《2019年高考物理一輪復習 第十四章 機械振動與機械波 光 電磁波與相對論 第3講 光的折射 全反射課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2019年高考物理一輪復習 第十四章 機械振動與機械波 光 電磁波與相對論 第3講 光的折射 全反射課件.ppt（66頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

第3講光的折射全反射 第十四章機械振動與機械波光電磁波與相對論 內容索引 基礎知識梳理 命題點一折射定律和折射率的理解及應用 命題點二全反射現(xiàn)象的理解和綜合分析 命題點三光路控制和色散 課時作業(yè) 基礎知識梳理 1 一 光的折射定律折射率1 折射定律 1 內容 如圖所示 折射光線與入射光線 法線處在內 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 3 在光的折射現(xiàn)象中 光路是的 同一平面 正 可逆 2 折射率 1 折射率是一個反映介質的的物理量 3 計算公式 n 因為v c 所以任何介質的折射率都 4 當光從真空 或空氣 射入某種介質時 入射角折射角 當光由介質射入真空 或空氣 時 入射角折射角 光學性質 大于1 大于 小于 3 折射率的理解 1 折射率由性質決定 與入射角的大小無關 2 折射率與介質的沒有關系 光密介質不是指密度大的介質 3 同一種介質中 頻率越大的色光折射率越 傳播速度越 介質本身 密度 大 小 判斷下列說法是否正確 1 光的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象叫光的折射 2 折射率跟折射角的正弦成正比 3 光從空氣射入水中 它的傳播速度一定增大 4 在同一種介質中 光的頻率越大 折射率越大 二 全反射光導纖維1 定義 光從光密介質射入光疏介質 當入射角增大到某一角度時 折射光線將全部 只剩下反射光線的現(xiàn)象 2 條件 1 光從光密介質射入光疏介質 2 入射角臨界角 3 臨界角 折射角等于90 時的入射角 若光從光密介質 折射率為n 射向真空或空氣時 發(fā)生全反射的臨界角為C 則sinC 介質的折射率越大 發(fā)生全反射的臨界角越 4 光導纖維光導纖維的原理是利用光的 如圖所示 消失 大于或等于 小 全反射 判斷下列說法是否正確 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 如果光線從光疏介質進入光密介質 則無論入射角多大 都會發(fā)生全反射現(xiàn)象 3 在光的反射和全反射現(xiàn)象中 均遵循光的反射定律 光路均是可逆的 4 當光射到兩種介質的界面上時 往往同時發(fā)生光的折射和反射現(xiàn)象 在全反射現(xiàn)象中 也是如此 1 人教版選修3 4P53第1題 光從介質a射向介質b 如果要在a b介質的分界面上發(fā)生全反射 那么必須滿足的條件是A a是光密介質 b是光疏介質B 光在介質a中的速度必須大于在介質b中的速度C 光的入射角必須大于或等于臨界角D 必須是單色光 答案 2 一束單色光經空氣射入玻璃 這束光的A 速度變小 波長變短B 速度不變 波長變短C 頻率增大 波長變長D 頻率不變 波長變長 答案 3 如圖所示 MN是空氣與某種液體的分界面 一束紅光由空氣射到分界面 一部分光被折射 一部分光進入液體中 當入射角是45 時 折射角為30 則以下說法正確的是A 反射光線與折射光線的夾角為120 B 該液體對紅光的折射率為C 該液體對紅光的全反射臨界角為45 D 當紫光以同樣的入射角從空氣射到分界面時 折射角也是30 答案 4 關于折射率 下列說法正確的是A 根據n 可知 介質的折射率與入射角的正弦成正比B 根據n 可知 介質的折射率與折射角的正弦成反比C 根據n 可知 介質的折射率與光在該介質中的光速成反比D 同一頻率的光由真空進入某種介質時 折射率與光在介質中的波長成反比 答案 解析 介質的折射率是一個反映介質光學性質的物理量 由介質本身和光的頻率共同決定 與入射角 折射角無關 故選項A B均錯 由于真空中的光速是一個定值 故n與v成反比是正確的 選項C正確 由于v f 當f一定時 v與 成正比 又n與v成反比 故n與 也成反比 選項D正確 5 如圖 一束光由空氣射向半圓柱體玻璃磚 