2020版高中物理 第十三章 专题突破与题型专练 光的折射与全反射课件 新人教版选修3-4

专题突破与题型专练光的折射与全反射题型一折射定律和折射率的理解和应用课堂探究突破要点1.介质折射率与介质本身的光学性质有关.由n=12sinsin定义和计算,与入射角θ1、折射角θ2无关.2.由n=cv可计算光的折射率,n是从真空射入某种介质的折射率.对两种介质来说,若n1n2,则折射率为n1的称为光密介质,折射率为n2的称为光疏介质.3.光发生折射,从一种介质进入另一种介质时传播速度一定改变,但传播方向不一定改变.(1)该玻璃砖的折射率;(2)光从O1传到N所用的时间.[例1]如图所示的圆表示一圆柱形玻璃砖的截面,O为其圆心,MN为直径.一束平行于MN的光线沿PO1方向从O1点射入玻璃砖,在玻璃砖内传到N点.已知PO1与MN之间的距离为32R(R为玻璃砖的半径),真空中的光速为c,求:思维导图:解析:(1)光路图如图所示,根据几何关系可得sinα=32RR=32θ1=αθ2=2=12根据折射率定义式n=12sinsin解得n=3.(2)据几何关系可得O1N=3R而光的传播速度v=cn,则光从O1传播到N所需的时间t=1ONv解得t=3Rc.答案:(1)3(2)3Rc[针对训练1]真空中有一折射率n=3的直角棱镜ABC,横截面如图所示,∠C=30°,AB的长度为d,过C垂直于BC放一光屏P.一束单色光从AB边的中点D斜射入棱镜,入射方向与AB界面间的夹角为30°,光经AB,AC界面折射后射到光屏上的M点(图中未画出).(1)求M,C间的距离;解析:(1)光从D点传到M点的光路如图.E为光从AC界面出射点,设光在AB界面的入射角为i,折射角为r,在AC界面的入射角为α,折射角为θ,由折射定律得n=sinsinir=sinsin=3由几何知识可得r+α=∠A=60°,联立解得r=30°,α=30°,θ=60°,由几何知识可得,△ADE为等边三角形,EM平行BC,可得hMC=2d+2dsinr=34d.答案:(1)34d(2)已知真空中的光速为c,求单色光从D点传到M点的时间.解析:(2)光在直角棱镜ABC中传播速度为v,时间为t1=2dv.光在空气中时沿水平方向,速度为c,时间为t2=EMxc,由几何知识可得xEM=hMCtanθ又v=cn,光从D点传到M点的时间t=t1+t2=534dc.答案:(2)534dc题型二全反射与折射定律的综合应用[例2](2018·郑州高二检测)如图所示,ABD为一透明材料制成的柱形光学元件的横截面,该种材料的折射率n=3,AD是一半径为R的14圆弧,O为圆弧的圆心,ABDO构成正方形,在O处有一点光源.从点光源射到圆弧AD的光线进入透明材料后首次射向AB或BD界面时,有一部分不能从AB或BD界面直接射出.下面的问题只研究进入透明材料后首次射向AB或BD界面的光线,已知AB面上的P点到A点的距离为33R.求:(1)从P点射出的光线的折射角;(2)AB和BD截面上没有光线射出部分的总长度.思维导图:解析:(1)设射向P点的光线入射角为θ1,折射角为θ2,光路如图所示由几何关系可得sinθ1=22333()3RRR=12根据折射率定义式有12sinsin=1n解得θ2=60°.(2)设临界角为C,射向M点的光线恰好发生全反射,则有sinC=1nAB界面没有光线射出部分的长度BM=(1-tanC)R=(1-211n)R同理可知BC界面没有光线射出部分的长度也为(1-211n)R两界面上没有光线射出部分的总长度l=2(1-211n)R=(2-2)R≈0.59R.答案:(1)60°(2)(2-2)R(或0.59R)[针对训练2]等腰直角玻璃三棱镜ABC的截面如图所示,∠ABC=∠ACB=45°,一条单色光从腰AB上的D点射入三棱镜,在玻璃内部折射光线为DE,折射角r=30°,折射光线传播到BC边上的E点.已知该玻璃砖的折射率n=2.(1)求光线的入射角i(图中未标出);答案:(1)45°解析:(1)根据光的折射定律n=sinsinir,解得i=45°.答案:(2)能发生全反射解析:(2)根据几何关系知∠DEB=15°,光线在BC边的入射角为α=75°,设该单色光从玻璃射入空气发生全反射的临界角为C,由sinC=1n,可得C=45°,由αC可得光线在E点能发生全反射.(2)判断光线能否在E点发生全反射.