入射角的正弦與折射角的正弦之比(1).ppt

1、第十三章 光,第1課時(shí) 光的折射 全反射 考點(diǎn)自清 一、光的折射 1.定義：光線從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)， 發(fā)生改變的現(xiàn)象叫做光的折射現(xiàn)象. 2.折射定律：折射光線與 、 處在同 一平面內(nèi)；折射光線與入射光線分別位于 的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成 .,傳,播方向,法線,入射光線,法線,正比,3.折射率：光從 射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)， 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(duì)折射率.簡(jiǎn)稱折射率.,真空,實(shí)驗(yàn)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)

2、.,大于,光密,光疏,二、光的全反射 1.光照射到兩種介質(zhì)界面上時(shí)，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(shí)的入射角.設(shè)光線從 射向 時(shí)的臨界角為C，則,某種介質(zhì),真空或空氣,4.應(yīng)用 （1）全反射棱鏡 （2）光導(dǎo)纖維：實(shí)際用的光導(dǎo)纖維是非常細(xì)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(shí)，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(shí)，在界面,處既發(fā)生折射，又發(fā)

3、生反射，而由介質(zhì)射向真 空（或空氣）時(shí)， 有可能要發(fā)生全反射.,三、棱鏡、光的色散 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(zhǎng)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(duì)光線的作用：改變光的傳播方 向，使復(fù)色光發(fā)生色散.,三角形,折射率,4.各種色光的比較,熱點(diǎn)一 折射率的理解 1.某種介質(zhì)的折射率是指光從真空或空氣進(jìn)入該 介質(zhì)時(shí)入射角與折射角的正弦值之比.如果是從 該介質(zhì)進(jìn)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).

4、 2.介質(zhì)的折射率實(shí)際上指的是絕對(duì)折射率，所謂 絕對(duì)折射率是指光從真空進(jìn)入介質(zhì)時(shí)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(wú)關(guān).,熱點(diǎn)聚集,4.折射率大小反映了介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)和入射光的 頻率：（1）折射率越大，說(shuō)明介質(zhì)對(duì)光的偏折 作用越大，光線偏離原來(lái)傳播方向的程度越厲 害.（2）介質(zhì)對(duì)光的折射率越大，說(shuō)明該光在 介質(zhì)中的傳播速度越小.（3）相對(duì)于同一介 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,2.折

5、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(wú)關(guān). 熱點(diǎn)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(duì)而言的.同一種介 質(zhì)，相對(duì)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(shí)，入射角大于折 射角；光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，入射角 小于折射角. 3.如果光線從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，則無(wú)論入 射角多大，都不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象.,4.光導(dǎo)纖維 （1）結(jié)構(gòu)：光導(dǎo)纖維（簡(jiǎn)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)、

6、外層的界面上時(shí)，都要求入射角大于臨界 角，從而發(fā)生全反射.,熱點(diǎn)三 平行玻璃磚與三棱鏡比較,題型探究 題型1 折射率的理解 【例1】一個(gè)圓柱形筒,直徑12 cm,高16 cm,人 眼在筒側(cè)上方某處觀察,所見(jiàn)筒側(cè)的深度為9 cm, 當(dāng)筒中裝滿液體時(shí),則恰能看到筒側(cè)的最低點(diǎn).求: (1)此液體的折射率. (2)光在此液體中的傳播速度.,圖1,答案,變式練習(xí)1 由某種透明物質(zhì)制成的等腰直角棱鏡AOB, 圖1兩腰都為16 cm,且 兩腰與Ox和Oy軸都重合,如圖1 所示,從BO邊的C點(diǎn)注視A棱, 發(fā)現(xiàn)A棱的位置在D點(diǎn),在C、D兩 點(diǎn)插上大頭針,測(cè)出C點(diǎn)的坐標(biāo)為(0,12),D點(diǎn)的坐標(biāo)為(9,0),由此

7、可以算出該透明物質(zhì)的折射率為多大?,圖1,答案,題型2 光的全反射現(xiàn)象 【例2】下列敘述中正確的是 () A.背對(duì)陽(yáng)光看玻璃球覺(jué)得比較明亮,主要原因是光 在球中發(fā)生全反射 B.雨過(guò)天晴時(shí),空中出現(xiàn)的彩虹是因?yàn)殛?yáng)光在水滴 的表面上反射而形成的 C.常看到倒扣在水中的玻璃杯顯得很明亮的原因 與水中上升的氣泡很亮的原因是一樣的 D.以上判斷均不正確,解析 背對(duì)陽(yáng)光看玻璃球比較明亮,是光在玻璃球中發(fā)生全反射;彩虹是因?yàn)殛?yáng)光在水滴中折射形成的; C項(xiàng)中現(xiàn)象的成因是由于光在介質(zhì)表面發(fā)生了全反射, A.C項(xiàng)正確. ,A,變式練習(xí)下列現(xiàn)象中,屬于光的全反射現(xiàn)象的是 () A肥皂泡上的彩色條紋 B雨后天邊出現(xiàn)彩

