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当前位置:首页 > 临时分类 > 2020届高考物理总复习 第3课时 光的折射 全反射课件 教科版选修3-4
第3课时光的折射全反射基础回顾核心探究演练提升基础回顾自主梳理·融会贯通知识梳理一、光的折射定律、折射率1.折射现象:光射到两种介质的分界面时,一部分光进入第二种介质继续传播.2.折射定律(1)内容:入射光线、折射光线和法线在内,入射光线与折射光线分居法线;入射角的正弦值与折射角的正弦值之比为一常数.同一平面两侧(2)表达式:n=,n代表折射率.可逆sinsinir(3)在光的折射现象中,光路是的.3.折射率(1)定义:光从真空射入某种介质发生折射时,的正弦值与的正弦值的比值.(2)定义式:n=.不能说n与成正比,与成反比.(3)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,反之偏折小.(4)计算公式:n=,因vc,故任何介质的折射率总1.sinsinir入射角i折射角rsinisinr偏折大cv大于二、全反射、光导纤维、光的色散1.全反射(1)条件①光从光密介质射入.光疏介质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=.大于或等于反射光1n2.光导纤维原理:利用.光的全反射3.光的色散(1)色散现象:白光通过三棱镜会形成由七种色光组成的彩色光谱.(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,紫光折射得更明显些,当它们射出另一个界面时,紫光的偏折角,红光的偏折角.红到紫不同最大最小自主检测1.思考判断(1)光的传播方向发生改变的现象叫光的折射.()(2)在光的折射和全反射现象中,均遵循光的反射定律,光路均是可逆的.()(3)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.()(4)折射率跟折射角的正弦成正比,跟入射角的正弦成反比.()(5)入射角足够大,也不一定能发生全反射.()(6)若光从空气中射入水中,它的传播速度一定增大.()答案:(1)×(2)√(3)√(4)×(5)√(6)×2.(2018·河北衡水调研)(多选)如图所示,光在真空和介质的界面MN上发生偏折,那么下列说法正确的是()A.光是从真空射向介质B.介质的折射率约为1.73C.光在介质中的传播速度约为1.73×108m/sD.反射光线与折射光线成60°角E.反射光线与折射光线成90°角BCE解析:因为折射角大于入射角,所以光是从介质射向真空的,选项A错误;据折射率公式得n=oosin60sin30,所以n≈1.73,选项B正确;再由折射率n=cv,代入数据得v≈1.73×108m/s,选项C正确;反射光线与折射光线成90°角,选项D错误,E正确.3.(2018·黑龙江牡丹江一中月考)如图,足够宽的液槽中水的折射率n=,M是可绕轴转动的平面镜,M与水平面的夹角为α.光线从液槽的侧壁水平射入水中,若α=30°,则经平面镜反射后的光线从水面射出时折射角的正弦值为.解析:作出光线经平面镜反射后从水面射出的光路如图所示.在水面发生折射的入射角β=90°-2α;由折射定律,有sinsin=n;代入数据得折射角γ的正弦值sinγ=32.3答案:32核心探究分类探究·各个击破考点一光的折射定律1.对折射率的理解(1)公式理解①公式n=中,不论是光从真空射入介质,还是从介质射入真空,i总是真空中的光线与法线间的夹角,r总是介质中的光线与法线间的夹角.②折射率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v=.(2)特性理解①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.②同一种色光,在不同介质中虽然波速、波长不同,但频率相同.12sinsincn2.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制类别项目平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)结构玻璃砖上下表面是平行的横截面为三角形的三棱镜横截面是圆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,出射光线向棱镜底边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应用测定玻璃的折射率全反射棱镜,改变光的传播方向改变光的传播方向【典例1】(2016·全国Ⅲ卷,34)如图,玻璃球冠的折射率为,其底面镀银,底面的半径是球半径的倍;在过球心O且垂直于底面的平面(纸面)内,有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的M点,该光线的延长线恰好过底面边缘上的A点.求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角.332解析:设球半径为R,球冠底面中心为O′,连接OO′,则OO′⊥AB,令∠OAO′=α,有cosα=OAOA=32RR①即α=30°②由题意知MA⊥AB所以∠OAM=60°.③设图中N点为光线在球冠内底面上的反射点,所考虑的光线的光路图如图所示.设光线在M点的入射角为i,折射角为r,在N点的入射角为i′,反射角为i″,玻璃折射率为n,由于△OAM为等边三角形,有i=60°④由折射定律有sini=nsinr⑤代入题给条件n=3得r=30°⑥作底面在N点的法线NE,由NE∥AM,有i′=30°⑦根据反射定律,有i″=30°⑧连接ON,由几何关系知△MAN≌△MON,故有∠MNO=60°⑨由⑦⑨式得∠ENO=30°⑩于是∠ENO为反射角,ON为反射光线,这一反射光线经球面再次折射后不改变方向,所以,经一次反射后射出玻璃球冠的光线相对于入射光线的偏角β为β=180°-∠ENO=150°.答案:150°反思总结解决光的折射问题的思路(1)根据题意画出正确的光路图.(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系,要注意入射角、折射角均以法线为标准.