第32講光的折射全反射,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),光的折射 核心知識(shí)整合 一、折射現(xiàn)象 光從一種介質(zhì)斜射進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)傳播方向發(fā)生的現(xiàn)象,如圖所示。,改變,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),二、折射定律 1.內(nèi)容:折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi),折射光線與入射光線分別位于法線的;入射角的正弦與折射角的正弦成。 2.表達(dá)式: ,式中n12是比例常數(shù)。 三、折射率 1.物理意義:折射率反映介質(zhì)的光學(xué)特性,折射率大,說(shuō)明光從真空射入到該介質(zhì)時(shí),反之偏折小。 2.定義式:n=,不能說(shuō)n與sin 1成正比,與sin 2成反比。折射率由介質(zhì)本身的光學(xué)性質(zhì)和光的決定。 3.計(jì)算公式:n=,因v<c,故任何介質(zhì)的折射率總大于1。,兩側(cè),正比,偏折大,頻率,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),關(guān)鍵能力提升 命題點(diǎn)一折射率的理解,答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),命題點(diǎn)二折射現(xiàn)象 【例2】 (多選)一玻璃球體如圖所示,其半徑為R,O為球心,AB為水平直徑。M點(diǎn)是玻璃球的最高點(diǎn),來(lái)自B點(diǎn)的光線BD從D點(diǎn)射出,出射光線平行于AB,已知ABD=30,光在真空中的傳播速度為c,則(),答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),易錯(cuò)提醒(1)折射率由介質(zhì)本身性質(zhì)決定,與入射角的大小無(wú)關(guān)。 (2)折射率與介質(zhì)的密度沒(méi)有關(guān)系,光密介質(zhì)不是指密度大的介質(zhì)。 (3)同一種介質(zhì)中,頻率越大的色光折射率越大,傳播速度越小。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),【例3】 如圖所示,一束單色光從空氣入射到棱鏡的AB面上,經(jīng)AB和AC兩個(gè)面折射后從AC面進(jìn)入空氣。當(dāng)出射角i和入射角i相等時(shí),出射光線相對(duì)于入射光線偏轉(zhuǎn)的角度為。已知棱鏡頂角為,則計(jì)算棱鏡對(duì)該色光的折射率表達(dá)式為 (),答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),方法技巧1.解決光的折射問(wèn)題的一般方法 (1)根據(jù)題意畫出光路或者根據(jù)已知光路確定入射角和折射角。 (2)利用折射定律建立方程進(jìn)行求解。 2.應(yīng)用折射定律的三點(diǎn)注意 (1)入射角、反射角和折射角是相對(duì)應(yīng)的光線與法線的夾角。 (2)應(yīng)用公式 時(shí),一定要明確哪個(gè)角在分子上,哪個(gè)角在分母上。 (3)光發(fā)生折射時(shí),折射角不一定小于入射角。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),全反射 核心知識(shí)整合 1.全反射現(xiàn)象 光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì),當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí),折射光線將,只剩下反射光線的現(xiàn)象。 2.發(fā)生全反射現(xiàn)象的條件 (1)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)。 (2)入射角臨界角。 3.臨界角 折射角等于90時(shí)的入射角。若光從光密介質(zhì)(折射率為n)射向真空或空氣時(shí),發(fā)生全反射的臨界角為C,則sin C=。介質(zhì)的折射率越大,發(fā)生全反射的臨界角越小。,消失,大于等于,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),4.解決全反射問(wèn)題的一般方法 (1)確定光是從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)。 (2)應(yīng)用 確定臨界角。 (3)根據(jù)題設(shè)條件,判定光在傳播時(shí)是否發(fā)生全反射。 (4)若發(fā)生全反射,畫出入射角等于臨界角時(shí)的臨界光路圖。 (5)運(yùn)用幾何關(guān)系或三角函數(shù)關(guān)系以及反射定律等進(jìn)行分析、判斷、計(jì)算。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),關(guān)鍵能力提升 命題點(diǎn)一發(fā)生全反射現(xiàn)象條件 【例4】 如圖所示,一束光由空氣射向半圓柱體玻璃磚,O點(diǎn)為該玻璃磚截面的圓心,能正確描述其光路的是(),答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),【例5】 關(guān)于全反射,下列敘述中正確的是() A.