物理第十三章 光學(xué) 電磁波 32 光的折射 全反射

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1、第第3232講光的折射全反射講光的折射全反射-3-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升光的折射1.折射現(xiàn)象光射到兩種介質(zhì)的界面上從第一種介質(zhì)進(jìn)入第二種介質(zhì)的現(xiàn)象。2.折射定律(1)內(nèi)容:光線、光線、共面;折射光線與入射光線分居兩側(cè);入射角的與_成。(3)在光的折射現(xiàn)象中,光路是可逆的。入射折射法線法線正弦折射角的正弦正比-4-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升真空入射角的正弦折射角的正弦c v -5-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升BCD解析:介質(zhì)的折射率是一個(gè)反映介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的物理量,由介質(zhì)本身和光的頻率共同決定,與入射角、折射角無關(guān),故選項(xiàng)A錯(cuò)誤,

2、B正確;由于真空中的光速是個(gè)定值,故n與v成反比是正確的,選項(xiàng)C正確;由于v=f,當(dāng)f一定時(shí),v與成正比,又n與v成反比,故n與也成反比,選項(xiàng)D正確。-6-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升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()ABD-7-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升1.折射率的理解(1)折射率由介質(zhì)本身性質(zhì)決定,與入射角的大小無關(guān)。(2)折射率與介質(zhì)的密度沒有關(guān)系,光密介質(zhì)不是指密度大的介質(zhì)。(3)同一種介

3、質(zhì)中,頻率越大的色光折射率越大,傳播速度越小。2.應(yīng)用光的折射定律解題的一般思路(1)根據(jù)入射角、折射角及反射角之間的關(guān)系,作出比較完整的光路圖。(2)充分利用光路圖中的幾何關(guān)系,確定各角之間的聯(lián)系,根據(jù)折射定律求解相關(guān)的物理量:折射角、折射率和光路是可逆的等特點(diǎn)。-8-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升全反射1.含義:光從介質(zhì)進(jìn)入到介質(zhì)中時(shí),隨著入射角的增大,折射光線法線,強(qiáng)度越來越弱,但是反射光線在遠(yuǎn)離法線的同時(shí)強(qiáng)度越來越強(qiáng),當(dāng)入射角達(dá)到角度時(shí),只剩下反射光線。2.條件:(1);(2)。3.臨界角:折射角為時(shí)對應(yīng)的入射角。有sinC=。4.應(yīng)用:(1)全反射棱鏡;(2)光導(dǎo)纖

4、維。光密光疏遠(yuǎn)離某一折射光線全部消失光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)入射角大于等于臨界角90 -9-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升1.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() 答案解析解析關(guān)閉光從玻璃磚射向空氣時(shí),如果入射角大于臨界角,則發(fā)生全反射;如果入射角小于臨界角,則在界面處既有反射光線,又有折射光線,但折射角應(yīng)大于入射角,選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。當(dāng)光從空氣射入玻璃磚時(shí),在界面處既有反射光線,又有折射光線,且入射角大于折射角,選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤。 答案解析關(guān)閉A-10-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升2.打磨某剖面

5、如圖所示的寶石時(shí),必須將OP、OQ邊與軸線的夾角切磨在12,光線一定在OP邊發(fā)生全反射B.若2,光線會(huì)從OQ邊射出C.若1,光線會(huì)從OP邊射出D.若1,光線會(huì)在OP邊發(fā)生全反射D-11-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升解決全反射問題的一般方法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.如發(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。-12-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升光的顏色、色散含有多種顏色的光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì),由于介

6、質(zhì)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(chǎn)生光的色散。各種色光的比較-13-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升1.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,波長分別為a、b,該玻璃對單色光a、b的折射率分別為na、nb,則() A.anbB.ab,nanbC.ab,nab,nanbB解析:一束光經(jīng)過三棱鏡折射后,折射率小的光偏折較小,而折射率小的光波長較長。所以ab,nanb。故選項(xiàng)B正確。-14-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升2.(多選)在一次討論中,老師給同學(xué)們出了這么一道題:“假如水中相同深度處有a、b、c三種不同顏色的單色點(diǎn)光

7、源,有人在水面上方同等條件下觀測發(fā)現(xiàn),b在水下的像最深,c照亮水面的面積比a的大。關(guān)于這三種光在水中的性質(zhì),同學(xué)們能作出什么判斷?”有同學(xué)作出判斷如下,根據(jù)老師的假定,以下回答正確的是()A.c光的頻率最大B.a光的傳播速度最小C.b光的折射率最大D.a光的波長比b光的短BD-15-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升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)問題,首先要畫出光路圖,找出各次折射過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。-16-題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升1.(多選)如圖所示,兩塊

8、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(lán)光組成的細(xì)光束平行于BC面從P點(diǎn)射入,通過兩棱鏡后,變?yōu)閺腶、b兩點(diǎn)射出的單色光,對于這兩束單色光()A.紅光在玻璃中傳播速度比藍(lán)光小B.從a點(diǎn)射出的為藍(lán)光,從b點(diǎn)射出的為紅光C.從a、b兩點(diǎn)射出的單色光仍平行,且平行于BCD.若改變?nèi)肷涔獾姆较?有可能會(huì)只有一種光從右側(cè)的AB面出射 答案解析解析關(guān)閉玻璃對紅光的折射率小于對藍(lán)光的折射率,分析可知,紅光在玻璃中傳播速度比藍(lán)光大,故A錯(cuò)誤;藍(lán)光的折射率大,經(jīng)過三棱鏡ABC后偏折角大,從a點(diǎn)射出的單色光為紅光,從b點(diǎn)射出的單色光為藍(lán)光,故B錯(cuò)誤;根據(jù)光路的可逆性,從a、b兩點(diǎn)

