第3課時光的折射全反射 基礎(chǔ)回顧 核心探究 演練提升 基礎(chǔ)回顧自主梳理 融會貫通 知識梳理 一 光的折射定律 折射率1 折射現(xiàn)象 光射到兩種介質(zhì)的分界面時 一部分光進(jìn)入第二種介質(zhì)繼續(xù)傳播 2 折射定律 1 內(nèi)容 入射光線 折射光線和法線在內(nèi) 入射光線與折射光線分居法線 入射角的正弦值與折射角的正弦值之比為一常數(shù) 同一平面 兩側(cè) 2 表達(dá)式 n n代表折射率 可逆 3 在光的折射現(xiàn)象中 光路是的 3 折射率 1 定義 光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時 的正弦值與的正弦值的比值 2 定義式 n 不能說n與成正比 與成反比 3 物理意義 折射率僅反映介質(zhì)的光學(xué)特性 折射率大 說明光從真空射入到該介質(zhì)時 反之偏折小 4 計算公式 n 因v c 故任何介質(zhì)的折射率總1 入射角i 折射角r sini sinr 偏折大 大于 二 全反射 光導(dǎo)纖維 光的色散1 全反射 1 條件 光從光密介質(zhì)射入 光疏介質(zhì) 入射角臨界角 2 現(xiàn)象 折射光完全消失 只剩下 3 臨界角 折射角等于90 時的入射角 用C表示 sinC 大于或等于 反射光 2 光導(dǎo)纖維 原理 利用 光的全反射 3 光的色散 1 色散現(xiàn)象 白光通過三棱鏡會形成由七種色光組成的彩色光譜 2 成因 由于n紅 n紫 所以以相同的入射角射到棱鏡界面時 紅光和紫光的折射角 紫光折射得更明顯些 當(dāng)它們射出另一個界面時 紫光的偏折角 紅光的偏折角 紅到紫 不同 最大 最小 自主檢測 1 思考判斷 1 光的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象叫光的折射 2 在光的折射和全反射現(xiàn)象中 均遵循光的反射定律 光路均是可逆的 3 光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對而言的 同一種介質(zhì) 相對于其他不同的介質(zhì) 可能是光密介質(zhì) 也可能是光疏介質(zhì) 4 折射率跟折射角的正弦成正比 跟入射角的正弦成反比 5 入射角足夠大 也不一定能發(fā)生全反射 6 若光從空氣中射入水中 它的傳播速度一定增大 答案 1 2 3 4 5 6 2 2018 河北衡水調(diào)研 多選 如圖所示 光在真空和介質(zhì)的界面MN上發(fā)生偏折 那么下列說法正確的是 A 光是從真空射向介質(zhì)B 介質(zhì)的折射率約為1 73C 光在介質(zhì)中的傳播速度約為1 73 108m sD 反射光線與折射光線成60 角E 反射光線與折射光線成90 角 BCE 3 2018 黑龍江牡丹江一中月考 如圖 足夠?qū)挼囊翰壑兴恼凵渎蕁 M是可繞軸轉(zhuǎn)動的平面鏡 M與水平面的夾角為 光線從液槽的側(cè)壁水平射入水中 若 30 則經(jīng)平面鏡反射后的光線從水面射出時折射角的正弦值為 核心探究分類探究 各個擊破 考點一光的折射定律 1 對折射率的理解 1 公式理解 公式n 中 不論是光從真空射入介質(zhì) 還是從介質(zhì)射入真空 i總是真空中的光線與法線間的夾角 r總是介質(zhì)中的光線與法線間的夾角 折射率大小不僅反映了介質(zhì)對光的折射本領(lǐng) 也反映了光在介質(zhì)中傳播速度的大小v 2 特性理解 折射率的大小不僅與介質(zhì)本身有關(guān) 還與光的頻率有關(guān) 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 