《《光学》-第3讲 光的折射 全反射 光的色散教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《光学》-第3讲 光的折射 全反射 光的色散教案（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第 3 讲讲 光的折射光的折射 全反射全反射 光的色散光的色散(对应学生用书第 207 页)光 的 折 射 1.折射定律(如图 1231)图 1231 (1)内容：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(2)表达式：n，式中 n 是比例常数sin isin r (3)在光的折射现象中，光路是可逆的 2折射率 (1)物理意义：折射率仅反映介质的光学特性，折射率大，说明光从真空射入到该介质 时偏折大，反之偏折小(2)定义式：n，不能说 n 与 sin i 成正比、与 sin r 成反比折射率由介质本身的sin isin r
2、 光学性质和光的频率决定(3)计算公式：n ，因为 vc，所以任何介质的折射率总大于 1.cv1光在发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦成正比.并不是入射角与折射角成正比. 2介质的折射率由介质本身的光学性质决定与入射角、折射角无关.【针对训练】 1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sin isin rB根据n 可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比sin isin rC根据 n 可知，介质的折射率与介质中的光速成反比cv D同一频率的光由第一种介质进入第二种介质时，折射率与波长成正比 【解析】 介质的折射率 n 由介质本身及光的频率决定，与入
3、射角、折射角无关，A、B 都错光在不同介质中光速不同，这正是光发生折射的原因，n 与 v 成反比，C 正确光是一种电磁波，vf，n ，即 n 与 成反比，D 错，故选 C.cvcf 【答案】 C 光的全反射现象和光的色散 1.全反射 (1)条件：光从光密介质射入光疏介质 入射角大于或等于临界角 (2)现象：折射光完全消失，只剩下反射光图 1232(3)临界角：折射角等于 90时的入射角，用 C 表示，sin C .1n (4)应用：全反射棱镜 光导纤维，如图 1232.2光的色散 (1)色散现象：白光通过三棱镜会形成由红到紫七种色光组成的彩色光谱，如图 1233.图 1233(2)成因：由于
4、n红n紫，所以以相同的入射角射到棱镜界面时，红光和紫光的折射角 不同，就是说紫光偏折得更明显些，当它们射出另一个界面时，紫光的偏折角最大，红光 偏折角最小1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. 2光的全反射现象遵循光的反射定律，光路是可逆的. 3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.当折射角等于90时，实际上就已经没有折射光了.【针对训练】 2华裔科学家高锟获得 2009 年诺贝尔物理奖，他被誉为“光纤通讯之父” 光纤通讯 中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图 1234 所示，其内芯和外
5、套材料不同， 光在内芯中传播下列关于光导纤维的说法中正确的是( )图 1234 A内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射 B内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射 C波长越短的光在光纤中传播的速度越大 D频率越大的光在光纤中传播的速度越大 【解析】 光纤内芯比外套折射率大，在内芯与外套的界面上发生全反射，A 对、B 错； 频率大的光波长短，折射率大，在光纤中传播速度小，C、D 错 【答案】 A(对应学生用书第 208 页)光的折射和全反射 1.对折射率的理解(1)公式 n中，不论是光从真空射入介质，还是从介质射入真空，i 总是真空中的sin is
6、in r 光线与法线间的夹角，r 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 2对全反射现象的理解 (1)光必须从光密介质射入光疏介质例如从水中或玻璃中射入空气中 (2)入射角必须大于或等于临界角 (3)全反射现象可以从能量的角度去理解：当光由光密介质射向光疏介质时，在入射角 逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的
7、能量逐渐减弱，当入射角等于临界 角时，折射光的能量已经减弱为零，这时就发生了全反射(1)光密介质不是指密度大的介质，而是指折射率较大的介质，折射率的大小与介质的 密度无关 (2)无论是应用折射定律，还是应用全反射分析问题，都应准确作出光路图，个别问题 还要注意找出符合边界条件或恰好发生全反射的对应光线图 1235 (2012山东高考)如图 1235 所示，一玻璃球体的半径为 R，O 为球心，AB 为直 径来自 B 点的光线 BM 在 M 点射出，出射光线平行于 AB，另一光线 BN 恰好在 N 点发 生全反射已知ABM30，求 (1)玻璃的折射率； (2)球心 O 到 BN 的距离 【解析】
8、(1)设光线 BM 在 M 点的入射角为 i，折射角为 r，由几何知识可知，i30， r60，根据折射定律得nsin rsin i 代入数据得 n.3(2)光线 BN 恰好在 N 点发生全反射，则BNO 为临界角 Csin C 1n 设球心到 BN 的距离为 d，由几何知识可知 dRsin C 联立式得dR.33【答案】 (1) (2)R333 不同光学器件对光路的控制作用 1.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制类别 项目 平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)结构玻璃砖上下表面是平行 的横截面为三角形的三棱 镜横截面是圆对光线的作用通过平行玻璃砖的光线 不改变传播方向，但要 发生侧移 通过三
9、棱镜的光线经两 次折射后，出射光线向 棱镜底面偏折 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 2.各种色光的比较颜色红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 频率 低高 同一介质折射率小大 同一介质中速度大小 波长大小 临界角大小 通过棱镜的偏折角小大(2012海南海口模拟)一束光波以 45的入射角，从 AB 面射入如图 1236 所示的透明三棱镜中，棱镜折射率 n.试求光进入 AB 面的折射角，并在图上画出该光2束在棱镜中的光路图 1236【解析】 sin r ，r30sin in22 212由 sin C ，得 C45.1n22 光在 AC 面发生全反射，并垂直 BC 面射出 【答案】
10、r30 光路图(如图所示)实验：测定玻璃的折射率 1.实验原理 如图 1237 所示，当光线 AO1以一定的入射角 1穿过两面平行的玻璃砖时，通过 插针法找出跟入射光线 AO1对应的出射光线 O2B，从而求出折射光线 O1O2和折射角 2，再根据 n12或 n算出玻璃的折射率sin 1sin 2PNQN图 1237 2实验步骤 (1)如图 1238 所示，把白纸铺在木板上图 1238 (2)在白纸上画一直线 aa作为界面，过 aa上的一点 O 画出界面的法线 NN，并画 一条线段 AO 作为入射光线 (3)把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与 aa重合，再用直尺画出玻璃砖的另一 边 bb.