9、射出的光線與入射光線平行,則從a、b兩點(diǎn)射出的單色光仍平行,且平行于BC面,所以C選項(xiàng)是正確的;若改變?nèi)肷涔獾姆较?可能藍(lán)光在AC面上發(fā)生全反射,只有紅光從右側(cè)的AB面出射,所以D選項(xiàng)是正確的。 答案解析關(guān)閉CD-17-題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升B-18-題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升-19-題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升1.光的折射與全反射的綜合問題求解的基本思路(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

10、斷和求解相關(guān)問題。(4)折射率n是討論折射和全反射問題的重要物理量,是聯(lián)系各物理量的橋梁,對跟折射率有關(guān)的所有關(guān)系式應(yīng)熟練掌握。-20-題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升2.求解光的折射、全反射問題的四點(diǎn)提醒(1)光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對而言的。(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(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。-21-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升測定玻璃的折射率1.實(shí)驗(yàn)裝置圖2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y定玻璃的折射率。3

11、.實(shí)驗(yàn)原理用插針法確定光路,找出跟入射光線相對應(yīng)的折射光線;用量角器測出入射角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、長方形玻璃磚。-22-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升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O點(diǎn)畫出界面aa的NN,如裝置圖。(3)把長方形的玻璃磚放在白紙上,使它的一個(gè)邊跟aa對齊,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

12、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-23-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升(7)記下P3和P4的位置,移去玻璃磚和大頭針,過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)中所測的平均值,這就是所測玻璃的折射率。-24-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升-25-基礎(chǔ)夯實(shí)

13、精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升-26-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升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。-27-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升1.(實(shí)驗(yàn)操作與測量)在測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)經(jīng)正確操作插好了4枚大頭針,如圖甲所示。-28-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升-29-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升(1)在圖乙中畫出完整的光路圖。(2)對你畫出的光路圖進(jìn)行測量和計(jì)算,求得該玻璃磚的折射率n=(保留三位有效數(shù)字)。(3)為了觀測光在玻璃磚不同表面的折射現(xiàn)象,某同學(xué)做了兩次實(shí)驗(yàn),經(jīng)正確操作插好了8

14、枚大頭針,如圖丙所示。圖中P1和P2是同一入射光線上的2枚大頭針,其對應(yīng)出射光線上的2枚大頭針是P3和_(選填“A”或“B”)。答案 (1)見解析圖a(2)1.53(1.501.56均正確)(3)A-30-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升-31-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升(3)光路圖如圖b所示,光線經(jīng)兩邊沿相互平行的玻璃磚,出射光線平行于入射光線,即MNP4B。P1P2光線從棱鏡右邊側(cè)面射出向底邊偏折,如圖b中P3A,所以填A(yù)。圖b-32-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升2.(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與誤差分析)用圓弧狀玻璃磚做測定玻璃折射率的實(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

15、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。-33-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升(1)在圖上補(bǔ)畫出所需的光路。(2)為了測出玻璃的折射率,需要測量入射角和折射角,請?jiān)趫D中的AB分界面上畫出這兩個(gè)角。(3)用所測物理量計(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)過程中,光線在弧面AB的入射角應(yīng)適當(dāng)(選填“小一些”“無所謂”或

16、“大一些”)。(5)多次改變?nèi)肷浣?測得幾組入射角和折射角,根據(jù)測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=。答案 (1)見解析圖(2)見解析圖(3)(4)小一些(5)1.5-34-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升解析 (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。(2)連接O點(diǎn)與光線在AB上的入射點(diǎn)即為法線,作出入射角和折射角如圖中i、r所示。-35-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升3.(實(shí)驗(yàn)原理遷移)有人設(shè)計(jì)了一個(gè)測量液體折射

17、率的儀器,如圖所示,在一圓盤上,過其圓心O作兩條互相垂直的直徑BC、EF,在半徑OA上,垂直盤面插下兩枚大頭針P1、P2,并保持P1、P2位置不變,每次測量時(shí)讓圓盤的下半部分豎直進(jìn)入液體中,而且總使得液面與直徑BC相平,EF作為界面的法線,然后在圖中右上方區(qū)域觀察P1、P2的像,并在圓周上插上大頭針P3,使P3正好擋住P1、P2的像。同學(xué)們通過計(jì)算,預(yù)先在圓周EC部分刻好了折射率的值,這樣只要根據(jù)P3所插的位置,就可直接讀出液體折射率的值,則:-36-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升(1)若AOF=45,OP3與OC的夾角為30,則P3處所對應(yīng)的折射率的值為。(2)圖中P3、P4兩位置中處所對應(yīng)的折射率的值大。(3)若某種待測液體的折射率為n=2,則要用此裝置測其折射率,AOF應(yīng)。-37-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升