同一種色光 在不同介質(zhì)中雖然波速 波長不同 但頻率相同 2 平行玻璃磚 三棱鏡和圓柱體 球 對光路的控制 典例1 2016 全國 卷 34 如圖 玻璃球冠的折射率為 其底面鍍銀 底面的半徑是球半徑的倍 在過球心O且垂直于底面的平面 紙面 內(nèi) 有一與底面垂直的光線射到玻璃球冠上的M點 該光線的延長線恰好過底面邊緣上的A點 求該光線從球面射出的方向相對于其初始入射方向的偏角 答案 150 反思總結(jié)解決光的折射問題的思路 1 根據(jù)題意畫出正確的光路圖 2 利用幾何關(guān)系確定光路中的邊 角關(guān)系 要注意入射角 折射角均以法線為標(biāo)準(zhǔn) 3 利用折射定律 折射率公式求解 4 注意在折射現(xiàn)象中光路是可逆的 1 對折射率的理解 2017 湖南岳陽縣期中 一束光由空氣射入某介質(zhì) 當(dāng)入射光線和界面的夾角為30 時 折射光線恰好與反射光線垂直 則光在該介質(zhì)中的傳播速度是 多維訓(xùn)練 求 1 玻璃球?qū)υ摷す馐恼凵渎?2 激光束自B點運動至光屏的時間 考點二光的全反射 1 求解光的折射 全反射問題的四點提醒 1 光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對而言的 同一種介質(zhì) 相對于其他不同的介質(zhì) 可能是光密介質(zhì) 也可能是光疏介質(zhì) 2 如果光線從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì) 則無論入射角多大 都不會發(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 往往同時發(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 2 求解全反射現(xiàn)象中光的傳播時間的一般思路 1 全反射現(xiàn)象中 光在同種均勻介質(zhì)中的傳播速度不發(fā)生變化 即v 2 全反射現(xiàn)象中 光的傳播路程應(yīng)結(jié)合光路圖與幾何關(guān)系進(jìn)行確定 3 利用t 求解光的傳播時間 典例2 2018 廣西桂林適應(yīng)性考試 如圖所示 某種透明介質(zhì)的截面圖由直角三角形AOC和圓心為O 半徑為R的四分之一圓弧BC組成 其中 A 60 一束單色光從D點垂直AB面射入透明介質(zhì)中 射到圓弧BC上時恰好發(fā)生全反射 已知D點與O點之間的距離為 光在真空中的傳播速度為c 求 1 單色光在介質(zhì)中的傳播速度v 2 單色光第一次射出介質(zhì)時折射角 答案 2 45 方法技巧解答全反射類問題的技巧 1 解答全反射類問題時 要抓住發(fā)生全反射的兩個條件 光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì) 入射角大于或等于臨界角 2 利用好光路圖中的臨界光線 準(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)生全反射的光路圖是解題的關(guān)鍵 且在作光路圖時盡量與實際相符 1 應(yīng)用全反射求折射率 2018 福建莆田模擬 如圖表示一個盛有某種液體的槽 槽的中部扣著一個橫截面為等腰直角三角形的薄壁透明罩CAB 罩內(nèi)為空氣 整個罩子浸沒在液體中 底邊AB上有一個點光源D 其中BD AB P為BC邊的中點 若要在液面上方只能夠看到被照亮的透明罩為P點的上半部分 試求槽內(nèi)液體的折射率應(yīng)為多大 多維訓(xùn)練 2 導(dǎo)學(xué)號58826290 全反射原理與極值問題 2017 