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1、第十二章 光 學(xué)第1講 光的折射、全反射考點考點1 1 光的折射定律光的折射定律1.1.折射現(xiàn)象：光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時，傳播方向會折射現(xiàn)象：光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時，傳播方向會_的現(xiàn)象的現(xiàn)象2.2.折射定律折射定律(1)(1)折射光線與入射光線、法線處于折射光線與入射光線、法線處于_._.(2)(2)折射光線與入射光線分別位于折射光線與入射光線分別位于_._.(3)(3)入射角的正弦與折射角的正弦入射角的正弦與折射角的正弦_._.發(fā)生改變發(fā)生改變同一平面內(nèi)同一平面內(nèi)法線兩側(cè)法線兩側(cè)比值是定值比值是定值3.3.折射率：光從真空中斜射入介質(zhì)中發(fā)生折射時，折射率：光從真空中斜射入介質(zhì)
2、中發(fā)生折射時，_與與_的比值，即的比值，即n=_n=_4.4.折射率與光速的關(guān)系：折射率與光速的關(guān)系：n=_,n=_,由于由于vcvC,iC,因此光不因此光不能從玻璃管的側(cè)面射出能從玻璃管的側(cè)面射出. .13n3(2)(2)解法一：利用對稱性可將光在玻璃管中的傳播等效為如圖所解法一：利用對稱性可將光在玻璃管中的傳播等效為如圖所示，因此路程示，因此路程s= s= ，傳播時間，傳播時間 解法二：光在玻璃管中的傳播速度為解法二：光在玻璃管中的傳播速度為v= .v= .光沿軸線方向的分速度為光沿軸線方向的分速度為v vx x=vcos30=vcos30，所以傳播時間為，所以傳播時間為t= .t= .解
3、得：解得：t= t= 答案：答案：見自主解答見自主解答Lcos30sns2Ltvccc3cn3xLv2Lc【互動探究】【互動探究】上題中若要使從左端面射入的所有光線都能從右上題中若要使從左端面射入的所有光線都能從右端面射出，光導(dǎo)纖維的折射率至少是多少？光通過玻璃管所需端面射出，光導(dǎo)纖維的折射率至少是多少？光通過玻璃管所需的最長時間是多少？的最長時間是多少？【解析】【解析】光路圖如圖所示，據(jù)折射定律有光路圖如圖所示，據(jù)折射定律有n= n= ，若要使從左，若要使從左端面射入的所有光線都能進(jìn)入玻璃管，則端面射入的所有光線都能進(jìn)入玻璃管，則i=90i=90，sinr= sinr= ，要，要使所有光線都
4、能從右端面射出，則使所有光線都能從右端面射出，則sinC= sinC= ，由幾何關(guān)系，由幾何關(guān)系r+C=90r+C=90, ,解得解得n= n= ，利用等效方法可得，利用等效方法可得t= t= 答案：答案： 2L/c 2L/c sinisinr1n1n2sns2Lvcc2【總結(jié)提升】【總結(jié)提升】光的全反射及傳輸問題的處理方法光的全反射及傳輸問題的處理方法(1)(1)首先要根據(jù)折射或全反射畫出光路圖首先要根據(jù)折射或全反射畫出光路圖(2)(2)對不同的介質(zhì)界面要具體問題具體分析，如平行玻璃磚、圓對不同的介質(zhì)界面要具體問題具體分析，如平行玻璃磚、圓形玻璃磚、三棱鏡等形玻璃磚、三棱鏡等(3)(3)作圖
5、時要找出具有代表性的光線，如符合邊界條件或全反射作圖時要找出具有代表性的光線，如符合邊界條件或全反射臨界條件的光線臨界條件的光線(4)(4)要注意利用光路的可逆性、對稱性，尋找三角形全等、相似要注意利用光路的可逆性、對稱性，尋找三角形全等、相似等幾何關(guān)系等幾何關(guān)系(5)(5)光傳輸路程可用等效思想轉(zhuǎn)化為直線傳播或用速度的分解方光傳輸路程可用等效思想轉(zhuǎn)化為直線傳播或用速度的分解方法轉(zhuǎn)化為沿軸線傳播進(jìn)行計算法轉(zhuǎn)化為沿軸線傳播進(jìn)行計算. .熱點考向熱點考向3 3 光的全反射與色散問題光的全反射與色散問題【例證【例證3 3】(2011(2011福建高考福建高考) )如圖，半圓形玻璃磚置于光屏如圖，半圓
