2011届高考物理第一轮复习课件：光 光的折射 全反射

第十三章光第1课时光的折射全反射考点自清一、光的折射1.定义：光线从一种介质进入另一种介质时，发生改变的现象叫做光的折射现象.2.折射定律：折射光线与、处在同一平面内；折射光线与入射光线分别位于的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成.传播方向法线入射光线法线正比3.折射率：光从射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率.简称折射率.真空实验证明，介质的折射率等于光在真空中与在该介质中的传播速度之比，即n=c/v.任何介质的折射率都1.两种介质相比较，折射率较大的介质叫做介质，折射率较小的介质叫做介质.大于光密光疏二、光的全反射1.光照射到两种介质界面上时，光线全部被反射回原介质的现象称为全反射现象.2.发生全反射的条件：（1）光线从介质射向介质.（2）入射角临界角.光密光疏大于或等于3.临界角：折射角等于90°时的入射角.设光线从射向时的临界角为C，则.1sinnC某种介质真空或空气4.应用（1）全反射棱镜（2）光导纤维：实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到一百微米之间，在内芯和外套的界面上发生全反射.特别提醒（1）光从真空射入介质时，临界角C又可以理解为最大折射角.（2）光从真空（或空气）射入介质时，在界面处既发生折射，又发生反射，而由介质射向真空（或空气）时，有可能要发生全反射.三、棱镜、光的色散1.光的色散：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象.2.光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长的有序排列.3.棱镜（1）含义：截面是的玻璃仪器，可以使光发生色散，白光的色散表明各色光在同一介质中的不同.（2）三棱镜对光线的作用：改变光的传播方向，使复色光发生色散.三角形折射率4.各种色光的比较颜色红橙黄绿蓝靛紫频率ν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热点一折射率的理解1.某种介质的折射率是指光从真空或空气进入该介质时入射角与折射角的正弦值之比.如果是从该介质进入空气或真空，则入射角与折射角的正弦值之比等于折射率的倒数.2.介质的折射率实际上指的是绝对折射率，所谓绝对折射率是指光从真空进入介质时入射角与折射角的正弦值之比.3.折射率的大小由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角的大小无关.热点聚集4.折射率大小反映了介质的光学性质和入射光的频率：（1）折射率越大，说明介质对光的偏折作用越大，光线偏离原来传播方向的程度越厉害.（2）介质对光的折射率越大，说明该光在介质中的传播速度越小.（3）相对于同一介质，折射率越大的光，其频率越大.1.公式中，不论是光从真空射入介质，还是由介质射入真空，总是真空中的光线与法线间夹角,总是介质中的光线与法线间的夹角.特别提示21sinsinn122.折射率由介质本身性质与光的频率共同决定，与入射角的大小无关.热点二全反射现象的理解与应用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.光从光疏介质射入光密介质时，入射角大于折射角；光从光密介质射入光疏介质时，入射角小于折射角.3.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.4.光导纤维（1）结构：光导纤维（简称光纤），是一种透明的玻璃纤维丝，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，即内芯是光密介质，外套是光疏介质.（2）原理：光在光纤的内芯中传播，每次射到内、外层的界面上时，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射.