《【步步高】2020年高考物理大一輪 第十二章 第3課時 光的折射　全反射 新人教版選修3-4》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《【步步高】2020年高考物理大一輪 第十二章 第3課時 光的折射　全反射 新人教版選修3-4（17頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第3課時　光的折射　全反射 導學目標 1.掌握光的折射定律，理解折射率的概念.2.理解全反射的概念，掌握全反射產(chǎn)生的條件． 一、光的折射定律和折射率 [基礎導引] 如圖1所示，一個儲油桶的底面直徑與高均為d.當桶內(nèi)沒有油時，從某點A恰能看到桶底邊緣的某點B.當桶內(nèi)油的深度等于桶高的一半時，仍沿AB方向看去，恰好看到桶底上的點C，C、B兩點相距.求油的折射率和光在油中傳播的速度． 圖1 [知識梳理] 1．折射現(xiàn)象 光從一種介質斜射進入另一種介質時傳播方向________的現(xiàn)象． 2．折射定律(如圖2所示) (1)內(nèi)容：折射光線與入射光線、法線處在__________

2、__內(nèi)，折 射光線與入射光線分別位于法線的兩側；入射角的正弦與折射 角的正弦成______比． 圖2 (2)表達式：＝n. (3)在光的折射現(xiàn)象中，光路是____的． 3．折射率 (1)物理意義：折射率是一個反映介質的__________的物理量，折射率大，說明光線從空氣射入到該介質時________，反之偏折小． (2)定義式：n＝，不能說n與sin θ1成正比、與sin θ2成反比．折射率是由介質本身的________和光的頻率決定的． (3)計算公式：n＝，因為v

3、光由介質射入真空(或空氣)時，入射角小于折射角． 二、全反射和臨界角 [基礎導引] 如圖3所示，在潛水員看來，岸上的所有景物都出現(xiàn)在一個倒立的圓錐里，為什么？這個圓錐的頂角是多大？(sin 48.8°＝) 圖3 [知識梳理] 1．全反射 (1)條件：①光從________介質射入________介質． ②入射角______________臨界角． (2)現(xiàn)象：折射光完全消失，只剩下反射光． 2．臨界角：折射角等于90°時的入射角，用C表示，sin C＝______. 3．應用 (1)全反射棱鏡． (2)光導纖維． 三、光的色散、棱鏡 [知識梳理] 1．光的色

4、散：含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象． 2．光譜：含有多種顏色的光被分解后，各種色光按其波長的有序排列． 3．棱鏡 (1)含義：截面是__________的玻璃儀器，可以使光發(fā)生色散，白光的色散表明各色光在同一介質中的__________不同． (2)三棱鏡對光線的作用：改變光的傳播方向，使復色光發(fā)生色散. 考點一　折射率的理解 考點解讀 1．某種介質的折射率是指光從真空或空氣進入該介質時入射角的正弦值與折射角的正弦值之比．如果是從該介質進入空氣或真空，則入射角的正弦值與折射角的正弦值之比等于折射率的倒數(shù)． 2．折射率的大小反映了介質的光學性質和入射光的頻率：(1)折射

5、率越大，說明介質對光的偏折作用越大，光線偏離原來傳播方向的程度越厲害．(2)介質對光的折射率越大，說明該光在介質中的傳播速度越?。?3)相對于同一介質，折射率越大的光，其頻率越大． 3．各種色光的比較 顏色 紅 橙 黃 綠 藍 靛 紫 頻率ν 低―→高 同一介質中折射率 小―→大 同一介質中速度 大―→小 波長 大―→小 臨界角 大―→小 通過棱鏡的偏折角 小―→大 典例剖析 例1 為測量一塊等腰直角三棱鏡ABD的折射率，用一束激光沿平 行于BD邊的方向射向直角邊AB邊，如圖4所示．激光束進入棱 圖4 鏡后射到另一直角邊AD邊時，剛好能發(fā)生全反射．

