《（江苏专用）2018版高考物理大一轮复习 第十二章 机械振动 机械波 光 电磁波 相对论简介 第3讲 光的折射 全反射课件（选修3-4）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（江苏专用）2018版高考物理大一轮复习 第十二章 机械振动 机械波 光 电磁波 相对论简介 第3讲 光的折射 全反射课件（选修3-4）（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3讲光的折射全反射 第十二章机械振动与机械波光电磁波与相对论 内容索引 基础知识梳理 命题点一折射定律和折射率的理解及应用 命题点二全反射现象的理解和综合分析 课时作业 基础知识梳理 1 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 同一平面 正 2 表达式 3 在光的折射现象中 光路是的 可逆 3 计算公式 n 因为v c 所以任何介质的折射率都 4 当光从真空 或空气 射入某种介质时 入射角折射角 当光由介质射入真空 或空气 时 入射角折射角 2 折射率 1 折射率是一个反映介
2、质的的物理量 光学性质 大于 小于 大于1 3 折射率的理解 1 折射率由性质决定 与入射角的大小无关 2 折射率与介质的没有关系 光密介质不是指密度大的介质 3 同一种介质中 频率越大的色光折射率越 传播速度越 介质本身 小 密度 大 判断下列说法是否正确 1 光的传播方向发生改变的现象叫光的折射 2 折射率跟折射角的正弦成正比 3 光从空气射入水中 它的传播速度一定增大 4 在同一种介质中 光的频率越大 折射率越大 二 全反射光导纤维1 定义 光从光密介质射入光疏介质 当入射角增大到某一角度时 折射光线将全部 只剩下反射光线的现象 2 条件 1 光从光密介质射入光疏介质 2 入射角临界角
3、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sinC 介质的折射率越大 发生全反射的临界角越 消失 大于或等于 小 4 光导纤维光导纤维的原理是利用光的 如图所示 全反射 判断下列说法是否正确 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 在全反射现象中 也是如此 1
4、人教版选修3 4P53第1题 多选 光从介质a射向介质b 如果要在a b介质的分界面上发生全反射 那么必须满足的条件是A a是光密介质 b是光疏介质B 光在介质a中的速度必须大于在介质b中的速度C 光的入射角必须大于或等于临界角D 必须是单色光 答案 2 一束单色光经空气射入玻璃 这束光的A 速度变小 波长变短B 速度不变 波长变短C 频率增大 波长变长D 频率不变 波长变长 答案 3 如图所示 MN是空气与某种液体的分界面 一束红光由空气射到分界面 一部分光被折射 一部分光进入液体中 当入射角是45 时 折射角为30 则以下说法正确的是A 反射光线与折射光线的夹角为120 B 该液体对红光的
5、折射率为C 该液体对红光的全反射临界角为45 D 当紫光以同样的入射角从空气射到分界面时 折射角也是30 答案 4 多选 关于折射率 下列说法正确的是A 根据n 可知 介质的折射率与入射角的正弦成正比B 根据n 可知 介质的折射率与折射角的正弦成反比C 根据n 可知 介质的折射率与光在该介质中的速度成反比D 同一频率的光由真空进入某种介质时 折射率与光在介质中的波长成反比 答案 5 如图 一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖 O点为该玻璃砖截面的圆心 下图能正确描述其光路的是 答案 命题点一折射定律和折射率的理解及应用 2 1 对折射率的理解 1 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
6、介质中传播速度的大小v 2 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 3 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 光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角 眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45 如图所示 在注满水的游泳池的池底有一点光源A 它到池边的水平距离为3 0m 从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角 水的折射率为 例1 答案 题眼 1 求池内的水深 2 一救生员坐在离池边不远处的高凳上 他的眼睛到池面的高度为2 0m 当他
7、看到正前下方的点光源A时 他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45 求救生员的眼睛到池边的水平距离 结果保留1位有效数字 答案 0 7m 解析 1 光由A射向B发生全反射 光路如图甲所示 甲 由 AO 3m 由几何关系可得 2 光由A点射入救生员眼中光路图如图乙所示 乙 由几何关系得 救生员的眼睛到池边的水平距离为 BC 2 x m 0 7m 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 4 注意 在折射现象中光路是可逆的 A 光由A经O到B n 1 5B 光由B经O到A
8、n 1 5C 光由A经O到B n 0 67D 光由B经O到A n 0 67 1 某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n 如图甲所示 O是圆心 MN是法线 AO BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径 该同学测得多组入射角i和折射角r 作出sini sinr图象如图乙所示 则 答案 解析 介质折射率的计算为空气中的角度和介质中角度的正弦值之比 空气中角度较大 对应正弦值较大 对应题图中折射角r 故OA为折射光线 光线从B经O到A 由折射率计算公式得故选项B正确 A C D错误 2 如图所示 某潜水员在检查装有透明液体的圆柱体容器 当潜水员的眼睛在容器中心轴位置且在液面下h2 1m