热点三平行玻璃砖与三棱镜比较类别项目平行玻璃砖三棱镜结构上下表面是平行的横截面为三角形对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移通过棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折讨论侧移d的大小取决于平行板的厚度h、平行板介质的折射率n和光线的入射角偏折角δ跟棱镜的材料有关.折射率越大，偏折角越大.因同一介质对各种色光的折射率不同，所以各种色光的折射率不同，所以各种色光的偏折角也不同，形成色散现象应用实例测定玻璃的折射率全反射棱镜，改变光的行进方向)sincos1(sin:122111nhd题型探究题型1折射率的理解【例1】一个圆柱形筒,直径12cm,高16cm,人眼在筒侧上方某处观察,所见筒侧的深度为9cm,当筒中装满液体时,则恰能看到筒侧的最低点.求:(1)此液体的折射率.(2)光在此液体中的传播速度.图1答案变式练习1由某种透明物质制成的等腰直角棱镜AOB,图1两腰都为16cm,且两腰与Ox和Oy轴都重合,如图1所示,从BO边的C点注视A棱,发现A棱的位置在D点,在C、D两点插上大头针,测出C点的坐标为(0,12),D点的坐标为(9,0),由此可以算出该透明物质的折射率为多大?图1答案题型2光的全反射现象【例2】下列叙述中正确的是()A.背对阳光看玻璃球觉得比较明亮,主要原因是光B.雨过天晴时,空中出现的彩虹是因为阳光在水滴C.常看到倒扣在水中的玻璃杯显得很明亮的原因D.解析背对阳光看玻璃球比较明亮,是光在玻璃球中发生全反射;彩虹是因为阳光在水滴中折射形成的;C项中现象的成因是由于光在介质表面发生了全反射,A.C项正确.AＣ变式练习２下列现象中,属于光的全反射现象的是()ABCD．荷叶上的水珠在阳光下晶莹透亮D解析肥皂泡上的彩色条纹属于光的干涉;雨后彩虹属于光的折射;早晨的红色朝霞是由于空气的散射作用;荷叶上的水珠在阳光下晶莹透亮,是由于光线在水珠中发生全反射,D项正确.题型3全反射及光路问题【例3】如图2所示，用折射率n=2的玻璃做成一个外径为R的半球形空心球壳.一束与O′O平行的平行光射向此半球的外表面，若让一个半径为的圆形遮光板的圆心过O′O轴，并且垂直该轴放置.则球壳内部恰好没有光线射入，问：（1）临界光线射入球壳时的折射角θ2为多大？（2）球壳的内径R′为多少？图2R22解析（1）由题图和几何知识①由折射率的定义式②联立解出θ2=30°.③（2）对临界光线④在题图△Oab中，由正弦定理得：⑤联立解出⑥答案（1）30°（2）RR/22sin121sinsinnnC1sin2sin)180sin(RCR.22RRR22【评分标准】本题共16分，其中①②④⑤各3分，③⑥各2分.【名师导析】本题是一道关于折射和全反射的综合题.本题的难点是正确分析题目给定的条件和题目所求问题的含义，理解光线aa′不能进入球壳时，射到球上的其它光线便不可能进入球壳.其次是根据题目给定的光路图，充分利用几何关系求解也是难点之一.自我批阅(16分)半径为R的半圆柱形玻璃，横截面如图3所示，O为圆心，已知玻璃的折射率为，当光由玻璃射向空气时，发生全反射的临界角为45°.一束与MN平面成45°的平行光束射到玻璃的半圆柱面上，经玻璃折射后，有部分光能从MN平面上射出.（1）说明光能从MN平面上射出的理由？（2）能从MN射出的光束的宽度d为多少？图32解析（1）如图所示，进入玻璃中的光线a垂直半球面,沿半径方向直达球心位置O，且入射角等于临界角，恰好在O点发生全反射.光线a右侧的光线（如：光线b）经球面折射后，射在MN上的入射角一定大于临界角，在MN上发生全反射，不能射出.光线a左侧的光线经半球面折射后，射到MN面上的入射角均小于临界角，能从MN面上射出.最左边射向半径的光线c与球面相切，入射角θ1=90°,折射角θ2=45°.故光线c将垂直MN射出.（6分）（2）由折射定律知：①（4分）则②（2分）所以在MN面上射出的光束宽度应是③（4分）答案见解析22n12sinsin452.22sin2RRd素能提升1.