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第十四單元 選修3 4 課時3光的折射全反射 磨劍 課前自學 悟劍 課堂精講 必備知識 1 光的折射定律折射率 1 光的折射定律 折射光線與入射光線 法線處在同一平面內 折射光線與入射光線分別位于法線的兩側 入射角的正弦與折射角的正弦成正比 2 光的折射規(guī)律與光的反射規(guī)律的區(qū)別 光的傳播規(guī)律中 入射光線和反射光線在界面的同側 光的傳播速度不變 光的折射規(guī)律中 入射光線和反射光線分別在介質分界面的兩側 光的傳播速度發(fā)生改變 3 注意事項 實驗時 應盡可能將大頭針豎直插在紙上 且P1和P2之間 P3和P4之間 P2與O1 P3與O2之間的距離要稍大一些 入射角 1不宜太大 接近90 也不宜太小 接近0 太大 反射光較強 出射光較弱 太小 入射角 折射角測量的相對誤差較大 操作時 手不能觸摸玻璃磚的光潔光學面 更不能把玻璃磚界面當尺子畫界線 實驗過程中 玻璃磚與白紙的相對位置不能改變 玻璃磚應選用寬度較大的 宜在5cm以上 若寬度太小 則測量誤差較大 溫馨提示 1 入射光線 出射光線確定的準確性造成誤差 故入射側 出射側所插兩枚大頭針間距應大一些 2 入射角和折射角的測量造成誤差 故入射角應適當大些 以減小測量的相對誤差 A 基礎過關 A 30 B 45 C 60 D 75 B 2 2018福建南平階段檢測 如圖所示為一橫截面為直角三角形的三棱鏡 B 90 C 30 一束與AB邊成 30 角的光線射向AB面 在棱鏡中經過BC邊一次反射后從AC邊射出 出射光線的折射角為60 則這種材料的折射率為 A 3 2018陜西榆林單元檢測 光導纖維由 內芯 和 包層 兩個同心圓柱體組成 其中心部分是內芯 內芯以外的部分為包層 光從一端進入 從另一端射出 下列說法正確的是 A 內芯的折射率大于包層的折射率B 內芯的折射率小于包層的折射率C 不同頻率的可見光從同一根光導纖維的一端傳輸到另一端所用的時間相同D 若紫光以如圖所示的角度入射時 恰能在內芯和包層分界面上發(fā)生全反射 則改用紅光以同樣角度入射時 也能在內芯和包層分界面上發(fā)生全反 D 4 2018寧夏銀川階段考試 公園里燈光噴泉的水池中有處于同一深度的若干彩燈 在晚上觀察不同顏色彩燈的深度和水面上被照亮的面積 下列說法正確的是 A 紅燈看起來較淺 紅燈照亮的水面面積較小B 紅燈看起來較深 紅燈照亮的水面面積較小C 紅燈看起來較淺 紅燈照亮的水面面積較大D 紅燈看起來較深 紅燈照亮的水面面積較大 B大 5 2018山西臨汾10月模擬 某實驗小組做用插針法測定玻璃折射率的實驗 1 在如圖所示的實驗中 以下各說法中正確的是 A P1 P2及P3 P4之間的距離取得小些 可以提高準確度B 入射角 1適當大些可以提高準確度C 入射角太大 折射光線會在玻璃磚的內表面發(fā)生全反射 使實驗無法進行D P1 P2的間距和入射角的大小均與實驗的準確度無關 2 如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇 為了減小誤差 應選用寬度 選填 大 或 小 的玻璃磚來測量 1 2018全國卷 34 如圖 ABC為一玻璃三棱鏡的橫截面 A 30 一束紅光垂直AB邊射入 從AC邊上的D點射出 其折射角為60 則玻璃對紅光的折射率為 若改用藍光沿同一路徑入射 則光線在D點射出時的折射角 選填 小于 等于 或 大于 60 大于 2 2018全國卷 34 如圖甲所示 ABC是一直角三棱鏡的橫截面 A 90 B 60 一細光束從BC邊的D點經折射后 射到AC邊的E點 發(fā)生全反射后經AB邊的F點射出 EG垂直于AC交BC于G D恰好是CG的中點 不計多次反射 1 求出射光相對于D點的入射光的偏角 2 為實現上述光路 棱鏡折射率的取值應在什么范圍 1 如圖乙所示 光線在BC面上折射 由折射定律有 一折射定律和折射率的理解及應用 例1 A 如圖甲所示 一束單色光從空氣入射到棱鏡的AB面上 經AB和AC兩個面折射后從AC面進入空氣 當出射角i 和入射角i相等時 出射光線相對于入射光線偏轉的角度為 已知棱鏡頂角為 則棱鏡對該色光的折射率的表達式為 甲 乙 解決光的折射問題的一般方法 1 根據題意畫出光路或者根據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行求解 規(guī)律小結 