【步步高】年高考物理大一轮 第十二章 第3课时 光的折射　全反射 新人教版选修34

第3课时光的折射全反射导学目标 1.掌握光的折射定律，理解折射率的概念.2.理解全反射的概念，掌握全反射产生的条件一、光的折射定律和折射率基础导引如图1所示，一个储油桶的底面直径与高均为d.当桶内没有油时，从某点A恰能看到桶底边缘的某点B.当桶内油的深度等于桶高的一半时，仍沿AB方向看去，恰好看到桶底上的点C，C、B两点相距.求油的折射率和光在油中传播的速度图1知识梳理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_的现象2折射定律(如图2所示)(1)内容：折射光线与入射光线、法线处在_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_比图2(2)表达式：n.(3)在光的折射现象中，光路是_的3折射率(1)物理意义：折射率是一个反映介质的_的物理量，折射率大，说明光线从空气射入到该介质时_，反之偏折小(2)定义式：n，不能说n与sin 1成正比、与sin 2成反比折射率是由介质本身的_和光的频率决定的(3)计算公式：n，因为v3R)，不考虑光的干涉和衍射，试问：图6(1)在屏幕S上形成的圆形亮区的最外侧是什么颜色？(2)若玻璃半球对(1)中色光的折射率为n，请你求出圆形亮区的最大半径方法归纳此类问题涉及光的折射、光的色散和全反射现象，综合性比较强(1)各种色光中紫光折射率最大，红光折射率最小，故由折射形成的彩色光带中紫光偏折角最大(2)利用sin C判断临界角，找出临界光线，画出光路图是解答问题的关键图7跟踪训练2在某科技馆内放置了一个高大的半圆柱形透明物体，其俯视图如图7所示，O为半圆的圆心甲、乙两同学为了估测该透明体的折射率，进行了如下实验他们分别站在A、O处时，相互看着对方，然后两人贴着柱体慢慢向一侧运动，到达B、C处时，甲刚好看不到乙已知半圆柱体的半径为R，OC0.6R，BCOC，则半圆柱形透明物体的折射率为多少？考点三光的折射对光路的控制考点解读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8所示图82三棱镜对光路的控制(1)光密三棱镜：光线两次折射均向底面偏折，偏折角为，如图9所示(2)光疏三棱镜：光线两次折射均向顶角偏折图9(3)全反射棱镜(等腰直角棱镜)，如图10所示图10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(如图10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(如图10乙)，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典例剖析图11例3雨过天晴，人们常看到天空中出现彩虹，它是由阳光照射到空中弥漫的水珠上时出现的现象在说明这个现象时，需要分析光线射入水珠后的光路，一细束光线射入水珠，水珠可视为一个半径为R10 mm的球，球心O到入射光线的垂直距离为d8 mm，水的折射率为n4/3.(1)在图11中画出该束光线射入水珠后，第一次从水珠中射出的光路图(2)求这束光线从射向水珠到第一次射出水珠，光线偏转的角度跟踪训练3如图12所示，A、B、C为等腰棱镜，a、b两束不同频率的单色光垂直AB边射入棱镜，两束光在AB面上的入射点到OC的距离相等，两束光折射后相交于图中的P点，以下判断正确的是()A在真空中，a光光速大于b光光速B在真空中，a光波长大于b光波长图12Ca光通过棱镜的时间大于b光通过棱镜的时间Da、b两束光从同一介质射入真空的过程中，a光发生全反射的临界角大于b光发生全反射的临界角15.平行玻璃砖模型例4如图13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 ()图13A红光在玻璃中传播速度比蓝光大B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建模感悟平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，其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跟踪训练4如图14所示为两块同样的玻璃直角三棱镜ABC，两者的AC面是平行放置的，在它们之间是均匀的未知透明介质一单色细光束O垂直于AB面入射，在图示的出射光线中，下列说法正确的是 ()图14A1、2、3(彼此平行)中的任一条都有可能B4、5、6(彼此平行)中的任一条都有可能C7、8、9(彼此平行)中的任一条都有可能D只能是4、6中的某一条A组折射定律的理解及应用图151(2010全国20)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C单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2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2半径为R的玻璃圆柱体，截面如图16所示，圆心为O，在同一截面内，两束相互垂直的单色光射向圆柱面的A、B两点，其中一束沿AO方向，AOB30，若玻璃对此单色光的折射率n.图16(1)试作出两条光线从射入到第一次射出的光路图，并求出各光线射出时的折射角；(当光线射向柱面时，如有折射光线则不考虑反射光线)(2)求两条光线经圆柱体后第一次射出的光线的交点(或反向延长线的交点)与A点的距离B组全反射现象的理解及应用图173. 