2019年高考物理一轮复习 第十六章 光与电磁波 相对论简介 第1讲 光的折射、全反射学案

第1讲光的折射、全反射板块一主干梳理夯实基础【知识点1】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改变的现象。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两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。(2)表达式：n12，式中n12是比例常数。(3)在光的折射现象中，光路是可逆的。3折射率(1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦的比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率，用符号n表示。(2)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。(3)定义式：n，不能说n与sin1成正比、与sin2成反比，对于确定的某种介质而言，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定。(4)光在不同介质中的速度不同；某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n，因vc，故任何介质的折射率总大于(填“大于”或“小于”)1。(5)相对折射率：光从介质1射入介质2时，入射角1与折射角2的正弦之比叫做介质2对介质1的相对折射率。4光密介质与光疏介质(1)光密介质：折射率较大的介质。(2)光疏介质：折射率较小的介质。(3)光密介质和光疏介质是相对的。某种介质相对其他不同介质可能是光密介质，也可能是光疏介质。【知识点2】全反射、光导纤维1全反射(1)条件：光从光密介质射入光疏介质。入射角大于或等于临界角。(2)现象：折射光完全消失，只剩下反射光。(3)临界角：折射角等于90时的入射角，用C表示，sinC。(4)应用：光导纤维；全反射棱镜。2光的色散(1)光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象。(2)色散规律：白光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光组成的，折射率依次减小，红光的最小，紫光的最大，当一束白光入射到棱镜界面时，七种色光以相同的入射角射到棱镜界面，各种色光的折射角不同，红光偏折得最小，紫光偏折得最大；当它们从另一个界面射出时，仍然是紫光的偏折最大，红光的偏折最小。(3)光的色散现象说明白光为复色光；同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率越大；不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速越慢。【知识点3】实验：用插针法测定玻璃的折射率1实验原理如图所示，用插针法确定入射角和折射角，根据n计算玻璃折射率。2实验器材两侧面平行的玻璃砖、白纸、木板、大头针、量角器、刻度尺、铅笔。3实验步骤(1)把白纸用图钉钉在木板上。(2)用刻度尺在纸面上作一条直线aa，过aa上一点O作垂直于aa的线段NN，再过O点作一条线段AO，并使NOA即1适当大些。(3)在AO线上竖直地插两枚大头针P1、P2，并使间距适当大些，在白纸上沿直线aa放上被测玻璃砖。(4)沿玻璃砖的另一个侧面再作一条直线bb。(5)在玻璃砖的bb一侧白纸上竖直地插一枚大头针P3，使P3恰好能同时挡住aa一侧所插的大头针P2、P1的像。接着，在玻璃砖的bb一侧再竖直地插一枚大头针P4，使P4能挡住P3本身以及P1、P2的像。(6)标记下P1、P2、P3、P4的位置，移去玻璃砖，拔去大头针，过P3、P4作一条直线OB，交bb于O点，连接OO就是入射光线AO在玻璃砖内的折射光线，折射角为2。(7)用量角器量出入射角1和折射角2的大小，记入表格内。(8)用上述方法分别测出入射角是15、30、45、60和75时的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，记入表格里。算出各不同入射角时的值，求出它们的平均值，就是这块玻璃的折射率。4注意事项(1)实验时，将大头针尽可能竖直地插在纸板上，并且使P1和P2之间、P3与P4之间距离适当大一些，这样可以减小确定光路方向时出现的误差。(2)入射角1应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大，太大会导致反射光太强、折射光太弱，不易确定P3、P4的位置。(3)在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，更不能把玻璃砖当尺子画界线。(4)在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。板块二考点细研悟法培优考点1折射定律及折射率的应用拓展延伸1对折射率的理解(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，1都是指真空中的光线与法线间的夹角，2都是指介质中的光线与法线间的夹角。(2)折射率由介质本身性质和入射光频率共同决定，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)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、波长可能不同，但频率相同。2.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制例1如图，一束单色光射入一半径为0.1 m的玻璃球体，入射角为60，已知光线在玻璃球内经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行。求：(1)此玻璃的折射率；(2)光在玻璃球内的传播时间。(1)如何确定玻璃球体内的折射光线和反射光线？提示：由于折射回到空气中时与入射光线平行，出射的光路与入射的光路具有对称性，根据对称性可确定玻璃球体内的折射光线和反射光线。(2)如何求光在玻璃球体内的传播时间？提示：由n求折射率，再根据n求光在玻璃球体内的传播速度v，由几何关系求出光在玻璃球体内传播的距离，再由t求时间。尝试解答(1)(2)2109 s。(1)作出该束光在玻璃球体内的光路图，A、C是折射点，B是反射点，OD平行于入射光线，由几何知识得AODCOD60，则由几何关系得OAB30。折射角2OAB30，入射角160所以折射率为n。(2)光在玻璃球内的传播速度v m/s108 m/s光在玻璃球内传播的距离s4OAcos3040.1 m m故光在玻璃球内的传播时间t s2109 s。总结升华光的折射问题的规范求解(1)一般解题步骤根据题意作出光路图，注意准确作出法线。对于球形玻璃砖，法线是入射点与球心的连线，如例1。利用数学知识找到入射角和折射角。利用折射定律列方程。(2)应注意的问题入射角、折射角是入射光线、折射光线与法线的夹角。应用公式n时，要准确确定哪个角是1，哪个角是2。在折射现象中，光路是可逆的。一束复色光由空气射向玻璃，发生折射而分成a、b两束单色光，其传播方向如图所示。设玻璃对a、b的折射率分别为na和nb，a、b在玻璃中的传播速度分别为va和vb，则()Ananb Bnanb Cvavb Dvanb，A、B错误。由n可知，折射率大的光在玻璃中的传播速度小，所以va0区域向y轴负方向射向玻璃砖，并沿x轴方向调整玻璃砖的位置，使这束激光从玻璃砖底面射出后，仍向y轴负方向传播D在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2E在坐标系y0方向侧移了一些，这将导致所测的玻璃折射率与其真实值相比_。(选填“偏大”“不变”或“偏小”)(2)若实验中该同学在y0方向侧移了一些，导致测量的x2偏大，x1偏小，导致玻璃的折射率的测量值与真实值相比偏大。(2)在y0的区域内，从任何角度都无法透过玻璃砖看到P1、P2，说明光线AO在界面aa上发生了全反射，为能看到，应该减小光线AO的入射角。12