6、形玻璃磚置于光屏PQPQ的的左下方左下方. .一束白光沿半徑方向從一束白光沿半徑方向從A A點射入玻璃磚，在點射入玻璃磚，在O O點發(fā)生反射點發(fā)生反射和折射，折射光在白光屏上呈現(xiàn)七色光帶和折射，折射光在白光屏上呈現(xiàn)七色光帶. .若入射點由若入射點由A A向向B B緩慢緩慢移動，并保持白光沿半徑方向入射到移動，并保持白光沿半徑方向入射到O O點，觀察到各色光在光屏點，觀察到各色光在光屏上陸續(xù)消失上陸續(xù)消失. .在光帶未完全消失之前，反射光的強(qiáng)度變化以及光在光帶未完全消失之前，反射光的強(qiáng)度變化以及光屏上最先消失的光分別是屏上最先消失的光分別是( )( )A.A.減弱，紫光減弱，紫光 B.B.減弱，
7、紅光減弱，紅光C.C.增強(qiáng)，紫光增強(qiáng)，紫光 D.D.增強(qiáng)增強(qiáng), ,紅光紅光【解題指南】【解題指南】解答該題應(yīng)明確以下兩個方面：解答該題應(yīng)明確以下兩個方面：(1)(1)據(jù)不同色光的折射率大小關(guān)系確定臨界角最小的色光據(jù)不同色光的折射率大小關(guān)系確定臨界角最小的色光. .(2)(2)入射角逐漸變大過程中臨界角最小的光先發(fā)生全反射入射角逐漸變大過程中臨界角最小的光先發(fā)生全反射. .【規(guī)范解答】【規(guī)范解答】選選C.C.入射點由入射點由A A向向B B緩慢移動，入射角增大，折射緩慢移動，入射角增大，折射角增大，反射光強(qiáng)度增強(qiáng)，由于七種色光中紫光折射率最大，角增大，反射光強(qiáng)度增強(qiáng)，由于七種色光中紫光折射率最大
8、，臨界角最小，因此光屏上最先消失的光是紫光，臨界角最小，因此光屏上最先消失的光是紫光，C C對對. .【總結(jié)提升】【總結(jié)提升】光的全反射和色散問題的分析方法光的全反射和色散問題的分析方法(1)(1)首先應(yīng)清楚不同色光的折射率、偏向角及臨界角：七種色光首先應(yīng)清楚不同色光的折射率、偏向角及臨界角：七種色光發(fā)生折射時，紫光偏折最大，紅光偏折最小；發(fā)生全反射時紫發(fā)生折射時，紫光偏折最大，紅光偏折最小；發(fā)生全反射時紫光的臨界角最小，紅光的臨界角最大光的臨界角最小，紅光的臨界角最大(2)(2)分析光的傳播，作出光路圖，比較不同色光的偏折情況分析光的傳播，作出光路圖，比較不同色光的偏折情況. .(3)(3)
9、據(jù)不同色光的臨界角，分析傳播過程中出現(xiàn)的臨界問題據(jù)不同色光的臨界角，分析傳播過程中出現(xiàn)的臨界問題. .【變式訓(xùn)練】【變式訓(xùn)練】(2013(2013龍巖模擬龍巖模擬) )公園里燈光噴泉的水池中有處公園里燈光噴泉的水池中有處于同一深度若干彩燈，在晚上觀察不同顏色彩燈的深度和水面于同一深度若干彩燈，在晚上觀察不同顏色彩燈的深度和水面上被照亮的面積，下列說法正確的是上被照亮的面積，下列說法正確的是( )( )A.A.紅燈看起來較淺，紅燈照亮的水面面積較小紅燈看起來較淺，紅燈照亮的水面面積較小 B.B.紅燈看起來較深，紅燈照亮的水面面積較小紅燈看起來較深，紅燈照亮的水面面積較小C.C.紅燈看起來較淺，紅
10、燈照亮的水面面積較大紅燈看起來較淺，紅燈照亮的水面面積較大 D.D.紅燈看起來較深，紅燈照亮的水面面積較大紅燈看起來較深，紅燈照亮的水面面積較大【解析】【解析】選選D.D.光從水里射入空氣發(fā)生折射，入射角相同時，折光從水里射入空氣發(fā)生折射，入射角相同時，折射率越大，折射角越大，從水面上看光源越淺，紅燈發(fā)出的紅射率越大，折射角越大，從水面上看光源越淺，紅燈發(fā)出的紅光的折射率較小，看起來較深；設(shè)光源的深度為光的折射率較小，看起來較深；設(shè)光源的深度為h h，光的臨界，光的臨界角為角為C C，則光能夠照亮的水面面積大小為，則光能夠照亮的水面面積大小為S=(htanC)S=(htanC)2 2，可見，可
11、見，臨界角越大，照亮的面積越大，各種色光中，紅光的折射率較臨界角越大，照亮的面積越大，各種色光中，紅光的折射率較小，臨界角較大，所以紅燈照亮的水面面積較大，故選小，臨界角較大，所以紅燈照亮的水面面積較大，故選D.D.【例證】【例證】如圖所示，一束截面為圓形如圖所示，一束截面為圓形( (半徑為半徑為R)R)的平行復(fù)色光垂的平行復(fù)色光垂直射向一玻璃半球的平面，經(jīng)折射后在屏幕直射向一玻璃半球的平面，經(jīng)折射后在屏幕S S上形成一個圓形彩上形成一個圓形彩色亮區(qū)色亮區(qū). .已知玻璃半球的半徑為已知玻璃半球的半徑為R R，屏幕，屏幕S S至球心的距離為至球心的距離為D(DD(D3R)3R)，不考慮光的干涉和
