新课标2018版高考物理一轮复习第十三章波与相对论第3讲光的折射全反射教案

1、第3讲光的折射全反射(实验：测定玻璃的折射率)知识点一光的折射定律折射率1.折射定律(1)内容：如图所示，折射光线与入射光线、法线处在内，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比.(2)表达式：n.(3)在光的折射现象中，光路是的.2.折射率(1)折射率是一个反映介质的的物理量.(2)定义式：n.(3)计算公式：n，因为vc，所以任何介质的折射率都大于.(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.答案：1.(1)同一平面正(3)可逆2.(1)光学性质(3)1知识点二全反射1.定义：光从光密介质射入光疏

2、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sin C.介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小.答案：1.消失2.(2)大于或等于3.知识点三光的色散1.光的色散含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫做光的色散，如图所示，光谱中在最上端，在最下端，中间是橙、黄、绿、青、蓝等色光.2.白光的组成光的色散现象说明白光是光，是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种单色光组成的.答案：1.红光紫光2.复色(1)光的传播方向发生

3、改变的现象叫光的折射.()(2)无论是折射光路，还是全反射光路，都是可逆的.()(3)折射率跟折射角的正弦成正比.()(4)只要入射角足够大，就能发生全反射.()(5)光从空气射入水中，它的传播速度一定增大.()(6)在同一种介质中，光的频率越大，折射率越大.()(7)已知介质对某单色光的临界角为C，则该介质的折射率等于.()(8)密度大的介质一定是光密介质.()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)考点折射定律及折射率的应用1.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

4、射率由介质本身的性质决定，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.2.光路的可逆性在光的折射现象中，光路是可逆的.如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射.考向1折射率的计算典例1如图所示，一束单色光从空气入射到棱镜的AB面上，经AB和AC两个面折射后从AC面进入空气.当出射角i和入射角i相等时，出射光线相对于入射光线偏转的角度为.已知棱镜顶角为，则

5、计算棱镜对该色光的折射率表达式为()A. B.C. D.解析当出射角i和入射角i相等时，由几何知识，作角A的平分线，角平分线过入射光线的延长线和出射光线的反向延长线的交点、两法线的交点，如图所示可知12，43而i14由折射率公式n选项A正确.答案A考向2折射定律的应用典例2(2016新课标全国卷)如图所示，玻璃球冠的折射率为，其底面镀银，底面的半径是球半径的倍；在过球心O且垂直于底面的平面(纸面)内，有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的M点，该光线的延长线恰好过底面边缘上的A点，求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角.解题指导解答此类问题的关键是正确画出光路图，需要一边计算一边判断

6、，必要时需进行几何关系证明.解析设球半径为R，球冠底面中心为O，连接OO，则OOAB.令OAO，有cos 即30由题意MAAB所以OAM60设图中N点为光线在球冠内底面上的反射点，则光线的光路图如图所示.设光线在M点的入射角为i，折射角为r，在N点的入射角为i，反射角为i，玻璃折射率为n，由于OAM为等边三角形，有i60由折射定律有sin insin r代入题给条件n得r30作底面在N点的法线NE，由于NEAM有i30根据反射定律，有i30连接ON，由几何关系知MANMON故有MNO60由式得ENO30于是ENO为反射角，ON为反射光线.这一反射光线经球面再次折射后不改变方向.所以，经一次反射

7、后射出玻璃球冠的光线相对于入射光线的偏角为180ENO150.答案150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.考点全反射现象的理解与应用1.发生全反射的条件(1)光由光密介质进入光疏介质.(2)入射角大于临界角.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.(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

8、函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算，解决问题.考向1利用全反射计算折射率典例3一厚度为h的大平板玻璃水平放置，其下表面贴有一半径为r的圆形发光面.在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上.已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求平板玻璃的折射率.解析根据全反射定律，圆形发光面边缘发出的光线射到玻璃板上表面时入射角为临界角(如图所示)设为，且sin .根据几何关系得：sin 而LRr联立以上各式，解得n.答案考向2折射和全反射的综合应用典例4如图所示，直角三棱镜ABC的折射率n，其中A30.一束单色光从O点射入棱镜，从AC面上

9、O点射出，该单色光与BC面成30.求从O点射出的光线的方向.解析光从O点射入，折射角为r1nsin C解得r130，sin C，C45i290r160C，故光在AB面发生全反射光在AC面折射，i330n解得r360光经AC面反射后，垂直射向AB面，再次反射，之后光在AC面再次折射，有i4i3，由对称性知r4r360则从O点射出的光线与AC的夹角为30.答案与AC的夹角为30解答全反射类问题的技巧(1)解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的两个条件：光必须从光密介质射入光疏介质；入射角大于或等于临界角.(2)利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时

10、尽量与实际相符.考点光的色散1.光的色散及成因(1)含有多种颜色的光被分解为单色光的现象称为光的色散.(2)含有多种颜色的光从一种介质进入另一种介质，由于介质对不同色光的折射率不同，各种色光的偏折程度不同，所以产生光的色散.2.各种色光的比较颜色 红、橙、黄、绿、青、蓝、紫频率f 低高同一介质中的折射率 小大同一介质中的速度 大小波长 大小临界角 大小通过棱镜的偏折角 小大考向1色散现象的分析典例5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，光路如图所示.M、N、P、Q点的颜

