资源描述
第3课时光的折射全反射【考纲解读】1.理解折射率的概念，掌握光的折射定律.2.掌握全反射的条件，会进行有关简单的计算.题组扣点,深度思考以题带点深入理解概念规律基础知识题组1 .折射定律的应用观察者看见太阳从地平线升起时，关于太阳位置的下列叙述中正确的A .太阳位于地平线之上B.太阳位于地平线之下C.太阳恰位于地平线D.大气密度不知，无法判断答案 B解析 太阳光由地球大气层外的真空射入大气层时要发生折射，根据折射定律，折射角 小于入射角，折射光线进入观察者的眼睛，观察者认为光线来自它的反向延长线.这样 使得太阳的实际位置比观察者看见的太阳位置偏低.2 .折射定律与折射率的理解和应用如图1所示，光线以入射角以从空气射向折射率n =寸2的玻璃表面.自、(1)当入射角 以=45。时，求反射光线与折射光线间的夹角a1(2)当入射角以为何值时，反射光线与折射光线间的夹角0= 90 ?图1答案 (1)105 (2)arctan 陋解析设折射角为力,由折射定律snT =门得$所生=101 =吗纣=工所以，(2=sin (2n 42230.因为 k =a=45,所以 0= 180 45 30 = 105.(2)因为 由+ (2=90,所以，sin 伪=sin (90 6)=cos 6 = cos 6 由折射定律得 tan R =9) = arctan 巾.3 .全反射问题分析很多公园的水池底都装有彩灯，当一细束由红、蓝两色组成的灯光从 水中斜射向空气时，关于光在水面可能发生的反射和折射现象，下列光路图中正确的是答案 C解析 红光、蓝光都要发生反射，红光的折射率较小，所以蓝光发生全反射的临界角较红光小，蓝光发生全反射时，红光不一定发生，故只有C正确.4 .光的色散现象分析(2011大纲全国16)雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹.设水滴是球形的，图 2中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内,a、 b、 c、d代表四条不同颜色的出射光线,太阳光则它们可能依次是A.紫光、黄光、蓝光和红光B.紫光、蓝光、黄光和红光C.红光、蓝光、黄光和紫光D.红光、黄光、蓝光和紫光答案 B解析 由可见光的折射率知，红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光的折射率依次增大,由题图知a-d折射率依次减小，故A、C、D错，B对.【考点梳理】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：如图3所示，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.s. sin1表达式：sn忑=n.R空气水在光的折射现象中，光路是可逆的.3.折射率(1)折射率是一个反映介质的光学性质的物理量.定义式：门=黑(3)计算公式：n = c，因为v %所以光线在课堂探究,考点突破先做后听其网探究更律方法BC边发生全反射，光线沿DE方向射出棱镜后的方向与 AC边垂直，光路图如图所示.【方法提炼】确定光线的方法1 .先确定光线在界面上的入射点，然后再找光线通过的另外一个点，通过两点确定光线.2 .根据折射定律计算折射角，确定折射光线.当光由光密介质射向光疏介质时，应注意是否发生全反射.考点一折射定律的理解与应用解决光的折射问题的一般方法:(i)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，确定入射角和折射角.(3)利用折射定律建立方程进行求解.C=60, P为垂直于直线 BC的光【例1】如图5所示，ABCD为一直角梯形棱镜的截面，/屏，现用一宽度等于 AB边的单色平行光束垂直射向AB面，经棱镜折射后在屏 P上形2成宽度等于2AB的一条光带，求棱镜的折射率.3解析 光路图如图所示，根据题意有02= 30, FC =1 AB3则芾=1 AB 3根据几何关系有3DE = CE tan 30 = AB tan 30 = AB33在4DEF中，tan&十，解得 比=30 DE 3由折射定律可得n = sin（.e2t %），解得n = V3 sin a答案二3【突破训练1】如图6所示，在坐标系的第一象限内有一横截面 为四分之一圆周的柱状玻璃体OPQ, OP=OQ=R, 一束单色光垂直OP面射入玻璃体，在OP面上的入射点为 A, OAR=R，此单色光通过玻璃体后沿 BD方向射出，且与x轴交 于D点，OD =43R,求该玻璃的折射率.答案 ，3解析 作光路图如图所示.在 PQ面上的入射角sin LOAT，0i= 300OB 2由几何关系可得 生=60。折射率n = S考点二全反射现象的理解与应用1 .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.2 .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.当折射角等于90。时，实际上就已经没有折射光了.3 .