發(fā)生全反射時(shí)仍有折射光線,只是折射光線非常弱 B.光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí),一定會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象 C.光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí),可能不發(fā)生全反射現(xiàn)象 D.光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí),可能發(fā)生全反射現(xiàn)象,答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),命題點(diǎn)二全反射現(xiàn)象,A.NE1B.NF1 C.NG1D.NH1,答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),方法技巧全反射現(xiàn)象中的三點(diǎn)提醒 (1)當(dāng)發(fā)生全反射時(shí),仍遵循光的反射定律及光路的可逆性。 (2)介質(zhì)的折射率越大,臨界角越小,越容易發(fā)生全反射。 (3)當(dāng)入射角達(dá)到臨界角時(shí),折射光線的強(qiáng)度減弱到零,反射光的能量等于入射光的能量。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),光的顏色、色散 核心知識(shí)整合 一、光的色散 1.色散現(xiàn)象:白光通過(guò)三棱鏡會(huì)形成由紅到紫種色光組成的彩色光譜,如圖。 2.成因:由于n紅<n紫,所以當(dāng)以相同的入射角射到棱鏡界面時(shí),紅光和紫光的折射角不同,就是說(shuō)紫光偏折得更明顯些,當(dāng)它們射到另一個(gè)界面時(shí),紫光的偏折角最,紅光偏折角最。,七,大,小,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),二、色散現(xiàn)象規(guī)律,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),關(guān)鍵能力提升 命題點(diǎn)色散現(xiàn)象 【例7】 如圖所示,一束光經(jīng)玻璃三棱鏡折射后分為兩束單色光a、b,波長(zhǎng)分別為a、b,該玻璃對(duì)單色光a、b的折射率分別為na、nb,則() A.anbB.ab,nab,nanb,答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),【例8】 束復(fù)色光由空氣斜射向一塊平行平面玻璃磚,經(jīng)折射分成兩束單色光a、b。已知a光的頻率小于b光的頻率,下列光路圖正確的是(),答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),幾何光學(xué)綜合問(wèn)題 核心知識(shí)整合 1.光的折射與全反射的綜合問(wèn)題求解的基本思路 (1)判斷光線是從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)還是從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)。 (2)判斷入射角是否大于臨界角,明確是否發(fā)生全反射現(xiàn)象。 (3)畫出反射、折射或全反射的光路圖,必要時(shí)還可應(yīng)用光路的可逆原理畫出光路圖,然后結(jié)合幾何知識(shí)進(jìn)行推斷和求解相關(guān)問(wèn)題。 (4)折射率n是討論折射和全反射問(wèn)題的重要物理量,是聯(lián)系各物理量的橋梁,對(duì)跟折射率有關(guān)的所有關(guān)系式應(yīng)熟練掌握。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),2.求解光的折射、全反射問(wèn)題的四點(diǎn)提醒 (1)光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對(duì)而言的。 (2)如果光線從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì),則無(wú)論入射角多大,都不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象。 (3)在光的反射和全反射現(xiàn)象中,均遵循光的反射定律,光路均是可逆的。 (4)當(dāng)光射到兩種介質(zhì)的界面上時(shí),往往同時(shí)發(fā)生光的折射和反射現(xiàn)象,但在全反射現(xiàn)象中,只發(fā)生反射,不發(fā)生折射。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),關(guān)鍵能力提升 命題點(diǎn)一光的色散與折射 【例9】 (多選)(2018浙江杭州預(yù)測(cè))如圖所示,一光束包含兩種不同頻率的單色光,從空氣射向兩面平行玻璃磚的上表面,玻璃磚下表面有反射層,光束經(jīng)兩次折射和一次反射后,從玻璃磚上表面分為a、b兩束單色光射出。