【步步高】年高考物理大一輪 第十二章 第3課時 光的折射　全反射 新人教版選修34

第3課時光的折射全反射導學目標 1.掌握光的折射定律，理解折射率的概念.2.理解全反射的概念，掌握全反射產(chǎn)生的條件一、光的折射定律和折射率基礎(chǔ)導引如圖1所示，一個儲油桶的底面直徑與高均為d.當桶內(nèi)沒有油時，從某點A恰能看到桶底邊緣的某點B.當桶內(nèi)油的深度等于桶高的一半時，仍沿AB方向看去，恰好看到桶底上的點C，C、B兩點相距.求油的折射率和光在油中傳播的速度圖1知識梳理1折射現(xiàn)象光從一種介質(zhì)斜射進入另一種介質(zhì)時傳播方向_的現(xiàn)象2折射定律(如圖2所示)(1)內(nèi)容：折射光線與入射光線、法線處在_內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成_比圖2(2)表達式：n.(3)在光的折射現(xiàn)象中，光路是_的3折射率(1)物理意義：折射率是一個反映介質(zhì)的_的物理量，折射率大，說明光線從空氣射入到該介質(zhì)時_，反之偏折小(2)定義式：n，不能說n與sin 1成正比、與sin 2成反比折射率是由介質(zhì)本身的_和光的頻率決定的(3)計算公式：n，因為v<c，所以任何介質(zhì)的折射率都大于_(4)當光從真空(或空氣)射入某種介質(zhì)時，入射角大于折射角；當光由介質(zhì)射入真空(或空氣)時，入射角小于折射角二、全反射和臨界角基礎(chǔ)導引如圖3所示，在潛水員看來，岸上的所有景物都出現(xiàn)在一個倒立的圓錐里，為什么？這個圓錐的頂角是多大？(sin 48.8)圖3知識梳理1全反射(1)條件：光從_介質(zhì)射入_介質(zhì)入射角_臨界角(2)現(xiàn)象：折射光完全消失，只剩下反射光2臨界角：折射角等于90時的入射角，用C表示，sin C_.3應(yīng)用(1)全反射棱鏡(2)光導纖維三、光的色散、棱鏡知識梳理1光的色散：含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象2光譜：含有多種顏色的光被分解后，各種色光按其波長的有序排列3棱鏡(1)含義：截面是_的玻璃儀器，可以使光發(fā)生色散，白光的色散表明各色光在同一介質(zhì)中的_不同(2)三棱鏡對光線的作用：改變光的傳播方向，使復色光發(fā)生色散.考點一折射率的理解考點解讀1某種介質(zhì)的折射率是指光從真空或空氣進入該介質(zhì)時入射角的正弦值與折射角的正弦值之比如果是從該介質(zhì)進入空氣或真空，則入射角的正弦值與折射角的正弦值之比等于折射率的倒數(shù)2折射率的大小反映了介質(zhì)的光學性質(zhì)和入射光的頻率：(1)折射率越大，說明介質(zhì)對光的偏折作用越大，光線偏離原來傳播方向的程度越厲害(2)介質(zhì)對光的折射率越大，說明該光在介質(zhì)中的傳播速度越小(3)相對于同一介質(zhì)，折射率越大的光，其頻率越大3各種色光的比較顏色紅 橙 黃 綠 藍 靛 紫頻率低高同一介質(zhì)中折射率小大同一介質(zhì)中速度大小波長大小臨界角大小通過棱鏡的偏折角小大典例剖析例1 為測量一塊等腰直角三棱鏡ABD的折射率，用一束激光沿平行于BD邊的方向射向直角邊AB邊，如圖4所示激光束進入棱 圖4鏡后射到另一直角邊AD邊時，剛好能發(fā)生全反射該棱鏡的折射率為多少？圖5跟蹤訓練1如圖5所示，一貯液池高為H，某人手持手電筒向池中照射時，光斑落在左邊池壁上a處，已知a與池底相距h.