第3讲-光的折射-全反射课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,*,创新设计,2018,版,高三一轮总复习实用课件,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,目录,CONTENTS,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,目录,CONTENTS,01,02,03,04,标题文本预设,此部分内容作为文字排版占位显示（建议使用主题字体）,标题文本预设,此部分内容作为文字排版占位显示（建议使用主题字体）,标题文本预设,此部分内容作为文字排版占位显示（建议使用主题字体）,标题文本预设,此部分内容作为文字排版占位显示（建议使用主题字体）,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,目录,CONTENTS,创新设计,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,创新设计,知识梳理 双基过关,课堂互动 研透考点,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本节内容结束,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,3,讲光的折射全反射,第3讲光的折射全反射,一、光的折射定律折射率,1.,折射现象,光从一种介质斜射入另一种介质时传播方向发生,_,的现象，如图,1,所示。,知识要点,改变,图,1,一、光的折射定律折射率1.折射现象知识要点改变图1,2.,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,_,；入射角的正弦与折射角的正弦成,_,。,两侧,正比,2.折射定律两侧正比,(2),物理意义：折射率,n,反映介质的光学特性，不能说,n,与,sin,1,成正比，与,sin,2,成反比，,n,由介质本身的光学性质和光的,_,决定。,3.,折射率,(1),定义：光从真空射入某种介质发生折射时，,_,与,_,之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率。,入射角的正弦,折射角的正弦,频率,(2)物理意义：折射率n反映介质的光学特性，不能说n与sin,二、全反射光导纤维,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,二、全反射光导纤维1.光密介质与光疏介质介质光密介质光疏介,2.,全反射,(1),定义：光从光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到某一角度，折射光线,_,，只剩下反射光线的现象。,(2),条件：,光从光密介质射向光疏介质。,入射角,_,临界角。,消失,大于等于,2.全反射消失大于等于,图,2,3.,光导纤维,光导纤维的原理是利用光的全反射,(,如图,2),。,图23.光导纤维,1,.,(,多选,),一束单色光从真空斜射向某种介质的表面，光路如图,3,所示。下列说法中正确的是,(,),图,3,基础诊断,答案,BCE,1.(多选)一束单色光从真空斜射向某种介质的表面，光路如图3,2.,(,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，下图中能正确描述其光路的是,(,),答案,ACE,2.(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,3.,(,多选,),如图,4,所示，两束不同频率的平行单色光,a,、,b,从水射入空气,(,空气折射率为,1),发生如图所示的折射现象,(,v,b,D.,在空气中的传播速度,v,a,v,b,E.,当,a,、,b,入射角为,0,时，光线不偏折，但仍然发生折射现象,图,4,3.(多选)如图4所示，两束不同频率的平行单色光a、b从水射,答案,BCE,答案BCE,图,5,图5,A.,各色光在,AB,面的折射角都小于,30,B.,各色光在,BC,面的入射角都大于,45,C.,有的色光可能不在,BC,面发生全反射,D.,从,AC,面射出的有色光束中红光在最上方,E.,从,AC,面射出的光束一定平行于,BC,边,A.各色光在AB面的折射角都小于30,答案,ABE,答案ABE,1.,对折射率的理解,折射率及折射定律的应用,1.对折射率的理解折射率及折射定律的应用,2.,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。,2.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,图,6,图6,(i),求桅杆到,P,点的水平距离；,(ii),船向左行驶一段距离后停止，调整由,P,点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为,45,时，从水面射出后仍照射在桅杆顶端，求船行驶的距离。