8、虹 C早晨東方天邊出現(xiàn)紅色朝霞 D荷葉上的水珠在陽(yáng)光下晶瑩透亮,D,解析肥皂泡上的彩色條紋屬于光的干涉;雨后彩虹屬于光的折射;早晨的紅色朝霞是由于空氣的散射作用;荷葉上的水珠在陽(yáng)光下晶瑩透亮,是由于光線在水珠中發(fā)生全反射, D項(xiàng)正確.,題型3 全反射及光路問(wèn)題 【例3】 如圖2所示，用折射率n=2 的玻璃做成一個(gè)外徑為R的半球 形空心球殼.一束與OO平行的 平行光射向此半球的外表面，若 讓一個(gè)半徑為 的圓形遮光 板的圓心過(guò)OO軸，并且垂直該軸放置.則球殼內(nèi)部恰好沒(méi)有光線射入，問(wèn)： （1）臨界光線射入球殼時(shí)的折射角2為多大？ （2）球殼的內(nèi)徑R為多少？,圖2,解析 （1）由題圖和幾何知識(shí) 由折射

9、率的定義式 聯(lián)立解出2=30. （2）對(duì)臨界光線 在題圖Oab中，由正弦定理得： 聯(lián)立解出 答案（1）30（2）,【評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)】 本題共16分，其中各3分，各2分. 【名師導(dǎo)析】 本題是一道關(guān)于折射和全反射的綜合題.本題的難點(diǎn)是正確分析題目給定的條件和題目所求問(wèn)題的含義，理解光線aa不能進(jìn)入球殼時(shí)，射到球上的其它光線便不可能進(jìn)入球殼.其次是根據(jù)題目給定的光路圖，充分利用幾何關(guān)系求解也是難點(diǎn)之 一.,自我批閱 (16分)半徑為R的半圓柱形玻璃，橫截面 如圖3所示，O為圓心，已知玻璃 的折射率為 ，當(dāng)光由玻璃射向 空氣時(shí)，發(fā)生全反射的臨界角為 45.一束與MN平面成45的平行 光束射到玻璃的半圓柱面

10、上，經(jīng)玻璃折射后，有部分光能從MN平面上射出. （1）說(shuō)明光能從MN平面上射出的理由？ （2）能從MN射出的光束的寬度d為多少？,圖3,解析 （1）如圖所示，進(jìn)入玻璃中的光線a垂直半球面,沿半徑方向直達(dá)球心位置O，且入射角等于臨界角，恰好在O點(diǎn)發(fā)生全反射. 光線a右側(cè)的光線（如：光線b）經(jīng)球 面折射后，射在MN上的入射角一定 大于臨界角，在MN上發(fā)生全反射， 不能射出.光線a左側(cè)的光線經(jīng)半球面 折射后，射到MN面上的入射角均小于臨界角，能從MN面上射出.最左邊射向半徑的光線c與球面相切，入射角1=90,折射角2=45.故光線c將垂 直MN射出. （6分）,（2）由折射定律知： （4分） 則 （

11、2分） 所以在MN面上射出的光束寬度應(yīng)是 （4分） 答案 見(jiàn)解析,素能提升 1.OMN為玻璃等腰三棱鏡的橫截面. a、b兩束可見(jiàn)單色光從空氣垂直射 入棱鏡底面MN,在棱鏡側(cè)面OM、 ON上反射和折射的情況如圖4所示. 由此可知 ( ) A.棱鏡內(nèi)a光的傳播速度比b光的小 B.棱鏡內(nèi)a光的傳播速度比b光的大 C.a光的對(duì)玻璃棱鏡的折射率比b光的大 D.a光的對(duì)玻璃棱鏡的折射率比b光的小,圖4,解析 a、b兩束光射到OM、ON上的入射角是相同的,由圖可知b光已發(fā)生全反射,而a光仍有折射,說(shuō)明b光的全反射臨界角比a光的全反射臨界角小,所以b光的折射率大于a光的折射率,即nbna,故D正確;又在介質(zhì)內(nèi)

