2019版高考物理总复习 选考部分 机械振动 机械波 光 电磁波 相对论简介 基础课3 光的折射 全反射课件.ppt

基础课3光的折射全反射 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 知识排查 改变 图1 两侧 正比 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 反之偏折角小 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 3 计算公式 n 因v c 故任何介质的折射率总大于1 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 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sinC 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 如图2 图2 小题速练 1 思考判断 1 光从空气射入玻璃时 只要入射角足够大可能发生全反射 2 在水中 蓝光的传播速度大于红光的传播速度 3 在潜水员看来 岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里 4 光纤通信利用了全反射的原理 5 晚上 在池水中同一深度的两点光源分别发出红光和蓝光 蓝光光源看起来浅一些 答案 1 2 3 4 5 2 2018 陕西渭南二模 多选 a b两种单色光组成的光束从玻璃进入空气时 其折射光束如图3所示 则关于a b两束光的说法正确的是 A 玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率B 增大入射角时 a光首先发生全反射C a光的频率大于b光的频率D 在真空中a光的波长大于b光的波长E 分别用这两束光照射双缝干涉实验装置 在光屏上都能出现干涉条纹 a光的相邻条纹间距大于b光的相邻条纹间距 图3 答案ADE 折射定律折射率 1 对折射率的理解 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 典例 2017 全国卷 34 2 一直桶状容器的高为2l 底面是边长为l的正方形 容器内装满某种透明液体 过容器中心轴DD 垂直于左右两侧面的剖面图如图4所示 容器右侧内壁涂有反光材料 其他内壁涂有吸光材料 在剖面的左下角处有一点光源 已知由液体上表面的D点射出的两束光线相互垂直 求该液体的折射率 图4 解析设从光源发出直接射到D点的光线的入射角为i1 折射角为r1 在剖面内作光源相对于反光壁的镜像对称点C 连接C D 交反光壁于E点 由光源射向E点的光线 反射后沿ED射向D点 光线在D点的入射角为i2 折射角为r2 如图所示 设液体的折射率为n 由折射定律有nsini1 sinr1 nsini2 sinr2 由题意知r1 r2 90 联立 式得n 1 55 答案1 55 解决光的折射问题的思路 1 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 要注意入射角 折射角均以法线为标准 3 利用折射定律 折射率公式求解 4 注意 在折射现象中光路是可逆的 1 2018 辽宁本溪联合模拟 多选 如图5所示 O1O2是半圆柱形玻璃体的对称面和纸面的交线 A B是关于O1O2轴等距且平行的两束不同单色细光束 从玻璃体右方射出后的光路如图所示 MN是垂直于O1O2放置的光屏 沿O1O2方向不断左右移动光屏 可在屏上得到一个光斑P 根据该光路图 下列说法正确的是 A 该玻璃体对A光的折射率比对B光的折射率小B A光的频率比B光的频率高C 在该玻璃体中 A光比B光的波长长D 在真空中 A光的波长比B光的波长长E A光从空气进入该玻璃体后 其频率变高 图5 答案ACD 1 玻璃砖的折射率及光线在圆弧面上出射时的折射角 2 光在玻璃砖中传播的时间 图6 由几何关系可知 COE 90 因此光线在C点的折射角r 30 由于光线在E点的入射角为30 根据折射定律可知 光线在E点的折射角为60 3 2017 全国卷 34 2 如图7 一玻璃工件的上半部是半径为R的半球体 O点为球心 下半部是半径为R 高为2R的圆柱体 圆柱体底面镀有反射膜 有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入 该光线与OC之间的距离为0 6R 已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行 不考虑多次反射 求该玻璃的折射率 图7 解析如图 根据光路的对称性和光路可逆性 与入射光线相对于OC轴对称的出射光线一定与入射光线平行 这样 从半球面射入的折射光线 将从圆柱体底面中心C点反射 设光线在半球面的入射角为i 折射角为r 由折射定律有sini nsinr 全反射现象的理解和分析 1 解答全反射类问题的技巧 1 解答全反射类问题时 要抓住发生全反射的两个条件 光必须从光密介质射入光疏介质 入射角大于或等于临界角 2 利用好光路图中的临界光线 准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键 且在作光路图时尽量与实际相符 2 求光的传播时间的一般思路 典例 2017 全国卷 34 2 如图8 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8 解析 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ic时 对应入射光线到光轴的距离最大 设最大距离为l i ic 设n是玻璃的折射率 由全反射临界角的定义有nsinic 1 由几何关系有 C r1 i1 1 多选 水下一点光源 发出a b两单色光 人在水面上方向下看 如图9所示 水面中心 区域有a光 b光射出 区域只有a光射出 下列判断正确的是 A a b光从 区域某点倾斜射出时 a光的折射角小B 在真空中 a光的波长大于b光的波长C 水对a光的折射率大于对b光的折射率D 水下b光不能射到图中 区域E 水下a b光能射到图中 区域以外区域 图9 答案ABE 2 多选 一光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维 它的结构如图10所示 可看成一段直线 其内芯和外套的材料不同 光在内芯中传播 下列关于光导纤维的说法正确的是 A 内芯的折射率比外套的大 光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射B 内芯的折射率比外套的大 光传播时在外套与外界的界面上发生全反射C 波长越长的光在光纤中传播的速度越大D 频率越大的光在光纤中传播的速度越大E 若紫光以如图所示角度入射时 恰能在光纤中发生全反射 则改用红光以同样角度入射时 不能在光纤中发生全反射 图10 答案ACE 图11 由几何关系可知光线在BC界面的入射角 60 在AB界面的折射角 30 解得 45 1 实验原理与操作 实验 测定玻璃的折射率 图12 单位圆法 如图13所示 图13 1 多选 图14甲为某同学利用半圆形玻璃砖测定玻璃折射率n的装置示意图 AO DO分别表示某次测量时 光线在空气和玻璃中的传播路径 在正确操作后 他利用测出的数据作出了图乙所示的折射角正弦值 sinr 与入射角正弦值 sini 的关系图象 则下列说法正确的是 图14 答案BDE 2 2018 上海长宁区模拟 某同学为了测量截面为正三角形的玻璃三棱镜的折射率 先在白纸上放好三棱镜 在棱镜的左侧插上两枚大头针P1和P2 然后在棱镜的右侧观察到P1和P2的像 当P1的像恰好被P2的像挡住时 插上大头针P3和P4 使P3挡住P1 P2的像 P4也挡住P1 P2的像 在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图15所示 图15 1 在图上画出对应的光路 2 为了测出三棱镜玻璃材料的折射率 若以AB为分界面 需要测量的量是 在图上标出它们 3 三棱镜玻璃材料折射率的计算公式是n 4 若在描绘三棱镜轮廓的过程中 放置三棱镜的位置发生了微小的平移 移至图中的虚线位置 底边仍重合 若仍以AB为分界面 则三棱镜玻璃材料折射率的测量值 真实值 填 大于 小于 或 等于 解析 1 光路图如图所示 2 若以AB为分界面 需要测量的量为入射角 1 折射角 2 4 若在描绘三棱镜轮廓的过程中 放置三棱镜的位置发生了微小的平移 仍以AB为分界面 将入射光线与AB的交点和出射光线与BC的交点连接起来 从而可知该连接线发生偏转 导致折射角变小 所以测量值比真实值大