全反射现象可以从能量的角度去理解：当光由光密介质射向光疏介质时，在入射角逐渐增C大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时， 折射光的能量已经减弱为零， 这时就发 生了全反射.【例2】如图7所示为用某种透明材料制成的一块柱形棱镜的截面图，圆弧CD为半径为R的四分之一的圆周，圆心为 O,光线 日从AB面上的某点入射，入射角自= 45。，它进入棱镜后恰好以临界角射在BC面上的。点.(1)画出光线由AB面进入棱镜且从 CD弧面射出的光路图;(2)求该棱镜的折射率n；(3)求光线在该棱镜中传播的速度大小v(已知光在空气中的传播速度c= 3.0X108 m/s).解析(1)光路图如图所示.(2)光线在BC面上恰好发生全反射，入射角等于临界角 Csin C = , cos C=. nn光线在AB界面上发生折射，折射角& =90C,由几何关系得sin 02= cos C,由折射定律得廿元由以上几式联立解得n = 6光速 v = n = V6J2, sin C=兴,n =乎.考点三光路控制问题分析1.玻璃砖对光路的控制两平面平行的玻璃砖，出射光线和入射光线平行，且光线发生了侧移，如图9所示.2.三棱镜对光路的控制（i）光密三棱镜：光线两次折射均向底面偏折，偏折角为 所示.a如图io图10（2）光疏三棱镜：光线两次折射均向顶角偏折.全反射棱镜（等腰直角棱镜），如图11所示.甲乙图11（如图11（如图11乙）,当光线从一直角边垂直射入时，在斜边发生全反射，从另一直角边垂直射出甲）当光线垂直于斜边射入时，在两直角边发生全反射后又垂直于斜边射出入射光线和出射光线互相平行.特别提醒 不同颜色的光的频率不同，在同一种介质中的折射率、光速也不同，发生全反射 现象的临界角也不同.【例3 如图12所示，MNPQ是一块截面为正方形的玻璃砖，正方形的 边长为30 cm,有一束很强的细光束 AB射到玻璃砖的 MQ面上， 入射点为B,该光束从B点进入玻璃砖后再经 QP面反射沿DC方 向射出.其中B为MQ的中点，ZABM =30, PD = 7.5 cm, Z CDN= 30.试在原图上准确画出该光束在玻璃砖内的光路图，并求出该图12玻璃砖的折射率.解析 找出B点关于界面 QP的对称点 巳连接ED交QP于F点，即光束在 F点发生反射，所以其光路图如图所示.由几何关系得DE =、302+ （15+7.5 2 cm =37.5 cm.DP + QE s &= de = 0.6由折射定律得廿慧=1.44.答案见解析图 1.44【突破训练 3 如图13是透明圆柱介质的横截面，C、D为圆上两点.一_一个束单色光沿BC方向入射，从 D点射出.已知/ COD = 90, / BCO f/=120。.求介质的折射率；图13(2)改变/ BCO的大小，能否在介质的内表面发生全反射？答案当(2)不能解析 (1)作出光路图如图，由几何关系知-6。,3= 45。；折射率n侪=坐(2)由光路可逆可知，光不可能在介质内表面发生全反射.学科素养培养加搔审题与建模指导培养学科解题能力54.平行板玻璃砖模型的分析物理模型构建【例4 如图14所示，两块相同的玻璃等腰三棱镜ABC置于空气中，两者的AC面相互平行放置，由红光和蓝光组成的细光束平行于BC面从P点射入，通过两棱镜后，变为从 a、b两点 射出的单色光，对于这两束单色光()A.红光在玻璃中传播速度比蓝光大图14B.从a点射出的为红光，从 b点射出的为蓝光C.从a、b两点射出的单色光不平行D.从a、b两点射出的单色光仍平行，且平行于BC解析由玻璃对蓝光的折射率较大,可知A选项正确.由偏折程度可知 B选项正确.对于C、D二选项，我们应首先明白，除了题设给出的两个三棱镜外，二者之间又形成一个物理模型一一平行玻璃砖(不改变光的方向，只使光线发生侧移).中间平行部分只是使光发生了侧移.略去侧移因素，整体来看，仍是一块平行玻璃板，AB/ BA.所以出射光线仍平行. 作出光路图如图所示，可知光线Pc在P点的折射角与光线 ea在a点的入射角相等，据光路可逆，则过a点的出射光线与过 P点的入射光线平行.由此， D选项正确.答案 ABD屡屋时碰到的两面平行的玻璃砖往往是清清楚楚画出来的，是“有形”的，铮乙折射率大于周围介质的折射率，这时光线的侧移方向也是我们熟悉的.而该题中，未知介质形成的两面平行的“玻璃砖”并未勾勒出来，倒是其两侧的介质 （三棱镜）被清楚地勾勒出来了， 而且前者的折射率未必大于后者.这就在一定程度上掩盖了两面平行的“玻璃砖”的特征.因此我们不仅要熟悉光学元件的光学特征，而且要会灵活地运用，将新的情景转化为我们熟知的模型.【突破训练4 频率不同的两束单色光 1和2以相同的入射角从同一点射入空气玻璃板卜一厚玻璃板后，其光路如图 15所示，下列说法正确的是（） A .单色光1的波长小于单色光 2的波长B.在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光 2的传播速度图15C.单色光1垂直通过玻璃板所需的时间小于单色光2垂直通过玻璃板所需的时间D.单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角答案 AD解析 本题考查光的色散、全反射现象、光速和折射率之间的关系等知识点.