全反射习题课件-高二上学期物理人教版选择性

完成一个小目标，需要一个大智慧！授课教师：李长青人教版(2019)必修第三册4.2.2《全反射》习题课1.进一步理解折射率、折射定律、全反射条件及其规律。(物理观念)2.利用折射定律、全反射条件等能够解决相关的光学问题。(科学思维)学习目标

复习回顾

3.解题基本思路(1)根据题意画出正确的光路图。画图时要确定光是由光疏(或光密)介质进入光密(或光疏)介质,若光是由光密介质进入光疏介质,要判断能否发生全反射。(2)明确入射角、折射角、临界角等,利用几何知识分析边、角关系,根据折射定律、全反射规律、三角函数、相似三角形等进行有关计算。[自主训练1]某种材料制成的半圆形透明砖平放在方格纸上，将激光束垂直于AC面射入，可以看到光束从圆弧面ABC出射，沿AC方向缓慢平移该砖，在如图所示位置时，出射光束恰好消失，该材料的折射率为(

)A．1.2

B．1.4

C．1.6

D．1.8C

sinc=

=An=1.2

ABC

CC

sinc=

n=sinc=600i

sini=

得:n=

OP=

V=

sinc=

关于测定玻璃折射率的实验，回答以下问题：（1）图中入射光线和出射光线是什么关系？（2）证明：入射角越大，侧移越大。（3）一束白光从A入射，可能的情况有哪些？（4）两束单色光从玻璃砖外面不同位置平行入射，可能的情况有哪些？学习任务一：平行玻璃砖

【变式2】如图所示，一束含有两种频率的复色光斜射向一块厚玻璃砖，玻璃砖的另一面涂有水银，光线经折射、反射、再折射后从玻璃砖入射面一侧射出，分成了两束单色光a

和b，则下列说法正确的是（）A．a、b两束出射光不会是平行的B．该玻璃砖对a光折射率小于对b光折射率C．a

光频率大于b光频率D．从该玻璃砖射向空气，a

光临界角小于b

光临界角B平行玻璃砖1.光的色散(1)现象：一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带。(2)成因：棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光通过棱镜后的偏折程度最小，对紫光的折射率最大,紫光通过棱镜后的偏折程度最大，从而产生色散现象。学习任务二：三棱镜

思考讨论：通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底边偏折全反射棱镜，改变光的传播方向。（1）比较不同色光的偏折角？（2）哪一种光最容易发生全反射？规律：

f大，则n大总结：介质折射率与光的频率间的关系问题颜色红橙黄绿青蓝紫频率低→高波长大→小同一介质中的折射率小→大同一介质中的速度大→小临界角大→小ABCCBA变化90°变化180°变化90°【例2】如图所示，一束可见光穿过玻璃三棱镜后，变为三束单色光。如果b光是蓝光，则以说法正确的是（）A．a光可能是紫光

B．c光可能是红光C．a光的频率小于c光的频率D．c光的波长大于b光的波长C【例3】如图所示，某种透明物质制成的直角三棱镜ABC，∠A等于30°，一束光线在纸面内垂直AB边射入棱镜。如图所示，发现光线刚好不能从BC面射出，而是最后从AC面射出。求:(1)透明物质的折射率n。(2)光线从AC面射出时的折射角α的正弦值。解析：(1)由题意可知，光线从AB边垂直射入，恰好在BC面发生全反射，光线最后从AC面射出，光路图如图。设该透明物质的临界角为C，由几何关系可知问题：已知入射点位置，求出射点位置。⑴特点：⑵要点：①画光路首先计算sinC值，每次遇到界面，都要进行i与C对比。技巧：对称性、可逆性、相似性②难点：几何关系（线段间、边角间、角度间）给出n值总结：光线进入介质，最终从介质中射出问题目的：i与C对比直接给出间接给出【例4】很多公园的水池底部都装有彩灯，当一细束由红蓝两色组成的灯光，从水中斜射向空气时，关于光在水面可能发生的反射和折射现象，下列光路图中正确的是(