11、色分别为()A.紫、红、红、紫B.红、紫、红、紫C.红、紫、紫、红D.紫、红、紫、红解析光在水珠中折射时，折射率越大，折射角越大，故选项A正确.答案A考向2光的色散与全反射的综合应用典例6一束白光从顶角为的一边以较大的入射角i射入并通过三棱镜后，在屏P上可得到彩色光带，如图所示，在入射角i逐渐减小到零的过程中，假如屏上的彩色光带先后全部消失，则()A.红光最先消失，紫光最后消失B.紫光最先消失，红光最后消失C.紫光最先消失，黄光最后消失D.红光最先消失，黄光最后消失解题指导白光通过三棱镜以后，所有的光均偏离顶角，偏向底边，且紫光的偏角最大，所以随着i的减小，紫光最先消失，红光最后消失.解析白光

12、从AB射入玻璃后，由于紫光偏折大，从而到达另一侧面AC时的入射角较大，且因紫光折射率大，sin C，因而其全反射的临界角最小，故随着入射角i的减小，进入玻璃后的各种色光中紫光首先发生全反射不从AC面射出，然后依次是蓝、青、绿、黄、橙、红，逐渐发生全反射而不从AC面射出.答案B光的色散问题的处理技巧(1)色散的实质是由于各种色光在同一介质中传播的速率不同，或同一介质对不同色光的折射率不同.(2)单色光的颜色是由其频率决定的，光速v与波长、频率f的关系为vf，因而光从一种介质进入另一种介质时，波长改变，光速改变.考点实验：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OB，

13、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n计算玻璃的折射率.2.实验过程(1)铺白纸、画线如图所示，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.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.移去玻璃砖，连接P3、P

14、4并延长交bb于O，连接OO即为折射光线，入射角1AOM，折射角2OON.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，重复以上实验步骤，列表记录相关测量数据.3.数据处理与分析(1)数据处理计算法：计算每次折射率n，求出平均值.图象法(如图所示)：单位圆法(如图所示)：4.注意事项(1)玻璃应选用厚度、宽度较大的.(2)大头针要插得竖直，且间隔要大些.(3)入射角不宜过大或过小，一般在1575之间.(4)玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃界面代替直尺画界线.(5)实验过程中，玻璃砖和白纸的相对位置不能改变.考向1对实验操作与注意事项的考查典例7在“用插针法测定玻

15、璃的折射率”的实验中，某同学操作步骤如下：用图钉将记录光路的白纸固定在平板上；手拿玻璃砖的毛面或棱，将其轻放在白纸上；用铅笔环绕玻璃砖画出边界EE和FF；在EE上选择一点B，作为不同入射角的入射光线的共同入射点，画出入射角i分别为0、30、45的入射光线；用“插针法”分别得到各条入射光线的出射光线，观察时着重看大头针针帽是否在一条直线上，取下玻璃砖、大头针，连接各针孔，发现所画折射光线中有两条相交，量出各个折射角r；按公式分别计算，取三个值的平均值.(1)以上步骤中有错误或不妥之处的是 .(2)应改正为_.解析(1)有错误或不妥之处的是.(2)中应先画出一条直线，把玻璃砖的一边与其重合，再使直

16、尺与玻璃砖的界面对齐，移开玻璃砖后再画边界线；中入射角要取0以外的三组数据；中大头针要竖直插牢，观察时看针脚是否在同一条直线上.答案见解析考向2对数据处理与误差的考查典例8某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行.正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图所示.(1)此玻璃的折射率计算式为n(用图中的1、2表示).(2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量.(3)若该同学用他测得的多组入射角1与折射角2作出sin 1sin 2的图象如图所示，下列判断不正确的是()A.他做实验时，研究的是光线从空气射入玻璃的折

17、射现象B.玻璃的折射率为0.67C.玻璃的折射率为1.5D.玻璃临界角的正弦值为0.67解析(1)由折射率公式可得n.(2)玻璃砖的宽度越大，出射光线的侧移量越大，玻璃砖中折射光线的误差越小，所以应选用宽度大的玻璃砖来测量.(3)由sin 1sin 2图象可知，1.51，故光是从空气射入玻璃的，入射角为1，A正确.由折射率的定义知n1.5，B错误，C正确.由临界角定义知临界角的正弦值sin C0.67，D正确.故选B.答案(1)(2)大(3)B1.光的折射、全反射现象(多选)两束不同频率的平行单色光a、b分别由水射入空气发生如图所示的折射现象()，下列说法正确的是()A.随着a、b入射角度的逐

18、渐增加，a先发生全反射B.水对a的折射率比水对b的折射率小C.a、b在水中的传播速度vavbD.a、b入射角为0时，没有光线射入空气中答案：BC解析：根据折射率的定义可知，水对b光的折射率大，B正确；根据n可知，随着入射角的增加，b光先发生全反射，A错误；根据v知，a在水中的传播速度大，C正确；a、b的入射角为0时，光线不发生偏折，垂直进入空气中，D错误.2.折射率、色散现象如图所示，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()A.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

19、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.若单色光a为黄光，则单色光b可能为红光答案：C解析：a、b光射入玻璃砖的光路如图所示，由光路的可逆性可知，两束光不会发生全反射，A错误；a光折射率小于b光，由n得，a光在玻璃中的传播速率大，B错误，C正确；光的频率越大，折射率越大，a光的折射率小，则频率小，D错误.3.光的折射、全反射现象(多选)如图所示，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为，经折射后射出a、b两束光线.则()A.在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度B.在真空中，a光的波长小于b光的波长C.玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率D.若改变光束的入射方向使角逐渐变大，则折射光线a首先消失答案：ABD解析：通过光路图可看出，折射后a光的偏折程度大于b光的偏折程度，玻璃砖对a光的折射率大于b光的折射率，选项C错误.a光的频率大于b光的频率，波长小于b光的波长，选项B正确.由n知，在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度，选项A正确.入射角增大时，折射率大的光线首先发生全反射，a光首先消失，选项D正确.4.光的色