6、該棱鏡的折射 率為多少？ 圖5 跟蹤訓練1　如圖5所示，一貯液池高為H，某人手持手電筒 向池中照射時，光斑落在左邊池壁上a處，已知a與池底 相距h.現(xiàn)保持手電筒照射方向不變，當池中注滿液體后光 斑恰好落在出液口處，此時液面上的光斑與左邊池壁相 距L，問： (1)液體的折射率； (2)若光在空氣中的速度為c，則光在液體中的速度為多大？ 考點二　全反射現(xiàn)象的理解與應用 考點解讀 1．光密介質和光疏介質是相對而言的．同一種介質，相對于其他不同的介質，可能是光密介質，也可能是光疏介質． 2．光從光疏介質射入光密介質時，入射角大于折射角；光從光密介質射入光疏介質時，入射角小于折

7、射角． 3．如果光線從光疏介質進入光密介質，則無論入射角多大，都不會發(fā)生全反射現(xiàn)象． 4．光導纖維 (1)結構：光導纖維(簡稱光纖)，是一種透明的玻璃纖維絲，由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率，即內(nèi)芯是光密介質，外套是光疏介質． (2)原理：光在光纖的內(nèi)芯中傳播，每次射到內(nèi)、外層的界面上時，都要求入射角大于臨界角，從而發(fā)生全反射． 典例剖析 例2　如圖6所示，一束截面為圓形(半徑為R)的平行白光垂直射向 一玻璃半球的平面，經(jīng)折射后在屏幕S上形成一個圓形彩色亮 區(qū)．已知玻璃半球的半徑為R，屏幕S至球心的距離為d(d>3R)， 不考慮光的干涉和衍射，試問： 圖6

8、 (1)在屏幕S上形成的圓形亮區(qū)的最外側是什么顏色？ (2)若玻璃半球對(1)中色光的折射率為n，請你求出圓形亮區(qū)的最大半徑． 方法歸納　此類問題涉及光的折射、光的色散和全反射現(xiàn)象，綜合性比較強． (1)各種色光中紫光折射率最大，紅光折射率最小，故由折射形成的彩色光帶中紫光偏折角最大． (2)利用sin C＝判斷臨界角，找出臨界光線，畫出光路圖是解答問題的關鍵． 圖7 跟蹤訓練2　在某科技館內(nèi)放置了一個高大的半圓柱形透明物體，其 俯視圖如圖7所示，O為半圓的圓心．甲、乙兩同學為了估測該透 明體的折射率，進行了如下實驗．他們分別站在A、O處時，相互 看著對方，然后兩人貼著柱體

9、慢慢向一側運動，到達B、C處時， 甲剛好看不到乙．已知半圓柱體的半徑為R，OC＝0.6R， BC⊥OC，則半圓柱形透明物體的折射率為多少？ 考點三　光的折射對光路的控制 考點解讀 1．玻璃磚對光路的控制 兩平面平行的玻璃磚，出射光線和入射光線平行，且光線發(fā)生了側移，如圖8所示． 圖8 2．三棱鏡對光路的控制(1)光密三棱鏡：光線兩次折射均向底面偏 折，偏折角為δ，如圖9所示． (2)光疏三棱鏡：光線兩次折射均向頂角偏折． 圖9 (3)全反射棱鏡(等腰直角棱鏡)，如圖10所示． 　圖10 ①當光線從一直角邊垂直射入時，在斜邊發(fā)生全反射，從另一直角邊垂直射出(如

10、圖10甲)． ②當光線垂直于斜邊射入時，在兩直角邊發(fā)生全反射后又垂直于斜邊射出(如圖10乙)，入射光線和出射光線互相平行． 特別提醒　不同顏色的光的頻率不同，在同一種介質中的折射率、光速也不同，發(fā)生全反射現(xiàn)象的臨界角也不同． 典例剖析 圖11 例3　雨過天晴，人們?？吹教炜罩谐霈F(xiàn)彩虹，它是由陽光照射 到空中彌漫的水珠上時出現(xiàn)的現(xiàn)象．在說明這個現(xiàn)象時，需要 分析光線射入水珠后的光路，一細束光線射入水珠，水珠可視 為一個半徑為R＝10 mm的球，球心O到入射光線的垂直距離 為d＝8 mm，水的折射率為n＝4/3. (1)在圖11中畫出該束光線射入水珠后，第一次從水珠

