2017-2018學(xué)年高中物理 專題3 光的折射 全反射學(xué)案 教科版選修3-4.doc

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專題3 光的折射 全反射 一、對(duì)光的折射定律和折射率的理解和應(yīng)用 1．由光的折射定律n＝可知：入射角為0時(shí)，折射角也為0；入射角增大時(shí)，折射角也隨著增大． 2．折射中光路是可逆的． 3．折射率是描述介質(zhì)折光本領(lǐng)的物理量，介質(zhì)折射率越大，說明其改變光傳播方向的能力越強(qiáng)． 4．各種介質(zhì)的折射率一般是不同的．兩種介質(zhì)相比較：n小的介質(zhì)稱為光疏介質(zhì)，n大的介質(zhì)稱為光密介質(zhì)(注：必須是兩種介質(zhì)相互比較而言)． 5．某種介質(zhì)的折射率等于光在真空中的傳播速度c跟光在這種介質(zhì)中傳播速度v之比，即n＝(決定式)． 6．空氣對(duì)光的傳播影響很小，可以作為真空處理． [復(fù)習(xí)過關(guān)] 1．光線以60的入射角從空氣射入玻璃中，折射光線與反射光線恰好垂直．(真空中的光速c＝3.0108 m/s) (1)畫出折射光路圖； (2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的傳播速度； (3)當(dāng)入射角變?yōu)?5時(shí)，折射角等于多大？ (4)當(dāng)入射角增大或減小時(shí)，玻璃的折射率是否變化？ 解析　(1)光路圖如圖所示，其中AO為入射光線，OB為折射光線. (2)由題意，n＝又θ1＝60，θ1＋θ2＝90，得n＝. 設(shè)玻璃中光速為v，由n＝得v＝108 m/s. (3)當(dāng)入射角為45時(shí)，介質(zhì)折射率不變 sin θ2′＝＝＝， 所以θ2′＝arcsin. (4)不變化，折射率是由介質(zhì)和入射光共同決定的物理量，與入射角的大小無關(guān)． 答案　(1)見解析圖　(2)　108 m/s　(3)arcsin　(4)不變 2．一個(gè)人站在水面平靜湖邊，觀察離岸一段距離的水下的一條魚，這個(gè)人看到的魚的位置和魚在水下真實(shí)的位置相比較，下列說法中正確的是(　　) A．在魚真實(shí)位置的正上方某處 B．在魚真實(shí)位置上方偏向觀察者的某處 C．在魚真實(shí)位置下方偏向觀察者的某處 D．所給條件不足，無法確定觀察到的魚的位置 解析　如圖所示，人在岸上看離岸一段距離的水下的魚，應(yīng)是從魚的位置發(fā)出的光(實(shí)際上是魚的反射光)，經(jīng)折射后射入人的眼睛，看到的是魚的像．把魚看做一個(gè)發(fā)光點(diǎn)S，人看到的是折射光線的反射延長(zhǎng)線交于發(fā)光點(diǎn)S的右上方S′點(diǎn)，這說明人看到的是魚的虛像，且位置是偏向右上方，所以選項(xiàng)B正確． 答案　B 二、光的折射、全反射的綜合應(yīng)用 幾何光學(xué)是以光線為工具研究光的傳播規(guī)律，所以解決幾何光學(xué)問題的關(guān)鍵是根據(jù)“光的傳播規(guī)律”畫出光路圖，然后再利用幾何知識(shí)，尋找相應(yīng)的邊角關(guān)系． 1．幾何光學(xué)主要包括四條原理： (1)光的直線傳播規(guī)律； (2)光的反射定律； (3)光的折射定律； (4)光路可逆原理． 2．解題時(shí)常用的三個(gè)公式： (1)折射定律公式：n＝； (2)折射率與光速的關(guān)系n＝； (3)全反射的臨界角sin C＝. [復(fù)習(xí)過關(guān)] 3．潛水員在水深為h的地方向水面觀望時(shí)，發(fā)現(xiàn)整個(gè)天空及遠(yuǎn)處地面的景物均呈現(xiàn)在水面處的圓形區(qū)域內(nèi)，已知水的臨界角為θ，則所觀察到的圓形區(qū)域半徑為(　　) A．htan θ B．hsin θ C． D． 解析　如圖所示，水面上景物發(fā)出的光線經(jīng)水面折射后均在頂角為2θ的圓錐里，人的眼睛處在圓錐的頂點(diǎn)處，而最遠(yuǎn)處的景物進(jìn)入眼睛的光線幾乎是緊貼水面，其入射角接近90，折射角為θ.