光的折射全反射

1、光的折射全反射第1頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一3.折射率：光從 射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時， 入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫做這種 介質(zhì)的絕對折射率.簡稱折射率.真空 實驗證明，介質(zhì)的折射率等于光在真空中與在該介質(zhì)中的傳播速度之比，即n=c/v.任何介質(zhì)的折射率都 1. 兩種介質(zhì)相比較，折射率較大的介質(zhì)叫做 介質(zhì)，折射率較小的介質(zhì)叫做 介質(zhì). 大于光密光疏第2頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一二、光的全反射1.光照射到兩種介質(zhì)界面上時，光線全部被反射 回原介質(zhì)的現(xiàn)象稱為全反射現(xiàn)象.2.發(fā)生全反射的條件： （1）光線從 介質(zhì)射向 介質(zhì). （2）入

2、射角 臨界角.光密光疏大于或等于3.臨界角：折射角等于90時的入射角.設(shè)光線從 射向 時的臨界角為C，則某種介質(zhì)真空或空氣第3頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一4.應(yīng)用 （1）全反射棱鏡 （2）光導纖維：實際用的光導纖維是非常細的 特制玻璃絲，直徑只有幾微米到一百微米之 間，在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生全反射. 特別提醒 （1）光從真空射入介質(zhì)時，臨界角C又可以理解 為最大折射角. （2）光從真空（或空氣）射入介質(zhì)時，在界面 處既發(fā)生折射，又發(fā)生反射，而由介質(zhì)射向真 空（或空氣）時， 有可能要發(fā)生全反射.第4頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一三、棱鏡、光

3、的色散1.光的色散：含有多種顏色的光被分解為單色光 的現(xiàn)象.2.光譜：含有多種顏色的光被分解后，各種色光 按其波長的有序排列.3.棱鏡 （1）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. （2）三棱鏡對光線的作用：改變光的傳播方 向，使復色光發(fā)生色散.三角形折射率第5頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一4.各種色光的比較 顏色紅 橙 黃 綠 藍 靛 紫頻率低 高同一介質(zhì)折射率小 大同一介質(zhì)中速度大 小波長大 小臨界角大 小 第6頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一熱點一 折射率的理解1.某種介質(zhì)的折射率是指光

4、從真空或空氣進入該 介質(zhì)時入射角與折射角的正弦值之比.如果是從 該介質(zhì)進入空氣或真空，則入射角與折射角的 正弦值之比等于折射率的倒數(shù).2.介質(zhì)的折射率實際上指的是絕對折射率，所謂 絕對折射率是指光從真空進入介質(zhì)時入射角與 折射角的正弦值之比.3.折射率的大小由介質(zhì)本身和光的頻率共同決 定，與入射角、折射角的大小無關(guān).熱點聚集第7頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一4.折射率大小反映了介質(zhì)的光學性質(zhì)和入射光的 頻率：（1）折射率越大，說明介質(zhì)對光的偏折 作用越大，光線偏離原來傳播方向的程度越厲 害.（2）介質(zhì)對光的折射率越大，說明該光在 介質(zhì)中的傳播速度越小.（3）相對于同一

5、介 質(zhì)，折射率越大的光，其頻率越大. 1.公式 中，不論是光從真空射入 介質(zhì)，還是由介質(zhì)射入真空， 總是真空中的 光線與法線間夾角, 總是介質(zhì)中的光線與法線 間的夾角. 特別提示第8頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一2.折射率由介質(zhì)本身性質(zhì)與光的頻率共同決 定，與入射角的大小無關(guān).熱點二 全反射現(xiàn)象的理解與應(yīng)用1.光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對而言的.同一種介 質(zhì)，相對于其他不同的介質(zhì)，可能是光密介 質(zhì)，也可能是光疏介質(zhì).2.光從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時，入射角大于折 射角；光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，入射角 小于折射角.3.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

6、不會發(fā)生全反射現(xiàn)象.第9頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一4.光導纖維 （1）結(jié)構(gòu)：光導纖維（簡稱光纖），是一種透 明的玻璃纖維絲，由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi) 芯的折射率大于外套的折射率，即內(nèi)芯是光密 介質(zhì)，外套是光疏介質(zhì). （2）原理：光在光纖的內(nèi)芯中傳播，每次射到 內(nèi)、外層的界面上時，都要求入射角大于臨界 角，從而發(fā)生全反射.第10頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一熱點三 平行玻璃磚與三棱鏡比較類別項目平行玻璃磚三棱鏡結(jié)構(gòu)上下表面是平行的橫截面為三角形對光線的作用通過平行玻璃磚的光線不改變傳播方向，但要發(fā)生側(cè)移通過棱鏡的光線經(jīng)兩次折射后，出射光線向