,解析,(i),设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为,x,1,，到,P,点的水平距离为,x,2,；桅杆高度为,h,1,，,P,点处水深为,h,2,；激光束在水中与竖直方向的夹角为,由折射定律有,sin 53,n,sin,(i)求桅杆到P点的水平距离；由折射定律有,设桅杆到,P,点的水平距离为,x,则,x,x,1,x,2,联立,式并代入题给数据得,x,7 m,。,(ii),设激光束在水中与竖直方向的夹角为,45,时，从水面出射的方向与竖直方向夹角为,i,，由折射定律有,sin,i,n,sin 45,设船向左行驶的距离为,x,，,此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为,x,1,，,到,P,点的水平距离为,x,2,，,则,x,1,x,2,x,x,设桅杆到P点的水平距离为x,联立,式并代入题给数据得,答案,(i)7 m,(ii)5.5 m,联立式并代入题给数据得答案(i)7 m(ii),1.,2018,全国,卷，,34(1),如图,7,，,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,。,图,7,1.2018全国卷，34(1)如图7，ABC为一玻,第3讲-光的折射-全反射课件,2.,2018,全国,卷，,34(2),如图,8,，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,2 cm,，,EF,1 cm,。求三棱镜的折射率。,(,不考虑光线在三棱镜中的反射,),图,8,2.2018全国卷，34(2)如图8，某同学在一张水,根据折射定律有,n,sin,sin,式中,n,为三棱镜的折射率。,由几何关系可知,60,EOF,30,在,OEF,中有,EF,OE,sin,EOF,由,式和题给条件得,OE,2 cm,解析,过,D,点作,AB,边的法线,NN,，连接,OD,，则,ODN,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,，如图所示。,根据折射定律有解析过D点作AB边的法线NN，连接OD，则,根据题给条件可知，,OED,为等腰三角形，有,30,根据题给条件可知，OED为等腰三角形，有,1,.,光的色散,(1),现象：一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带。,(,如图,9,所示,),光的色散及光路控制问题,图,9,(2),成因：棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光通过棱镜后的偏折程度最小，对紫光的折射率最大，紫光通过棱镜后的偏折程度最大，从而产生色散现象。,1.光的色散(1)现象：一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色,2,.,各种色光的比较,颜色,红橙黄绿青蓝紫,频率,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,2.各种色光的比较颜色红橙黄绿青蓝紫频率低高同一介质中的折,3.,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,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,3.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制,【例,2,】,(,多选,),如图,10,所示，从点光源,S,发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的,ab,间形成一条彩色光带。下列说法中正确的是,(,),A.,a,侧是红光，,b,侧是紫光,B.,在真空中,a,侧光的波长小于,b,侧光的波长,C.,三棱镜对,a,侧光的折射率大于对,b,侧光的折射率,D.,在三棱镜中,a,侧光的速率比,b,侧光小,E.,在三棱镜中,a,、,b,两侧光的速率相同,图,10,【例2】(多选)如图10所示，从点光源S发出的一细束白光以,答案,BCD,答案BCD,1.(,多选,),如图,11,，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为,，经折射后射出,a,、,b,两束光线。则,(,),A.,在玻璃中，,a,光的传播速度小于,b,光的传播速度,B.,在真空中，,a,光的波长小于,b,光的波长,C.,玻璃砖对,a,光的折射率小于对,b,光的折射率,D.,若改变光束的入射方向使,角逐渐变大，则折射光线,a,首先消失,E.,分别用,a,、,b,光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，,a,光的干涉条纹间距大于,b,光的干涉条纹间距,图,11,1.(多选)如图11，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖,解析,由题图知，入射角相同，光从玻璃砖射出时，,a,光的折射角大于,b,光的折射角，玻璃砖对,a,光的折射率大于对,b,光的折射率，,a,光在玻璃中的传播速度比,b,光的小，,a,光的频率比,b,光的大，在真空中，,a,光的波长较短，,a,光形成的干涉条纹间距较小，选项,A,、,B,正确，,C,、,E,错误；,a,光的全反射临界角较小，当入射角,增大时，,a,光先发生全反射，其折射光线先消失，选项,D,正确。