11、中射出的光路圖． (2)求這束光線從射向水珠到第一次射出水珠，光線偏轉的角度． 跟蹤訓練3　如圖12所示，A、B、C為等腰棱鏡，a、b兩束不同頻率 的單色光垂直AB邊射入棱鏡，兩束光在AB面上的入射點到OC的距 離相等，兩束光折射后相交于圖中的P點，以下判斷正確的是 (　　) A．在真空中，a光光速大于b光光速 B．在真空中，a光波長大于b光波長 圖12 C．a(chǎn)光通過棱鏡的時間大于b光通過棱鏡的時間 D．a(chǎn)、b兩束光從同一介質射入真空的過程中，a光發(fā)生全反射的臨界角大于b光發(fā)生全反射的臨界角 　　　　　　　　　　　　15.平行玻璃磚模型 例4　如圖13所示，兩塊相同

12、的玻璃等腰三棱鏡ABC置于空 氣中，兩者的AC面相互平行放置，由紅光和藍光組成的 細光束平行于BC面從P點射入，通過兩棱鏡后，變?yōu)閺? a、b兩點射出的單色光，對于這兩束單色光 (　　) 圖13 A．紅光在玻璃中傳播速度比藍光大 B．從a點射出的為紅光，從b點射出的為藍光 C．從a、b兩點射出的單色光不平行 D．從a、b兩點射出的單色光仍平行，且平行于BC 建模感悟　平時碰到的兩面平行的玻璃磚往往是清清楚楚畫出來的，是“有形”的，其折射率大于周圍介質的折射率，這時光線的側移方向也是我們熟悉的．而該題中，未知介質形成的兩面平行的“玻璃磚”并未勾勒出來，倒是其兩側的介質(三棱

13、鏡)被清楚地勾勒出來了，而且前者的折射率未必大于后者．這就在一定程度上掩蓋了兩面平行的“玻璃磚”的特征．因此我們不僅要熟悉光學元件的光學特征，而且要會靈活地運用，將新的情景轉化為我們熟知的模型． 跟蹤訓練4　如圖14所示為兩塊同樣的玻璃直角三棱鏡ABC，兩者的AC面是平行放置的，在它們之間是均勻的未知透明介質．一單色細光束O垂直于AB面入射，在圖示的出射光線中，下列說法正確的是 (　　) 圖14 A．1、2、3(彼此平行)中的任一條都有可能 B．4、5、6(彼此平行)中的任一條都有可能 C

14、．7、8、9(彼此平行)中的任一條都有可能 D．只能是4、6中的某一條 A組　折射定律的理解及應用 圖15 1．(2020·全國Ⅱ·20)頻率不同的兩束單色光1和2以相同的入射角從同 一點射入一厚玻璃板后，其光路如圖15所示，下列說法正確的是 (　　) A．單色光1的波長小于單色光2的波長 B．在玻璃中單色光1的傳播速度大于單色光2的傳播速度 C．單色光1通過玻璃板所需的時間小于單色光2通過玻璃板所需的時間 D．單色光1從玻璃到空氣的全反射臨界角小于單色光2從玻璃到空氣的全反射臨界角 2．半徑為R的玻璃圓柱體，截面如圖16所示，圓心為O，在同一 截面內(nèi)，兩束

15、相互垂直的單色光射向圓柱面的A、B兩點，其 中一束沿AO方向，∠AOB＝30°，若玻璃對此單色光的折射率n ＝. 圖16 (1)試作出兩條光線從射入到第一次射出的光路圖，并求出各光 線射出時的折射角；(當光線射向柱面時，如有折射光線則不考慮反射光線) (2)求兩條光線經(jīng)圓柱體后第一次射出的光線的交點(或反向延長線的交點)與A點的距離． B組　全反射現(xiàn)象的理解及應用 圖17 3. 如圖17所示，一細束紅光和一細束藍光平行射到同一個三棱鏡 上，經(jīng)折射后交于光屏上的同一個點M，若用n1和n2分別表示 三棱鏡對紅光和藍光的折射率，下列說法中正確的是 (　　) A．n1