由图知单色光1在界面折射时的偏折程度大，则单色光1的折射率大，因此单色光 1的频率大于单色光2的频率，那么单色光 1的波长就小于单色光 2的波长，A项对；由n = c知，折 v射率大的单色光1在玻璃中传播速度小，当单色光1、2垂直射入玻璃时，二者通过玻璃板的路程相等，此时单色光 1通过玻璃板所需的时间大于单色光2的，B、C项都错；由sin C= 【高考题组】 （2012天津理综6）半圆形玻璃砖木It截面如图 16所示，AB为直径，O 飞 点为圆心.在该截面内有a、b两束单色可见光从空气垂直于AB射 ， j入玻璃砖，两入射点到O的距离相等.两束光在半圆边界上反射和 *折射的情况如图所示，则 a、b两束光（）图16A .在同种均匀介质中传播，a光的传播速度较大及单色光1的折射率大知，D项对. n高考模拟,提能训练走近高考检测谣童效果提升解题能力B .以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角大C.若a光照射某金属表面能发生光电效应，则b光也一定能D.分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距大答案 ACD解析 由题图可知，b光发生了全反射，a光没有发生全反射，即a光发生全反射的临界角Ca大于b光发生全反射的临界角 Cb,根据sin C=1n，知a光的折射率较小，即&nb, 根据n=c,知vavb,选项A正确；根据n=snT,当相等时，明出，选项B错误;vsin 能光的折射率越大，频率越高，波长越小，即 由忖%淅因此a光照射金属表面时能发 生光电效应，则 b光也一定能，选项 C正确；根据条纹间距公式 Ax=入知，通过同一 双缝干涉装置时 a光的相邻亮条纹间距较大，选项 D正确.2. （2011福建理综14）如图17所示，半圆形玻璃砖置于光屏PQ的p左下方.一束白光沿半径方向从A点射入玻璃砖，在 O点发生/反射和折射，折射光在光屏上呈现七色光带.若入射点由A向 B缓慢移动，并保持白光?&半径方向入射到O点，观察到各色个/ : 7光在光屏上陆续消失.在光带未完全消失之前，反射光的强度,变化以及光屏上最先消失的光分别是（）图17A.减弱，紫光 B.减弱，红光C.增强，紫光 D.增强，红光答案 C解析 因n红n紫，再由临界角公式 sin C = 可得，C红C紫，因此当增大入射角时，紫 n光先发生全反射，紫光先消失，且当入射光的入射角逐渐增大时，折射光强度会逐渐减弱， 反射光强度会逐渐增强，故应选C.图183. （2009浙江理综18）如图18所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向 E点，并偏折到F点.已知入射方向与边 AB的 夹角为 仁30, E、F分别为边 AB、BC的中点，则 （）a.该棱镜的折射率为V3B .光在F点发生全反射C.光从空气进入棱镜，波长变小D .从F点出射的光束与入射到 E点的光束平行MSA 对；由 sin答案 AC解析由几何关系可得入射角a=60。，折射角2=30C=1,临界角C30。,故在F点不发生全反射,B错；由n = （ 二 T知光进入棱镜波长变小，C对；F点出射的光束与 BC边的夹角为30,与入射光线不平行， C.【模拟题组】4. 高速公路上的标牌常用“回光返照膜”制成，夜间行车时，它能将车灯 照射出去的光逆向返回，标志牌上的字特别醒目，这种“回光返照膜”是用球体反射原件制成的.如图19所示，返照膜内均匀分布着直径为10的细玻璃珠，所用玻璃的折射率为 V3,为使入射的车灯光线经玻璃的折射、反射、再折射后恰好和入射光线平行，那么第一次入射的 入射角是（）A. 60 B. 45 C, 30 D. 15 答案 A解析 设入射角为i,折射角为以作出光路图如图所示，因为出射光线恰好和入射光线平行，所以i =2。，根据折射定律，n = nL =皿=sin 0 sin 0D错；故选A、图1943,所以0= 30 , i = 2 0= 60 ,选项 A正确.5.如图20所示，扇形AOB为透明柱状介质的横截面，圆心角/AOB_ 金= 60.一束平行于角平分线 OM的单色光由OA射入介质，经OA .二/C,所以光线在F点能发生全反射.界面的入射角由几何关系知，光线在 AB界面的入射角为例=60而棱镜对空气的临界角C的正弦值sin C=1 = sin加，则光线在 ABn 311.如图7所示，AOB是由某种透明物质制成的1/4圆柱体的横截面（O为圆心），其折射率为J2.今有一束平行光以 45度的入射角射向柱体的 OA平面，这些光线中有一部分不能从柱体的AB面上射出.设凡射到 OB面的光线全部被吸收，也不考虑OA面的反射，求圆柱 AB面上能射出光线的部分占AB表面的几分之几?图7答案2如图所示，从 O点射入的光线，折射角为r,根据折射定律有：n=sin5-sin r解得r=30设从某位置P点入射的光线，折射到 AB弧面上Q点时，入射角恰等于临界角C,有:sin C = - n代入数据得：C = 45所以能射出光线的区域对应的圆心角3= C= 45故能射出光线的部分占 AB表面的比例为:
展开阅读全文