2022年高中物理《第四章 光的折射》學(xué)案 教科版選修3-4

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1、2022年高中物理《第四章 光的折射》學(xué)案 教科版選修3-4 一、光的折射定律、全反射規(guī)律的應(yīng)用 幾何光學(xué)是以光線為工具研究光的傳播規(guī)律，所以解決幾何光學(xué)問(wèn)題的關(guān)鍵是根據(jù)“光的傳播規(guī)律”畫(huà)出光路圖，然后再利用幾何學(xué)知識(shí)，尋找相應(yīng)的邊角關(guān)系． (1)幾何光學(xué)主要包括四條原理：①光的直線傳播規(guī)律；②光的反射定律；③光的折射定律；④光路可逆原理．其中折射定律、不同色光的折射率、全反射現(xiàn)象是高考的重點(diǎn)和熱點(diǎn)．解題時(shí)常用的三個(gè)公式： ①折射定律公式：n＝； ②折射率與速度的關(guān)系：n＝；③全反射的臨界角：sin C＝. (2)注意法線的畫(huà)法：法線畫(huà)成虛線；法線垂直于界面，如果界面是

2、圓面，那應(yīng)該垂直于圓的切線，即法線沿半徑指向圓心． 例1　(xx·山東·37(2))如圖1所示，一玻璃球體的半徑為R，O為球心，AB為直徑．來(lái)自B點(diǎn)的光線BM在M點(diǎn)射出，出射光線平行于AB，另一光線BN恰好在N點(diǎn)發(fā)生全反射．已知∠ABM＝30°，求： 圖1 ①玻璃的折射率； ②球心O到BN的距離． 例2　如圖2所示，某種透明物質(zhì)制成的直角三棱鏡ABC，∠A等于30°.一束光線在紙面內(nèi)垂直AB面射入棱鏡，如圖2所示，發(fā)現(xiàn)光線剛好不能從BC面射出，而是最后從AC面射出．求： 圖2 (1)透明物質(zhì)的折射率n. (2)光線從A

3、C面射出時(shí)的折射角α.(結(jié)果可以用α的三角函數(shù)表示) 二、測(cè)折射率的方法 測(cè)折射率常見(jiàn)的方法有成像法、插針?lè)叭瓷浞?，不管哪種方法其實(shí)質(zhì)相同，由折射定律知n＝，只要確定出入射角θ1及折射角θ2即可測(cè)出介質(zhì)的折射率，下面以測(cè)定水的折射率為例對(duì)上述方法舉例說(shuō)明． (1)成像法 原理：利用水面的反射成像和水的折射成像． 圖3 方法舉例：如圖3所示，在一盛滿(mǎn)水的燒杯中，緊挨杯口豎直插一直尺，在直尺的對(duì)面觀察水面，能同時(shí)看到直尺在水中的部分和露出水面部分的像，若從P點(diǎn)看到直尺在水下最低點(diǎn)的刻度B的像B′(折射成像)恰好跟直尺在水面上刻度A的像

4、A′(反射成像)重合，讀出AC、BC的長(zhǎng)，量出燒杯內(nèi)徑d，即可求出水的折射率 n＝. (2)插針?lè)? 原理：光的折射定律． 圖4 方法舉例：如圖4所示，取一方木板，在板上畫(huà)出互相垂直的兩條線AB、MN，從它們的交點(diǎn)O處畫(huà)直線OP(使∠PON<45°)，在直線OP上的P、Q兩點(diǎn)垂直插兩枚大頭針．把木板放入水中，使AB與水面相平，MN與水面垂直．在水面上觀察，調(diào)整視線使P的像被Q的像擋住，再在木板S、T處各插一枚大頭針，使S擋住Q、P的像，T擋住S及Q、P的像．從水中取出木板，畫(huà)出直線ST，量出圖中的角θ1、θ2，則水的折射率n＝sin θ1/sin θ2. (3)全反射法 原理：

5、全反射現(xiàn)象． 圖5 方法舉例：在一盛滿(mǎn)水的大玻璃缸下面放一發(fā)光電珠，如圖5所示．在水面上觀察，看到一圓的發(fā)光面，量出發(fā)光面直徑D及水深h，則水的折射率n＝. 例3　某同學(xué)利用“插針?lè)ā睖y(cè)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(cè)出的相關(guān)角度如圖6所示．(1)此玻璃的折射率計(jì)算式為n＝________(用圖中的θ1、θ2表示)；(2)如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇，為了減小誤差，應(yīng)選用寬度________(填“大”或“小”)的玻璃磚來(lái)測(cè)量． 圖6 三、光的波速、折射率與頻率的綜合應(yīng)用 例4　半圓形玻璃磚橫截面如圖7所示，AB為直徑，O點(diǎn)為圓

6、心．在該界面內(nèi)有a、b兩束單色可見(jiàn)光從空氣垂直于AB射入玻璃磚，兩入射點(diǎn)到O點(diǎn)的距離相等．兩束光在半圓邊界上反射和折射的情況如圖4所示，則a、b兩束光(　　) 圖7 A．在同種均勻介質(zhì)中傳播，a光的傳播速度大 B．以相同的入射角從空氣斜射入水中，b光的折射角大 C．從同一介質(zhì)以相同的入射角射向空氣，若a光不能進(jìn)入空氣，則b光也不能進(jìn)入空氣 D．a(chǎn)光的頻率大于b光的頻率 1．(光的折射定律)一束復(fù)色光由空氣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．下列光路圖中可能正確的是(　　) 2．(光的折射

7、定律)如圖8所示，一束復(fù)色光從空氣中沿半圓形玻璃磚半徑方向射入，從玻璃磚射出后分成a、b兩束單色光．則(　　) 圖8 A．玻璃磚對(duì)a光的折射率為 B．玻璃磚對(duì)a光的折射率為1.5 C．b光的頻率比a光的頻率大 D．b光在玻璃中的傳播速度比a在玻璃中的傳播速度大 3．(對(duì)全反射的理解)如圖9所示，扇形AOB為透明柱狀介質(zhì)的橫截面，圓心角∠AOB＝60°.一束平行于角平分線OM的單色光由OA射入介質(zhì)，經(jīng)OA折射的光線恰平行于OB. 圖9 (1)求該介質(zhì)的折射率． (2)折射光線中恰好射到M點(diǎn)的光線________(填“能”或“不能”)發(fā)生全反射． 4．(xx·新課標(biāo)Ⅱ·34(2))一厚度為h的大平板玻璃水平放置，其下表面貼有一半徑為r的圓形發(fā)光面．在玻璃板上表面放置一半徑為R的圓紙片，圓紙片與圓形發(fā)光面的中心在同一豎直線上．已知圓紙片恰好能完全遮擋住從圓形發(fā)光面發(fā)出的光線(不考慮反射)，求平板玻璃的折射率．