16、2，a為紅光，b為藍光 B．n1n2，a為紅光，b為藍光 D．n1>n2，a為藍光，b為紅光 4．一束單色光由左側射入盛有清水的薄壁圓柱形玻璃杯，圖18為過軸線的截面圖，調(diào)整入射角α，使光線恰好在水和空氣的界面上發(fā)生全反射，已知水的折射率為，求sin α的值． 圖18 課時規(guī)范訓練 (限時：45分鐘) 一、選擇題 1．香港中文大學第三任校長高錕榮獲了2020年諾貝爾物理學獎．諾貝爾獎委員會高度評價了高錕的貢獻，評委會指出：高錕1966年發(fā)現(xiàn)如何通過光學玻璃纖維遠距離傳輸光信號的工作，成為今日電話和高速互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代通信網(wǎng)絡運行的基石．下

17、列說法中，正確的是 (　　) A．光纖通信具有傳輸容量大、衰減小、抗干擾性強等優(yōu)點 B．光纖通信、全息照相、數(shù)碼相機及醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡都是利用了光的全反射原理 C．實用光導纖維是由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射 D．當今，在信號的傳輸領域中，光纖電纜(“光纜”)已經(jīng)幾乎完全取代了傳統(tǒng)的銅質“電纜”，成為傳播信息的主要工具，是互聯(lián)網(wǎng)的骨架，并已聯(lián)接到普通社區(qū) 圖1 2．如圖1所示，MN是位于豎直平面內(nèi)的

18、光屏，放在水平面上的半圓 柱形玻璃磚的平面部分ab與屏平行．由光源S發(fā)出的一束白光從半 圓沿半徑射入玻璃磚，通過圓心O再射到屏上．在水平面內(nèi)以O點 為圓心沿逆時針方向緩緩轉動玻璃磚，在光屏上出現(xiàn)了彩色光 帶．當玻璃磚轉動角度大于某一值時，屏上彩色光帶中的某種顏色 的色光首先消失．有關彩色的排列順序和最先消失的色光是 (　　) A．左紫右紅，紫光 B．左紅右紫，紫光 C．左紫右紅，紅光 D．左紅右紫，紅光 3．很多公園的水池底都裝有彩燈，當一細束由紅、藍兩色組成的燈光從水中斜射向空

19、氣時，關于光在水面可能發(fā)生的反射和折射現(xiàn)象，下列光路圖中正確的是 (　　) 圖2 4．某物理興趣小組用實驗探究光的色散規(guī)律，他們將半圓形玻璃磚放在 豎直面內(nèi)，在其左方豎直放置一個很大的光屏P，讓一復色光束SA射 向玻璃磚的圓心O后，有兩束單色光a和b射向光屏P，如圖2所示．他 們根據(jù)實驗現(xiàn)象提出了以下四個猜想，你認為正確的是 (　　) A．單色光a的波長小于單色光b的波長 B．在玻璃中單色光a的傳播速度大于單色光b的傳播速度 C．單色光a通過玻璃磚所需的時間大于單色光b通過玻璃磚所需的時間 D．當光束SA繞圓心O逆時針轉動過程中，在光屏P上最早消失的

20、是a光 5.下列說法正確的是 (　　) A．太陽光通過三棱鏡形成彩色光譜，這是光的干涉的結果 B．用光導纖維傳送圖象信息，這是光的衍射的應用 C．瞇著眼睛看發(fā)光的燈絲時能觀察到彩色條紋，這是光的偏振現(xiàn)象 D．在照相機鏡頭前加裝偏振濾光片拍攝日落時水面下的景物，可使景像清晰 6. 一束白光從頂角為θ的一邊以較大的入射角i射入并通過三棱鏡 后，在屏P上可得到彩色光帶，如圖3所示，在入射角i逐漸減小 到零的過程中，假如屏上的彩色光帶先后全部消失，則(　　) 圖3 A．紅光最