9、处时 他看到容器口处所有景物都出现在一个顶角为60 的倒立圆锥里 已知容器口距离液面的距离h1 1m 圆柱体的横切面半径 1 求容器中液体的折射率 答案 解析 其中x1 x2 r 2 若有一个身高h3 1m的小孩站在离容器口边缘x 远的位置 小孩恰好能看到对面的容器底部 则容器中液体的深度约为多少 答案 解析 由几何关系可知 光从容器底部射入小孩眼睛时 3 如图所示 将半径为R的透明半球体放在水平桌面上方 O为球心 直径恰好水平 轴线OO 垂直于水平桌面 位于O点正上方某一高度处的点光源S发出一束与OO 夹角 60 的单色光射向半球体上的A点 光线通过半球体后刚好垂直射到桌面上的B点 已知O
10、B 光在真空中传播速 答案 解析 度为c 不考虑半球体内光的 反射 求 1 透明半球体对该单色光的折射率n 光从光源S射出经半球体到达水平桌面的光路如图 由几何知识知 COD 60 故 由几何知识得 60 故 30 得 COD 60 2 该光在半球体内传播的时间 答案 解析 由几何关系知AC AO且ACsin AO O B 命题点二全反射现象的理解和综合分析 3 1 分析综合问题的基本思路 1 判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质 2 判断入射角是否大于临界角 明确是否发生全反射现象 3 画出反射 折射或全反射的光路图 必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图 然后结合几何
11、知识进行推断和求解相关问题 4 折射率n是讨论折射和全反射问题的重要物理量 是联系各物理量的桥梁 对跟折射率有关的所有关系式应熟练掌握 2 求光的传播时间的一般思路 1 全反射现象中 光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化 即v 2 全反射现象中 光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定 3 利用t 求解光的传播时间 一个半圆柱形玻璃砖 其横截面是半径为R的半圆 AB为半圆的直径 O为圆心 如图所示 玻璃的折射率为n 1 一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面 若光线到达上表面后 都能从该表面射出 则入射光束在AB上的最大宽度为多少 例2 答案 解析 见解析 在O点左侧 设从E点射入的光线进入玻璃
12、砖后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角 则OE区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出 如图甲 由全反射条件有 由几何关系有OE Rsin 由对称性可知 若光线都能从上表面射出 光束的宽度最大为l 2OE 联立 式 代入已知数据得 l R 2 一细束光线在O点左侧与O相距R处垂直于AB从下方入射 求此光线从玻璃砖射出点的位置 答案 解析 见解析 设光线在距O点R的C点射入后 在上表面的入射角为 由几何关系及 式和已知条件得 60 光线在玻璃砖内会发生三次全反射 最后由G点射出 如图乙 由反射定律和几何关系得 射到G点的光有一部分被反射 沿原路返回到达C点射出 解答全反射类问题的技巧1
13、根据题意画出光的折射或恰好发生全反射的光路图 2 作图时找出具有代表性的光线 如符合边界条件的临界光线等 3 利用平面几何知识分析线 角关系 找出入射角 折射角或临界角 注意入射角 折射角均以法线为标准 4 以刚好发生全反射的光线为比较对象 来判断光线是否发生全反射 从而画出其他光线的光路图 4 半径为R 介质折射率为n的透明圆柱体 过其轴线OO 的截面如图所示 位于截面所在平面内的一细束光线 以角i0由O点入射 折射光线由上边界的A点射 答案 解析 出 当光线在O点的入射角减小至某一值时 折射光线在上边界的B点恰好发生全反射 求A B两点间的距离 当光线在O点的入射角为i0时 设折射角为r0
14、 由折射定律得 设A点与左端面的距离为dA 由几何关系得 若折射光线恰好发生全反射 则在B点的入射角恰好为临界角C 设B点与左端面的距离为dB 由折射定律得 由几何关系得 设A B两点间的距离为d 可得d dB dA 联立 式得 5 如图所示 有一玻璃圆柱体 横截面半径为R 10cm 长为L 100cm 一点光源在玻璃圆柱体中心轴线上的A点 与玻璃圆柱体左端面距离d 4cm 点光源向各个方向发射单色光 其中射向玻璃圆柱体从左端面中央半径为r 8cm圆面内射入的光线恰好不会从柱体侧面射出 光速为c 3 108m s 求 1 玻璃对该单色光的折射率 答案 解析 由题意可知 光线AB从圆柱体左端面射
15、入 在柱体侧面发生全反射 2 该单色光通过玻璃圆柱体的最长时间 答案 解析 6 10 9s 折射光BD在玻璃圆柱体内传播路程最长 因而传播时间最长 课时作业 4 1 如图所示 一个半径为R 折射率为的透明玻璃半球体 O为球心 轴线OA水平且与半球体的左边界垂直 位于轴线上O点左侧处的点光源S发出一束与OA夹角 60 的光线射向半球体 已知光在真空中传播的速度为c 求 光线第一次从玻璃半球体射出时的方向以及光线在玻璃半球体内传播的时间 1 2 3 4 答案 解析 见解析 作出大致光路图如图所示 由几何知识可得 解得 30 解得 30 1 2 3 4 解得 60 则知出射光线CD方向与OA平行光在
16、玻璃半球体中传播的距离lBC lOB 1 2 3 4 2 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 答案 解析 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 150 1 2 3 4 设图中N点为光线在球冠内底面上的反射点 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 i 60 由折射定律有sini nsinr 代入题给条件n 得r 30 作底面在N点的法线NE 由于NE AM 有i 30 1 2 3 4 根据反射定律 有i 30 连接ON 由几何关系知 MAN MON 故有 MNO 60 由 式得 ENO 30 于是 ENO为反射角 NO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 经一次反射后射出玻璃球冠的光线相对于入射光线的偏角 为 180 ENO 150 1 2 3 4 3 如图所示 光导纤维由内芯和包层两个同心圆柱体组成 其中心部