)C

【例5】(教材P94，T3)如图所示是一个用折射率n=2.4的透明介质做成的四棱柱的横截面图，其中∠A=∠C=90°，∠B=60°。现有一条光线从图示的位置垂直入射到棱镜的AB面上，画出光路图，确定射出的光线。注意：每个面的反射光线和折射光线都不能忽略。【例6】(教材P115，T3)单镜头反光相机简称单反相机，它用一块放置在镜头与感光部件之间的透明平面镜把来自镜头的图像投射到对焦屏上。对焦屏上的图像通过五棱镜的反射进入人眼中。下图为单反照相机取景器的示意图，ABCDE为五棱镜的一个截面，AB⊥BC。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）

学习任务三：圆形玻璃球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改变光的传播方向。（1）图中入射光线和出射光线是什么关系？（2）出射光线会发生全反射吗？（3）两束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上形成两条彩色光带，分别是什么颜色？思考讨论单色细光束射到折射率n＝

的透明球面，光束在过球心的平面内，入射角i＝45°，研究经折射进入球内后，又经内表面反射一次，再经球面折射后射出的光线，如图11所示(图上已画出入射光和出射光).(1)在图上大致画出光线在球内的路径和方向.(2)求入射光与出射光之间的夹角α.(1)(2)30°解析（1）光线从入射到出射的光路如图所示，入射光线AB经玻璃折射后，折射光线为BC，又经球内壁反射后，反射光线为CD，再经折射后，折射出的光线为DE.OB、OD为球的半径，即为法线.α＝4r－2i，把r＝30°，i＝45°代入得：α＝30°.【例8】(多选)如图所示，一束平行光从真空射向一块半圆形的玻璃砖，下列说法正确的是()A．只有圆心两侧一定范围内的光线不能通过玻璃砖B．只有圆心两侧一定范围内的光线能通过玻璃砖C．通过圆心的光线将沿直线穿过不发生偏折D．圆心两侧一定范围外的光线将在曲面发生全反射BCD

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临界角θ，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

，由几何关系有OE=Rsinθ；若光线都能从上表面射出，光束的宽度最大为l=2OE，联立解得l=。临界问题⑴特点：范围、至少、恰好…等问法和词语。⑵方法：画出临界光路图关键点：抓住与临界角对应的入射点位置。总结：临界问题【例10】如图，一半径为R的玻璃半球，O点是半球的球心，虚线OO′表示光轴(过球心O与半球底面垂直的直线).已知玻璃的折射率为1.5.现有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光线能从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线).求：(1)从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值；(2)距光轴

的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离.解析(1)如图甲，从底面上A处射入的光线，在球面上发生折射时的入射角为i，当i等于全反射临界角ic时，对应入射光线到光轴的距离最大，设最大距离为l.i＝ic

①设n是玻璃的折射率，由全反射临界角的定义有nsinic＝1 ②由几何关系有联立①②③式并利用题给条件，得解析(2)如图乙，设与光轴相距

的光线在球面B点发生折射时的入射角和折射角分别为i1和r1，由折射定律有nsini1＝sinr1

⑤设折射光线与光轴的交点为C，在△OBC中，由正弦定理有由几何关系有∠C＝r1－i1⑥【例11】如图所示，光束PO从半圆形玻璃砖的圆心O射入后分成I、II两束，分别射向玻璃砖圆弧面上的a、b两点。比较I、II两束光，下列说法正确的是:（

）A.玻璃砖对光束I的折射率更大 B.光束I在玻璃砖中的速度更大C.光束II在玻璃砖里传播的时间更长 D.增大光束PO的入射角θ，光束II先发生全反射A介质折射率与光的频率间的关系【例12】(教材P114，T4)如图，OBCD为半圆柱体玻璃的横截面，OD为直径，一束由紫光和红光组成的复色光沿AO方向从真空射入玻璃，紫光、红光分别从B、C点射出。设紫光由O到B的传播时间为tB，红光由O到C的传播时间为tC

