物理第十三章 光學 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)夯實精準歸納題組突破強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)夯實精準歸納題組突破強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)夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升BCD解析:介質(zhì)的折射率是一個反映介質(zhì)光學性質(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A錯誤,

2、B正確;由于真空中的光速是個定值,故n與v成反比是正確的,選項C正確;由于v=f,當f一定時,v與成正比,又n與v成反比,故n與也成反比,選項D正確。-6-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強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點是玻璃球的最高點,來自B點的光線BD從D點射出,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)夯實精準歸納題組突破強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。-8-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升全反射1.含義:光從介質(zhì)進入到介質(zhì)中時,隨著入射角的增大,折射光線法線,強度越來越弱,但是反射光線在遠離法線的同時強度越來越強,當入射角達到角度時,只剩下反射光線。2.條件:(1);(2)。3.臨界角:折射角為時對應的入射角。有sinC=。4.應用:(1)全反射棱鏡;(2)光導纖

4、維。光密光疏遠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)夯實精準歸納題組突破強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,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,但折射角應大于入射角,選項A正確,選項C錯誤。當光從空氣射入玻璃磚時,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B、D錯誤。 答案解析關(guān)閉A-10-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強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,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,光線會從OQ邊射出C.若1,光線會從OP邊射出D.若1,光線會在OP邊發(fā)生全反射D-11-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強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)進入光疏介質(zhì)。2.應用確定臨界角。3.根據(jù)題設(shè)條件,判定光在傳播時是否發(fā)生全反射。4.如發(fā)生全反射,畫出入射角等于臨界角時的臨界光路圖。5.運用幾何關(guān)系或三角函數(shù)關(guān)系以及反射定律等進行分析、判斷、計算。-12-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強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)夯實精準歸納題組突破強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B正確。-14-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強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),同學們能作出什么判斷?”有同學作出判斷如下,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)夯實精準歸納題組突破強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()A.紅光在玻璃中傳播速度比藍光小B.從a點射出的為藍光,從b點射出的為紅光C.從a、b兩點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光的折射率,分析可知,紅光在玻璃中傳播速度比藍光大,故A錯誤;藍光的折射率大,經(jīng)過三棱鏡ABC后偏折角大,從a點射出的單色光為紅光,從b點射出的單色光為藍光,故B錯誤;根據(jù)光路的可逆性,從a、b兩點

9、射出的光線與入射光線平行,則從a、b兩點射出的單色光仍平行,且平行于BC面,所以C選項是正確的;若改變?nèi)肷涔獾姆较?可能藍光在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選項是正確的。 答案解析關(guān)閉CD-17-題組突破強化提升核心剖析歸納提升B-18-題組突破強化提升核心剖析歸納提升-19-題組突破強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)進入光密介質(zhì)還是從光密介質(zhì)進入光疏介質(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,必要時還可應用光路的可逆原理畫出光路圖,然后結(jié)合幾何知識進行推

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)系式應熟練掌握。-20-題組突破強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。-21-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升測定玻璃的折射率1.實驗裝置圖2.實驗目的測定玻璃的折射率。3

11、.實驗原理用插針法確定光路,找出跟入射光線相對應的折射光線;用量角器測出入射角1和折射角2;根據(jù)折射定律計算出玻璃的折射率4.實驗器材白紙、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)夯實精準歸納題組突破強化提升5.實驗步驟(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,使它的一個邊跟aa對齊,并畫出玻璃磚的另一個邊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擋住P1和P2的像擋住P3本身和P1、P2的像-23-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升(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,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)算出不同入射角時的值,比較一下,看它們是否接近一個常數(shù),求出幾次實驗中所測的平均值,這就是所測玻璃的折射率。-24-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升-25-基礎(chǔ)夯實

13、精準歸納題組突破強化提升-26-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升7.注意事項(1)玻璃磚要適當厚些。(2)入射角最好在15到75之間。(3)大頭針的間距應適當大些。(4)大頭針要插得豎直。-27-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升1.(實驗操作與測量)在測定玻璃的折射率實驗中,某同學經(jīng)正確操作插好了4枚大頭針,如圖甲所示。-28-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升-29-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升(1)在圖乙中畫出完整的光路圖。(2)對你畫出的光路圖進行測量和計算,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,某同學做了兩次實驗,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)夯實精準歸納題組突破強化提升-31-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升(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。圖b-32-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升2.(實驗數(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驗時,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點的入射光線。-33-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升(1)在圖上補畫出所需的光路。(2)為了測出玻璃的折射率,需要測量入射角和折射角,請在圖中的AB分界面上畫出這兩個角。(3)用所測物理量計算折射率的公式為n=。(4)為了保證在弧面CD得到出射光線,實驗過程中,光線在弧面AB的入射角應適當(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)夯實精準歸納題組突破強化提升解析 (1)連接P3、P4與CD交于一點,此交點即為光線從玻璃磚中射出的位置,由于P1、P2的連線與AB的交點即為光線進入玻璃磚的位置,連接兩交點即可作出玻璃磚中的光路,如圖所示。(2)連接O點與光線在AB上的入射點即為法線,作出入射角和折射角如圖中i、r所示。-35-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升3.(實驗原理遷移)有人設(shè)計了一個測量液體折射

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,每次測量時讓圓盤的下半部分豎直進入液體中,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。同學們通過計算,預先在圓周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)夯實精準歸納題組突破強化提升(1)若AOF=45,OP3與OC的夾角為30,則P3處所對應的折射率的值為。(2)圖中P3、P4兩位置中處所對應的折射率的值大。(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。-37-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升