河北衡水中學(xué)三摸 可見光通信是利用LED燈的光線實現(xiàn)上網(wǎng)的新型高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù) 如圖所示 LED閃光燈的圓柱形封裝玻璃體橫截面的直徑AB d 玻璃體的長度AC 10d LED燈 可視為點光源 固定在玻璃體內(nèi)底面的圓心O處 玻璃體對LED燈發(fā)出的光的折射率n 2 LED燈能向各個方向均勻發(fā)光 且發(fā)光功率為P 真空中光速為c 求 1 從AB面射出的光在玻璃體中傳播的最短時間 2 從AB面射出的光的功率 考點三光的色散現(xiàn)象 各種色光的比較 典例3 2018 四川遂寧外國語實驗學(xué)校月考 多選 如圖所示 兩束單色光a b從水下射向A點后 光線經(jīng)折射合成一束光c進(jìn)入空氣 則下列說法中正確的是 A a光的頻率比b光的頻率大B 在水中a光的臨界角比b光的臨界角大C 在水中a光的速度比b光的速度小D a光的波長比b光的波長大E b光的折射率比a光的折射率大 BCE 針對訓(xùn)練 2018 寧夏育才中學(xué)月考 多選 如圖 在水中有一厚度不計的薄玻璃片制成的中空三棱鏡 里面是空氣 一束白光從棱鏡的左邊射入 從棱鏡的右邊射出時發(fā)生了色散 射出的可見光分布在a點和b點之間 則下列說法錯誤的是 A 從a點射出的是紅光 從b點射出的是紫光B 從a點射出的是紫光 從b點射出的是紅光C 從a點和b點射出的都是紅光 從ab中點射出的是紫光D 從a點和b點射出的都是紫光 從ab中點射出的是紅光E 光在ab面上不可能發(fā)生全反射 ACD 解析 此棱鏡對周圍介質(zhì)來說是光疏介質(zhì) 故光在棱鏡中的折射角大于入射角 從棱鏡中射出時 入射角大于折射角 故光線從棱鏡中射出時光向頂角方向偏折 紫光折射率大 偏折程度大 故紫光從a點射出 紅光從b點射出 故ACD錯B對 光在ab面上是從光疏介質(zhì)向光密介質(zhì)中傳播 不會發(fā)生全反射 故E對 考點四測定玻璃的折射率 1 原理與操作 2 數(shù)據(jù)處理與分析 1 數(shù)據(jù)處理 計算法 計算每次折射率n 求出平均值 圖像法 如圖所示 單位圓法 如圖所示 2 誤差分析 確定入射光線 出射光線時的誤差 故入射側(cè) 出射側(cè)所插兩枚大頭針間距離宜大點 測量入射角與折射角時的誤差 故入射角不宜過小 但也不宜過大 過大則反射光較強 出射光較弱 3 注意事項 玻璃磚要用厚度較大的 入射角應(yīng)在30 到60 之間 大頭針要豎直插在白紙上 且距離應(yīng)盡量大一些 典例4 2018 四川彭州五校期中 利用 插針法 測定玻璃的折射率 所用的玻璃磚兩面平行 正確操作后 作出的光路圖及測出的相關(guān)角度如圖 a 所示 1 此玻璃的折射率計算式為n 用圖中的 1 2表示 2 如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇 為了減少誤差 應(yīng)選用寬度 選填 大 或 小 的玻璃磚來測量 3 甲同學(xué)在紙上正確畫出玻璃磚的兩個界面aa 和bb 后 不小心碰了玻璃磚使它向aa 方向平移了少許 如圖 b 所示 則他測出的折射率將 選填 偏大 偏小 或 不變 4 乙同學(xué)在畫界面時 不小心將兩界面aa bb 間距畫得比玻璃磚寬度大些 如圖 c 所示 則他測得的折射率 選填 偏大 偏小 或 不變 核心點撥 玻璃磚的寬度 影響折射光線的作圖誤差玻璃磚的上移 下移 需要實驗過程中作圖分析誤差影響畫邊界線時上移 下移 需要實驗過程中作圖分析誤差影響 2 選用寬度較寬的玻璃磚 做折射光線時誤差小 所以應(yīng)選用寬度大的玻璃磚 3 如圖甲所示 虛線表示將玻璃磚向上平移后實際的光路圖 