2020高考物理一轮总复习 第十四章 振动和波 光 相对论 基础课3 光的折射 全反射课件 新人教版

第十四章振动和波光相对论(选修3－4)光的折射全反射栏目导航123板块一双基巩固板块二考点突破板块三跟踪检测双基巩固固双基、明易错、强化记忆板块一填一填|——知识体系一、光的折射定律折射率1．折射现象光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向发生____________的现象，如图所示．改变2．折射定律(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____________；入射角的正弦值与折射角的正弦值成___________.(2)表达式：sinθ1sinθ2＝n12，式中n12是比例常数．两侧正比3．折射率(1)物理意义：折射率反映介质的光学特征，折射率大，说明光从真空射入到该介质时____________，反之偏折角小．(2)定义式：n＝________，不能说n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____________决定．(3)计算公式：n＝________，因vc，故任何介质的折射率总大于1.偏折角大sinθ1sinθ2频率cv二、全反射光导纤维1．全反射(1)定义：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线____________，只剩下反射光线的现象．(2)条件：①光从光密介质射向光疏介质．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．消失大于等于1n2．光导纤维光导纤维的原理是利用光的全反射(如图)．判一判|——易混易错(1)光的传播方向发生改变的现象叫光的折射．()(2)折射率跟折射角的正弦成正比．()(3)只要入射角足够大，就能发生全反射．()(4)折射定律是托勒密发现的．()(5)若光从空气中射入水中，它的传播速度一定减小．()(6)已知介质对某单色光的临界角为C，则该介质的折射率等于1sinC.()(7)密度大的介质一定是光密介质．()××××√√×记一记|——规律结论1．光从一种介质进入另一种介质为折射现象，光射到两种介质的界面后又返回原介质的现象为反射现象．2．光发生全反射时必须同时满足两个条件：①光从光密介质射入光疏介质；②入射角等于或大于临界角．3．无论折射现象还是反射现象，光路都是可逆的．4．在同种介质中，光的频率越高，折射率越大，传播速度越小，全反射的临界角越小.考点突破记要点、练高分、考点通关板块二考点一折射率及折射定律——自主练透|记要点|1．对折射率的理解(1)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＝cn.(2)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．(3)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．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注：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．|练高分|1．(多选)关于折射率，下列说法正确的是()A．根据n＝sinθ1sinθ2可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比B．根据n＝sinθ1sinθ2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，介质的折射率与光在该介质中的光速成反比D．同一频率的光由真空进入某种介质时，折射率与光在介质中的波长成反比E．折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关解析：选CDE介质的折射率是一个反映介质光学性质的物理量，由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角无关，故选项A、B均错，E正确；由于真空中的光速是一个定值，故n与v成反比是正确的，选项C正确；由于v＝λf，当f一定时，v与λ成正比，又n与v成反比，故n与λ也成反比，选项D正确．2．(2018年全国卷Ⅰ)如图，△ABC为一玻璃三棱镜的横截面，∠A＝30°.一束红光垂直AB边射入，从AC边上的D点射出，其折射角为60°，则玻璃对红光的折射率为________．若改用蓝光沿同一路径入射，则光线在D点射出时的折射角________(填“小于”“等于”或“大于”)60°.解析：由题意知，θ1＝60°，由几何关系知θ2＝30°，由n＝sinθ1sinθ2，得n＝3.由f蓝f红得n蓝n红，又因n＝sinθ1sinθ2，θ2相同，故θ1蓝θ1红，蓝光在D点射出时的折射角大于60°.答案：3大于3．(2018年全国卷Ⅲ)如图，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点做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点做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)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△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＝3.答案：3|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．考点二光的全反射——师生共研|记要点|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＝cn.(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＝lv求解光的传播时间．|析典例|【例】(2018年全国卷Ⅱ)如图，△ABC是一直角三棱镜的横截面，∠A＝90°，∠B＝60°.一细光束从BC边的D点折射后，射到AC边的E点，发生全反射后经AB边的F点射出．EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中点．不计多次反射．(1)求出射光相对于D点的入射光的偏角；(2)为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？[思路点拨](1)根据题意画出光路图；(2)找好边角关系利用几何知识求解．[解析](1)光线在BC边上折射，由折射定律有sini1＝nsinr1①式中，n为棱镜的折射率，i1和r1分别是该光线在BC边上的入射角和折射角．光线在AC边上发生全反射，由反射定律有r2＝i2②式中i2和r2分别是该光线在AC边上的入射角和反射角．光线在AB边上发生折射，由折射定律有nsini3＝sinr3③式中i3和r3分别是该光线在AB边上的入射角和折射角．由几何关系得i2＝r2＝60°，r1＝i3＝30°④F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为δ＝(r1－i1)＋(180°－i2－r2)＋(r3－i3)⑤由①②③④⑤式得δ＝60°.⑥(2)光线在AC边上发生全反射，光线在AB边上不发生全反射，有nsini2≥nsinCnsini3⑦式中C是全反射临界角，满足nsinC＝1⑧由④⑦⑧式知，棱镜的折射率n的取值范围应为233≤n2.[答案](1)60°(2)233≤n2|反思总结|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．|练高分|1．(多选)一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，下图能正确描述其光路的是()解析：选ACE由折射定律可知，光从光密介质进入光疏介质，折射角大于入射角，可能发生全反射，由此判断A、C正确；光从空气射到玻璃砖表面应有折射光线，且折射角小于入射角，B、D错误，E正确．2．如图所示，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＝sinrsini代入数据得n＝3.(2)光线BN恰好在N点发生全反射，则∠BNO为临界角CsinC＝1n设球心到BN的距离为d，由几何知识可知d＝RsinC解得d＝33R.答案：(1)3(2)33R3．(2017年全国卷Ⅲ)如图，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R3的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离．解析：(1)如图所示，从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值，这个入射光刚好发生全反射，其临界角C的正弦sinC＝1n＝23，由几何关系可知从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值dm＝RsinC＝23R.(2)设距光轴R3的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离为L.由几何关系可知：入射角sinα＝13，由折射定律n＝sinβsinα解得sinβ＝12，β＝30°，由正弦定理得Lsin150°＝Rsin30°－α，解得L＝322＋3R5.答案：(1)23R(2)322＋3R5考点三光的色散——自主练透|记要点|1．光线射到介质的界面上时，要注意对产生的现象进行分析(1)若光线从光疏介质射入光密介质，不会发生全反射，而同时发生反射和折射现象，不同色光偏折角不同．(2)若光线从光密介质射向光疏介质，是否发生全反射，要根据计算判断，要注意不同色光临界角不同．2．作图时要找出具有代表性的光线，如符合边界条件或全反射临界条件的光线．3．解答时注意利用光路可逆性、对称性和几何知识．4．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→大同一介质中速度大→小波长大→小临界角大→小通过棱镜的偏折角小→大|练高分|1．如图，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b，波长分别为λa、λb，该玻璃对单色光a、b的折射率分别为na、nb，则()A．λaλb，nanbB．λaλb，nanbC．λaλb，nanbD．λaλb，nanb解析：选B一束光经过三棱镜折射后，折射率小的光偏折较小，而折射率小的光波长较长．所以λaλb，nanb.故选项B正确．2．(2017年北京卷)如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，变为a、b两束单色光．如果光束b是蓝光，则光束a可能是()A．红光B．黄光C．绿光D．紫光解析：选Da、b