,答案,ABD,解析由题图知，入射角相同，光从玻璃砖射出时，a光的折射角大,2.,(,多选,),直线,P,1,P,2,过均匀玻璃球球心,O,，细光束,a,、,b,平行且关于,P,1,P,2,对称，由空气射入玻璃球的光路如图,12,所示，,a,、,b,光相比,(,),A.,玻璃对,a,光的折射率较小,B.,玻璃对,a,光的临界角较小,C.,b,光在玻璃中的传播速度较小,D.,b,光在玻璃中的传播时间较短,E.,b,光在玻璃中的传播时间较长,图,12,2.(多选)直线P1P2过均匀玻璃球球心O，细光束a、b平行,答案,ACE,答案ACE,1.,分析综合问题的基本思路,(1),判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质。,(2),判断入射角是否大于等于临界角，明确是否发生全反射现象。,(3),画出反射、折射或全反射的光路图，必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图，然后结合几何知识进行推断和求解相关问题。,(4),折射率,n,是讨论折射和全反射问题的重要物理量，是联系各物理量的桥梁，应熟练掌握跟折射率有关的所有关系式。,全反射现象的理解和综合分析,1.分析综合问题的基本思路(1)判断光线是从光疏介质进入光密,2.,求光的传播时间的一般思路,2.求光的传播时间的一般思路,【例,3,】,2019,全国,卷，,34(2),如图,13,，直角三角形,ABC,为一棱镜的横截面，,A,90,，,B,30,。一束光线平行于底边,BC,射到,AB,边上并进入棱镜，然后垂直于,AC,边射出。,图,13,(i),求棱镜的折射率；,(ii),保持,AB,边上的入射点不变，逐渐减小入射角，直到,BC,边上恰好有光线射出。求此时,AB,边上入射角的正弦。,【例3】2019全国卷，34(2)如图13，直角三,解析,(i),光路图及相关量如图所示。,式中,n,是棱镜的折射率。由几何关系可知,60,光束在,AB,边上折射，由折射定律得,解析(i)光路图及相关量如图所示。式中n是棱镜的折射率。由,(ii),设改变后的入射角为,i,，折射角为,，由折射定律得,由几何关系和反射定律得,B,联立,式，并代入,i,60,得,依题意，光束在,BC,边上的入射角为全反射的临界角,c,，且,(ii)设改变后的入射角为i，折射角为，由折射定律得由,由几何关系得,c,30,由,式得入射角的正弦为,由几何关系得,1.,2017,全国卷,，,34(2),如图,14,，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,图,14,1.2017全国卷，34(2)如图14，一半径为R的,联立,式并利用题给条件，得,解析,(i),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,i,c,时，对应入射光线到光轴的距离最大，设最大距离为,l,。,i,i,c,设,n,是玻璃的折射率，由全反射临界角的定义有,n,sin,i,c,1,联立式并利用题给条件，得解析(i)如图，从底面上A处,由几何关系有,C,r,1,i,1,n,sin,i,1,sin,r,1,设折射光线与光轴的交点为,C,，在,OBC,中，由正弦定理有,由几何关系有nsin i1sin r1,联立,式及题给条件得,联立式及题给条件得,2.,2018,全国卷,，,34(2),如图,15,，,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。,图,15,(i),求出射光相对于,D,点的入射光的偏角；,(ii),为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？,2.2018全国卷，34(2)如图15，ABC是一,光线在,AB,面上发生折射，由折射定律有,n,sin,i,3,sin,r,3,式中,i,3,和,r,3,分别是该光线在,AB,面上的入射角和折射角。,解析,(i),光线在,BC,面上折射，由折射定律有,sin,i,1,n,sin,r,1,式中，,n,为棱镜的折射率，,i,1,和,r,1,分别是该光线在,BC,面上,的入射角和折射角。光线在,AC,面上发生全反射，,由反射定律有,i,2,r,2,式中,i,2,和,r,2,分别是该光线在,AC,面上的入射角和反射角。,光线在AB面上发生折射，由折射定律有解析(i)光线在BC面,由几何关系得,i,2,r,2,60,，,r,1,i,3,30,F,点的出射光相对于,D,点的入射光的偏角为,(,r,1,i,1,),(180,i,2,r,2,),(,r,3,i,3,),由,式得,60,。,(ii),光线在,AC,面上发生全反射，光线在,AB,面上不发生全反射，有,n,sin,i,2,n,sin,C,n,sin,i,3,由几何关系得,式中,C,是全反射临界角，满足,n,sin,C,1,由,式知，棱镜的折射率,n,的取值范围应为,式中C是全反射临界角，满足,1,.,基本原理与操作,实验：测定玻璃的折射率,装置及器材,1.基本原理与操作实验：测定玻璃的折射率装置及器材,操作要领,(1),划线：,在白纸上画直线,aa,作为界面，过,aa,上的一点,O,画出界面的法线,NN,，并画一条线段,AO,作为入射光线。