2020屆高考物理人教版一輪復習光的折射全反射教案Word版2020屆高考物理人教版一輪復習光的折射全反射教案Word版14/14蚃PAGE14膁薆肈芁膇蒄蒁薅膁葿2020屆高考物理人教版一輪復習光的折射全反射教案Word版1.光的折射定律折射率(1)光的折射定律:折射光輝與入射光輝、法線處在同一平面內,折射光輝與入射光輝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)光的折射規律與光的反射規律的差異:光的流傳規律中,入射光輝和反射光輝在界面的同側,光的流傳速度不變;光的折射規律中,入射光輝和反射光輝分別在介質分界面的兩側,光的流傳速度發生改變。【易錯警示】(1)公式n=中,不論是光從真空射入介質,還是從介質射入真空,θ1總是真空中的光輝與法線間的夾角,θ2總是介質中的光輝與法線間的夾角。(2)折射率是由介質自己性質決定的,與入射角的大小沒關。(3)折射率:光從一種介質射入另一種介質時,誠然入射角的正弦跟折射角的正弦之比為一常數n,但是對不同樣的介質來說,這個常數n是不同樣的,這個常數n跟介質相關,是一個反響介質的光學性質的物理量,我們把它叫作介質的折射率。(4)介質的折射率與光速的關系:某種介質的折射率,等于光在真空中的速度跟光在這種介質中的速度之比。【溫馨提示】(1)折射率與介質的密度沒相關系,光密介質不是指密度大的介質。(2)同一種介質中,頻率越大的色光折射率越大,流傳速度越小。2.全反射光導纖維(1)全反射現象:光流傳到兩種介質的表面時,平時要同時發生反射和折射現象,若滿足了某種條件,光輝不再發生折射現象,而要全部返回原介質中流傳的現象叫全反射現象。(2)發生全反射的條件:①光從光密介質入射到光疏介質。關于兩種介質來說,光在其中流傳速度較小的介質,即絕對折射率較大的介質,叫光密介質;而光在其中流傳速度較大的介質,即絕對折射率較小的介質叫光疏介質。光密介質和光疏介質是相對的。②入射角等于也許大于臨界角。(3)臨界角:折射角等于90°時的入射角。若光從光密介質(折射率為n)射向真空或空氣時,發生全反射的臨界角為,則sinC=。C介質的折射率越大,發生全反射的臨界角越小。

(4)光導纖維:光導纖維的原理是利用光的全反射。

【溫馨提示】在解決全反射問題時,應依照題意解析光路,利用幾何知識解析線、角關系,比較入射角和臨界角的大小關系,看

可否滿足全反射條件。

.測定玻璃的折射率(1)計算法:當光輝

AO1以必然的入射角穿過兩面平行的玻璃磚時

,經過插針法找出跟入射光輝

AO1對應的出射光輝

O2B,從而

作出折射光輝

O1O2和折射角θ2,再依照

n=

或n=

,算出玻璃的折射率。

(2)作

sin

θ1-sin

θ2圖象:改變不同樣的入射角

θ1,測出不同樣的折射角

θ2,作

sin

θ1-sin

θ2圖象,由n=

可知圖象應為直線

,其斜

率為折射率。

(3)注意事項:①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。②入射角θ1不宜太大(湊近90°),也不宜太小(湊近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。

③操作時,手不能夠觸摸玻璃磚的光潔光學面

,更不能夠把玻璃磚界面當尺子畫界線。

④實驗過程中

,玻璃磚與白紙的相對地址

不能夠改變。⑤玻璃磚應采納寬度較大的,宜在5cm以上,若寬度太小

【溫馨提示】(1)入射光輝、出射光輝確定的正確性造成誤差

,則測量誤差較大。

,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

,故入射角應合適大些

,以減小測量的相對誤差。

1.(2018

貴州貴陽質量檢測

)以下列圖

,紅色細光束

a射到折射率為

的透明球表面

,入射角為

45°,在球的內壁經過一次反射后

,從

球面射出的光輝為

b,則入射光輝

a與出射光輝

b

的反向延長線之間的夾角

α為(

)。

A.30°

B.45°

C.60°

D.75°

答案

A

2.(2018

福建南平階段檢測

)以下列圖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θ=30°角的光輝射向

AB面,在棱鏡中經過BC邊一次反射后從AC邊射出,出射光輝的折射角為60°。則這種資料的折射率為()。A.

