（天津专用）2020届高考物理一轮复习 基础课33 光的折射 全反射课件 新人教版

基础课33光的折射全反射-2-知识点一知识点二知识点三折射定律和折射率1.光的折射现象光从一种介质进入另一种介质时,发生改变的现象称为光的折射现象。2.折射定律(1)内容:如图所示,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;入射角的与折射角的成正比。(2)表达式:=n。(3)在光的折射现象中,光路是的。传播方向同一平面两侧正弦正弦sin𝜃1sin𝜃2可逆-3-知识点一知识点二知识点三3.折射率(1)折射率是一个反映介质的光学特性的物理量。(2)定义式:n=𝑠𝑖𝑛θ1𝑠𝑖𝑛θ2。(3)计算公式:,因为vc,所以任何介质的折射率都大于。(4)当光从真空(或空气)射入某种介质时,入射角大于折射角;当光由介质射入真空(或空气)时,入射角小于折射角。n=cv1-4-知识点一知识点二知识点三全反射现象及应用1.光密介质与光疏介质介质光密介质光疏介质折射率大小光速小大相对性若n甲n乙,则甲是介质若n甲n乙,则甲是介质光密光疏-5-知识点一知识点二知识点三2.全反射(1)定义:光从介质射入介质,当入射角增大到某一角度时,折射光线将消失,只剩下反射光线的现象。(2)条件:①光从介质射向介质;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sinC=。介质的折射率越大,发生全反射的临界角越小。(4)光导纤维光导纤维的原理是利用光的全反射。1n光密光疏光密光疏大于或等于-6-知识点一知识点二知识点三光的色散、棱镜1.色散现象白光经过三棱镜后,透射光线在屏上形成按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序排列的。2.三棱镜(1)含义:截面是三角形的玻璃仪器,可以使光发生色散,如图所示。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,使复色光发生色散。彩色光谱折射率传播方向-7-考点一考点二考点三光的折射及折射率的理解(师生共研)1.对折射率的理解(1)当光从真空射入某一介质中时,入射角θ1、折射角θ2都可以发生变化,但它们的正弦值之比却是不变的,是一个常数。(2)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,即。(3)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。(4)同一种色光,在不同介质中虽然波速、波长不同,但频率相同。v=cn-8-考点一考点二考点三2.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制名称平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)模型图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,出射光线向棱镜底面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3.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。-9-考点一考点二考点三例题(2018·全国Ⅲ卷)如图所示,某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“·”(图中O点),然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上,小标记位于AC边上。D位于AB边上,过D点作AC边的垂线交AC于F。该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察,恰好可以看到小标记的像;过O点作AB边的垂线交直线DF于E;DE=2cm,EF=1cm。求三棱镜的折射率。(不考虑光线在三棱镜中的反射)-10-考点一考点二考点三解析过D点作AB边的法线NN',连接OD,则∠ODN=α为O点发出的光线在D点的入射角;设该光线在D点的折射角为β,如图所示。根据折射定律有nsinα=sinβ①式中n为三棱镜的折射率。由几何关系可知β=60°②∠EOF=30°③在△OEF中有EF=OEsin∠EOF④由③④式和题给条件得OE=2cm⑤根据题给条件可知,△OED为等腰三角形,有α=30°⑥由①②⑥式得n=。⑦3答案3-11-考点一考点二考点三思维训练(2017·全国Ⅱ卷)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。-12-考点一考点二考点三解析设从光源发出直接射到D点的光线的入射角为i1,折射角为r1,在剖面内作光源相对于反光壁的镜像对称点C,连接C、D,交反光壁于E点,由光源射向E点的光线,反射后沿ED射向D点。光线在D点的入射角为i2,折射角为r2,如图所示。设液体的折射率为n,由折射定律有nsini1=sinr1①nsini2=sinr2②由题意知r1+r2=90°③联立①②③式得n2=1sin2𝑖1+sin2𝑖2④-13-考点一考点二考点三由几何关系可知sini1=𝑙24𝑙2+𝑙24=117⑤sini2=32𝑙4𝑙2+9𝑙24=35⑥联立④⑤⑥式得n=1.55。⑦答案1.55-14-考点一考点二考点三全反射的理解及应用(师生共研)1.求解光的折射、全反射问题的四点提醒(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)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。