下列說(shuō)法正確的是() A.a光的頻率大于b光的頻率 B.光束a在空氣中的波長(zhǎng)較大 C.出射光束a、b一定相互平行 D.a、b兩色光從同種玻璃射向空氣時(shí),a光發(fā)生全反射的臨界角大,答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),方法技巧1.不同顏色的光的頻率不同,在同一種介質(zhì)中的折射率、光速也不同,發(fā)生全反射現(xiàn)象的臨界角也不同。 2.幾何光學(xué)問(wèn)題,首先要畫出光路圖,找出各次折射過(guò)程中的入射角和折射角,根據(jù)折射定律,結(jié)合幾何關(guān)系列式求解。,答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),命題點(diǎn)二生活實(shí)例中的折射和反射 【例11】 (多選)(2018杭州高考命題預(yù)測(cè))如圖是在四川景區(qū)九寨溝拍攝的一張風(fēng)景照片,湖水清澈見(jiàn)底,近處湖面水下的樹枝和池底都看得很清楚,而遠(yuǎn)處則只看到對(duì)岸山峰和綠樹的倒影,水面下的景物則根本看不到。下列說(shuō)法中正確的是() A.遠(yuǎn)處山峰的倒影非常清晰,是因?yàn)閬?lái)自山峰的光線在水面上發(fā)生了全反射 B.光從空氣射入水中,光的波速變小,波長(zhǎng)變小 C.遠(yuǎn)處水面下景物的光線到水面處,入射角較大,可能發(fā)生了全反射,所以看不見(jiàn) D.來(lái)自近處水面下景物的光射到水面處,入射角較小,反射光強(qiáng)而折射光弱,因此有較多的能量射出水面而進(jìn)入人的眼睛中,答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),【例12】 (多選)下列現(xiàn)象或工作原理是由全反射造成的有() A.自行車的尾燈 B.水中的氣泡顯得格外明亮 C.光纖通信 D.插入水中的筷子看起來(lái)向上折了 方法技巧掌握光的重要性質(zhì):光導(dǎo)纖維是利用光的全反射的原理傳播光信號(hào);水中的氣泡顯得格外明亮是由于發(fā)生了全反射;色散是同種玻璃對(duì)不同的單色光的折射率不同造成的;水面上的油膜呈現(xiàn)彩色是薄膜干涉造成的。,答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),測(cè)定玻璃的折射率 核心知識(shí)整合 1.實(shí)驗(yàn)裝置圖 2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)定玻璃的折射率。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),3.實(shí)驗(yàn)原理 用插針?lè)ù_定光路,找出跟入射光線相對(duì)應(yīng)的折射光線;用量角器測(cè)出入射角1和折射角2;根據(jù)折射定律計(jì)算出玻璃的折射率,4.實(shí)驗(yàn)器材 白紙、圖釘、大頭針、刻度尺、鉛筆、量角器、平木板、長(zhǎng)方形玻璃磚。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),5.實(shí)驗(yàn)步驟 (1)把白紙用圖釘釘在木板上。 (2)在白紙上畫出一條直線aa作為界面,畫一條線段AO作為 光線,并過(guò)O點(diǎn)畫出界面aa的NN,如裝置圖。 (3)把長(zhǎng)方形的玻璃磚放在白紙上,使它的一個(gè)邊跟aa對(duì)齊,并畫出玻璃磚的另一個(gè)邊bb。 (4)在AO線段上插上兩枚大頭針P1和P2。 (5)在玻璃磚的bb一側(cè)豎直地插上大頭針P3,用眼睛觀察,調(diào)整視線,要使P3能。 (6)同樣地在玻璃磚的bb一側(cè)再豎直地插上大頭針P4,使P4能。,入射,法線,豎直地,同時(shí)擋住P1和P2的像,擋住P3本身和P1、P2的像,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),(7)記下P3和P4的位置,移去玻璃磚和大頭針,過(guò)P3和P4引直線OB與bb交于O點(diǎn),連接O與O,OO就是玻璃磚內(nèi)的折射光線的方向,入射角1=AON,折射角2=OON。 (8)分別求出入射角為30、45、60時(shí)的折射角,查出入射角和折射角的正弦值,把這些數(shù)據(jù)也記在表格里。 (9)算出不同入射角時(shí)的值,比較一下,看它們是否接近一個(gè)常數(shù),求出幾次實(shí)驗(yàn)中所測(cè)的平均值,這就是所測(cè)玻璃的折射率。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),7.注意事項(xiàng) (1)玻璃磚要適當(dāng)厚些。 (2)入射角最好在15到75之間。 (3)大頭針的間距應(yīng)適當(dāng)大些。 (4)大頭針要插得豎直。 (5)不能把玻璃磚當(dāng)直尺使用。 (6)手只能觸摸玻璃磚的毛玻璃面。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),關(guān)鍵能力提升 命題點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)操作與測(cè)量 【例13】 (2018浙江溫州模擬)在“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)中 (1)某同學(xué)在畫玻璃磚邊界時(shí)操作如圖甲所示,請(qǐng)指出其不當(dāng)之處:。