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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,*,基础课时,3,光的折射全反射,知识点一、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,1,所示。,图,1,改变,正比,两侧,3,.,折射率,(1),物理意义：折射率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,_,，反之偏折小。,(2),定义式：,n,_,，不能说,n,与,sin,1,成正比，与,sin,2,成反比。折射率由介质本身的光学性质和光的,_,决定。,频率,偏折大,(3),计算公式：,n,_,，因,v,c,，故任何介质的折射率总大于,1,。,知识点二、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，折射光线将,_,，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。,(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,sin,C,_,。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,2,.,光导纤维,光导纤维的原理是利用光的全反射。,知识点三、测定玻璃的折射率,1,.,实验原理：,用插针法找出与入射光线,AO,对应的出射光线,O,B,，确定出,O,点，画出折射光线,OO,，然后测量出角,1,和,2,，代入公式计算玻璃的折射率。,2,.,实验器材：,白纸、图钉、,_,、直尺、铅笔、量角器、平木板、长方形,_,。,大头针,玻璃砖,3.,实验过程：,(1),铺白纸、画线。,如图,2,所示，将白纸用图钉按在平木板上，先在白纸上画出一条直线,aa,作为,_,，过,aa,上的一点,O,画出界面的,_,MN,，并画一条线段,AO,作为入射光线。,图,2,界面,法线,把玻璃砖平放在白纸上，使它的长边跟,aa,对齐，画出玻璃砖的另一条长边,bb,。,(2),插针与测量。,在线段,AO,上竖直地插上两枚大头针,P,1,、,P,2,，透过玻璃砖观察大头针,P,1,、,P,2,的像，调整视线的方向，直到,P,1,的像被,P,2_,，再在观察的这一侧依次插两枚大头针,P,3,、,P,4,，使,P,3,挡住,P,1,、,P,2,的像，,P,4,挡住,P,1,、,P,2,的像及,P,3,，记下,P,3,、,P,4,的位置。,移去玻璃砖，连接,P,3,、,P,4,并延长交,bb,于,O,，连接,OO,即为折射光线，入射角,1,AOM,，折射角,2,O,ON,。,用量角器测出入射角和折射角，查出它们的正弦值，将数据填入表格中。,改变入射角,1,，重复实验步骤，列表记录相关测量数据。,4.,数据处理：,计算每次的折射率,n,，求出平均值,。,挡住,思考判断,(1),无论是折射光路，还是全反射光路都是可逆的。,(,),(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),若光从空气中射入水中，则它的传播速度一定增大。,(,),(4),在同一种介质中，光的频率越大，折射率越大。,(,),答案,(1),(2),(3),(4),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,【例,1,】,(2015,安徽理综，,18),如图,3,所示，一束单色光从空气入射到棱镜的,AB,面上，经,AB,和,AC,两个面折射后从,AC,面进入空气。当出射角,i,和入射角,i,相等时，出射光线相对于入射光线偏转的角度为,。已知棱镜顶角为,，则计算棱镜对该色光的折射率表达式为,(,),图,3,答案,A,方法提炼,解决光的折射问题的一般方法：,(1),根据题意画出光路或者根据已知光路确定入射角和折射角。,(2),利用折射定律建立方程进行求解。,【变式训练】,1.,平行玻璃砖,一束复色光由空气斜射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光,a,、,b,。已知,a,光的频率小于,b,光的频率，下列光路图正确的是,(,),解析,两种单色光射入玻璃砖时的折射角小于入射角，据此可排除选项,A,、,B,；已知,a,光的频率小于,b,光的频率，那么,a,光在玻璃砖中的折射率较小，入射角相同时，折射角较大，选项,D,正确。,答案,D,图,4,A.30,B.45 C.60,D.75,答案,A,考点二光的折射、全反射的综合应用,【例,2,】,2015,山东理综，,38(2),半径为,R,、介质折射率为,n,的透明圆柱体，过其轴线,OO,的截面如图,5,所示。位于截面所在平面内的一细束光线，以角,i,0,由,O,点入射，折射光线由上边界的,A,点射出。当光线在,O,点的入射角减小至某一值时，折射光线在上边界的,B,点恰好发生全反射。求,A,、,B,两点间的距离。,图,5,解析,光路如图；,图,6,(,),一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面，若光线到达上表面后，都能从该表面射出，则入射光束在,AB,上的最大宽度为多少？,解析,(,),在,O,点左侧，设从,E,点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角,，则,OE,区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出，如图，由全反射条件有,射到,G,点的光有一部分被反射，沿原路返回到达,C,点射出。,考点三测定玻璃的折射率,【例,3,】,(2016,齐齐哈尔一联,),如图,7,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,7,(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,”,),。,【变式训练】,4.,如图,8,甲所示为光学实验用的长方体玻璃砖，它的,_,面不能用手直接接触。在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔,a,、,b,、,c,的位置相同，且插在,c,位置的针正好挡住插在,a,、,b,位置的针的像，但最后一个针孔的位置不同，分别为,d,、,e,两点，如图乙所示。计算折射率时，用,_(,填,“,d,”,或,“,e,”),点得到的值较小，用,_(,填,“,d,”,或,“,e,”),点得到的值误差较小。,图,8,答案,光学,d,e,1.,(2015,福建理综，,13),如图,9,，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,a,、,b,，该玻璃对单色光,a,、,b,的折射率分别为,n,a,、,n,b,，则,(,),图,9,A.,a,b,，,n,a,n,b,B.,a,b,，,n,a,n,b,C.,a,b,，,n,a,n,b,D.,a,b,，,n,a,n,b,解析,由题图知，三棱镜对,b,光的折射率较大，所以,n,a,n,b,。又因为光的频率越大，介质对光的折射率就越大，故,b,光的频率大于,a,光的频率，又根据,c,，所以,b,光的波长小于,a,光的波长，即,a,b,，所以,B,正确，,A,、,C,、,D,错误。,答案,B,2.,(2015,四川理综，,3),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,10,。,a,、,b,光相比,(,),图,10,A.,玻璃对,a,光的折射率较大,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,答案,C,3.,2015,重庆理综，,11(1),虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球来说明。两束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成,MN,和,PQ,两条彩色光带，光路如图,11,所示。,M,、,N,、,P,、,Q,点的颜色分别为,(,),图,11,A.,紫、红、红、紫,B.,红、紫、红、紫,C.,红、紫、紫、红,D,.,紫、红、紫、红,解析,玻璃对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大，由折射定律和反射定律可知,M,点为紫色、,N,点为红色，,P,点为红色，,Q,点为紫色，故,A,项正确。,答案,A,4.,(2016,安徽,“,江南十校,”,联考,),如图,12,所示，两束细平行单色光,a,、,b,射向置于空气中横截面为矩形的玻璃砖的下表面，设玻璃砖足够长，若发现玻璃砖的上表面只有一束光线射出，则下列说法中正确的是,(,),图,12,A.,其中有一束单色光在玻璃砖的上表面发生了全反射,B.,在玻璃中单色光,a,的传播速率小于单色光,b,的传播速率,C.,单色光,a,的折射率小于单色光,b,的折射率,D.,若单色光,a,为黄光，则单色光,b,可能为红光,答案,C,5.,2014,新课标全国卷,，,34(2),一厚度为,h,的大平板玻璃水平放置，其下表面贴有一半径为,r,的圆形发光面。在玻璃板上表面放置一半径为,R,的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上。已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线,(,不考虑反射,),，求平板玻璃的折射率。,解析,根据全反射原理，圆形发光面边缘发出的光线射到玻璃板上表面时入射角为临界角,(,如图所示,),设为,，,
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