選修3-41.3光的折射 全反射(學(xué)生版)

1、 川越物理教研室第3課時光的折射全反射考綱解讀 1. 理解折射率的概念，掌握光的折射定律.2.掌握全反射的條件，會進(jìn)行有關(guān)簡單的計算基礎(chǔ)知識儲備1 折射現(xiàn)象光從一種介質(zhì)斜射進(jìn)入另一種介質(zhì)時傳播方向 的現(xiàn)象2 折射定律(1)內(nèi)容：如圖3所示，折射光線與入射光線、法線處在 內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成 比(2)表達(dá)式：n.(3)在光的折射現(xiàn)象中，光路是 的 圖33 折射率(1)折射率是一個反映介質(zhì)的 的物理量(2)定義式：n.(3)計算公式：n，因?yàn)関<c，所以任何介質(zhì)的折射率都大于 .(4)當(dāng)光從真空(或空氣)射入某種介質(zhì)時，入射角大于折射角；當(dāng)光

2、由介質(zhì)射入真空(或空氣)時，入射角小于折射角4 全反射現(xiàn)象 (1)條件：光從 介質(zhì)射入 介質(zhì)入射角 臨界角(2)現(xiàn)象：折射光完全消失，只剩下反射光5 臨界角：折射角等于90°時的入射角，用C表示，sin C.6 光的色散(1)光的色散現(xiàn)象： (2)光譜： (3)光的色散現(xiàn)象說明： ； ； (4)棱鏡含義：截面是 的玻璃儀器，可以使光發(fā)生色散，白光的色散表明各色光在同一介質(zhì)中的 不同三棱鏡對光線的作用：1、 2、 考點(diǎn)梳理考點(diǎn)一折射定律的理解與應(yīng)用解決光的折射問題的一般方法：(1)根據(jù)題意畫出正確的光路圖(2)利用幾何關(guān)系確定光路中的邊、角關(guān)系，確定入射角和折射角(3)利用折射定律建立

3、方程進(jìn)行求解例1如圖5所示，ABCD為一直角梯形棱鏡的截面，C60°，P為垂直于直線BC的光屏，現(xiàn)用一寬度等于AB邊的單色平行光束垂直射向AB面，經(jīng)棱鏡折射后在屏P上形成寬度等于AB的一條光帶，求棱鏡的折射率 圖5突破訓(xùn)練1如圖6所示，在坐標(biāo)系的第一象限內(nèi)有一橫截面為四分之一圓周的柱狀玻璃體OPQ，OPOQR，一束單色光垂直O(jiān)P面射入玻璃體，在OP面上的入射點(diǎn)為A，OA，此單色光通過玻璃體后沿BD方向射出，且與x軸交于D點(diǎn)，ODR，求該玻璃的折射率圖6 考點(diǎn)二全反射現(xiàn)象的理解與應(yīng)用1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2當(dāng)光射到兩種介質(zhì)的界面上時，往往同時發(fā)生

4、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)生折射當(dāng)折射角等于90°時，實(shí)際上就已經(jīng)沒有折射光了3全反射現(xiàn)象可以從能量的角度去理解：當(dāng)光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，在入射角逐漸增大的過程中，反射光的能量逐漸增強(qiáng)，折射光的能量逐漸減弱，當(dāng)入射角等于臨界角時，折射光的能量已經(jīng)減弱為零，這時就發(fā)生了全反射例2如圖7所示為用某種透明材料制成的一塊柱形棱鏡的截面圖，圓弧CD為半徑為R的四分之一的圓周，圓心為O，光線從AB面上的某點(diǎn)入射，入射角145°，它進(jìn)入棱鏡后恰好以臨界角射在BC面上的O點(diǎn)(1)畫出光線由AB面進(jìn)入棱鏡且從CD弧面射出的光路圖；(2)求該棱鏡的折射率n；(

5、3)求光線在該棱鏡中傳播的速度大小v(已知光在空氣中的傳播速度c3.0×108 m/s)圖7 突破訓(xùn)練2為測量一塊等腰直角三棱鏡ABD的折射率，用一束激光沿平行于BD邊的方向射向直角邊AB邊，如圖8所示激光束進(jìn)入棱鏡后射到另一直角邊AD邊時，剛好能發(fā)生全反射該棱鏡的折射率為多少？ 圖8 圖9 圖10 圖11考點(diǎn)三光路控制問題分析1 玻璃磚對光路的控制兩平面平行的玻璃磚，出射光線和入射光線平行，且光線發(fā)生了側(cè)移，如圖9所示2 三棱鏡對光路的控制(1)光密三棱鏡： (2)光疏三棱鏡： (3)全反射棱鏡(等腰直角棱鏡)，如圖11所示 特別提醒 例3如圖12所示，MNPQ是一塊截面為正方形的