(3)利用折射定律、折射率公式求解.(4)注意在折射现象中光路是可逆的.1.[对折射率的理解](2017·湖南岳阳县期中)一束光由空气射入某介质,当入射光线和界面的夹角为30°时,折射光线恰好与反射光线垂直,则光在该介质中的传播速度是.多维训练解析:当入射光线与界面间的夹角为30°时,入射角i=60°,折射光线与反射光线恰好垂直,则折射角r=90°-60°=30°,故折射率为n=sinsinir=oosin60sin30=3,这束光在此介质中传播的速度为v=cn=33c.答案:33c2.导学号58826289[折射定律的应用](2018·河南安阳检测)如图所示,真空中有一个半径为R,质量分布均匀的玻璃球,一细激光束在真空中沿直线AB传播,激光束入射到玻璃球表面的B点经折射进入小球,激光束在B点入射角i=60°,并于玻璃球表面的C点经折射又进入真空中(光线所在平面经过球心).最后打在玻璃球右边的竖直光屏上D点,已知玻璃球球心与D点的距离为d=3R,∠BOC=120°,光在真空中的速度为c.求:(1)玻璃球对该激光束的折射率;解析:(1)在B点,入射角i=60°,折射角r=30°由光的折射定律得n=sinsinir=oosin60sin30=3.答案:(1)3(2)激光束自B点运动至光屏的时间.解析:(2)光在玻璃球中的速度v=cn=33c光在玻璃中运动的路程sBC=2Rsin60°=3R,由数学知识可得sCD=R光从B传到C的时间tBC=BCsv=333Rc=3Rc,光从C传到D的时间tCD=CDsv=Rc所以,激光束自B点运动至光屏的时间t=tBC+tCD=4Rc.答案:(2)4Rc考点二光的全反射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.2.求解全反射现象中光的传播时间的一般思路(1)全反射现象中,光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化,即v=.cv(2)全反射现象中,光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定.(3)利用t=求解光的传播时间.lv【典例2】(2018·广西桂林适应性考试)如图所示,某种透明介质的截面图由直角三角形AOC和圆心为O、半径为R的四分之一圆弧BC组成,其中∠A=60°.一束单色光从D点垂直AB面射入透明介质中,射到圆弧BC上时恰好发生全反射.已知D点与O点之间的距离为,光在真空中的传播速度为c.求:2R(1)单色光在介质中的传播速度v;解析:(1)设介质的临界角为∠1,则sin∠1=1n,sin∠1=ODOE=22,解得∠1=45°,n=2折射率与速度的关系n=cv,得v=22c.答案:(1)22c(2)单色光第一次射出介质时折射角θ.解析:(2)EF与AB平行,∠3=90°-∠EFC=90°-∠A=30°根据折射定律有n=sinsin3,解得θ=45°.答案:(2)45°方法技巧解答全反射类问题的技巧(1)解答全反射类问题时,要抓住发生全反射的两个条件:①光必须从光密介质射入光疏介质;②入射角大于或等于临界角.(2)利用好光路图中的临界光线,准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键,且在作光路图时尽量与实际相符.1.[应用全反射求折射率](2018·福建莆田模拟)如图表示一个盛有某种液体的槽,槽的中部扣着一个横截面为等腰直角三角形的薄壁透明罩CAB,罩内为空气,整个罩子浸没在液体中,底边AB上有一个点光源D,其中BD=AB.P为BC边的中点,若要在液面上方只能够看到被照亮的透明罩为P点的上半部分,试求槽内液体的折射率应为多大?多维训练14解析:如图所示,由点光源发出的光线DP经过BC面的折射光线恰好在液面发生全反射.由几何关系得入射角α=45°,由临界角公式sinC=1n折射角β=45°-C由折射定律,有n=sinsin=oosin45sin45C又cosC=21sinC=211n解得sinC=15,n=5.答案:52.[全反射原理与极值问题](2017·河北衡水中学三摸)可见光通信是利用LED灯的光线实现上网的新型高速数据传输技术.如图所示,LED闪光灯的圆柱形封装玻璃体横截面的直径AB=d,玻璃体的长度AC=10d,LED灯(可视为点光源)固定在玻璃体内底面的圆心O处,玻璃体对LED灯发出的光的折射率n=2,LED灯能向各个方向均匀发光,且发光功率为P.真空中光速为c.求:解析:(1)根据v=cn可得v=2c光从O点沿直线射到AB面上的圆心O′用时最短t=10dv=20dc.(1)从AB面射出的光在玻璃体中传播的最短时间.答案:(1)20dc解析:(2)设光线射到侧面D处时恰好发生全反射,则在D处的入射角α满足sinα=1n=12,解得α=30°.由几何关系可知∠O′OD=60°,由对称知识可知LED发出的光有三分之一可以从AB面射出,所以从AB面射出的光的功率为3P.(2)从AB面射出的光的功率.答案:(2)3P考点三光的色散现象各种色光的比较颜色红橙黄绿青蓝紫频率ν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→小通过棱镜的偏折角小→大临界角大→小双缝干涉时的条纹间距大→小【典例3】(2018·四川遂宁外国语实验学校月考)(多选)如图所示,两束单色光a,b从水下射向A点后,光线经折射合成一束光c进入空气,则下列说法中正确的是()A.a光的频率比b光的频率大B.在水中a光的临界角比b光的临界角大C.在水中a光的速度比b光的速度小D.a光的波长比b光的波长大E.b光的折射率比a光的折射率大BCE解析:由图知,a光的偏折程度小于b光的偏折程度,所以a光的折射率小于b光的折射率.a光的频率小于b光的频率,a光的波长大于b光的波长.故AD错误,E正确.根据全反射临界角公式sinC=1n知,在水中a光的临界角大于b光的临界角,故B正确.由v=cn可知,在水中a光的速度大于b光的速度,故C正确.【针对训练】(2018·宁夏育才中学月考)(多选)如图,在水中有一厚度不计的薄玻璃片
本文标题:2020届高考物理总复习 第3课时 光的折射 全反射课件 教科版选修3-4
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