第3節(jié)光的折射全反射

第3節(jié)光的折射全反射教材梳理·自主預(yù)習(xí)考點研析·感悟提升一、光的折射1.折射定律(1)內(nèi)容:折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi),折射光線與入射光線分別位于法線的

;入射角的正弦與折射角的正弦成

.知識梳理教材梳理·自主預(yù)習(xí)兩側(cè)正比(2)表達式:

=n12,式中n12是比例常數(shù).2.折射率(1)物理意義:反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì),折射率越大,光線從真空斜射入到該介質(zhì)時偏折的角度越

.大頻率二、全反射1.定義:光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì),當(dāng)入射角增大到某一角度時,折射光線

,只剩下反射光線的現(xiàn)象.2.條件:(1)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì).(2)入射角

臨界角.消失大于等于4.應(yīng)用:

是光的全反射的典型應(yīng)用,如圖所示.三、光的色散1.色散現(xiàn)象:白光通過三棱鏡會形成

七種色光組成的彩色光譜.光導(dǎo)纖維紅、橙、黃、綠、青、藍、紫2.成因:由于n紅<n紫,所以以相同的入射角射到棱鏡界面時,紅光和紫光的折射角

,紫光折射得更明顯些,當(dāng)它們射出另一個界面時,紫光的偏折角

,紅光的偏折角

.不同較大較小小題檢測1.思考判斷(1)光的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象叫光的折射.(

)×(2)折射定律是牛頓發(fā)現(xiàn)的.(

)(3)密度大的介質(zhì)一定是光密介質(zhì).(

)××(5)光從空氣射入玻璃時,只要入射角足夠大就可能發(fā)生全反射.(

)(6)在測玻璃磚折射率的實驗中入射角越大效果越好.(

)√××2.(多選)如圖所示,MN是介質(zhì)1和介質(zhì)2的分界面,介質(zhì)1,2的絕對折射率分別為n1,n2,一束細光束從介質(zhì)1射向介質(zhì)2中,測得θ1=60°,θ2=30°,根據(jù)你所學(xué)的光學(xué)知識判斷下列說法正確的是()ABE3.(多選)如圖所示,從點光源S發(fā)出的一細束白光以一定的角度入射到三棱鏡的表面,經(jīng)過三棱鏡的折射后發(fā)生色散現(xiàn)象,在光屏的ab間形成一條彩色光帶.下列說法中正確的是(

)A.a側(cè)是紅光,b側(cè)是紫光B.在真空中a側(cè)光的波長小于b側(cè)光的波長C.三棱鏡對a側(cè)光的折射率大于對b側(cè)光的折射率D.在三棱鏡中a側(cè)光的速率比b側(cè)光小E.在三棱鏡中a,b兩側(cè)光的速率相同BCD考點一光的折射定律考點研析·感悟提升1.對折射率的理解(2)折射率與介質(zhì)本身性質(zhì)和光的頻率有關(guān),與入射角的大小無關(guān),與介質(zhì)的密度無關(guān).(3)同一種介質(zhì)中,頻率越大的色光折射率越大,傳播速度越小.(4)同一種色光,在不同介質(zhì)中雖然波速、波長不同,但頻率相同.2.平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對光路的控制(1)作出光線穿過圓柱體射出的光路圖;答案:(1)見解析(2)求該光線從圓柱體中射出時,折射光線偏離進入圓柱體光線多大的角度;答案:(2)60°解析:(2)由幾何知識得,出射光線偏離原方向的角度為α=60°.(3)光線在圓柱體中的傳播時間.易錯警示解決光的折射問題的思路(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,要注意入射角、折射角均以法線為標準.(3)利用折射定律、折射率公式求解.題組訓(xùn)練CDE解析:介質(zhì)的折射率是一個反映介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的物理量,由介質(zhì)本身和光的頻率共同決定,與入射角、折射角無關(guān),故選項A,B錯誤,E正確;由于真空中的光速是一個定值,故n與v成反比是正確的,選項C正確;由于v=λf,當(dāng)f一定時,v與λ成正比,又n與v成反比,故n與λ也成反比,選項D正確.(1)玻璃磚對該光的折射率;(2)光線經(jīng)玻璃磚折射后的偏向角.答案:(2)0°考點二光的全反射求解光的全反射問題的四點提醒(1)光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對而言的,介質(zhì)A相對于介質(zhì)B可能是光密介質(zhì),而相對于介質(zhì)C可能是光疏介質(zhì).(2)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,都不會發(fā)生全反射現(xiàn)象.(3)光的反射和全反射現(xiàn)象,均遵循光的反射定律,光路均是可逆的.[例2]截面為矩形的透明材料ABCD,P,Q分別為AB,AD上的兩點,已知A,P距離為a,A,Q距離為2a,現(xiàn)有一細束光線從P點以某一入射角θ(未知)射入該材料,經(jīng)折射后到達Q點,且在Q點剛好能發(fā)生全反射.(1)求材料的折射率n;(2)改變光線從AB面P點射入時的入射角,求光線從AD邊射出的區(qū)域長度.方法技巧解決全反射問題“五步走”(1)確定光是從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì).(3)根據(jù)題設(shè)條件,判定光在傳播時是否發(fā)生全反射.(4)如發(fā)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(guān)系或三角函數(shù)關(guān)系以及反射定律等進行分析、判斷、運算,解決問題.(1)入射角的正弦值sini;(2)光束從O點入射到發(fā)生第一次全反射所用的時間.考點三光的色散現(xiàn)象1.成因含有多種顏色的光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì),由于介質(zhì)對不同色光的折射率不同,各種色光的偏折程度不同,所以產(chǎn)生光的色散.2.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(zhì)中的折射率小→大同一介質(zhì)中的速度大→小波長大→小通過棱鏡的偏折角小→大臨界角大→小雙縫干涉時的條紋間距大→小[例3](多選)如圖所示,一束光沿半徑方向射向一塊半圓柱形玻璃磚,在玻璃磚底面上的入射角為θ,經(jīng)折射后射出a,b兩束單色光線.則(

