成正比。

(3)在光的折射现象中,光路是

可逆

的。

3.折射率(1)折射率是一个反映介质的光学特性的物理量。(4)当光从真空(或空气)射入某种介质时,入射角大于折射角;当光由介质射入真空(或空气)时,入射角小于折射角。二、全反射1.光密介质与光疏介质介质光密介质光疏介质折射率大小光速小大相对性若n甲>n乙,则甲是

光密

介质

若n甲<n乙,则甲是

光疏

介质

2.全反射

3.全反射棱镜如图所示,玻璃棱镜的截面为等腰直角三角形,当光从图中所示的方向射入玻璃时,由于光的方向与玻璃面

垂直

,光线不发生偏折。但在玻璃内部,光射向玻璃与空气的界面时,入射角

大于

临界角,发生

全反射

。

棱镜对光路的控制4.光导纤维当光在有机玻璃棒内传播时,如果从有机玻璃射向空气的入射角

大于

临界角,光会发生

全反射

,于是光在有机玻璃棒内沿着

锯齿

形路线传播。这就是光导纤维导光的原理。

易错辨析·判一判(1)某种玻璃对蓝光的折射率比红光大,蓝光和红光以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中,蓝光的折射角较大。(

×

)(2)光纤通信利用了全反射的原理。(

√

)(3)晚上,在池水中同一深度的两点光源分别发出红光和蓝光,蓝光光源看起来浅一些。(

√

)(4)若光从空气中射入水中,它的传播速度一定增大。(

×

)教材情境·想一想阅读人教版教材选择性必修第一册P94“做一做”——水流导光,完成下面题目。如图所示,一条圆柱形的光导纤维,长为L,它的内芯的折射率为n1,外层材料的折射率为n2,光从一端射入,经全反射后从另一端射出,所需的最长时间为t,求:(1)n1和n2的大小关系;解析

(1)欲使光在内芯和外层材料的界面上发生全反射,需使内芯的折射率大于外层材料的折射率,即n1>n2。研考点精准突破考点一折射定律及折射率的应用(师生共研)对折射率的六点理解

(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,θ1总是真空中的光线与法线间的夹角,θ2总是介质中的光线与法线间的夹角。(2)折射率由介质本身性质决定,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介质。(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。(6)折射率大小不仅反映了介质对光的折射本领,也反映了光在介质中传播速度的大小,v=。典例1.如图所示,一艘帆船静止在湖面上,帆船的竖直桅杆顶端高出水面3m。距水面4m的湖底P点发出的激光束,从水面出射后恰好照射到桅杆顶端,该出射光束与竖直方向的夹角为53°(取sin53°=0.8),已知水的折射率为

。(1)求桅杆到P点的水平距离。(2)船向左行驶一段距离后停止,调整由P点发出的激光束方向,当其与竖直方向夹角为45°时,从水面射出后仍照射在桅杆顶端,求船行驶的距离。思维点拨

1.先根据折射定律计算出折射角,然后解三角形求解。2.画出此时的光路图,由折射定律计算出折射角,由几何关系分别求出桅杆顶端到入射点的水平距离和入射点到P点的水平距离。答案

(1)7m

(2)5.5m解析

(1)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1,到P点的水平距离为x2,桅杆高度为h1,P点处水深为h2,激光束在水中与竖直方向的夹角为θ。由几何关系有由折射定律有sin

53°=nsin

θ③设桅杆到P点的水平距离为x,则x=x1+x2④联立①②③④式并代入题给数据得x=7

m。⑤(2)设激光束在水中与竖直方向的夹角为45°时,从水面出射的方向与竖直方向夹角为i',由折射定律有sin

i'=nsin

45°⑥设船向左行驶的距离为x',此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1',到P点的水平距离为x2',则x1'+x2'=x'+x⑦规律方法

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。对点演练1.(2022浙江卷)如图所示,用激光笔照射半圆形玻璃砖圆心O点,发现有a、b、c、d四条细光束,其中d是光经折射和反射形成的。当入射光束a绕O点逆时针方向转过小角度Δθ时,b、c、d也会随之转动,则(

)A.光束b顺时针旋转角度小于ΔθB.光束c逆时针旋转角度小于ΔθC.光束d顺时针旋转角度大于ΔθD.光束b、c之间的夹角减小了2Δθ答案

B2.一大型游乐场建有一个半球形游泳池,游泳池半径为R,池内注满水。一潜泳者在水面下方游动,其头罩上带有一单色光源,游泳池水面上的最大发光面积为游泳池面积的,光在真空中的传播速度为c,求:(1)池内水的折射率;(2)射出水面的光在水中传播的最长时间。解析

(1)设池内水的折射率为n,当光源S位于O点正下方的池底时水面上的发光面积最大,发光半径为r,考点二光的折射、全反射的综合应用(师生共研)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)光的反射和全反射现象,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.求解光的折射和全反射问题的思路

3.求解全反射现象中光的传播时间的注意事项

典例2.(2022全国甲卷)如图所示,边长为a的正方形ABCD为一棱镜的横截面,M为AB边的中点。在截面所在平面内,一光线自M点射入棱镜,入射角为60°,经折射后在BC边的N点恰好发生全反射,反射光线从CD边的P点射出棱镜。求棱镜的折射率以及P、C两点之间的距离。解得i=37°光在内球面上发生全反射时,光与外球面的折射角最大为θ,光路如图所示解得i=53°故能使光在内球表面上发生全反射的入射角i的取值范围为37°≤i≤53°。4.(2021山东卷)超强超短光脉冲产生方法曾获诺贝尔物理学奖,其中用到的一种脉冲激光展宽器截面如图所示。在空气中对称放置四个相同的直角三棱镜,顶角为θ。一细束脉冲激光垂直第一个棱镜左侧面入射,经过前两个棱镜后分为平行的光束,再经过后两个棱镜重新合成为一束,此时不同频率的光前后分开,完成脉冲展宽。已知相邻两棱镜斜面间的距离d=100.0mm,脉冲激光中包含两种频率的光,它们在棱镜中的折射率分别为(1)为使两种频率的光都能从左侧第一个棱镜斜面射出,求θ的取值范围。(2)若θ=37°,求两种频率的光通过整个展宽器的过程中,在空气中的路程差ΔL。(保留3位有效数字)答