6、玻璃磚，正方形的邊長為30 cm，有一束很強(qiáng)的細(xì)光束AB射到玻璃磚的MQ面上，入射點(diǎn)為B，該光束從B點(diǎn)進(jìn)入玻璃磚后再經(jīng)QP面反射沿DC方向射出其中B為MQ的中點(diǎn)，ABM30°，PD7.5 cm，CDN30°.試在原圖上準(zhǔn)確畫出該光束在玻璃磚內(nèi)的光路圖，并求出該玻璃磚的折射率 圖12 圖13 圖14 圖15突破訓(xùn)練3如圖13是透明圓柱介質(zhì)的橫截面，C、D為圓上兩點(diǎn)一束單色光沿BC方向入射，從D點(diǎn)射出已知COD90°，BCO120°.(1)求介質(zhì)的折射率； (2)改變BCO的大小，能否在介質(zhì)的內(nèi)表面發(fā)生全反射？2、 學(xué)科素養(yǎng)培養(yǎng)：平行板玻璃磚模型的分析例4如

7、圖14所示，兩塊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)光大B從a點(diǎn)射出的為紅光，從b點(diǎn)射出的為藍(lán)光C從a、b兩點(diǎn)射出的單色光不平行 D從a、b兩點(diǎn)射出的單色光仍平行，且平行于BC 突破訓(xùn)練4頻率不同的兩束單色光1和2以相同的入射角從同一點(diǎn)射入一厚玻璃板后，其光路如圖15所示，下列說法正確的是 ()A單色光1的波長小于單色光2的波長B在玻璃中單色光1的傳播速度大于單色光2的傳播速度 C單色光1垂直通過玻璃板所需的時間小于單色光2垂直

8、通過玻璃板所需的時間D單色光1從玻璃到空氣的全反射臨界角小于單色光2從玻璃到空氣的全反射臨界角3、 基礎(chǔ)知識訓(xùn)練1 折射定律的應(yīng)用觀察者看見太陽從地平線升起時，關(guān)于太陽位置的下列敘述中正確的是()A太陽位于地平線之上 B太陽位于地平線之下C太陽恰位于地平線 D大氣密度不知，無法判斷2折射定律與折射率的理解和應(yīng)用如圖1所示，光線以入射角1從空氣射向折射率n的玻璃表面(1)當(dāng)入射角145°時，求反射光線與折射光線間的夾角.(2)當(dāng)入射角1為何值時，反射光線與折射光線間的夾角90°？ 圖1 圖23 全反射問題分析很多公園的水池底都裝有彩燈，當(dāng)一細(xì)束由紅、藍(lán)兩色組成的燈光從水中斜射

9、向空氣時，關(guān)于光在水面可能發(fā)生的反射和折射現(xiàn)象，下列光路圖中正確的是()4 光的色散現(xiàn)象分析(2011·大綱全國·16)雨后太陽光入射到水滴中發(fā)生色散而形成彩虹設(shè)水滴是球形的，圖2中的圓代表水滴過球心的截面，入射光線在過此截面的平面內(nèi)，a、b、c、d代表四條不同顏色的出射光線，則它們可能依次是 ()A紫光、黃光、藍(lán)光和紅光 B紫光、藍(lán)光、黃光和紅光C紅光、藍(lán)光、黃光和紫光 D紅光、黃光、藍(lán)光和紫光5 光傳播路徑的確定方法如圖4所示是一種折射率n1.5的棱鏡，現(xiàn)有一束光線沿MN的方向射到棱鏡的AB界面上，入射角的正弦值為sin i0.75.求：(1)光在棱鏡中傳播的速率；(2

10、)通過計算說明此束光線射出棱鏡后的方向并畫出光路圖(不考慮返回到AB面上的光線) 高考鑒賞1(天津理綜·6)半圓形玻璃磚橫截面如圖16所示，AB為直徑，O點(diǎn)為圓心在該截面內(nèi)有a、b兩束單色可見光從空氣垂直于AB射入玻璃磚，兩入射點(diǎn)到O的距離相等兩束光在半圓邊界上反射和折射的情況如圖所示，則a、b兩束光() A在同種均勻介質(zhì)中傳播，a光的傳播速度較大B以相同的入射角從空氣斜射入水中，b光的折射角大C若a光照射某金屬表面能發(fā)生光電效應(yīng)，則b光也一定能D分別通過同一雙縫干涉裝置，a光的相鄰亮條紋間距大 圖16 圖17 圖182(福建理綜·14)如圖17所示，半圓形玻璃磚置于光屏P

11、Q的左下方一束白光沿半徑方向從A點(diǎn)射入玻璃磚，在O點(diǎn)發(fā)生反射和折射，折射光在光屏上呈現(xiàn)七色光帶若入射點(diǎn)由A向B緩慢移動，并保持白光沿半徑方向入射到O點(diǎn)，觀察到各色光在光屏上陸續(xù)消失在光帶未完全消失之前，反射光的強(qiáng)度變化以及光屏上最先消失的光分別是() A減弱，紫光 B減弱，紅光 C增強(qiáng)，紫光 D增強(qiáng)，紅光 3 (浙江理綜·18)如圖18所示，有一束平行于等邊三棱鏡截面ABC的單色光從空氣射向E點(diǎn)，并偏折到F點(diǎn)已知入射方向與邊AB的夾角為30°， E、F 分別為邊AB、BC 的中點(diǎn)，則()A該棱鏡的折射率為 B光在F點(diǎn)發(fā)生全反射C光從空氣進(jìn)入棱鏡，波長變小 D從F點(diǎn)出射的光束