變式1 多選 如圖所示 O1O2是半圓柱形玻璃體的對稱面和紙面的交線 A B是關于O1O2軸等距且平行的兩束不同單色細光束 從玻璃體右方射出后的光路圖如圖所示 MN是垂直于O1O2放置的光屏 沿O1O2方向不斷左右移動光屏 可在光屏上得到一個光斑P 根據該光路圖 下列說法正確的是 A 該玻璃體對A光的折射率比對B光的折射率小B A光的頻率比B光的頻率高C 在該玻璃體中 A光比B光的速度大D 在真空中 A光的波長比B光的波長長E A光從空氣進入該玻璃體后 其頻率變高 ACD 二全反射現象的理解和綜合分析 3 解答全反射類問題的技巧 1 根據題意畫出光的折射或恰好發(fā)生全反射的光路圖 2 作圖時找出具有代表性的光線 如符合邊界條件的臨界光線等 3 利用平面幾何知識分析線 角關系 找出入射角 折射角或臨界角 注意入射角 折射角均是光線與法線間的夾角 4 以剛好發(fā)生全反射的光線為比較對象 來判斷光線是否發(fā)生全反射 從而畫出其他光線的光路圖 溫馨提示 識記全反射棱鏡的三條特殊光路 截面為等腰直角三角形的棱鏡 叫全反射棱鏡 1 垂直于腰的入射光線出射方向改變90 2 垂直于底的入射光線出射方向改變180 3 平行于底的入射光線在底邊發(fā)生全反射 且從另一腰出射時的方向與入射方向平行 也有可能與入射光線的傳播方向重合 例2 半徑為R 介質折射率為n的透明圓柱體 過其軸線OO 的截面如圖甲所示 位于截面所在平面內的一細束光線 以角i0由O點入射 折射光線由上邊界的A點射出 當光線在O點的入射角減小至某一值時 折射光線在上邊界的B點恰好發(fā)生全反射 求A B兩點間的距離 甲 乙 規(guī)律小結 變式2 Morpho蝴蝶的翅膀在陽光的照射下呈現閃亮耀眼的藍色光芒 這是因為光照射到翅膀的鱗片上發(fā)生了干涉 電子顯微鏡下鱗片結構的示意圖如圖所示 一束光以入射角i從a點入射 經過折射和反射后從b點出射 設鱗片的折射率為n 厚度為d 兩片之間空氣層厚度為h 取光在空氣中的速度為c 求光從a到b所需的時間t 三光的色散 1 平行玻璃磚 三棱鏡和圓柱體 球 對光路的控制 特別提醒 不同顏色的光的頻率不同 在同一種介質中的折射率 光速也不同 發(fā)生全反射現象的臨界角也不同 2 光的色散及成因含有多種顏色的光被分解為單色光的現象稱為光的色散 含有多種顏色的光從一種介質進入另一種介質 由于介質對不同色光的折射率不同 各種色光的偏折程度不同 所以產生光的色散 3 光的色散問題的分析思路 4 白光通過三棱鏡的色散如圖所示 白光入射到三棱鏡的一個界面上 經棱鏡兩次折射后會在光屏上形成彩色光帶 光帶的最上側為紅色 最下側為紫色 從上到下依次是紅 橙 黃 綠 青 藍 紫 白光的色散表明 1 白光是復色光 是由紅 橙 黃 綠 青 藍 紫七種單色光組成的 2 同一介質對七種單色光的折射率不同 其中紅光最小 紫光最大 5 各種色光的比較 例3 一束由紅 藍兩單色光組成的光以入射角 由空氣射到半圓形玻璃磚表面的A處 AB是半圓的直徑 進入玻璃后分為兩束 分別為AC AD 它們從A到C和從A到D的時間分別為t1和t2 則 A AC是藍光 t1小于t2B AC是紅光 t1小于t2C AC是藍光 t1等于t2D AC是紅光 t1大于t2 C 變式3 四準確理解加速度的矢量性 1 驗原理與操作 單位圓法 如圖所示 例4 某同學為了測量截面為正三角形的玻璃三棱鏡的折射率 先在白紙上放好三棱鏡 在棱鏡的左側插上兩枚大頭針P1和P2 然后在棱鏡的右側觀察到P1和P2的像 當P1的像恰好被P2的像擋住時 插上大頭針P3和P4 使P3擋住P1 P2的像 P4也擋住P1 P2的像 在紙上標出的大頭針位置和三棱鏡輪廓如圖甲所示 甲 1 在圖上畫出對應的光路 2 為了測出三棱鏡玻璃材料的折射率 若以AB為分界面 需要測量的量是 在圖上標出它們 3 三棱鏡玻璃材料的折射率的計算公式是n 4 若在描繪三棱鏡輪廓的過程中 放置三棱鏡的位置發(fā)生了微小的平移 移至圖中的虛線位置 底邊仍重合 若仍以AB為分界面 則三棱鏡玻璃材料折射率的測量值真實值 選填 大于 小于 或 等于 入射角 1 折射角 2 大于 1 光路圖如圖乙所示 乙 變式4 多選 圖甲為某同學利用半圓形玻璃磚測定玻璃折射率n的裝置示意圖 AO DO分別表示某次測量時 光線在空氣和玻璃中的傳播路徑 在正確操作后 他利用測出的數據作出了圖乙所示的折射角正弦值 sinr 與入射角正弦值 sini 的關系圖象 則下列說法正確的是 BDE