現(xiàn)保持手電筒照射方向不變，當池中注滿液體后光斑恰好落在出液口處，此時液面上的光斑與左邊池壁相距L，問：(1)液體的折射率；(2)若光在空氣中的速度為c，則光在液體中的速度為多大？考點二全反射現(xiàn)象的理解與應(yīng)用考點解讀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光從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時，入射角大于折射角；光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，入射角小于折射角3如果光線從光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì)，則無論入射角多大，都不會發(fā)生全反射現(xiàn)象4光導纖維(1)結(jié)構(gòu)：光導纖維(簡稱光纖)，是一種透明的玻璃纖維絲，由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率，即內(nèi)芯是光密介質(zhì)，外套是光疏介質(zhì)(2)原理：光在光纖的內(nèi)芯中傳播，每次射到內(nèi)、外層的界面上時，都要求入射角大于臨界角，從而發(fā)生全反射典例剖析例2如圖6所示，一束截面為圓形(半徑為R)的平行白光垂直射向一玻璃半球的平面，經(jīng)折射后在屏幕S上形成一個圓形彩色亮區(qū)已知玻璃半球的半徑為R，屏幕S至球心的距離為d(d>3R)，不考慮光的干涉和衍射，試問：圖6(1)在屏幕S上形成的圓形亮區(qū)的最外側(cè)是什么顏色？(2)若玻璃半球?qū)?1)中色光的折射率為n，請你求出圓形亮區(qū)的最大半徑方法歸納此類問題涉及光的折射、光的色散和全反射現(xiàn)象，綜合性比較強(1)各種色光中紫光折射率最大，紅光折射率最小，故由折射形成的彩色光帶中紫光偏折角最大(2)利用sin C判斷臨界角，找出臨界光線，畫出光路圖是解答問題的關(guān)鍵圖7跟蹤訓練2在某科技館內(nèi)放置了一個高大的半圓柱形透明物體，其俯視圖如圖7所示，O為半圓的圓心甲、乙兩同學為了估測該透明體的折射率，進行了如下實驗他們分別站在A、O處時，相互看著對方，然后兩人貼著柱體慢慢向一側(cè)運動，到達B、C處時，甲剛好看不到乙已知半圓柱體的半徑為R，OC0.6R，BCOC，則半圓柱形透明物體的折射率為多少？考點三光的折射對光路的控制考點解讀1玻璃磚對光路的控制兩平面平行的玻璃磚，出射光線和入射光線平行，且光線發(fā)生了側(cè)移，如圖8所示圖82三棱鏡對光路的控制(1)光密三棱鏡：光線兩次折射均向底面偏折，偏折角為，如圖9所示(2)光疏三棱鏡：光線兩次折射均向頂角偏折圖9(3)全反射棱鏡(等腰直角棱鏡)，如圖10所示圖10當光線從一直角邊垂直射入時，在斜邊發(fā)生全反射，從另一直角邊垂直射出(如圖10甲)當光線垂直于斜邊射入時，在兩直角邊發(fā)生全反射后又垂直于斜邊射出(如圖10乙)，入射光線和出射光線互相平行特別提醒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)象的臨界角也不同典例剖析圖11例3雨過天晴，人們常看到天空中出現(xiàn)彩虹，它是由陽光照射到空中彌漫的水珠上時出現(xiàn)的現(xiàn)象在說明這個現(xiàn)象時，需要分析光線射入水珠后的光路，一細束光線射入水珠，水珠可視為一個半徑為R10 mm的球，球心O到入射光線的垂直距離為d8 mm，水的折射率為n4/3.