高考物理一轮复习课件：第十二章 第3讲 光的折射 全反射 光的色散

第3讲光的折射全反射光的色散1.折射定律(如图12－3－1)(1)内容：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，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正比．(2)表达式：sinθ1sinθ2＝n12，式中n12是比例常数．(3)在光的折射现象中，光路是可逆的．2．折射率(1)物理意义：折射率仅反映介质的光学特性，折射率大，说明光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小．(2)定义式：n12＝sinθ1sinθ2，不能说n12与sinθ1成正比、与sinθ2成反比．折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定．(3)计算公式：n＝cv，因为v＜c，所以任何介质的折射率总大于1.【针对训练】1．关于折射率，下列说法正确的是()A．根据sinθ1sinθ2＝n可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比B．根据sinθ1sinθ2＝n可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比C．根据n＝cv可知，介质的折射率与介质中的光速成反比D．同一频率的光由第一种介质进入第二种介质时，折射率与波长成正比【解析】介质的折射率n由介质本身及光的频率决定，与入射角、折射角无关，A、B都错．光在不同介质中光速不同，这正是光发生折射的原因，n与v成反比，C正确．光是一种电磁波，v＝λf，n＝cv＝cλf，即n与λ成反比，D错，故选C.【答案】C1.全反射(1)条件：①光从光密介质射入．②入射角临界角．(2)现象：折射光完全消失，只剩下．(3)临界角：折射角等于90°时的入射角，用C表示，sinC＝.(4)应用：①全反射棱镜．②光导纤维，如图12－3－2.光疏介质大于或等于反射光1n2．光的色散(1)色散现象：白光通过三棱镜会形成由到七种色光组成的彩色光谱，如图12－3－3.(2)成因：由于n红＜n紫，所以以相同的入射角射到棱镜界面时，红光和紫光的折射角不同，就是说紫光偏折得更明显些，当它们射出另一个界面时，紫光的偏折角，红光偏折角．红紫最大最小【针对训练】2．华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理奖，他被誉为“光纤通讯之父”．光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图12－3－4所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播．下列关于光导纤维的说法中正确的是()A．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射B．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射C．波长越短的光在光纤中传播的速度越大D．频率越大的光在光纤中传播的速度越大【解析】光纤内芯比外套折射率大，在内芯与外套的界面上发生全反射，A对、B错；频率大的光波长短，折射率大，在光纤中传播速度小，C、D错．【答案】A1.对折射率的理解(1)公式n＝sinθ1sinθ2中，不论是光从真空射入介质，还是从介质射入真空，θ1总是真空中的光线与法线间的夹角，θ2总是介质中的光线与法线间的夹角．(2)折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关．(3)折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质．(4)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．(5)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．对全反射现象的理解(1)光必须从光密介质射入光疏介质例如从水中或玻璃中射入空气中．(2)入射角必须大于或等于临界角．(3)全反射现象可以从能量的角度去理解：当光由光密介质射向光疏介质时，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，这时就发生了全反射．(2012·山东高考)如图12－3－5所示，一玻璃球体的半径为R，O为球心，AB为直径．来自B点的光线BM在M点射出，出射光线平行于AB，另一光线BN恰好在N点发生全反射．已知∠ABM＝30°，求(1)玻璃的折射率；(2)球心O到BN的距离．【解析】(1)设光线BM在M点的入射角为i，折射角为r，由几何知识可知，i＝30°，r＝60°，根据折射定律得n＝sinrsini⑤代入数据得n＝3.⑥(2)光线BN恰好在N点发生全反射，则∠BNO为临界角CsinC＝1n⑦设球心到BN的距离为d，由几何知识可知d＝RsinC⑧联立⑥⑦⑧式得d＝33R.⑨【答案】(1)3(2)33R1.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制2.各种色光的比较(2012·海南海口模拟)一束光波以45°的入射角，从AB面射入如图12－3－6所示的透明三棱镜中，棱镜折射率n＝2.试求光进入AB面的折射角，并在图上画出该光束在棱镜中的光路．【解析】sinr＝sinin＝222＝12，r＝30°由sinC＝1n＝22，得C＝45°.光在AC面发生全反射，并垂直BC面射出．【答案】r＝30°光路图(如图所示)1.实验原理如图12－3－7所示，当光线AO1以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO1对应的出射光线O2B，从而求出折射光线O1O2和折射角θ2，再根据n12＝sinθ1sinθ2或n＝PNQN′算出玻璃的折射率．2．实验步骤(1)如图12－3－8所示，把白纸铺在木板上．(2)在白纸上画一直线aa′作为界面，过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线．(3)把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa′重合，再用直尺画出玻璃砖的另一边bb′.(4)在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2.(5)从玻璃砖bb′一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向直到P1的像被P2的像挡住．再在bb′一侧插上两枚大头针P3、P4，使P3能挡住P1、P2的像，P4能挡住P3本身及P1、P2的像．(6)移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置，过P3、P4作直线O′B交bb′于O′.连接O、O′，OO′就是玻璃砖内折射光线的方向．∠AON为入射角．∠O′ON′为折射角．(7)改变入射角，重复实验．3．数据处理(1)计算法：用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2.算出不同入射角时的sinθ1sinθ2，并取平均值．(2)作sinθ1­sinθ2图象：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sinθ1­sinθ2图象，由n＝sinθ1sinθ2可知图象应为直线，如图12－3－9所示，其斜率就是玻璃折射率．(3)“单位圆法”确定sinθ1、sinθ2，计算折射率n.以入射点O为圆心，以一定长度R为半径画圆，交入射光线OA于E点，交折射光线OO′于E′点，过E作NN′的垂线EH，过E′作NN′的垂线E′H′.如图12－3－10所示，sinθ1＝EHOE，sinθ2＝E′H′OE′，OE＝OE′＝R，则n＝sinθ1sinθ2＝EHE′H′.只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出n.(2012·浙江高考)在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图12－3－11甲所示．(1)在丙图中画出完整的光路图；(2)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n＝________(保留3位有效数字)；(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图乙所示．图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和________(填“A”或“B”)．【解析】(1)分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点，并延长与玻璃砖边分别相交，标出传播方向，然后连接玻璃砖边界的两交点，即为光线在玻璃砖中传播的方向．光路如图所示．(2)设方格纸上正方形的边长为1，光线的入射角为i，折射角为r，则sini＝5.35.32＋42＝0.798，sinr＝2.22.22＋3.62＝0.521所以玻璃的折射率n＝sinisinr＝0.7980.521＝1.53.(3)由题图乙可知，光线P1P2入射到玻璃砖上时，相当于光线射到了一个三棱镜上，因此出射光线将向底边偏折，所以出射光线过P3和A.【答案】(1)如图所示(2)1.53(说明：±0.03范围内都可)(3)A