12、衍射，試問，不考慮光的干涉和衍射，試問: :考查內(nèi)容考查內(nèi)容光的色散、折射及全反射的綜合光的色散、折射及全反射的綜合(1)(1)在屏幕在屏幕S S上形成的圓形亮區(qū)的最外側(cè)是什么顏色上形成的圓形亮區(qū)的最外側(cè)是什么顏色? ?(2)(2)若玻璃半球?qū)θ舨ＡО肭驅(qū)?1)(1)中色光的折射率為中色光的折射率為n n，請你求出圓形亮區(qū)的，請你求出圓形亮區(qū)的最大半徑最大半徑. .【規(guī)范解答】【規(guī)范解答】(1)(1)由于紫光頻率最大，折射率最大，偏折角最大，由于紫光頻率最大，折射率最大，偏折角最大，故最外側(cè)為紫色故最外側(cè)為紫色. .(2)(2)如圖，紫光剛要發(fā)生全反射時的臨界如圖，紫光剛要發(fā)生全反射時的臨界光
13、線射在屏幕光線射在屏幕S S上的點上的點E E到亮區(qū)中心到亮區(qū)中心G G的距的距離離r r就是所求最大半徑就是所求最大半徑. . 設(shè)紫光臨界角為設(shè)紫光臨界角為C C，由全反射的知識，由全反射的知識可知可知: sinC: sinC1n由幾何知識可知：由幾何知識可知：AB=RsinC= AB=RsinC= ，OB=RcosC=OB=RcosC=FB=ABFB=ABtanC=tanC=GF=D-(OB+FB)=GF=D-(OB+FB)= ，所以有，所以有r=GE=r=GE=答案：答案：(1)(1)紫色紫色 (2)(2)Rn2n1Rn2Rnn12nRDn1GEGFABFB2GFABDn1nRFB2Dn
14、1nR1.1.夏天，海面上下層空氣的溫度比上層空氣的溫度低，我們設(shè)夏天，海面上下層空氣的溫度比上層空氣的溫度低，我們設(shè)想海面上的空氣是由折射率不同的許多水平氣層組成，遠(yuǎn)處的想海面上的空氣是由折射率不同的許多水平氣層組成，遠(yuǎn)處的景物發(fā)出的光線由于不斷被折射，越來越偏離原來方向，以致景物發(fā)出的光線由于不斷被折射，越來越偏離原來方向，以致發(fā)生全反射，人們逆著光線看去就出現(xiàn)了蜃景，如圖所示，下發(fā)生全反射，人們逆著光線看去就出現(xiàn)了蜃景，如圖所示，下列說法正確的是列說法正確的是( )( )A.A.海面上，上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要小海面上，上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要小B.B.海面上，上
15、層空氣的折射率比下層空氣的折射率要大海面上，上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要大C.C.蜃景不遵從光的折射定律蜃景不遵從光的折射定律D.BD.B是蜃景，是蜃景，A A是景物是景物【解析】【解析】選選A A海面上下層空氣的溫度比上層空氣的溫度低，空海面上下層空氣的溫度比上層空氣的溫度低，空氣密度大，因此下層空氣的折射率較大氣密度大，因此下層空氣的折射率較大A A正確、正確、B B錯誤錯誤. .入射光入射光線從下層射向上層時，折射角比入射角大，這樣在更上層的入線從下層射向上層時，折射角比入射角大，這樣在更上層的入射中入射角逐漸增大，據(jù)折射定律知最后會發(fā)生全反射現(xiàn)象，射中入射角逐漸增大，據(jù)折射定律
16、知最后會發(fā)生全反射現(xiàn)象，C C、D D錯誤錯誤. .2.(20132.(2013蘭州模擬蘭州模擬) )如圖所示，如圖所示，a a、b b兩兩束不同的單色光平行地從空氣射入水中，束不同的單色光平行地從空氣射入水中，發(fā)生折射，發(fā)生折射，則下述結(jié)論正確的，則下述結(jié)論正確的是是( )( )A.A.水對光束水對光束a a的折射率較大的折射率較大B.B.水中光束水中光束b b的速度較大的速度較大C.C.光束光束a a的頻率較大的頻率較大D.D.若從水中射向空氣發(fā)生全反射，光束若從水中射向空氣發(fā)生全反射，光束a a的臨界角較光束的臨界角較光束b b的臨的臨界角大界角大【解析】【解析】選選D.D.在水中，光束