7、棱鏡底面偏折第11頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一討論側(cè)移d的大小取決于平行板的厚度h、平行板介質(zhì)的折射率n和光線的入射角偏折角 跟棱鏡的材料有關(guān).折射率越大，偏折角越大.因同一介質(zhì)對各種色光的折射率不同，所以各種色光的折射率不同，所以各種色光的偏折角也不同，形成色散現(xiàn)象應(yīng)用實例測定玻璃的折射率全反射棱鏡，改變光的行進方向第12頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一題型1 折射定律及折射率的應(yīng)用【例1】 一半徑為R的1/4球體 放置在水平桌面上,圖1球體 由折射率為 的透明材料 制成.現(xiàn)有一束位于過球心O的 豎直平面內(nèi)的光線,平行于桌面射到球體表面上,

8、 折射入球體后再從豎直表面射出,如圖1所示.已 知入射光線與桌面的距離為 R/2.求出射角.題型探究圖 1 第13頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一 解析 設(shè)入射光線與1/4球體的交點為C,連接 OC，OC即為入射點的法線.因此,圖中的角為 入射角.過C點作球體水平表面的垂線,垂足為B. 依題意,COB=. 又由OBC知 設(shè)光線在C點的折射角為,由折射定律得 光線經(jīng)過兩次折射確定兩界面上的入射角與折射角由折射定律計算. 思路導圖 第14頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一 由式得=30 由幾何關(guān)系知,光線在球體的豎直表面上的入射 角(見右圖)為30.由

9、折射定律得 解得 =60 答案 60 規(guī)律總結(jié) 應(yīng)用光的折射定律解題的一般思路 （1）一定要畫出比較準確的光路圖，分析邊界 光線或臨界光線.（2）利用幾何關(guān)系和光的折 射定律求解.（3）注意在折射現(xiàn)象中，光路是 可逆的.第15頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一變式練習1 如圖2所示, 直角三棱鏡ABC的一個側(cè)面BC緊貼在平面鏡上,BAC=.從點光源S發(fā)出的細光束SO射到棱鏡的另一側(cè)面AC上,適當調(diào)整入射光SO的方向,當SO與AC成角時,其折射光與鏡面發(fā)生一次反射,從AC面射出后恰好與SO重合,則此棱鏡的折射率為 （ ）圖2A第16頁，共44頁，2022年，5月20日，4點

10、38分，星期一題型2 光的全反射現(xiàn)象、臨界角及其應(yīng)用【例2】一足夠大的水池內(nèi)盛有某種透明液體,液體的深度為H,在水池的底部中央放一點光源,其中一條光線以30入射角射到液體與空氣的界面上,它的反射光線與折射光線的夾角為105,如圖3所示. 求:圖3第17頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一(1)這種液體的折射率.(2)液體表面亮斑的面積. (1)求折射率時, (2)當1逐漸增大到1=C時,折射光線消失發(fā)生全反射.解析 (1)由圖知,入射角1=30,折射角2=45(2)若發(fā)生全反射,入射角C應(yīng)滿足sin C= C=45亮斑半徑R=Htan C=H亮斑面積S=H2答案 (1)1.

11、414 (2)H2思路點撥第18頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一 方法提煉 對于涉及折射、全反射的幾何光學問題需要注意以下幾點：(1)題目中如果涉及“剛好”“恰好”等關(guān)鍵詞語往往對應(yīng)臨界狀態(tài)，如本題對應(yīng)的是全反射的臨界狀態(tài)；(2)準確理解題意，并根據(jù)題意畫光路圖,必要時畫輔助線；(3)題目分析時往往需要借助相關(guān)幾何關(guān)系建立一些必要關(guān)系式.第19頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一變式訓練2 如圖4所示，ABC是由折 射率為 的某種透明物質(zhì)制成的 直角三棱鏡的橫截面，A=30. 一束光線在紙面內(nèi)從AB的中點O射 入棱鏡，光線與AB面間的夾角為. 若不考

12、慮光在AB面和BC面上的反射. （1）若=45，請作出光路圖并標明相應(yīng)的角度； （2）要使射入O點的光線能從AC面射出，夾角 (0C,故發(fā)生全反射.而4=3，故反射光線垂直于BC面從棱鏡中射出，其光路如右圖所示.（2）當射向AC面的光線恰好發(fā)生全反射時，由幾何關(guān)系可知，在AB界面的折射角2=15第21頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一設(shè)此時當角為90時，射向AC的光線入射角30，不會發(fā)生全反射，故要使射入O點的光線能從AC面射出，夾角應(yīng)滿足90- 90.答案 （1）見解析 （2）90- na,故D正確;又在介質(zhì)內(nèi)的傳播速度 ,所以棱鏡內(nèi)a光的傳播速度va比b光的傳播速度v