O點為該玻璃磚截面的圓心 下圖能正確描述其光路的是 答案 解析 光從玻璃磚射向空氣時 如果入射角大于臨界角 則發(fā)生全反射 如果入射角小于臨界角 則在界面處既有反射光線 又有折射光線 但折射角應大于入射角 選項A正確 選項C錯誤 當光從空氣射入玻璃磚時 在界面處既有反射光線 又有折射光線 且入射角大于折射角 選項B D錯誤 2 命題點一折射定律和折射率的理解及應用 1 對折射率的理解 1 折射率大小不僅反映了介質對光的折射本領 也反映了光在介質中傳播速度的大小v 2 折射率的大小不僅與介質本身有關 還與光的頻率有關 同一種介質中 頻率越大的色光折射率越大 傳播速度越小 3 同一種色光 在不同介質中雖然波速 波長不同 但頻率相同 2 光路的可逆性在光的折射現(xiàn)象中 光路是可逆的 如果讓光線逆著原來的折射光線射到界面上 光線就會逆著原來的入射光線發(fā)生折射 2016 全國 卷 34 2 如圖所示 在注滿水的游泳池的池底有一點光源A 它到池邊的水平距離為3 0m 從點光源A射向池邊的光線AB與豎直方向的夾角恰好等于全反射的臨界角 水的折射率為 1 求池內的水深 例1 答案 解析 分析 2 一救生員坐在離池邊不遠處的高凳上 他的眼睛到池面的高度為2 0m 當他看到正前下方的點光源A時 他的眼睛所接受的光線與豎直方向的夾角恰好為45 求救生員的眼睛到池邊的水平距離 結果保留1位有效數字 答案 0 7m 解決光的折射問題的思路 1 根據題意畫出正確的光路圖 2 利用幾何關系確定光路中的邊 角關系 要注意入射角 折射角均以法線為標準 3 利用折射定律 折射率公式求解 4 注意 在折射現(xiàn)象中光路是可逆的 1 2016 四川理綜 5 某同學通過實驗測定半圓形玻璃磚的折射率n 如圖甲所示 O是圓心 MN是法線 AO BO分別表示某次測量時光線在空氣和玻璃磚中的傳播路徑 該同學測得多組入射角i和折射角r 作出sini sinr圖象如圖乙所示 則A 光由A經O到B n 1 5B 光由B經O到A n 1 5C 光由A經O到B n 0 67D 光由B經O到A n 0 67 答案 分析 sini sinr 2 如圖所示 某潛水員在檢查裝有透明液體的圓柱體容器 當潛水員的眼睛在容器中心軸位置且在液面下h2 1m處時 他看到容器口處所有景物都出現(xiàn)在一個頂角為60 的倒立圓錐里 已知容器口距離液面的距離h1 1m 圓柱體的橫切面半徑r 1 求容器中液體的折射率 答案 解析 2 若有一個身高h3 1m的小孩站在離容器口邊緣遠的位置 小孩恰好能看到對面的容器底部 則容器中液體的深度約為多少 答案 解析 x 3 如圖所示 將半徑為R的透明半球體放在水平桌面上方 O為球心 直徑恰好水平 軸線OO 垂直于水平桌面 位于O點正上方某一高度處的點光源S發(fā)出一束與OO 夾角 60 的單色光射向半球體上的A點 光線通過半球體后剛好垂直射到桌面上的B點 已知O B 光在真空中傳播速度為c 不考慮半球體內光的反射 求 1 透明半球體對該單色光的折射率n 答案 解析 2 該光在半球體內傳播的時間 答案 解析 3 命題點二全反射現(xiàn)象的理解和綜合分析 1 分析綜合問題的基本思路 1 判斷光線是從光疏介質進入光密介質還是從光密介質進入光疏介質 2 判斷入射角是否大于臨界角 明確是否發(fā)生全反射現(xiàn)象 3 畫出反射 折射或全反射的光路圖 必要時還可應用光路的可逆原理畫出光路圖 然后結合幾何知識進行推斷和求解相關問題 4 折射率n是討論折射和全反射問題的重要物理量 是聯(lián)系各物理量的橋梁 對跟折射率有關的所有關系式應熟練掌握 2 求光的傳播時間的一般思路 1 全反射現(xiàn)象中 光在同種均勻介質中的傳播速度不發(fā)生變化 即v 2 全反射現(xiàn)象中 光的傳播路程應結合光路圖與幾何關系進行確定 3 利用t 求解光的傳播時間 例2 2014 新課標全國 34 2 一個半圓柱形玻璃磚 其橫截面是半徑為R的半圓 AB為半圓的直徑 O為圓心 如圖所示 玻璃的折射率為n 1 一束平行光垂直射向玻璃磚的下表面 若光線到達上表面后 都能從該表面射出 則入射光束在AB上的最大寬度為多少 答案 解析 見解析 2 一細束光線在O點左側與O相距處垂直于AB從下方入射 求此光線從玻璃磚射出點的位置 答案 解析 見解析 設光線在距O點的C點射入后 在上表面的入射角為 由幾何關系及 式和已知條件得 60 