，请比较tB

、tC的大小。【例13】(教材P115，T5)如图，图中阴影部分ABC为一透明材料做成的柱形光学元件的横截面，该种材料折射率n=2，AC为一半径为R的1/4圆弧，D为圆弧面圆心，ABCD构成正方形，在D处有一点光源。若只考虑首次从圆弧AC直接射向AB、BC的光线，从点光源射入圆弧AC的光中，有一部分不能从AB、BC面直接射出，这部分光照射圆弧AC的弧长？【例14】

如图所示，一个学生用广口瓶和刻度尺测定水的折射率，填写下述实验步骤中的空白。

⑴用游标卡尺测出广口瓶瓶口内径d；

⑵在瓶内装满水；

⑶将刻度尺沿瓶口边缘______插入水中；

⑷沿广口瓶边缘向水中刻度尺正面看去，若恰能看到刻度尺的0刻度（即图中A点），同时看到水面上B点刻度的像B'恰与A点的像相重合；

⑸若水面恰与直尺的C点相平，读出_____和_____的长度；

⑹由题中所给条件，可以计算水的折射率为_______。【答案】

⑶竖直

⑸AC

BC⑹学习任务四：成像、亮斑问题计算n（成像法）【例15】水面下h=1ｍ处有一灯泡在发光．在水面上放一木板，要求板能挡住所有射出水面的光，求该木板的最小面积，水折射率为4/3。CCh得:R=

解：sinc=

=sinc=

R

【变式】(教材P114，T2)用下面的方法可以测量液体的折射率：取一个半径为r的软木塞，在它的圆心处插上一枚大头针，让软木塞浮在液面上（下图）。调整大头针插入软木塞的深度，使它露在外面的长度为h。这时从液面上方的各个方向向液体中看，恰好看不到大头针。利用测得的数据r和h即可求出液体的折射率。(1)写出用r和h求折射率的计算式；(2)用这种方法实际做一下，求出水的折射率。(r=1.40cm，h=1.18cm)拓展：立体图2米3米水平放置的线光源？水池足够大俯视图正视图-48-1.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。(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)在光的反射和全反射现象中，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。几何光学综合问题学习任务五：综合问题-49-2.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。(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3.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制

D1234

【例17】(折射率与光路)(多选)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,一细束脉冲激光从垂直于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为d,脉冲激光中包含两种频率的光a、b,它们在棱镜中的折射率分别为n1和n2。

BD

1234

课堂小结一、综合应用含有光的反射、折射、全反射二、解题步骤1.抓住界面，判断有无全反射现象2.画光路

（反射光线、全反射、折射光线）技巧：对称性、可逆性3.用规律，抓住n技巧：对称性、可逆性真空【1】用下面的方法可以测量液体的折射率：取一个半径为r的软木塞，在它的圆心处插上一枚大头针，让软木塞浮在液面上（下图）。调整大头针插入软木塞的深度，使它露在外面的长度为h。这时从液面上方的各个方向向液体中看，恰好看不到大头针。利用测得的数据r和h即可求出液体的折射率。

⑴写出用r和h求折射率的计算式；

⑵用这种方法测某种液体的折射率时，测得r=4cm，h=3cm，求该液体折射率。⑵1.25⑴参考答案：课堂练习【2】

将两块半径均为R、完全相同的透明半圆柱体A、B正对放置,圆心上下错开一定距离,如图所示。用一束单色光沿半径照射半圆柱体A,设圆心处入射角为θ。当θ=60°时,A右侧恰好无光线射出;当θ=30°时,有光线沿B的半径射出,射出位置与A的圆心相比下移h。不考虑多次反射。求:(1)半圆柱体对该单色光的折射率;(2)两个半圆柱体之间的距离d。

A

【4】(多选)在光纤制造过程中，由于拉伸速度不均匀，会使得拉出的光纤不是均匀的圆柱体，而呈现圆台形状(如图所示)。已知此光纤长度为L，圆台对应底角为θ，折射率为n，真空中的光速为c。现光从下方垂直射入下台面，则

(

)A．光从真空射入光纤，光的频率不变B．光通过此光纤到达小截面的最短时间为L/cC．从上台面射出的光束一定是平行光D．若满足sinθ＞1/n，则光在第一次到达光

纤侧面时不会从光纤侧面射