B.

C.

D.2

答案

B

3.(2018

一端進入

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,從另一端射出,以下說法正確的選項是()。

,其中心部分是內芯

,內芯以外的部分為包層

,光從

.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

.不同樣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同樣D.若紫光以以下列圖的角度入射時

,恰能在內芯和包層分界面上發生全反射

,則改用紅光以同樣角度入射時

,也能在內芯和包層分界

面上發生全反

答案A4.(2018

亮的面積

寧夏銀川階段考試,以下說法正確的選項是

)公園里燈光噴泉的水池中有處于同一深度的若干彩燈

()。

,在夜晚觀察不同樣顏色彩燈的深度和水面上被照

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

答案D

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)在以下列圖的實驗中,以下各說法中正確的選項是()。

A1、P2及3、4之間的距離獲取小些,能夠提高正確度.PPPB.入射角θ1合適大些能夠提高正確度C.入射角太大,折射光輝會在玻璃磚的內表面發生全反射,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正確度沒關(2)若是有幾塊寬度大小不同樣的平行玻璃磚可供選擇,為了減小誤差,應采納寬度(選填“大”或“小”)的玻璃磚來測量。

答案(1)B(2)大

1.(2018全國卷Ⅰ,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,則光輝在D點射出時的折射角(選填“小于”“等

于”或“大于”)60°。

解析依照題述和圖示可知,在AC面,λ射角i=60°,折射角r=30°,由光的折射定律有,n==。由于玻璃對藍光的折射率大

于玻璃對紅光的折射率,沿同一路徑入射時,光輝在D點射出時的折射角大于60°。

答案大于2.(2018全國卷Ⅱ,34)如圖甲所示,△ABC是素來角三棱鏡的橫截面邊的E點,發生全反射后經AB邊的F點射出。EG垂直于AC交

,∠A=90°,∠B=60°,一細光束從BC邊的D點經折射后,射到ACBC于G,D恰好是CG的中點。不計多次反射。

甲

(1)求出射光相關于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?

解析(1)如圖乙所示,光輝在BC面上折射,由折射定律有

乙sini1=nsinr1式中,n為棱鏡的折射率,i1和r1分別是該光輝在BC面上的入射角和折射角。光輝在AC面上發生全反射,由反射定律有i2=r2式中i2和r2分別是該光輝在AC面上的入射角和反射角。光輝在AB面上發生折射,由折射定律有nsini3=sinr3式中i3和r3分別是該光輝在AB面上的入射角和折射角。由幾何關系得22=60°,13=30°i=rr=i可得i1=r3F點的出射光相關于D點的入射光的偏角

δ=(r1-i1)+(180°-i2-r2)+(r3-i3)

聯立解得δ=60°。

(2)光輝在AC面上發生全反射,光輝在AB面上不發生全反射,有

nsini2≥nsinC>nsini3

式中C是全反射臨界角,滿足

nsinC=1

由以上各式知,棱鏡的折射率n的取值范圍應為

≤n<2。

答案(1)60°(2)≤n<2

見《自學聽講》P253

一折射定律和折射率的理解及應用

1.對折射率的理解

(1)折射率的大小不但反響了介質對光的折射本領,也反響了光在介質中流傳速度的大小,v=。

(2)折射率的大小不但與介質自己相關,還與光的頻率相關。同一種介質中,頻率越大的色光折射率越大,流傳速度越小。

同一種色光,在不同樣介質中誠然波速、波長不同樣,但頻率同樣。

2.解決光的折射問題的思路

依照題意畫出正確的光路圖。

利用幾何關系確定光路中的邊、角關系,要注意入射角、折射角均以法線為標準。

利用折射定律、折射率公式求解。

【溫馨提示】在折射現象中光路是可逆的。光的折射規律與光的反射規律的差異:光的流傳規律中,入射光

線和反射光輝在界面的同側,光的流傳速度不變;光的折射規律中,入射光輝和反射光輝分別在介質分界面的兩側,

光的流傳速度發生改變。

例1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,出射光輝相關于入射光輝偏轉的角度為θ。已知棱鏡頂角為α,則棱鏡對該色光的折射率的表達式為()。

甲

A.B.