(3)在光的反射和全反射现象中,均遵循光的反射定律,光路均是可逆的。(4)当光射到两种介质的界面上时,往往同时发生光的折射和反射现象,但在全反射现象中,只发生反射,不发生折射。-15-考点一考点二考点三2.解决全反射问题的一般方法(1)确定光是从光密介质进入光疏介质。(2)应用sinC=确定临界角。(3)根据题设条件,判定光在传播时是否发生全反射。(4)如发生全反射,画出入射角等于临界角时的临界光路图。(5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算,解决问题。1n-16-考点一考点二考点三3.全反射棱镜(等腰直角棱镜),如图所示(1)当光线从一直角边垂直射入时,在斜边发生全反射,从另一直角边垂直射出(如图甲)。(2)当光线垂直于斜边射入时,在两直角边发生全反射后又垂直于斜边射出(如图乙),入射光线和出射光线互相平行。-17-考点一考点二考点三例题(2018·河北衡水冀州中学模拟)如图所示,将一等腰直角棱镜ABC截去棱角ADE,使其截面DE平行于底面BC,可制成“道威棱镜”,这样就减小了棱镜的质量和杂散的内部反射。已知棱镜玻璃的折射率,棱边长,lAD=3cm,一束平行于底边BC的单色光从DE边上的M点射入棱镜。(1)求光线进入“道威棱镜”时的折射角;(2)通过计算判断光线能否从BC边射出;(3)求光线在棱镜中传播所用的时间。n=2lAC=33cm-18-考点一考点二考点三解析(1)由折射定律n=sin45°sin𝑟解得r=30°。(2)由临界角公式sinC=1𝑛,得C=45°如图所示,光线到达BC边时,入射角θ=75°C,将发生全反射,所以光线不能从BC边射出。-19-考点一考点二考点三(3)光在棱镜中的传播速度v=𝑐𝑛=3×1082m/s=32×1082m/s由几何关系∠ACD=30°,CD=2lAD=6cm,光在介质中的路程s=CD=6cm=0.06m。所用时间t=𝑠𝑣=22×10-10s。答案(1)30°(2)光线不能从BC边射出(3)22×10-10s-20-考点一考点二考点三方法归纳解答全反射类问题的技巧1.根据题意画出光的折射或恰好发生全反射的光路图。2.作图时找出具有代表性的光线,如符合边界条件的临界光线等。3.利用平面几何知识分析线、角关系,找出入射角、折射角或临界角。注意入射角、折射角均以法线为标准。4.以刚好发生全反射的光线为比较对象,来判断光线是否发生全反射,从而画出其他光线的光路图。-21-考点一考点二考点三思维训练(2017·全国Ⅲ卷)如图所示,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;(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。R3-22-考点一考点二考点三解析(1)如图,从底面上A处射入的光线,在球面上发生折射时的入射角为i,当i等于全反射临界角ic时,对应入射光线到光轴的距离最大,设最大距离为l。i=ic①设n是玻璃的折射率,由全反射临界角的定义有nsinic=1②由几何关系有sini=𝑙𝑅③联立①②③式并利用题给条件,得l=23R。④-23-考点一考点二考点三(2)设与光轴相距𝑅3的光线在球面B点发生折射时的入射角和折射角分别为i1和r1,由折射定律有nsini1=sinr1⑤设折射光线与光轴的交点为C,在△OBC中,由正弦定理有sin∠𝐶𝑅=sin(180°-𝑟1)𝑂𝐶⑥由几何关系有∠C=r1-i1⑦sini1=13⑧联立⑤⑥⑦⑧式及题给条件得OC=3(22+3)5R≈2.74R。⑨答案(1)23R(2)3(22+3)5R(或2.74R)-24-考点一考点二考点三光的色散现象(自主悟透)1.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。2.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→大同一介质中的速度大→小波长大→小临界角大→小通过棱镜的偏折角小→大-25-考点一考点二考点三思维训练1.如图所示,一细束红光和一细束蓝光平行射到同一个三棱镜上,经折射后交于光屏上的同一个点M,若用n1和n2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率,下列说法正确的是()A.n1n2,a为红光,b为蓝光B.n1n2,a为蓝光,b为红光C.n1n2,a为红光,b为蓝光D.n1n2,a为蓝光,b为红光答案解析解析关闭由题图可知,b光线经过三棱镜后的偏折角较小,因此折射率较小,是红光。答案解析关闭B-26-考点一考点二考点三2.(2018·内蒙古包头九中期中)(多选)虹是由阳光射入雨滴(球形)时,经一次反射和两次折射而产生色散形成的。现有白光束L由图示方向射入雨滴,a、b是经反射和折射后的其中两条出射光线,如图所示。下列说法正确的是()A.光线b在水滴中传播时的波长较长B.光线a在雨滴中的折射率较大C.若分别让光线a、b通过同一双缝装置,则光线b形成的干涉条纹的间距较大D.光线a在雨滴中的传播速度较大答案解析解析关闭画出光路图,分析可知,第一次折射时,a光的折射角较小,b光的折射角较大,而入射角相等,根据折射率公式n=sin𝑖sin𝑟得知,光线a在雨滴中的折射率较大,b光的折射率较小,则光线b的频率较小,波长较长,A、B正确;双缝干涉条纹的间距与波长成正比,光线b波长较长,则b光形成的干涉条纹的间距较大,C正确;由公式v=𝑐𝑛分析知,光线a在雨滴中的传播速度较小,D错误。答案解析关闭ABC-27-考点一考点二考点三特别提醒光的色散中的注意问题1.明确题意,入射光为复色光,在出射光中,不同色光的偏折角不同。2.红光的折射率最小,其偏折角最小。3.紫光的折射率最大,其临界角最小,最易出现全反射。