13、b大;故B正確.答案 BD第30頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一2. 對下列自然現(xiàn)象的光學原理說法中,正確的是 （ ）A.彩虹是由光的衍射形成的B.海市蜃樓是由光的折射和全反射形成的C.肥皂泡呈現(xiàn)的彩色是由光的干涉形成的D.路面水坑的油膜出現(xiàn)彩色是由光的色散形成的BC第31頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一3. 用一個半徑很大的凸透鏡的凸面和一平面玻璃接觸,用平行單色光垂直入射于凸透鏡的平表面時(如圖8甲),從反射光中可以看到接觸處點為一暗點,其周圍為一些明暗相間的單色圓圈(如圖乙).這些同心圓圈叫做牛頓環(huán).則以下說法正確的是 ()圖8第32頁，共

14、44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一A.這些圓圈是由凸透鏡的上、下表面反射的光線相 互干涉而形成的B.這些圓圈的距離不等,隨著離中心點距離的增加而 逐漸變窄C.從透射光中觀察牛頓環(huán)中心也是暗的D.如果增大凸透鏡和平板玻璃間的壓力,條紋間距會 變小答案 B第33頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一4. 如圖9所示, 空氣中有一塊橫截面呈扇形的玻璃磚,折射率為 ,現(xiàn)有一細光束垂直射到AO面上,經(jīng)玻璃磚反射、折射后,經(jīng)OB面平行返回,AOB為120,圓的半徑為r,則入射點P距圓心O的距離為 ( ) A. B. C.rsin 7.5 D.rsin 15圖9D解析 設(shè)A

15、B曲面上的反射點為C,連接OC,則PCQ=30,PCO=15,OP=rsin 15第34頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一5. 如圖10所示, 一橫截面為半圓形的玻璃柱體,三種顏色不同的可見光細光束a、b、垂直于直徑從空氣射向玻璃,b正好過圓心O,a、c從b的兩側(cè)對稱入射,從柱面進入空氣的三束折射光交于P、Q兩點,則 （ ） A.玻璃對a光的折射率大于對b光的折射率B.玻璃對c光的折射率大于對b光的折射率C.在相同條件下進行雙縫干涉實驗,a光的條紋間距 比c光大D.在相同條件下進行雙縫干涉實驗,a光的條紋間距 比c光小圖10D第35頁，共44頁，2022年，5月20日，4

16、點38分，星期一6.彩虹是在雨后因光的色散而形成的,如圖11所示為太陽光射到空氣中的小水珠發(fā)生色散形成彩虹的光路示意圖,a、b為兩種從小水珠中射出的單色光.以下說法正確的是 （ ） A.水對a光的折射率小于水對b光的折射率B.a光的頻率大于b光的頻率C.在水珠中a光的傳播速度大于b光的傳播速度D.在水珠中a光的傳播速度等于b光的傳播速度圖11AC第36頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一7. 如圖12所示, 兩束頻率不同的光束A和B分別沿半徑方向射入半圓形玻璃磚,出射光線都是OP方向.下面關(guān)于A光和B光的比較中,說法正確的是 ( ) A.玻璃對A光的折射率更大B.真空中A光

17、的波長更長C.A光由玻璃射向空氣的全反射臨界角更大D.玻璃中A光的傳播速度更大BCD圖12第37頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一8. 下列說法中正確的是 ( )A.觀察光的干涉現(xiàn)象中,當保持雙縫的間隙不變,光屏到縫的距離越大,屏上明暗相間的條紋間距越B.觀察光的干涉現(xiàn)象中,當保持光屏到縫的距離不 變,雙縫的間隙越大,屏上條紋的間距越大C.觀察光的衍射現(xiàn)象中,當保持狹縫到光屏的距離不變,屏上明暗相間的條紋間距隨縫寬的增大而增D.觀察光的衍射現(xiàn)象中,當保持狹縫到光屏的距離不變,屏上明暗相間的條紋間距隨縫寬的減小而增大 AD第38頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38

18、分，星期一9. (2009四川21) 如圖13所示, 空氣中有一橫截面為半圓環(huán)的均勻透明柱體,其內(nèi)圓半徑為r,外圓半徑為R,R= .現(xiàn)有一束單色光垂直于水平端面A射入透明柱體,只經(jīng)過兩次全反射就垂直于水平端面B射出.設(shè)透明柱體的折射率為n,光在透明柱體內(nèi)傳播的時間為t,若真空中的光速為c,則( )A.n可能為B.n可能為2C.t可能為D.t可能為圖13AB第39頁，共44頁，2022年，5月20日，4點38分，星期一解析 緊貼內(nèi)圓入射的光線到達界面時入射角最小,由已知條件可知該入射角為45,所以該材料折射率的最小值為 ,A、B正確;光在該介質(zhì)中通過的最小路程為4r,所以光傳播時間的最小值為 ,C、D錯誤.第40頁，共44頁，202