(1)在圖11中畫出該束光線射入水珠后，第一次從水珠中射出的光路圖(2)求這束光線從射向水珠到第一次射出水珠，光線偏轉(zhuǎn)的角度跟蹤訓練3如圖12所示，A、B、C為等腰棱鏡，a、b兩束不同頻率的單色光垂直AB邊射入棱鏡，兩束光在AB面上的入射點到OC的距離相等，兩束光折射后相交于圖中的P點，以下判斷正確的是()A在真空中，a光光速大于b光光速B在真空中，a光波長大于b光波長圖12Ca光通過棱鏡的時間大于b光通過棱鏡的時間Da、b兩束光從同一介質(zhì)射入真空的過程中，a光發(fā)生全反射的臨界角大于b光發(fā)生全反射的臨界角15.平行玻璃磚模型例4如圖13所示，兩塊相同的玻璃等腰三棱鏡ABC置于空氣中，兩者的AC面相互平行放置，由紅光和藍光組成的細光束平行于BC面從P點射入，通過兩棱鏡后，變?yōu)閺腶、b兩點射出的單色光，對于這兩束單色光 ()圖13A紅光在玻璃中傳播速度比藍光大B從a點射出的為紅光，從b點射出的為藍光C從a、b兩點射出的單色光不平行D從a、b兩點射出的單色光仍平行，且平行于BC建模感悟平時碰到的兩面平行的玻璃磚往往是清清楚楚畫出來的，是“有形”的，其折射率大于周圍介質(zhì)的折射率，這時光線的側(cè)移方向也是我們熟悉的而該題中，未知介質(zhì)形成的兩面平行的“玻璃磚”并未勾勒出來，倒是其兩側(cè)的介質(zhì)(三棱鏡)被清楚地勾勒出來了，而且前者的折射率未必大于后者這就在一定程度上掩蓋了兩面平行的“玻璃磚”的特征因此我們不僅要熟悉光學元件的光學特征，而且要會靈活地運用，將新的情景轉(zhuǎn)化為我們熟知的模型跟蹤訓練4如圖14所示為兩塊同樣的玻璃直角三棱鏡ABC，兩者的AC面是平行放置的，在它們之間是均勻的未知透明介質(zhì)一單色細光束O垂直于AB面入射，在圖示的出射光線中，下列說法正確的是 ()圖14A1、2、3(彼此平行)中的任一條都有可能B4、5、6(彼此平行)中的任一條都有可能C7、8、9(彼此平行)中的任一條都有可能D只能是4、6中的某一條A組折射定律的理解及應(yīng)用圖151(2010全國20)頻率不同的兩束單色光1和2以相同的入射角從同一點射入一厚玻璃板后，其光路如圖15所示，下列說法正確的是 ()A單色光1的波長小于單色光2的波長B在玻璃中單色光1的傳播速度大于單色光2的傳播速度C單色光1通過玻璃板所需的時間小于單色光2通過玻璃板所需的時間D單色光1從玻璃到空氣的全反射臨界角小于單色光2從玻璃到空氣的全反射臨界角2半徑為R的玻璃圓柱體，截面如圖16所示，圓心為O，在同一截面內(nèi)，兩束相互垂直的單色光射向圓柱面的A、B兩點，其中一束沿AO方向，AOB30，若玻璃對此單色光的折射率n.圖16(1)試作出兩條光線從射入到第一次射出的光路圖，并求出各光線射出時的折射角；(當光線射向柱面時，如有折射光線則不考慮反射光線)(2)求兩條光線經(jīng)圓柱體后第一次射出的光線的交點(或反向延長線的交點)與A點的距離B組全反射現(xiàn)象的理解及應(yīng)用圖173. 