C.D.--

解析如圖乙所示,設AB面上的折射角為γ,AC面上的入射角為γ',由于i'=i,由光的折射定律及光路可逆知γ'=γ,又設兩法線的

夾角為β,則由幾何關系得γγβ180°,又由αβ180°,解得γ,又由幾何關系得γγθ,解得i=,則棱鏡對光的折射+'+=+==+'+=i+i'率n==,故A項正確。

乙

答案A

解決光的折射問題的一般方法:(1)依照題意畫出光路也許依照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。變式1(多項選擇)以下列圖,1O2是半圓柱形玻璃體的對稱面和紙面的交線,、B是關于1O2軸等距且平行的兩束不同樣單色細OAO光束,從玻璃體右方射出后的光路圖以下列圖。MN是垂直于O1O2放置的光屏,沿O1O2方向不斷左右搬動光屏,可在光屏上獲取一個光斑P,依照該光路圖,以下說法正確的選項是()。

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

【解析】經過玻璃體后,A光的偏折程度比B光的小,則該玻璃體對A光的折射率比對B光的折射率小,A項正確;折射率越大,

光的頻率越高

,說明

A光的頻率比

B光的頻率低

,B項錯誤;依照

v=

得知,A光的折射率較小

,則A光在玻璃磚中的速度較大

,故C項

正確;由c=λν知,A光的波長比

B光的長,故D

項正確;光從空氣進入該玻璃體頻率不變

,E項錯誤。

【答案】

ACD

二全反射現象的理解和綜合解析

1.全反射現象綜合問題的解析思路

判斷光輝是從光疏介質進入光密介質還是從光密介質進入光疏介質。

判斷入射角可否大于臨界角,明確可否發生全反射現象。

(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,爾后結合幾何知識進行

推斷和求解相關問題。

折射率n是談論折射和全反射問題的重要物理量,是聯系各物理量的橋梁,對跟折射率相關的所相關系式

應熟練掌握。

2.解析光的流傳時間的一般思路

(1)全反射現象中,光在同種平均介質中的流傳速度不發生變化,即v=。

全反射現象中,光的流傳行程應結合光路圖與幾何關系進行確定。

利用t=求解光的流傳時間。

3.解答全反射類問題的技巧

依照題意畫出光的折射或恰好發生全反射的光路圖。

作圖時找出擁有代表性的光輝,如吻合界線條件的臨界光輝等。

利用平面幾何知識解析線、角關系,找出入射角、折射角或臨界角。注意入射角、折射角均是光輝與法線間的夾角。

以恰好發生全反射的光輝為比較對象,來判斷光輝可否發生全反射,從而畫出其他光輝的光路圖。

【溫馨提示】識記全反射棱鏡的三條特別光路:截面為等腰直角三角形的棱鏡,叫全反射棱鏡。(1)垂直于

腰的入射光輝出射方向改變90°;(2)垂直于底的入射光輝出射方向改變180°;(3)平行于底的入射光輝在底邊發生

全反射,且從另一腰出射時的方向與入射方向平行(也有可能與入射光輝的流傳方向重合)。

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輝,以角

i0由O點入射,折射光輝由上界線的A點射出。當光輝在O點的入射角減小至某一值時,折射光輝在上界線的B點恰好發生全反射。

求A、B兩點間的距離。

甲解析光路如圖乙所示,當光輝從A點射出時,設折射角為r,由光的折射定律可知n=,則A點到左端面的距離x1=;若在B點發生全反射,則sinC=,故B點離左端面的距離x2=RtanC,聯立解得A、B間的距離x=x2-x1=R--。-