光線在玻璃磚內會發(fā)生三次全反射 最后由G點射出 如圖乙 由反射定律和幾何關系得OG OC 射到G點的光有一部分被反射 沿原路返回到達C點射出 解答全反射類問題的技巧1 根據題意畫出光的折射或恰好發(fā)生全反射的光路圖 2 作圖時找出具有代表性的光線 如符合邊界條件的臨界光線等 3 利用平面幾何知識分析線 角關系 找出入射角 折射角或臨界角 注意入射角 折射角均以法線為標準 4 以剛好發(fā)生全反射的光線為比較對象 來判斷光線是否發(fā)生全反射 從而畫出其他光線的光路圖 4 2015 山東理綜 38 2 半徑為R 介質折射率為n的透明圓柱體 過其軸線OO 的截面如圖所示 位于截面所在平面內的一細束光線 以角i0由O點入射 折射光線由上邊界的A點射出 當光線在O點的入射角減小至某一值時 折射光線在上邊界的B點恰好發(fā)生全反射 求A B兩點間的距離 答案 解析 當光線在O點的入射角為i0時 n sinr0 若折射光線恰好發(fā)生全反射 得sinC sinC 設A B兩點間的距離為d 可得d dB dA 聯(lián)立 式得 5 如圖所示 有一玻璃圓柱體 橫截面半徑為R 10cm 長為L 100cm 一點光源在玻璃圓柱體中心軸線上的A點 與玻璃圓柱體左端面距離d 4cm 點光源向各個方向發(fā)射單色光 其中射向玻璃圓柱體從左端面中央半徑為r 8cm圓面內射入的光線恰好不會從柱體側面射出 光速為c 3 108m s 求 1 玻璃對該單色光的折射率 答案 解析 由題意可知 光線AB從圓柱體左端面射入 在柱體側面發(fā)生全反射 2 該單色光通過玻璃圓柱體的最長時間 答案 解析 6 10 9s 折射光BD在玻璃圓柱體內傳播路程最長 因而傳播時間最長 4 命題點三光路控制和色散 1 平行玻璃磚 三棱鏡和圓柱體 球 對光路的控制 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 2 光的色散及成因 1 含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象稱為光的色散 2 含有多種顏色的光從一種介質進入另一種介質 由于介質對不同色光的折射率不同 各種色光的偏折程度不同 所以產生光的色散 3 各種色光的比較 如圖所示 寬為a的平行光束從空氣斜射到平行玻璃磚上表面 入射角為60 光束中包含兩種波長的光 玻璃磚對這兩種光的折射率分別為 光束從玻璃下表面出射時恰好分成不重疊的兩束 求玻璃磚的厚度d為多少 已知sin37 0 6 cos37 0 8 結果可用根式表示 例3 答案 解析 分析 6 如圖所示 一束寬度為d的平行光射向截面為正三角形的玻璃三棱鏡 入射光與AB界面夾角為45 玻璃的折射率n 光束通過三棱鏡后到達與BC界面平行的光屏PQ 求光屏PQ上光斑的寬度D 答案 解析 7 單色細光束射到折射率n 的透明球面 光束在過球心的平面內 入射角i 45 研究經折射進入球內后 又經內表面反射一次 再經球面折射后射出的光線 如圖所示 圖上已畫出入射光和出射光 1 在圖上大致畫出光線在球內的路徑和方向 答案 解析 見解析圖 2 求入射光與出射光之間的夾角 答案 解析 30 r 30 由幾何關系及對稱性 有 r i r 2r i 4r 2i 把r 30 i 45 代入得 30 課時作業(yè) 5 1 如圖所示 有一束平行于等邊三棱鏡截圖ABC的單色光從空氣射入E點 并偏折到F點 已知入射方向與邊AB的夾角為 30 E F分別為邊AB BC的中點 則下列說法正確的是A 該棱鏡的折射率為B 光在F點發(fā)生全反射C 光從空氣進入棱鏡 波長變短D 光從空氣進入棱鏡 波速變小E 從F點出射的光束與入射到E點的光束平行 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 在E點作出法線可知入射角為60 折射角為30 由n 可得折射率為 故A正確 由光路的可逆性可知 在BC邊上的入射角小于臨界角 不會發(fā)生全反射 B錯 由公式v 可知 光從空氣進入棱鏡 波速變小 根據 介 光從空氣進入棱鏡 波長變短 故C D正確 三棱鏡兩次折射使得光線都向底邊偏折 不會與入射到E點的光束平行 故E錯誤 1 2 3 4 5 6 7 2 2016 全國 34 2 如圖所示 玻璃球冠的折射率為 其底面鍍銀 底面的半徑是球半徑的倍 在過球心O且垂直于底面的平面 紙面 內 