如圖17所示，一細束紅光和一細束藍光平行射到同一個三棱鏡上，經(jīng)折射后交于光屏上的同一個點M，若用n1和n2分別表示三棱鏡對紅光和藍光的折射率，下列說法中正確的是 ()An1<n2，a為紅光，b為藍光Bn1<n2，a為藍光，b為紅光Cn1>n2，a為紅光，b為藍光Dn1>n2，a為藍光，b為紅光4一束單色光由左側(cè)射入盛有清水的薄壁圓柱形玻璃杯，圖18為過軸線的截面圖，調(diào)整入射角，使光線恰好在水和空氣的界面上發(fā)生全反射，已知水的折射率為，求sin 的值圖18課時規(guī)范訓練(限時：45分鐘)一、選擇題1香港中文大學第三任校長高錕榮獲了2009年諾貝爾物理學獎諾貝爾獎委員會高度評價了高錕的貢獻，評委會指出：高錕1966年發(fā)現(xiàn)如何通過光學玻璃纖維遠距離傳輸光信號的工作，成為今日電話和高速互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)運行的基石下列說法中，正確的是 ()A光纖通信具有傳輸容量大、衰減小、抗干擾性強等優(yōu)點B光纖通信、全息照相、數(shù)碼相機及醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡都是利用了光的全反射原理C實用光導纖維是由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射D當今，在信號的傳輸領(lǐng)域中，光纖電纜(“光纜”)已經(jīng)幾乎完全取代了傳統(tǒng)的銅質(zhì)“電纜”，成為傳播信息的主要工具，是互聯(lián)網(wǎng)的骨架，并已聯(lián)接到普通社區(qū)圖12如圖1所示，MN是位于豎直平面內(nèi)的光屏，放在水平面上的半圓柱形玻璃磚的平面部分ab與屏平行由光源S發(fā)出的一束白光從半圓沿半徑射入玻璃磚，通過圓心O再射到屏上在水平面內(nèi)以O(shè)點為圓心沿逆時針方向緩緩轉(zhuǎn)動玻璃磚，在光屏上出現(xiàn)了彩色光帶當玻璃磚轉(zhuǎn)動角度大于某一值時，屏上彩色光帶中的某種顏色的色光首先消失有關(guān)彩色的排列順序和最先消失的色光是 ()A左紫右紅，紫光 B左紅右紫，紫光C左紫右紅，紅光 D左紅右紫，紅光3很多公園的水池底都裝有彩燈，當一細束由紅、藍兩色組成的燈光從水中斜射向空氣時，關(guān)于光在水面可能發(fā)生的反射和折射現(xiàn)象，下列光路圖中正確的是 ()圖24某物理興趣小組用實驗探究光的色散規(guī)律，他們將半圓形玻璃磚放在豎直面內(nèi)，在其左方豎直放置一個很大的光屏P，讓一復色光束SA射向玻璃磚的圓心O后，有兩束單色光a和b射向光屏P，如圖2所示他們根據(jù)實驗現(xiàn)象提出了以下四個猜想，你認為正確的是 ()A單色光a的波長小于單色光b的波長B在玻璃中單色光a的傳播速度大于單色光b的傳播速度C單色光a通過玻璃磚所需的時間大于單色光b通過玻璃磚所需的時間D當光束SA繞圓心O逆時針轉(zhuǎn)動過程中，在光屏P上最早消失的是a光5.下列說法正確的是 ()A太陽光通過三棱鏡形成彩色光譜，這是光的干涉的結(jié)果B用光導纖維傳送圖象信息，這是光的衍射的應(yīng)用C瞇著眼睛看發(fā)光的燈絲時能觀察到彩色條紋，這是光的偏振現(xiàn)象D在照相機鏡頭前加裝偏振濾光片拍攝日落時水面下的景物，可使景像清晰6. 一束白光從頂角為的一邊以較大的入射角i射入并通過三棱鏡后，在屏P上可得到彩色光帶，如圖3所示，在入射角i逐漸減小到零的過程中，假如屏上的彩色光帶先后全部消失，則()圖3A紅光最先消失，紫光最后消失B紫光最先消失，紅光最后消失C紫光最先消失，黃光最后消失D紅光最先消失，黃光最后消失7如圖4所示，紅色細光束a射到折射率為的透明球表面，入射角為45，在球的內(nèi)壁經(jīng)過一次反射后，從球面射出的光線為b，則入射光線a與出射光線b之間的夾角為 ()A30 B45圖4C60 D758. 