因此，人看到的景物呈現(xiàn)在人眼上方以O(shè)點(diǎn)為圓心、半徑為r的水面區(qū)域內(nèi)，由圖可知r＝htan θ. 答案　A 4．(多選)固定的半圓形玻璃磚的橫截面如圖1所示，O點(diǎn)為圓心，OO′為直徑MN的垂線．足夠大的光屏PQ緊靠玻璃磚右側(cè)且垂直于MN.由A、B兩種單色光組成的一束光沿半徑方向射向O點(diǎn)，入射光線與OO′夾角θ較小時(shí)，光屏NQ區(qū)域出現(xiàn)兩個(gè)光斑，逐漸增大θ角，當(dāng)θ＝α?xí)r，光屏NQ區(qū)域A光的光斑消失，繼續(xù)增大θ角，當(dāng)θ＝β時(shí)，光屏NQ區(qū)域B光的光斑消失，則(　　) 圖1 A．玻璃磚對(duì)A光的折射率比對(duì)B光的大 B．A光在玻璃磚中傳播速度比B光的大 C．α＜θ＜β時(shí)，光屏上只有1個(gè)光斑 D．β＜θ＜時(shí)，光屏上只有1個(gè)光斑 解析　隨入射角增大最先消失的是A光，所以A光的臨界角小于B光的臨界角，根據(jù)sin C＝可知nA＞nB，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；反射光線從玻璃磚的右側(cè)射出，在NP部分會(huì)一直有一個(gè)AB光重合的光斑，所以α＜θ＜β時(shí)，B光不會(huì)發(fā)生全反射，在光屏上會(huì)有兩個(gè)光斑，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；β＜θ＜時(shí)，兩種光都發(fā)生全反射，光屏上只有一個(gè)光斑出現(xiàn)在NP部分，選項(xiàng)D正確． 答案　AD 5．直線P1P2過均勻玻璃球球心O，細(xì)光束a、b平行且關(guān)于P1P2對(duì)稱，由空氣射入玻璃球的光路如圖2所示．a(chǎn)、b光相比(　　) 圖2 A．玻璃對(duì)a光的折射率較大 B．玻璃對(duì)a光的臨界角較小 C．b光在玻璃中的傳播速度較小 D．b光在玻璃中的傳播時(shí)間較短 解析　由題圖可知，b折射程度較大，故玻璃對(duì)b的折射率較大，A錯(cuò)誤；由sin C＝知b的臨界角較小，B錯(cuò)誤；由v＝知，b在玻璃中的傳播速度較小，C正確；b在玻璃中傳播距離大且傳播速度小，由t＝知，b在玻璃中的傳播時(shí)間較長(zhǎng)，D錯(cuò)誤． 答案　C 三、測(cè)折射率的方法 測(cè)折射率常見的方法有成像法、插針法及全反射法，不管哪種方法其實(shí)質(zhì)是相同的，由折射定律n＝知，只要確定入射角i及折射角r即可測(cè)出介質(zhì)的折射率． [復(fù)習(xí)過關(guān)] 6．用兩面平行的玻璃磚測(cè)定玻璃的折射率的實(shí)驗(yàn)中，已畫好玻璃磚界面aa′和bb′，不慎將玻璃磚向上平移了一些，放在如圖3所示的位置上，而實(shí)驗(yàn)中其他操作均正確．測(cè)得的折射率將(　　) 圖3 A．偏大 B．偏小 C．不變 D．無法確定 解析　可作出經(jīng)過玻璃磚的光路圖，由幾何知識(shí)可知，測(cè)出的折射角與正確值相同． 答案　C 7．“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)中，在玻璃磚的一側(cè)豎直插兩個(gè)大頭針A、B，在另一側(cè)再豎直插兩個(gè)大頭針C、D．在插 入第四個(gè)大頭針D時(shí)，要使它________．圖4是在白紙上留下的實(shí)驗(yàn)痕跡，其中直線a、a′是描在紙上的玻璃磚的兩個(gè)邊．根據(jù)該圖可算得玻璃的折射率n＝______.(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 圖4 解析　確定出射光線時(shí)應(yīng)使D擋住C和A、B的像，作圖如圖所示，以O(shè)為圓心，OG為半徑作圓交AB于E點(diǎn)，過E作a的平行線交法線于F，根據(jù)n＝得n＝，測(cè)量EF和GH長(zhǎng)度計(jì)算得n＝1.8.(1.6～1.9均正確，方法亦有多種) 答案　擋住C及A、B的像　1.8(1.6～1.9都算對(duì))