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1、第3讲 光的折射 全反射,第十四章 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,命题点三 光路控制和色散,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.,(3)在光的折射现象中，光路是 的.,同一平面,正,可逆,2.折射率 (1)折射率是一个反映介质的 的物理量.,(3)计算公式：n ，因为vc，所以任何介质的折射率都 . (4)当光从真空(或空
2、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.,光学性质,大于1,大于,小于,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,密度,大,小,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
3、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.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 . 4.光导纤维 光导纤维的原理是利用光的 .如图所示.,消失,大于或等于,小,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
4、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.(人教版选修34P53第1题)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
5、,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.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光速成反比 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,
6、答案,解析,介质的折射率是一个反映介质光学性质的物理量，由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角无关，故选项A、B均错； 由于真空中的光速是一个定值，故n与v成反比是正确的，选项C正确； 由于vf，当f一定时，v与成正比，又n与v成反比，故n与也成反比，选项D正确.,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,解析,光从玻璃砖射向空气时，如果入射角大于临界角，则发生全反射；如果入射角小于临界角，则在界面处既有反射光线，又有折射光线，但折射角应大于入射角，选项A正确，选项C错误. 当光从空气射入玻璃砖时，在界面处既有反射光线，又有折射
7、光线，且入射角大于折射角，选项B、D错误.,2,命题点一 折射定律和折射率的理解及应用,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.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.,(2016全国卷34(2)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3.0
8、m.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 . (1)求池内的水深；,【例1】,答案,解析,分析,(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2.0 m.当他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,0.7 m,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.,1.(2016四
9、川理综5)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sin i-sin r图象如图乙所示.则 A.光由A经O到B，n1.5 B.光由B经O到A，n1.5 C.光由A经O到B，n0.67 D.光由B经O到A，n0.67,答案,分析,题眼,sinisinr,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h21 m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h11 m，圆柱体的横
10、切面半径r . (1)求容器中液体的折射率；,答案,解析,(2)若有一个身高h31 m的小孩站在离容器口边缘 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,x,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OB ，光在 真空中传播速度为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；,答案,解析,(2)该光在半球体内传播的时间.,答案,解析,3,命
11、题点二 全反射现象的理解和综合分析,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
12、 求解光的传播时间.,【例2】(2014新课标全国34(2)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？,答案,解析,见解析,(2)一细束光线在O点左侧与O相距 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 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 OGOC 射到G点的
13、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.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. (2015山东理综38(2)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点射出.当光线在O点的入射角减小至某一值时，折射光线在
14、上边界的B点恰好发生全反射.求A、B两点间的距离.,答案,解析,当光线在O点的入射角为i0时， n sin r0 若折射光线恰好发生全反射，得sin C sin C 设A、B两点间的距离为d，可得ddBdA 联立式得,5.如图所示，有一玻璃圆柱体，横截面半径为R10 cm，长为L100 cm.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d4 cm，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r8 cm圆面内射入的光线恰好不会从柱体侧面射出.光速为c3108 m/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从圆柱体左端面射入，在柱体
15、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,6109 s,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.,4,命题点三 光路控制和色散,1.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制,特别提醒 不同颜色的光的频率不同，在同一种介质中的折射率、光速也不同，发生全反射现象的临界角也不同.,2.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.,3.各种色光的比较,如图所示，宽为a的平行光束从空气斜射到平行玻璃砖上表面，入射角为60，光束中包含两种波长的光，玻璃砖对这两种光的折射率 分别为 ，光束从玻璃下表面出射时恰好分成不重叠的 两束，求玻璃砖的厚度d为多少？(已知sin 370.6，cos 370.8，结 果可用根式表示),【例3】,答案,解析,题眼,分析,6.如图所示，一束宽度为d的平行光射向截面为正三角形的玻璃三棱镜，入射光与AB界面夹角为45，玻