11、(4)在线段 AO 上竖直地插上两枚大头针 P1、P2. (5)从玻璃砖 bb一侧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的像挡住再在 bb一侧插上两枚大头针 P3、P4，使 P3能挡住 P1、P2的像，P4能 挡住 P3本身及 P1、P2的像 (6)移去玻璃砖，在拔掉 P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置，过 P3、P4作直 线 OB 交 bb于 O.连接 O、O，OO就是玻璃砖内折射光线的方向AON 为入 射角OON为折射角 (7)改变入射角，重复实验 3数据处理 (1)计算法：用量角器测量入射角 1和折射角 2，并查出其正弦值 sin 1和
12、sin 2.算出不同入射角时的，并取平均值sin 1sin 2 (2)作 sin 1sin 2图象：改变不同的入射角 1，测出不同的折射角 2，作 sin 1sin 2图象，由 n可知图象应为直线，如图 1239 所示，其斜率就是玻璃折射率sin 1sin 2图 1239(3)“单位圆法”确定 sin 1、sin 2，计算折射率 n. 以入射点 O 为圆心，以一定长度 R 为半径画圆，交入射光线 OA 于 E 点，交折射光线 OO于 E点，过 E 作 NN的垂线 EH，过 E作 NN的垂线 EH.如图 12310所示，sin 1，sin 2，OEOER，则 n.只要用刻度尺EHOEEHOEsi
13、n 1sin 2EHEH测出 EH、EH的长度就可以求出 n.图 12310(2012浙江高考)在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了 4 枚大头针，如图 12311 甲所示图 12311 (1)在丙图中画出完整的光路图； (2)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率 n_(保留 3 位 有效数字)； (3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好 了 8 枚大头针，如图乙所示图中 P1和 P2是同一入射光线上的 2 枚大头针，其对应出射 光线上的 2 枚大头针是 P3和_(填“A”或“B”) 【解析】 (1)分别连接玻璃砖两侧的大头
14、针所在的点，并延长与玻璃砖边分别相交，标 出传播方向，然后连接玻璃砖边界的两交点，即为光线在玻璃砖中传播的方向光路如图所 示(2)设方格纸上正方形的边长为 1，光线的入射角为 i，折射角为 r，则 sin i0.798，sin r0.5215.35.32422.22.223.62所以玻璃的折射率 n1.53.sin isin r0.7980.521 (3)由题图乙可知，光线 P1P2入射到玻璃砖上时，相当于光线射到了一个三棱镜上，因此 出射光线将向底边偏折，所以出射光线过 P3和 A. 【答案】 (1)如图所示 (2)1.53(说明：0.03 范围内都可) (3)A(对应学生用书第 209 页
15、)1(2012北京高考)一束单色光由空气射入玻璃，这束光的( ) A速度变慢，波长变短 B速度不变，波长变短 C频率增高，波长变长 D频率不变，波长变长【解析】 单色光由空气射入玻璃时，根据 v 知，光的速度 v 变慢，光从一种介质进cn 入另一种介质时，光的频率不变，根据 v 知光从空气射入玻璃时，波长变短，故选项 A 正确，选项 B、C、D 错误 【答案】 A 2.图 12312 (2010新课标全国高考)如图 12312 所示，一个三棱镜的截面为等腰直角 ABC，A 为直角此截面所在平面内的光线沿平行于 BC 边的方向射到 AB 边，进入棱镜 后直接射到 AC 边上，并刚好能发生全反射该棱镜材料的折射率为( )A. B. C. D.622323【解析】 根据折射率定义有，sin1nsin2，nsin31，已知145，又2390，解得：n.A 对62 【答案】 A 3.图 12313 如图 12313 所示，空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为 r，外圆半径为 R，Rr.现有一束单