而實線是作圖時所采用的光路圖 通過比較發(fā)現(xiàn) 入射角和折射角沒有變化 測得的折射率將不變 4 如 乙 圖所示 實線表示實際的光路圖 而虛線是作圖時所采用的光路圖 可見 入射角沒有變化 折射角的測量值偏大 折射率測量值偏小 方法技巧輔助線法測量折射率如圖所示 作輔助線AB 且垂直于OB 量出AB OA 作輔助線CD 且垂直于OD 量出CD OC 即可求出n 針對訓(xùn)練 2018 寧夏育才中學(xué)期中 用半圓形玻璃磚測定玻璃折射率的方法如下 把半圓形玻璃磚放在白紙上 定出其圓心O 在白紙上用鉛筆描下其直徑和圓心位置 讓一束光沿與直徑垂直的方向穿入玻璃磚的圓弧部分射到圓心O 如圖所示 不改變?nèi)肷涔獾姆较蚝臀恢?讓玻璃磚以O(shè)點為軸逆時針轉(zhuǎn)動到從玻璃磚平面一側(cè)恰好看不到出射光為止 用鉛筆描下此時玻璃磚直徑的位置 移去玻璃磚測出玻璃磚轉(zhuǎn)過角度 由 計算出折射率 這種測量方法是利用光的現(xiàn)象測定玻璃折射率的 當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)過角度 時的入射角叫 若已知 42 且sin42 0 67 則玻璃的折射率n 答案 全反射臨界角1 49 演練提升真題體驗 強化提升 1 光的色散 2017 北京卷 14 如圖所示 一束可見光穿過平行玻璃磚后 變?yōu)閍 b兩束單色光 如果光束b是藍(lán)光 則光束a可能是 A 紅光B 黃光C 綠光D 紫光 D 解析 由題圖可知 進(jìn)入玻璃磚時a光偏折較大 b光偏折較小 所以此玻璃磚對a光的折射率大于對b光的折射率 故a的頻率大于b的頻率 選項D正確 A B C錯誤 2 測定玻璃的折射率 2016 四川卷 5 某同學(xué)通過實驗測定半圓形玻璃磚的折射率n 如圖 甲 所示 O是圓心 MN是法線 AO BO分別表示某次測量時光線在空氣和玻璃磚中的傳播路徑 該同學(xué)測得多組入射角i和折射角r 作出sini sinr圖像如圖 乙 所示 則 A 光由A經(jīng)O到B n 1 5B 光由B經(jīng)O到A n 1 5C 光由A經(jīng)O到B n 0 67D 光由B經(jīng)O到A n 0 67 B 3 折射定律與正弦定理 2017 全國 卷 34 如圖 一玻璃工件的上半部是半徑為R的半球體 O點為球心 下半部是半徑為R 高為2R的圓柱體 圓柱體底面鍍有反射膜 有一平行于中心軸OC的光線從半球面射入 該光線與OC之間的距離為0 6R 已知最后從半球面射出的光線恰好與入射光線平行 不考慮多次反射 求該玻璃的折射率 解析 如圖 根據(jù)光路的對稱性和光路可逆性 與入射光線相對于OC軸對稱的出射光線一定與入射光線平行 這樣 從半球面射入的折射光線 將從圓柱體底面中心C點反射 設(shè)光線在半球面的入射角為i 折射角為r 由折射定律有sini nsinr 答案 1 43 4 全反射與極值問題 2017 全國 卷 34 一直桶狀容器的高為2l 底面是邊長為l的正方形 容器內(nèi)裝滿某種透明液體 過容器中心軸DD 垂直于左右兩側(cè)面的剖面圖如圖所示 容器右側(cè)內(nèi)壁涂有反光材料 其他內(nèi)壁涂有吸光材料 在剖面的左下角處有一點光源 已知由液體上表面的D點射出的兩束光線相互垂直 求該液體的折射率 解析 設(shè)從光源發(fā)出直接射到D點的光線的入射角為i1 折射角為r1 在剖面內(nèi)作光源相對于反光壁的鏡像對稱點C 連接C D 交反光壁于E點 由光源射向E點的光線 反射后沿ED射向D點 光線在D點的入射角為i2 折射角為r2 如圖所示 設(shè)液體的折射率為n 由折射定律有nsini1 sinr1nsini2 sinr2由題意知r1 r2 90 答案 1 55