乙

-

答案R--

解決全反射問題的一般方法

:(1)確定光是從光密介質進入光疏介質。

(2)應用

sin

C=

確定臨界角。

(3)依照題設條件

,判斷光在傳

播時可否發生全反射。(4)如發生全反射,畫出入射角等于臨界角時的臨界光路圖。(5)運用幾何關系或三角函數關系以及反射定

律等進行解析、判斷、運算,解決問題。

變式2Morpho蝴蝶的翅膀在陽光的照射下表現閃亮刺目的藍色光輝,這是由于光照射到翅膀的鱗片上發生了干涉,電子顯

微鏡下鱗片結構的表示圖以下列圖,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。

解析設光在鱗片中的折射角為

r,依照折射定律有

sin

i=nsin

r,依照折射率定義式可知

,光在鱗片中流傳的速度

v=

,由圖中幾何

關系可知

,光從

a到

b

的過程中

,在鱗片中經過的行程

s1=

,在空氣中經過的行程

s2=

,所以光從

a到b

所需的時間

t=+

,解

得t=

+

。

-

答案

+

-

三光的色散1.平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對光路的控制種類三棱鏡圓柱體(球)項目平行玻璃磚結構玻璃磚上下表面是平行的橫截面為三角形橫截面是圓

對光輝的作用經過平行玻璃磚的光輝不改變流傳方經過三棱鏡的光輝經兩次折射后,出射光輝圓界面的法線是過圓心的直線,經過兩次折射后向圓向棱鏡底邊偏折心偏折向,但要發生側移應用測定玻璃的折射率全反射棱鏡,改變光的流傳方向改變光的流傳方向【特別提示】不同樣顏色的光的頻率不同樣,在同一種介質中的折射率、光速也不同樣,發生全反射現象的臨界角也不同樣。.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,由于介質對不同樣色光

的折射率不同樣,各種色光的偏折程度不同樣,所以產生光的色散。

.光的色散問題的解析思路

4.白光經過三棱鏡的色散以下列圖,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。

白光的色散表示:

(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樣,其中紅光最小,紫光最大。5.各種色光的比較顏色紅橙黃綠青藍紫頻率f低→高同一介質中的折射率小→大同一介質中速度大→小波長大→小臨界角大→小經過棱鏡的偏折角小→大

例3一束由紅、藍兩單色光組成的光以入射角θ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、,它們從A到C和從A到D的時間分別為t1和t2,則()。ACAD

A.AC是藍光,t1小于t2

B.AC是紅光,t1小于t2

C.AC是藍光,t1等于t2

D.AC是紅光,t1大于t2

解析由于藍光折射率大于紅光,所以入射角相等時,藍光折射光輝更湊近法線,即AC為藍光。設折射角為α,折射光輝長度為

L,玻璃磚直徑為d,折射率為n,光在真空中的速度為c,光在玻璃中的速度為v,則時間t==,又n=,代入得t=,所以t1等

于t2,C項正確。答案C

變式

3

如圖甲所示

,一束寬度為

d的平行光射向截面為正三角形的玻璃三棱鏡

,入射光與

AB界面夾角為

45°,玻璃的折射

率n=

,光束經過三棱鏡后到達與

BC界面平行的光屏

PQ,求光屏

PQ上光斑的寬度

D。

解析設AB面的入射角為θ,折射角為γ

由n=得γ=30°

光輝射到BC邊時,由幾何關系可知入射角γ'=30°

由折射定律n=得θ'=45°

由幾何關系知光斑的寬度D=,得D=d。

答案d

四實驗:測定玻璃的折射率

1.實驗原理與操作

.數據辦理與解析

數據辦理

①計算法:計算每次折射率n,求出平均值。

②圖象法(以下列圖)

③單位圓法(以下列圖)

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

2,爾后在棱鏡的右側觀察到1和2的像,當1的像恰好被2的像擋住時,插上大頭針3和4,使P3擋住1、2的像,4也擋住PPPPPPPPPPP1、P2的像,在紙上標出的大頭針地址和三棱鏡輪廓如圖甲所示。

甲

(1)在圖上畫出對應的光路。(2