12、與入射到E點(diǎn)的光束平行4. 高速公路上的標(biāo)牌常用“回光返照膜”制成，夜間行車時，它能將車燈照射出去的光逆向返回，標(biāo)志牌上的字特別醒目，這種“回光返照膜”是用球體反射原件制成的如圖19所示，返照膜內(nèi)均勻分布著直徑為10 m的細(xì)玻璃珠，所用玻璃的折射率為，為使入射的車燈光線經(jīng)玻璃的折射、反射、再折射后恰好和入射光線平行，那么第一次入射的入射角是 ()A60° B45° C30° D15° 圖19 圖205. 如圖20所示，扇形AOB為透明柱狀介質(zhì)的橫截面，圓心角AOB60°.一束平行于角平分線OM的單色光由OA射入介質(zhì)，經(jīng)OA折射的光線恰平行于OB

13、，以下對介質(zhì)的折射率值及折射光線中恰好射到M點(diǎn)的光線能不能發(fā)生全反射的說法正確的是()A.，不能發(fā)生全反射 B.，能發(fā)生全反射C.，不能發(fā)生全反射 D.，能發(fā)生全反射4、 課后練習(xí)題組1光的折射現(xiàn)象與光的色散1 (2011·安徽·15)實(shí)驗(yàn)表明，可見光通過三棱鏡時各色光的折射率n隨波長的變化符合科西經(jīng)驗(yàn)公式：nA，其中A、B、C是正的常量太陽光進(jìn)入三棱鏡后發(fā)生色散的情形如圖1所示，則() 圖1A屏上c處是紫光 B屏上d處是紅光 C屏上b處是紫光 D屏上a處是紅光2 紅光與紫光相比 ()A在真空中傳播時，紫光的速度比較大 B在玻璃中傳播時，紅光的速度比較大C玻璃對紅光的折射率

14、較紫光的大 D從玻璃到空氣的界面上，紅光的臨界角較紫光的大3 已知介質(zhì)對某單色光的臨界角為，則 ()A該介質(zhì)對此單色光的折射率等于 B此單色光在該介質(zhì)中的傳播速度等于c·sin (c為真空中的光速)C此單色光在該介質(zhì)中的波長是在真空中波長的sin 倍D此單色光在該介質(zhì)中的頻率是真空中的4. 如圖2所示，紅色細(xì)光束a射到折射率為的透明球表面，入射角為45°，在球的內(nèi)壁經(jīng)過一次反射后，從球面射出的光線為b，則入射光線a與出射光線b之間的夾角為()A30° B45° C60° D75° 圖2 圖35 一束光從空氣射入折射率n的某種玻璃的表面

15、，則 ()A當(dāng)入射角大于45°時，會發(fā)生全反射現(xiàn)象 B無論入射角多大，折射角都不會超過45°C欲使折射角等于30°，應(yīng)以45°角入射 D當(dāng)入射角等于arctan 時，反射光線恰好跟折射光線垂直題組2光的全反射6 公園里燈光噴泉的水池中有處于同一深度的若干彩燈，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()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7 如圖3所示，MN是位于豎直平面內(nèi)的光屏，放在水平面上的半圓柱形

16、玻璃磚的平面部分ab與屏平行由光源S發(fā)出的一束白光從半圓沿半徑射入玻璃磚，通過圓心O再射到屏上在水平面內(nèi)以O(shè)點(diǎn)為圓心沿逆時針方向緩緩轉(zhuǎn)動玻璃磚，在光屏上出現(xiàn)了彩色光帶當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)動角度大于某一值時，屏上彩色光帶中的某種顏色的色光首先消失有關(guān)彩色的排列順序和最先消失的色光是 ()A左紫右紅，紫光 B左紅右紫，紫光 C左紫右紅，紅光 D左紅右紫，紅光8 某物理興趣小組用實(shí)驗(yàn)探究光的色散規(guī)律，他們將半圓形玻璃磚放在豎直面內(nèi)，在其左方豎直放置一個很大的光屏P，讓一復(fù)色光束SA射向玻璃磚的圓心O后，有兩束單色光a和b射向光屏P，如圖4所示他們根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出了以下四個猜想，你認(rèn)為正確的是 ()A單色光a的波長小于單色光b的波長 B在玻璃中單色光a的傳播速度大于單色光b的傳播速度C單色光a通過玻璃磚所需的時間大于單色光b通過玻璃磚所需的時間D當(dāng)光束SA繞圓心O逆時針轉(zhuǎn)動過程中，在光屏P上最早消失的是a光 圖4 圖5 圖69 為了表演“隱形的大頭針”節(jié)目，某同學(xué)在半徑為r的圓形軟木片中心垂直插入一枚大頭針，并將其放入盛有水的碗中，如圖5所示已知水的折射率為，為了保證表演成功(在水面上看不到大頭針)，大頭針末端離水面的最大距離h為()A.r B.r C.r D.r題組3光的折射與光的全反射的綜合問題10.如圖6所示，直角三角形ABC為一三棱鏡的橫截面