如图17所示，一细束红光和一细束蓝光平行射到同一个三棱镜上，经折射后交于光屏上的同一个点M，若用n1和n2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率，下列说法中正确的是 ()An1n2，a为红光，b为蓝光Bn1n2，a为红光，b为蓝光Dn1n2，a为蓝光，b为红光4一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯，图18为过轴线的截面图，调整入射角，使光线恰好在水和空气的界面上发生全反射，已知水的折射率为，求sin 的值图18课时规范训练(限时：45分钟)一、选择题1香港中文大学第三任校长高锟荣获了2009年诺贝尔物理学奖诺贝尔奖委员会高度评价了高锟的贡献，评委会指出：高锟1966年发现如何通过光学玻璃纤维远距离传输光信号的工作，成为今日电话和高速互联网等现代通信网络运行的基石下列说法中，正确的是 ()A光纤通信具有传输容量大、衰减小、抗干扰性强等优点B光纤通信、全息照相、数码相机及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理C实用光导纤维是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射D当今，在信号的传输领域中，光纤电缆(“光缆”)已经几乎完全取代了传统的铜质“电缆”，成为传播信息的主要工具，是互联网的骨架，并已联接到普通社区图12如图1所示，MN是位于竖直平面内的光屏，放在水平面上的半圆柱形玻璃砖的平面部分ab与屏平行由光源S发出的一束白光从半圆沿半径射入玻璃砖，通过圆心O再射到屏上在水平面内以O点为圆心沿逆时针方向缓缓转动玻璃砖，在光屏上出现了彩色光带当玻璃砖转动角度大于某一值时，屏上彩色光带中的某种颜色的色光首先消失有关彩色的排列顺序和最先消失的色光是 ()A左紫右红，紫光 B左红右紫，紫光C左紫右红，红光 D左红右紫，红光3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 ()图24某物理兴趣小组用实验探究光的色散规律，他们将半圆形玻璃砖放在竖直面内，在其左方竖直放置一个很大的光屏P，让一复色光束SA射向玻璃砖的圆心O后，有两束单色光a和b射向光屏P，如图2所示他们根据实验现象提出了以下四个猜想，你认为正确的是 ()A单色光a的波长小于单色光b的波长B在玻璃中单色光a的传播速度大于单色光b的传播速度C单色光a通过玻璃砖所需的时间大于单色光b通过玻璃砖所需的时间D当光束SA绕圆心O逆时针转动过程中，在光屏P上最早消失的是a光5.下列说法正确的是 ()A太阳光通过三棱镜形成彩色光谱，这是光的干涉的结果B用光导纤维传送图象信息，这是光的衍射的应用C眯着眼睛看发光的灯丝时能观察到彩色条纹，这是光的偏振现象D在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时水面下的景物，可使景像清晰6. 一束白光从顶角为的一边以较大的入射角i射入并通过三棱镜后，在屏P上可得到彩色光带，如图3所示，在入射角i逐渐减小到零的过程中，假如屏上的彩色光带先后全部消失，则()图3A红光最先消失，紫光最后消失B紫光最先消失，红光最后消失C紫光最先消失，黄光最后消失D红光最先消失，黄光最后消失7如图4所示，红色细光束a射到折射率为的透明球表面，入射角为45，在球的内壁经过一次反射后，从球面射出的光线为b，则入射光线a与出射光线b之间的夹角为 ()A30 B45图4C60 D758. 如图5所示，ABC为等腰棱镜，两束频率不同、宽度均为d的平行光a和b，分别垂直AB边射向棱镜，棱镜的对称轴OC为两束光的分界 线，棱镜对a光和b光的折射率分别为n1和n2，且n1”、 “”或“”、“”或“”)图811. 如图8所示是一透明的圆柱体的横截面，其半径R20 cm，折射率为，AB是一条直径，今有一束平行光沿AB方向射向圆柱体，试求：(1)光在圆柱体中的传播速度；(2)距离直线AB多远的入射光线，折射后经过B点12图9夏日晚上，小明去游泳池游泳，他站在池边发现对岸标杆上有一灯A，水下池壁上有一彩灯B(B灯在图中未画出)，如图9所示，他调整自己到岸边的距离，直到发现A灯经水面反射所成的像与B灯经水面折射后所成的像重合，此时人到对岸的距离L10 m，A灯距水面高为0.5 m，人眼E距水面高为2 m，水的折射率为.(1)画出小明看到A、B灯的像重合时的光路图；(2)求B灯在水面下的深度复习讲义基础再现一、基础导引1.581.9108 m/s知识梳理1.改变2.(1)同一平面正(3)可逆3.(1)光学性质偏折大(2)光学性质(3)1二、基础导引见解析解析岸上所有景物发出的光，射向水面时入射角1分布在0到90之间，射入水中后的折射角2在0至临界角之间可以求出光从水中射向空气的临界角C.如图所示，几乎贴着水面射入水里的光线，在潜水员看来是从折射角为C的方向射来的，水面上其他方向射来的光线，折射角都小于C.因此认为水面以上所有的景物都出现在顶角为2C的圆锥里由公式sin C和水的折射率n1.33，可求得临界角Carcsin 48.8设圆锥的顶角为，则有2C97.6.知识梳理1.(1)光密光疏大于或等于2.三、3(1)三角形折射率课堂探究例1跟踪训练1(1) (2)c 例2(1)紫色(2)dnR跟踪训练2例3(1)见解析(2)32解析(1)如图所示跟踪训练3C例4ABD跟踪训练4B分组训练1AD2(1)光路图见解析060(2)(1)R解析(1)过A点的光线不偏折，折射角为0.设过B的光线折射角为，则n，故30经C点发生折射，入射角为30，同理折射角为60光路图如图所示3B由题图可知，b光线经过三棱镜后的偏折角较小，因此折射率较小，是红光故B正确4.课时规范训练1AD2B3C4B5D6B7A8C9B10光密光疏11(1)108 m/s(2)10 cm12(1)见解析图(2)1.89 m12