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1、第十四章机械振动与机械波光电磁波与相对论第十四章机械振动与机械波光电磁波与相对论第第3 3讲光的折射全反射讲光的折射全反射过好双基关一、光的折射定律折射率一、光的折射定律折射率1.折射定律(1)内容：如图1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.图1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.(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 .(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
2、空气)时，入射角 折射角.光学性质大于1小于大于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 .介质本身密度大小答案自自测测1如图2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，一部分光被反射，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120B.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45D.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图2二、全反射光导纤维二、全反
3、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.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 .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3所示.全反射图3答案自自测测2教材P53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
4、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.必须是单色光研透命题点 命题点一折射定律和折射率的理解及应用基基础考点自主悟透考点自主悟透1.对折射率的理解对折射率的理解(1)折射率的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.例例1(2017全国卷34(2
5、)如图4，一玻璃工件的上半部是半径为R的半球体，O点为球心；下半部是半径为R、高为2R的圆柱体，圆柱体底面镀有反射膜.有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入，该光线与OC之间的距离为0.6R.已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射).求该玻璃的折射率.答案解析图4变变式式1(2017全国卷34(2)一直桶状容器的高为2l，底面是边长为l的正方形；容器内装满某种透明液体，过容器中心轴DD、垂直于左右两侧面的剖面图如图5所示.容器右侧内壁涂有反光材料，其他内壁涂有吸光材料.在剖面的左下角处有一点光源，已知由液体上表面的D点射出的两束光线相互垂直，求该液体的折射率.答案解析图5
6、答案答案1.55 命题点二全反射现象的理解和综合分析能力考点能力考点师生共研生共研1.分析综合问题的基本思路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，应熟练掌握跟折射率有关的所有关系式.例例2(2017全国卷34(2)如图6，一半径为R的玻璃半球，O点是半球的球心，虚线OO表示光轴(过球心O与半球底面垂直的
7、直线).已知玻璃的折射率为1.5.现有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光线能从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线).求：(1)从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值；答案解析图6(2)距光轴 的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离.答案解析答案答案2.74R变变式式2(2016全国卷34(2)如图7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 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；答案解析图7(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
8、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).答案解析答案答案0.7 m变式变式3(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8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？答案解析图8答案答案见解析(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.答案解析答案答案见解析1.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体平行玻璃砖、三
9、棱镜和圆柱体(球球)对光路的控制对光路的控制命题点三光路控制和色散能力考点能力考点师生共研生共研 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棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底边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应用测定玻璃的折射率全反射棱镜，改变光的传播方向改变光的传播方向特特别别提提醒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
10、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速度大小波长大小临界角大小通过棱镜的偏折角小大答案解析图9变变式式4如图10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，玻璃的折射率n ，光束通过三棱镜后到达与BC界面平行的光屏PQ，求光屏PQ上光斑的宽度D.答案解析图10变变式式5单色细光束射到折射率n 的透明球面，光束在过球心的平面内，入射角i45，研究经折射进入球内后，又经内表面
11、反射一次，再经球面折射后射出的光线，如图11所示(图上已画出入射光和出射光).(1)在图上大致画出光线在球内的路径和方向.答案解析图11答案答案见解析图(2)求入射光与出射光之间的夹角.答案解析答案答案304r2i，把r30，i45代入得：30.课时作业1.(多选)如图1所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射入E点，并偏折到F点，已知入射方向与边AB的夹角为30，E、F分别为边AB、BC的中点，则下列说法正确的是A.该棱镜的折射率为B.光在F点发生全反射C.光从空气进入棱镜，波长变短D.光从空气进入棱镜，波速变小E.从F点出射的光束与入射到E点的光束平行答案双基巩固双基巩固练练
12、解析12345678图12.如图2所示，光导纤维由内芯和包层两个同心圆柱体组成，其中心部分是内芯，内芯以外的部分为包层，光从一端进入，从另一端射出，下列说法正确的是A.内芯的折射率大于包层的折射率B.内芯的折射率小于包层的折射率C.不同频率的可见光从同一根光导纤维的一端传输到另一端所用的时间相同D.若紫光以如图所示角度入射时，恰能在内芯和包层分界面上发生全反射， 则改用红光以同样角度入射时，也能在内芯和包层分界面上发生全反射答案图2123456783.一束复色光由空气斜射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光a、b.已知a光的频率小于b光的频率，下列光路图正确的是答案解析123456784
13、.(2015重庆理综11(1)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3所示.M、N、P、Q点的颜色分别为A.紫、红、红、紫 B.红、紫、红、紫C.红、紫、紫、红 D.紫、红、紫、红答案图3解析12345678答案解析答案答案45图4得C4512345678答案解析答案答案4530(2)A点处光线的入射角和折射角.123456786.(2017湖南长沙四县三月模拟)如图5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.
14、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 R，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；综综合提升合提升练练图5答案解析12345678(2)该光在半球体内传播的时间.答案解析由几何关系知ACAO，且ACsin AOOB123456787.(2017河北冀州2月模拟)在真空中有一正方体玻璃砖，其截面如图6所示，已知它的边长为d.在AB面上方有一单色点光源S，从S发出的光线SP以60入射角从AB面中点射入，当它从侧面AD射出时，出射光线偏离入射光线SP的偏向角为30，若光从光源S到AB面上P点的传播时间和它在玻璃砖中传播的时间相等，求点光源S到P点的距离.答案图6解析12345678答案解析图7答案答案15012345678