如圖5所示，ABC為等腰棱鏡，兩束頻率不同、寬度均為d的平行光a和b，分別垂直AB邊射向棱鏡，棱鏡的對稱軸OC為兩束光的分界 線，棱鏡對a光和b光的折射率分別為n1和n2，且n1<n2，則()A由玻璃射向真空發(fā)生全反射時玻璃對a光的臨界角比對b光的小圖5B在玻璃中a光的光速比b光的小C分別從棱鏡的BC、AC邊射出后，a光的寬度比b光的大D用同一裝置做雙縫干涉實驗時，a光干涉條紋間距比b光的小9. 空氣中兩條光線a和b從方框左側(cè)入射，分別從方框下方和上方射出，其框外光線如圖6所示方框內(nèi)有兩個折射率n1.5的玻璃全反射棱鏡下列選項中給出了兩棱鏡四種放置方式的示意圖，其中能產(chǎn)生上述效果的是 ()二、非選擇題圖710.圖7是光從介質(zhì)1進入介質(zhì)2的折射情況，根據(jù)光路圖可知：兩種介質(zhì)相比較，介質(zhì)1是_介質(zhì)，介質(zhì)2是_介質(zhì)；光在介質(zhì)中的波長1_2(選填“>”、 “”或“<”)頻率1_2(選填“>”、“”或“<”)圖811. 如圖8所示是一透明的圓柱體的橫截面，其半徑R20 cm，折射率為，AB是一條直徑，今有一束平行光沿AB方向射向圓柱體，試求：(1)光在圓柱體中的傳播速度；(2)距離直線AB多遠的入射光線，折射后經(jīng)過B點12圖9夏日晚上，小明去游泳池游泳，他站在池邊發(fā)現(xiàn)對岸標桿上有一燈A，水下池壁上有一彩燈B(B燈在圖中未畫出)，如圖9所示，他調(diào)整自己到岸邊的距離，直到發(fā)現(xiàn)A燈經(jīng)水面反射所成的像與B燈經(jīng)水面折射后所成的像重合，此時人到對岸的距離L10 m，A燈距水面高為0.5 m，人眼E距水面高為2 m，水的折射率為.(1)畫出小明看到A、B燈的像重合時的光路圖；(2)求B燈在水面下的深度復習講義基礎(chǔ)再現(xiàn)一、基礎(chǔ)導引1.581.9108 m/s知識梳理1.改變2.(1)同一平面正(3)可逆3.(1)光學性質(zhì)偏折大(2)光學性質(zhì)(3)1二、基礎(chǔ)導引見解析解析岸上所有景物發(fā)出的光，射向水面時入射角1分布在0到90之間，射入水中后的折射角2在0至臨界角之間可以求出光從水中射向空氣的臨界角C.如圖所示，幾乎貼著水面射入水里的光線，在潛水員看來是從折射角為C的方向射來的，水面上其他方向射來的光線，折射角都小于C.因此認為水面以上所有的景物都出現(xiàn)在頂角為2C的圓錐里由公式sin C和水的折射率n1.33，可求得臨界角Carcsin 48.8設(shè)圓錐的頂角為，則有2C97.6.知識梳理1.(1)光密光疏大于或等于2.三、3(1)三角形折射率課堂探究例1跟蹤訓練1(1) (2)c 例2(1)紫色(2)dnR跟蹤訓練2例3(1)見解析(2)32解析(1)如圖所示跟蹤訓練3C例4ABD跟蹤訓練4B分組訓練1AD2(1)光路圖見解析060(2)(1)R解析(1)過A點的光線不偏折，折射角為0.設(shè)過B的光線折射角為，則n，故30經(jīng)C點發(fā)生折射，入射角為30，同理折射角為60光路圖如圖所示3B由題圖可知，b光線經(jīng)過三棱鏡后的偏折角較小，因此折射率較小，是紅光故B正確4.課時規(guī)范訓練1AD2B3C4B5D6B7A8C9B10光密光疏<11(1)108 m/s(2)10 cm12(1)見解析圖(2)1.89 m12