△OMN为玻璃等腰三棱镜的横截面.a、b两束可见单色光从空气垂直射入棱镜底面MN,在棱镜侧面OM、ON上反射和折射的情况如图4所示.由此可知()A.棱镜内a光的传播速度比bB.棱镜内a光的传播速度比bC.a光的对玻璃棱镜的折射率比bD.a光的对玻璃棱镜的折射率比b图4解析a、b两束光射到OM、ON上的入射角是相同的,由图可知b光已发生全反射,而a光仍有折射,说明b光的全反射临界角比a光的全反射临界角小,所以b光的折射率大于a光的折射率,即nbna,故D正确;又在介质内的传播速度,所以棱镜内a光的传播速度va比b光的传播速度vb大;故B正确.答案BDncv2．如果光以同一入射角从真空射入不同介质,则折射率越大的介质()A．折射角越大,B．折射角越大,C．折射角越小,D．折射角越小,表示这种介质对光的偏折作用越小解析由可知入射角相同时,折射率n越大,折射角θ2越小,偏折角Δθ=θ1-θ2就越大,所以C项正确.C3．关于折射率,下列说法正确的是()A．根据可知,介质的折射率与入射角B．根据可知,介质的折射率与折射C．根据可知,介质的折射率与介质D.以上说法都不正确解析折射率是反映介质光学性质的物理量,其大小由介质本身和入射光的频率决定,A、B、C项说法错误,应选D项.D４．光导纤维的结构,其内芯和外套材料不同,光在内芯中传播,以下说法正确的是()A．内芯的折射率比外套的大,光传播时在内芯与B.内芯的折射率比外套的小,光传播时在内芯与外C.内芯的折射率比外套的小,光传播时在内芯与外D.内芯的折射率与外套的相同,外套的材料有韧性,可以起保护作用A5.在图5中的虚线表示两种介质的界面及其法线,实线表示一条光线射向界面后发生反射和折射的光线,以下说法正确的是()①bO②aO③aO④ObA.①②③B.①②④C.②③④D.①③④B图56.如图6所示，玻璃棱镜的截面为等腰三角形，顶角α为30°，一束光线垂直于ab面射入棱镜，又从ac面射出.出射光线与入射光线之间的夹角为30°.求此棱镜材料的折射率.图6解析过ac面作出法线，如图，可知θ2=30°,θ1=60°,所以答案.330sin60sinn37.如图7所示，一个半径为r的圆木板静止在水面上，在圆木板圆心O的正下方H=r处有一点光源S，已知水的折射率n=,（1）求沿圆木板边缘出射的折射光线的折射角；（2）若在水面上方观察不到点光源S所发出的光，则将点光源S至少竖直向上移动多大的距离？（结果可用根式表示）图732解析（1）设入射角为θ1，折射角为θ2，则由折射定律得：联立得：折射角θ2=45°.（2）若在水面上方观察不到点光源所发出的光，则入射到圆木板边缘的光线将发生全反射，设临界角为C，点光源S离圆心的距离为h，则得C=45°，由几何关系知：h=r，则点光源S至少上移答案（1）45°（2）,30,3tan11rrn1sinsin21,1sinnChrCtan.)13(rhr)13(8.夏日晚上,小明去游泳池游泳,他站在池边发现对岸标杆上有一灯A,水下池壁上有一彩灯B(B灯在图中未画出),如图8所示,他调整自己到岸边的距离,直到发现A灯经水面反射所成的像与B灯经水面折射后所成的像重合,此时人到对岸的距离L=10m,A灯距水面高为0.5m,人眼E距水面高为2m,水的折射率为.34图8(1)画出小明看到A、B灯的像重合时的光路图.(2)求B灯在水面下的深度.解析(1)光路图如下图所示.(2)如图所示,设水面为CF,A到水面的距离为L1,B灯与水面的距离为L2,人眼到水面的距离为L3,点C、D之间的距离为L4,得得L4=2m对B灯光的折射过程,得灯在水面下深处答案(1)见解析(2)1.89m25.010443144LLLLLLL即431sinsin5.022sinsin22sinsin212222221nDACLCBDm89.1m2342L9.如图9所示是一透明的圆柱体的横截面，其半径R=20cm，折射率为，AB是一条直径，今有一束平行光沿AB方向射向圆柱体，试求：（1）光在圆柱体中的传播速度；（2）距离直线AB多远的入射光线，折射后经过B点.解析（1）光在圆柱体的传播速度图93m/s1038ncv（2）设光线PC经折射后经过B点，光路图如图示由折射定律