(寫出一點(diǎn)即可) (2)實(shí)驗(yàn)中,已畫好玻璃磚邊界ab、cd后,不小心誤將玻璃磚向上稍平移了一點(diǎn),如圖乙所示,其他操作正確,則測(cè)得玻璃的折射率將 (選填“變大”“不變”或“變小”)。,答案:(1)用手觸摸光學(xué)面,拿玻璃磚當(dāng)尺子用(2)不變,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),解析:(1)不能用手觸摸玻璃磚的表面,否則很容易使得表面變臟;玻璃磚太厚,當(dāng)做尺子用時(shí)容易使得畫出的線與實(shí)際有所偏移; (2)如圖所示,實(shí)線表示將玻璃磚向上平移后實(shí)際的光路圖,而虛線是未將玻璃磚向上平移時(shí)作圖時(shí)所采用的光路圖,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與誤差分析 【例14】 用圓弧狀玻璃磚做測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)時(shí),先在白紙上放好圓弧狀玻璃磚,在玻璃磚的一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P1、P2,然后在玻璃磚的另一側(cè)觀察,調(diào)整視線使P1的像被P2的像擋住,接著在眼睛所在的一側(cè)插兩枚大頭針P3和P4,使P3擋住P1和P2的像,P4擋住P3以及P1和P2的像,在紙上標(biāo)出大頭針位置和圓弧狀玻璃磚輪廓,如圖甲所示,其中O為兩圓弧圓心,圖中已畫出經(jīng)P1、P2點(diǎn)的入射光線。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),(1)在圖上補(bǔ)畫出所需的光路。 (2)為了測(cè)出玻璃的折射率,需要測(cè)量入射角和折射角,請(qǐng)?jiān)趫D中的AB分界面上畫出這兩個(gè)角。 (3)用所測(cè)物理量計(jì)算折射率的公式為n=。 (4)為了保證在弧面CD得到出射光線,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,光線在弧面AB的入射角應(yīng)適當(dāng)(選填“小一些”“無(wú)所謂”或“大一些”)。 (5)多次改變?nèi)肷浣?測(cè)得幾組入射角和折射角,根據(jù)測(cè)得的入射角和折射角的正弦值,畫出了如圖乙所示的圖象,由圖象可知該玻璃的折射率n=。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)四,實(shí)驗(yàn),解析:(1)連接P3、P4與CD交于一點(diǎn),此交點(diǎn)即為光線從玻璃磚中射出的位置,由于P1、P2的連線與AB的交點(diǎn)即為光線進(jìn)入玻璃磚的位置,連接兩交點(diǎn)即可作出玻璃磚中的光路,如圖所示。,1,2,3,4,1.(2017浙江奉化聯(lián)考)在沒(méi)有月光的夜間,一個(gè)池面較大的水池底部中央有一盞燈S(可視為點(diǎn)光源),小魚在水中游動(dòng),它向上方水面看去,看到了亮點(diǎn)S1;小鳥在水面上方飛翔,它向下方水面看去,看到了亮點(diǎn)S2。設(shè)水中無(wú)雜質(zhì),周圍無(wú)光源,水面平靜,下面的說(shuō)法正確的是() A.小魚看到S1,是屬于光的反射現(xiàn)象,S1的位置與小魚的位置無(wú)關(guān) B.小魚看到S1,是屬于光的折射現(xiàn)象,S1的位置與小魚的位置有關(guān) C.小鳥看到S2,是屬于光的反射現(xiàn)象,S2的位置與小鳥的位置有關(guān) D.小鳥看到S2,是屬于光的折射現(xiàn)象,S2的位置與小鳥的位置無(wú)關(guān),答案,解析,1,2,3,4,2.(多選)下列說(shuō)法正確的是() A.在水中的魚斜向上看岸邊的物體時(shí),看到的物體將比物體所處的實(shí)際位置高 B.水中的氣泡,看起來(lái)特別明亮是因?yàn)楣饩€從氣泡中射向水中時(shí),一部分光在界面上發(fā)生了全反射 C.全息照相主要是利用了光的衍射現(xiàn)象 D.沙漠蜃景和海市蜃樓都是光的全反射現(xiàn)象,答案,解析,1,2,3,4,3. (多選)(2017學(xué)年浙江寧波諾丁漢大學(xué)附屬中學(xué)高二下)如圖,一束光沿半徑方向射向一塊半圓柱形玻璃磚,在玻璃磚底面上的入射角為,經(jīng)折射后射出a、b兩束光線。則() A.在玻璃中,a光的傳播速度小于b光的傳播速度 B.在真空中,a光的波長(zhǎng)小于b光的波長(zhǎng) C.玻璃磚對(duì)a光的折射率小于對(duì)b光的折射率 D.若改變光束的入射方向使角逐漸變大,則折射光線a首先消失,答案,解析,1,2,3,4,4. (多選)(2018浙江諸暨牌頭中學(xué)期中)兩束平行的光斜射到平行玻璃磚,經(jīng)玻璃磚折射后如圖所示,則關(guān)于這兩束光的說(shuō)法中正確的是() A.A光的折射率比B光的折射率小 B.從玻璃磚下表面射出的兩束光可能不平行 C.A光在水中的傳播速度比B光在水中的傳播速度小 D.增大A光在上界面的入射角,則進(jìn)入玻璃磚的光線在下界面不可能發(fā)生全反射,答案,解析,