21、先消失，紫光最后消失 B．紫光最先消失，紅光最后消失 C．紫光最先消失，黃光最后消失 D．紅光最先消失，黃光最后消失 7．如圖4所示，紅色細光束a射到折射率為的透明球表面，入射角為 45°，在球的內(nèi)壁經(jīng)過一次反射后，從球面射出的光線為b，則入射光 線a與出射光線b之間的夾角α為 (　　) A．30° B．45° 圖4 C．60° D．75° 8. 如圖5所示，ABC為等腰棱鏡，兩束頻率不同、寬度均為d的平行光 a和b，分別垂直AB邊射

22、向棱鏡，棱鏡的對稱軸OC為兩束光的分界 線，棱鏡對a光和b光的折射率分別為n1和n2，且n1

23、 (　　) 二、非選擇題 圖7 10. 圖7是光從介質1進入介質2的折射情況，根據(jù)光路圖可 知：兩種介質相比較，介質1是______介質，介質2是 ______介質；光在介質中的波長λ1____λ2(選填“>”、 “＝”或“<”)．頻率ν1____ν2(選填“>”、“＝”或 “<”)． 圖8 11. 如圖8所示是一透明的圓柱體的橫截面，其半徑R＝20 cm， 折射率為，AB是一條直徑，今有一束平行光沿AB方向射 向圓柱體，試求： (1)光在圓柱體中的傳播速度； (2)距離直線AB多遠的入射光線，折射后經(jīng)過B點． 12．圖9 夏日晚上，小明去游泳池

24、游泳，他站在池邊發(fā)現(xiàn)對岸標 桿上有一燈A，水下池壁上有一彩燈B(B燈在圖中未畫 出)，如圖9所示，他調(diào)整自己到岸邊的距離，直到發(fā)現(xiàn)A 燈經(jīng)水面反射所成的像與B燈經(jīng)水面折射后所成的像重 合，此時人到對岸的距離L＝10 m，A燈距水面高為0.5 m，人眼E距水面高為2 m，水的折射率為. (1)畫出小明看到A、B燈的像重合時的光路圖； (2)求B燈在水面下的深度． 復習講義 基礎再現(xiàn) 一、 基礎導引　1.58　1.9×108 m/s 知識梳理　1.改變　2.(1)同一平面　正　(3)可逆　3.(1)光學性質　偏折大　(2)光學性質　(3)1 二、 基礎導引　見解析

25、解析　岸上所有景物發(fā)出的光，射向水面時入射角θ1分布在0°到90°之間，射入水中后的折射角θ2在0°至臨界角之間可以求出光從水中射向空氣的臨界角C.如圖所示，幾乎貼著水面射入水里的光線，在潛水員看來是從折射角為C的方向射來的，水面上其他方向射來的光線，折射角都小于C.因此認為水面以上所有的景物都出現(xiàn)在頂角為2C的圓錐里． 由公式sin C＝和水的折射率n＝1.33，可求得臨界角 C＝arcsin ≈48.8° 設圓錐的頂角為θ，則有 θ＝2C＝97.6°. 知識梳理　1.(1)①光密　光疏?、诖笥诨虻扔凇?. 三、 3．(1)三角形　折射率 課堂探究 例1　 跟蹤訓練1　(

26、1) (2)c 例2　(1)紫色　(2)d－nR 跟蹤訓練2　 例3　(1)見解析　(2)32° 解析　(1)如圖所示． 跟蹤訓練3　C　 例4　ABD　 跟蹤訓練4　B　 分組訓練 1．AD 2．(1)光路圖見解析　0°　60° (2)(－1)R 解析　(1)過A點的光線不偏折，折射角為0°. 設過B的光線折射角為θ， 則n＝＝，故θ＝30° 經(jīng)C點發(fā)生折射，入射角為30°， 同理折射角為60° 光路圖如圖所示． 3．B　[由題圖可知，b光線經(jīng)過三棱鏡后的偏折角較小，因此折射率較小，是紅光．故B正確．] 4. 課時規(guī)范訓練 1．AD　 2．B　 3．C　 4．B　 5．D　 6．B　 7．A　 8．C　 9．B　 10．光密　光疏　<　＝ 11．(1)×108 m/s　(2)10 cm 12．(1)見解析圖　(2)1.89 m