,(2),放玻璃砖：,把长方形玻璃砖放在白纸上，使其长边与,aa,重合，再用直尺画出玻璃砖的另一边,bb,。,(3),插针：,实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且,P,1,和,P,2,之间、,P,3,和,P,4,之间、,P,2,与,O,、,P,3,与,O,之间距离要稍大一些。,(4),入射角：,1,不宜太大,(,接近,90),，也不宜太小,(,接近,0),。,(5),光学面：,操作时手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，也不能把玻璃砖界面当尺子画界线。,(6),位置：,实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。,操作要领(1)划线：在白纸上画直线aa作为界面，过aa上,2.,数据处理与误差分析,图,16,2.数据处理与误差分析图16,图,17,图17,(2),误差分析,入射光线、出射光线确定的准确性造成误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些。,入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差。,(2)误差分析,【例,4,】,2019,天津卷，,9(2),某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。,(i),下列哪些措施能够提高实验准确程度,_,。,A.,选用两光学表面间距大的玻璃砖,B.,选用两光学表面平行的玻璃砖,C.,选用粗的大头针完成实验,D.,插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些,【例4】2019天津卷，9(2)某小组做测定玻璃的折,(ii),该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是,_,。,(ii)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和,(iii),该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点,O,为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于,A,、,B,点，再过,A,、,B,点作法线,NN,的垂线，垂足分别为,C,、,D,点，如图,18,所示，则玻璃的折射率,n,_,。,(,用图中线段的字母表示,),图,18,(iii)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的,解析,(i),测玻璃的折射率关键是根据入射光线和出射光线确定在玻璃中的传播光线，因此选用光学表面间距大的玻璃砖以及使同侧两枚大头针的距离大些都有利于提高实验准确程度，减小误差；两光学表面是否平行不影响折射率的测量，为减小误差，应选用细长的大头针，故选项,B,、,C,错误。,(ii),两光学表面平行的玻璃砖的入射光线与出射光线平行，在空气中的入射角大于玻璃中的折射角，画图可知正确的图为,D,。,解析(i)测玻璃的折射率关键是根据入射光线和出射光线确定在,1,.,如图,19,所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率。在平铺的白纸上垂直纸面插大头针,P,1,、,P,2,确定入射光线，并让入射光线过圆心,O,，在玻璃砖,(,图中实线部分,),另一侧垂直纸面插大头针,P,3,，使,P,3,挡住,P,1,、,P,2,的像，连接,OP,3,，图中,MN,为分界线，虚线半圆与玻璃砖对称，,B,、,C,分别是入射光线、折射光线与圆的交点，,AB,、,CD,均垂直于法线并分别交法线于,A,、,D,点。,图,19,1.如图19所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率。,(1),设,AB,的长度为,l,1,，,AO,的长度为,l,2,，,CD,的长度为,l,3,，,DO,的长度为,l,4,，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量,_,，则玻璃砖的折射率可表示为,_,。,(2),该同学在插大头针,P,3,前不小心将玻璃砖以,O,为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将,_(,选填,“,偏大,”“,偏小,”,或,“,不变,”,),。,(1)设AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长度为l3,第3讲-光的折射-全反射课件,2.,(2019,河南省郑州市第三次质量预测,),某同学利用,“,插针法,”,测定平行玻璃砖的折射率，在坐标纸上记录的情况如图,20,所示，虚线为以入射点,O,为圆心作出的圆，由此计算出玻璃砖的折射率为,_,，光在玻璃中的传播速度为,_m/s,。,(,光在真空中的传播速度为,c,3.0,10,8,m/s,。结果均保留,2,位有效数字,),图,20,2.(2019河南省郑州市第三次质量预测)某同学利用“插针,答案,1.5,2.0,10,8,答案1.52.0108,第3讲-光的折射-全反射课件,