13.1 光的折射 全反射.pptx

1、第十三章光学 电磁波 相对论,第一节光的折射全反射,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,发生改变的现象称为光的折射现象。,2.光的折射定律,内容:折射光线与入射光线、法线处在同一平面内,折射光线和入射光线分别位于法线的两侧;入射角的跟折射角的成正比,答案：1.传播方向 2.正弦正弦,公式:=n(1、2分别为入射角和折射角,n为常数),3.折射率,(1)定义:光从真空射入某种介质发生折射时,入射角的正弦与折射角的正弦之比,叫做这种介质的绝对折射率,简称折射率。,(2)公式:n=。,(3)物理意义:,折射率是表示光线从一种介质进入另一种介质时,发生偏折程度的物理量,与

2、入射角1及折射角2大小。,4.n=,其中c,v分别是光在真空、介质中的速度。,5.在光的折射现象中,光路是的。,答案：3.无关,4.,5.可逆,二、全反射,1.光密介质与光疏介质,答案：光密光疏,2.全反射,光从介质入射到介质的分界面上时,光反射回光密介质的现象,这种现象叫全反射。,3.临界角,折射角等于时的入射角,称为临界角。当光从折射率为n的某种介质射向真空(空气)时,发生全反射的临界角用sin C=计算。,答案：2.光密光疏全部,3.90,一、全反射的条件是什么?,【自主探究1】 如图所示,一立方体玻璃砖,放在空气中,平行光束从立方体的顶面斜射入玻璃砖,然后投射到它的一个侧面。若全反射临

3、界角为42,(1)这光线能否从侧面射出?,(2)若光线能从侧面射出,玻璃砖折射率应满足什么条件?,答案:(1)不能(2)n,解析:(1)设玻璃的临界角为C,不论入射角i为多少,折射角r总小于C=42,折射光在侧面的入射角i总大于48,即iC,因而光线在侧面要发生全反射而不能射出。,(2)因r总小于临界角,要在侧面能射出,i也应小于临界角,即r45。这就要求玻璃的折射率n满足:=sin Csin 45, 所以n。,归纳要点：产生全反射的条件,1.光要从光密介质进入光疏介质;,2.入射角要大于或等于临界角(iC)。,二、如何求折射率?,【自主探究2】 (2011山东理综)如图所示,扇形AOB为透明

4、柱状介质的横截面,圆心角AOB=60。一束平行于角平分线OM的单色光由OA射入介质,经OA折射的光线恰平行于OB。,求介质的折射率。,答案:,解析:光路如图。,由几何知识知入射角1=60,折射角2=30,据折射定律n=,代入数据得n=,归纳要点1.几何光学问题作光路图是关键,找准角度、边长关系是解决问题的必要条件。,2.折射率的计算n=是几何光学中的方法,n=是物理光学中的方 法。,易错辨析,请你判断下列表述正确与否,对不正确的,请予以更正。,1.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。,2.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

5、光密介质,也可能是光疏介质。,3.我国使用的宽带光纤通信网络利用了光的衍射原理。,4.光由一种介质进入另一种介质时,光的频率不变。,3.错误。光纤通信利用了光的全反射原理。,4.正确。,答案:1.正确。,2.正确。,提升应用技巧的突破口,【例1】 (2011浙江理综)“B超”可用于探测人体内脏的病变状况,如图是超声波从肝脏表面入射,经折射与反射,最后从肝脏表面射出的示意图。超声波在进入肝脏发生折射时遵循的规律与光的折射规律类似,可表述为=(式中1是入射角,2是折射角,v1、v2分别是 超声波在肝外和肝内的传播速度),超声波在肿瘤表面发生反射时遵循的规律与光的反射规律相同。已知v2=0.9v1,

6、入射点与出射点之间的距离是d,入射角为i,肿瘤的反射面恰好与肝脏表面平行,则肿瘤离肝脏表面的深度h为()。,命题研究一、光的折射定律,A.B.,C. D.,思路点拨:1.光路图是怎样的?,2.长度、角度之间存在怎样的几何关系?,解析:如图所示,由题意可得=,将v2=0.9v1代入,得 sin =sin i,由几何关系可得肿瘤离肝脏表面的深度为: h=cot =,选项D正确。,答案： D,规律总结：画出光路图来,利用有关规律和几何知识列方程是解题的关键。,拓展链接1(2010江苏单科)如图所示,一束激光从O点由空气射入厚度均匀的介质,经下表面反射后,从上表面的A点射出。已知入射角为i,A与O相距

7、l,介质的折射率为n,试求介质的厚度d。,答案:l,解析:设折射角为r,据折射定律 sin sin =n;又由几何关系l=2dtan r 解得d= n 2 si n 2 2sin l。,【例2】 (2010重庆理综)如右图所示,空气中有一折射率为的玻璃 柱体,其横截面是圆心角为90、半径为R的扇形OAB,一束平行光平行于横截面,以45入射角照射到OA上,OB不透光。若只考虑首次入射到圆弧上的光,则上有光透出部分的弧长为()。,命题研究二、光的全反射,A.RB.RC.RD.R,解析:假设平行光束恰好能透出圆弧的临界点分别为D、E,光路图如图所示,由折射率公式可求得光从OA边射入玻璃时的折射角为30,由临界角定义式可求得D处发生全反射的临界角为C=45,则圆弧DE对应的圆心角为45,所以有光透出的弧长为R,选项B正确。,答案:B,规律总结：解答这一类光学临界问题要利用折射定律和全反射的条件。在分析、研究光路时,常要假设某一条光线,恰能符合题意要求,据此画出其反射、折射或全反射的光路图,再进行推断或求解。,拓展链接2(2010山东理综)如图所示,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。,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(选填“能”“不能”