17、在水中，光束b b的偏折大，其折射率較大，的偏折大，其折射率較大， A A錯錯誤；光束誤；光束b b在水中的折射率較大，根據(jù)關(guān)系式在水中的折射率較大，根據(jù)關(guān)系式v= v= 可知，其在水可知，其在水中的速度較小，中的速度較小，B B錯誤；光束錯誤；光束b b的折射率較大，頻率較大，的折射率較大，頻率較大，C C錯錯誤；根據(jù)公式誤；根據(jù)公式sinC= sinC= 可知，光束可知，光束a a的折射率的折射率n n較小，臨界角較較小，臨界角較大，大，D D正確正確. .cn1n3.3.(2013(2013龍巖模擬龍巖模擬) )一束復(fù)色光由空氣射到一塊平行玻璃磚上，一束復(fù)色光由空氣射到一塊平行玻璃磚上，
18、經(jīng)兩次折射后分成兩束單色光經(jīng)兩次折射后分成兩束單色光a a、b.b.已知已知a a光在玻璃中的傳播速光在玻璃中的傳播速度比度比b b光大，則圖中哪個光路圖是正確的光大，則圖中哪個光路圖是正確的( )( )【解析】【解析】選選B.B.由于由于a a光在玻璃中的傳播速度比光在玻璃中的傳播速度比b b光大，可知光大，可知a a光光的折射率小，因此入射角相等時的折射率小，因此入射角相等時a a光的折射角大，光的折射角大，A A圖、圖、C C圖錯；圖錯；光射到平行玻璃磚上從另一側(cè)射出的光線與入射光平行，因此光射到平行玻璃磚上從另一側(cè)射出的光線與入射光平行，因此B B圖對，圖對，D D圖錯圖錯. .4.4
19、.一束復(fù)色光由空氣射向玻璃，發(fā)生一束復(fù)色光由空氣射向玻璃，發(fā)生折射而分為折射而分為a a、b b兩束單色光其傳兩束單色光其傳播方向如圖所示設(shè)玻璃對播方向如圖所示設(shè)玻璃對a a、b b的的折射率分別為折射率分別為n na a和和n nb b，a a、b b在玻璃在玻璃中的傳播速度分別為中的傳播速度分別為v va a和和v vb b，則則( )( )A.nA.na a=n=nb b B.n B.na annb b C.v C.va a=v=vb b D.v D.va avvb b【解析】【解析】選選D.D.由題圖據(jù)折射定律可知由題圖據(jù)折射定律可知n na an nb b，A A、B B錯；據(jù)錯；據(jù)
20、v= v= 可知可知v va avvb b，C C錯、錯、D D對對. .cn5.(20125.(2012海南高考海南高考) )一玻璃三棱鏡，其橫截面為等腰三角形，一玻璃三棱鏡，其橫截面為等腰三角形，頂角頂角為銳角，折射率為為銳角，折射率為2.2.現(xiàn)在橫截面內(nèi)有一光線從其左側(cè)面現(xiàn)在橫截面內(nèi)有一光線從其左側(cè)面上半部射入棱鏡上半部射入棱鏡. .不考慮棱鏡內(nèi)部的反射不考慮棱鏡內(nèi)部的反射. .若保持入射線在過入若保持入射線在過入射點的法線的下方一側(cè)射點的法線的下方一側(cè)( (如圖所示如圖所示) )，且要求入射角為任何值的，且要求入射角為任何值的光線都會從棱鏡的右側(cè)面射出，則頂角光線都會從棱鏡的右側(cè)面射出
21、，則頂角可在什么范圍內(nèi)取值？可在什么范圍內(nèi)取值？【解析】【解析】設(shè)入射光線經(jīng)玻璃折射時，入射角為設(shè)入射光線經(jīng)玻璃折射時，入射角為i,i,折射角為折射角為r,r,射至棱鏡右側(cè)面的入射角為射至棱鏡右側(cè)面的入射角為.根據(jù)折射定律有根據(jù)折射定律有sini=nsinr sini=nsinr 由幾何關(guān)系得由幾何關(guān)系得=+r =+r 當(dāng)當(dāng)i=0i=0時時, ,由由式知式知r=0,r=0,有最大值有最大值m m( (如圖如圖),),由由式得式得=m m 同時同時m m應(yīng)小于玻璃對空氣的全反射臨界角應(yīng)小于玻璃對空氣的全反射臨界角, ,即即sinsinm m 由由式和題給條件可得式和題給條件可得, ,棱鏡頂角棱鏡頂角的取值范圍為的取值范圍為0 04545答案答案: :0 045451n
福建省長泰一中高三物理 第十二章 第1講 光的折射、全反射復(fù)習(xí)課件 新人教版選修34