)A.在玻璃中,a光的傳播速度小于b光的傳播速度B.在真空中,a光的波長小于b光的波長C.進入玻璃后,a,b光的波長都減小,故該單色光的顏色發(fā)生變化D.玻璃磚對a光的折射率小于對b光的折射率E.若改變光束的入射方向使θ角逐漸變大,則折射光線a首先消失ABE[針對訓(xùn)練](多選)頻率不同的兩束單色光1和2以相同的入射角從同一點射入一厚平行玻璃磚,單色光1,2在玻璃磚中折射角分別為30°和60°,其光路如圖所示,下列說法正確的是(

)A.射出的折射光線1和2一定是平行光B.單色光1的波長大于單色光2的波長C.在玻璃磚中單色光1的傳播速度大于單色光2的傳播速度D.圖中單色光1,2通過玻璃磚所需的時間相等E.單色光1從玻璃射到空氣的全反射臨界角小于單色光2從玻璃射到空氣的全反射臨界角ADE考點四實驗:測定玻璃的折射率●誤差分析1.確定入射光線、出射光線時的誤差.故入射側(cè)、出射側(cè)所插兩枚大頭針間距離宜大點.2.測量入射角與折射角時的誤差.故入射角不宜過小,但也不宜過大,過大則反射光較強,出射光較弱.●注意事項1.玻璃磚要用厚度較大的.2.入射角應(yīng)在30°到60°之間.3.大頭針要豎直插在白紙上,且距離應(yīng)盡量大一些.4.玻璃磚的折射面要畫準,不能用玻璃磚界面代替直尺畫界線.[例4]

(2019·天津卷,9)某小組做測定玻璃的折射率實驗,所用器材有:玻璃磚、大頭針、刻度尺、圓規(guī)、筆、白紙.(1)下列哪些措施能夠提高實驗準確程度

.

A.選用兩光學(xué)表面間距大的玻璃磚B.選用兩光學(xué)表面平行的玻璃磚C.選用粗的大頭針完成實驗D.插在玻璃磚同側(cè)的兩枚大頭針間的距離盡量大些解析:(1)測玻璃的折射率關(guān)鍵是根據(jù)入射光線和出射光線確定在玻璃中的傳播光線,因此選用光學(xué)表面間距大的玻璃磚以及使同側(cè)兩枚大頭針的距離大些都有利于提高實驗準確程度,減小誤差;兩光學(xué)表面是否平行不影響折射率的測量,為減小誤差,應(yīng)選用細長的大頭針,故選項B,C錯誤.答案:(1)AD(2)該小組用同一套器材完成了四次實驗,記錄的玻璃磚界線和四個大頭針扎下的孔洞如下圖所示,其中實驗操作正確的是

.

解析:(2)兩光學(xué)表面平行的玻璃磚的入射光線與出射光線平行,在空氣中的入射角大于玻璃中的折射角,畫圖可知正確的圖為D.答案:(2)D

(3)該小組選取了操作正確的實驗記錄,在白紙上畫出光線的徑跡,以入射點O為圓心作圓,與入射光線、折射光線分別交于A,B點,再過A,B點作法線NN′的垂線,垂足分別為C,D點,如圖所示,則玻璃的折射率n=

.(用圖中線段的字母表示)

[針對訓(xùn)練]在用插針法做“測定玻璃磚折射率”的實驗中,某同學(xué)先在白紙上畫出一直線并讓待測玻璃磚一界面ab與線重合放置,再進行插針觀察,如圖所示.梯形abcd是其主截面的邊界線,而A,B,C,D為該同學(xué)在某次實驗時插入的4枚大頭針的位置情況.(1)請在圖中完成測量玻璃磚折射率的有關(guān)光路圖,并標出入射角α和折射角β;解析:(1)連接