有一與底面垂直的光線射到玻璃球冠上的M點 該光線的延長線恰好過底面邊緣上的A點 求該光線從球面射出的方向相對于其初始入射方向的偏角 答案 解析 150 1 2 3 4 5 6 7 設圖中N點為光線在球冠內底面上的反射點 光線的光路圖如圖所示 設光線在M點的入射角為i 折射角為r 在N點的入射角為i 反射角為i 玻璃折射率為n 由于 OAM為等邊三角形 i 60 由折射定律有sini nsinr 代入題給條件n 得r 30 作底面在N點的法線NE 由于NE AM 有i 30 1 2 3 4 5 6 7 根據反射定律 有i 30 連接ON 由幾何關系知 MAN MON 故有 MNO 60 由 式得 ENO 30 于是 ENO為反射角 ON為反射光線 這一反射光線經球面再次折射后不改變方向 所以 經一次反射后射出玻璃球冠的光線相對于入射光線的偏角 為 180 ENO 150 1 2 3 4 5 6 7 3 如圖所示 光導纖維由內芯和包層兩個同心圓柱體組成 其中心部分是內芯 內芯以外的部分為包層 光從一端進入 從另一端射出 下列說法正確的是A 內芯的折射率大于包層的折射率B 內芯的折射率小于包層的折射率C 不同頻率的可見光從同一根光導纖維的一端傳輸到另一端所用的時間相同D 若紫光以如圖所示角度入射時 恰能在內芯和包層分界面上發(fā)生全反射 則改用紅光以同樣角度入射時 也能在內芯和包層分界面上發(fā)生全反射 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 光導纖維是依據光的全反射原理工作的 內芯的折射率大于包層的折射率 選項A正確 B錯誤 不同頻率的可見光在同一介質中的傳播速度不同 從同一根光導纖維的一端傳輸到另一端所用的時間一般不相同 選項C錯誤 若將紫光改用紅光也以同樣角度入射時 由于紅光臨界角大于紫光 所以不能在內芯和包層分界面上發(fā)生全反射 選項D錯誤 1 2 3 4 5 6 7 4 2014 山東 38 2 如圖所示 三角形ABC為某透明介質的橫截面 O為BC邊的中點 位于截面所在平面內的一束光線自O以角i入射 第一次到達AB邊恰好發(fā)生全反射 已知 15 BC邊長為2L 該介質的折射率為 求 1 入射角i 答案 解析 45 1 2 3 4 5 6 7 如圖所示 根據全反射規(guī)律可知 光線在AB面上P點的入射角等于臨界角C 由折射定律得sinC 代入數據得C 45 設光線在BC面上的折射角為r 由幾何關系得r 30 由折射定律得n 聯(lián)立 式 代入數據得i 45 1 2 3 4 5 6 7 2 從入射到發(fā)生第一次全反射所用的時間 設光在真空中的速度為c 可能用到 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 5 一束復色光由空氣斜射向一塊平行平面玻璃磚 經折射分成兩束單色光a b 已知a光的頻率小于b光的頻率 下列光路圖正確的是 答案 解析 兩種單色光射入玻璃磚時的折射角小于入射角 據此可排除選項A B 已知a光的頻率小于b光的頻率 那么a光在玻璃磚中的折射率較小 入射角相同時 折射角較大 選項D正確 1 2 3 4 5 6 7 6 2015 重慶 11 1 虹和霓是太陽光在水珠內分別經過一次和兩次反射后出射形成的 可用白光照射玻璃球來說明 兩束平行白光照射到透明玻璃球后 在水平的白色桌面上會形成MN和PQ兩條彩色光帶 光路如圖所示 M N P Q點的顏色分別為A 紫 紅 紅 紫B 紅 紫 紅 紫C 紅 紫 紫 紅D 紫 紅 紫 紅 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 玻璃對紅光的折射率最小 對紫光的折射率最大 由折射定律和反射定律可知M點為紫色 N點為紅色 P點為紅色 Q點為紫色 故A項正確 1 2 3 4 5 6 7 7 2015 福建理綜 13 如圖 一束光經玻璃三棱鏡折射后分為兩束單色光a b 波長分別為 a b 該玻璃對單色光a b的折射率分別為na nb 則A a b na nbB a b na nbC a b na nbD a b na nb 答案 解析 由題圖知 三棱鏡對b光的折射率較大 所以na nb 又因為光的頻率越大 介質對光的折射率就越大 故b光的頻率大于a光的頻率 又根據c 所以b光的波長小于a光的波長 即 a b 所以B正確 A C D錯誤 1 2 3 4 5 6 7