12、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vb大;故B正確. 答案 BD,2如果光以同一入射角從真空射入不同介質(zhì),則折射率越 大的介質(zhì) () A折射角越大,表示這種介質(zhì)對(duì)光的偏折作用越大 B折射角越大,表示這種介質(zhì)對(duì)光的偏折作用越小 C折射角越小,表示這種介質(zhì)對(duì)光的偏折作用越大 D折射角越小,表示這種介質(zhì)對(duì)光的偏折作用越小 解析由可知入射角相同時(shí),折射率n越大, 折射角2越小,偏折角=1-2就越大,所以C項(xiàng)正 確.,C,3關(guān)于折射率,下列說(shuō)法正確的是 () A根據(jù)可知,介質(zhì)的折射率與入射角 的正弦成正比 B根據(jù)可知,介質(zhì)的折射率與折射 角的正弦成反比 C根據(jù)可知,介質(zhì)的折射率與

13、介質(zhì) 中的光速成反比 D.以上說(shuō)法都不正確 解析折射率是反映介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的物理量,其大 小由介質(zhì)本身和入射光的頻率決定,所以 A、B、C項(xiàng)說(shuō)法錯(cuò)誤,應(yīng)選D項(xiàng).,D,光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu),其內(nèi)芯和外套材料不同,光在 內(nèi)芯中傳播,以下說(shuō)法正確的是 () A內(nèi)芯的折射率比外套的大,光傳播時(shí)在內(nèi)芯與 外套的界面上發(fā)生全反射 B.內(nèi)芯的折射率比外套的小,光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外 套的界面上發(fā)生全反射 C.內(nèi)芯的折射率比外套的小,光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外 套的界面上發(fā)生折射 D.內(nèi)芯的折射率與外套的相同,外套的材料有韌性, 可以起保護(hù)作用,A,5. 在圖5中的虛線表示兩種介質(zhì)的界面及其法線,實(shí) 線表示一條光線射向界面后發(fā)生

14、反射和折射的光 線,以下說(shuō)法正確的是 () bO不可能是入射光線 aO可能是入射光線 aO可能是入射光線 Ob可能是反射光線 A. B. C. D.,B,圖5,6.如圖6所示，玻璃棱鏡的截面為等腰三角形，頂角為30，一束光線垂直于ab面射入棱鏡，又從ac面射出.出射光線與入射光線之間的夾角為30.求此棱鏡材料的折射率.,圖6,解析 過(guò)ac面作出法線，如圖，可知2=30,1=60, 所以 答案,7. 如圖7所示，一個(gè)半徑為r的 圓木板靜止在水面上，在圓 木板圓心O的正下方H= r處 有一點(diǎn)光源S，已知水的折射 率n= , （1）求沿圓木板邊緣出射的折射光線的折射角； （2）若在水面上方觀察不到點(diǎn)

15、光源S所發(fā)出的光，則將點(diǎn)光源S至少豎直向上移動(dòng)多大的距離？（結(jié)果可用根式表示）,圖7,解析 （1）設(shè)入射角為1，折射角為2，則 由折射定律得： 聯(lián)立得：折射角2=45. （2）若在水面上方觀察不到點(diǎn)光源所發(fā)出的光，則入射到圓木板邊緣的光線將發(fā)生全反射，設(shè)臨界角為C，點(diǎn)光源S離圓心的距離為h，則 得C=45，由幾何關(guān)系 知：h=r，則點(diǎn)光源S至少上移 答案 （1）45（2）,8.夏日晚上,小明去游泳池游泳,他站在池邊發(fā)現(xiàn)對(duì)岸標(biāo)桿上有一燈A,水下池壁上有一彩燈B(B燈在圖中未畫(huà)出),如圖8所示,他調(diào)整自己到岸邊的距離,直到發(fā)現(xiàn)A燈經(jīng)水面反射所成的像與B燈經(jīng)水面折射后所成的像重合,此時(shí)人到對(duì)岸的距離L=10 m,A燈距水面高為0.5 m,人眼E距水面高為2 m,水的折射率為 .,圖8,(1)畫(huà)出小明看到A、B燈的像重合時(shí)的光路圖. (2)求B燈在水面下的深度. 解析 (1)光路圖如下圖所示.,(2)如圖所示,設(shè)水面為CF,A到水面的距離為L(zhǎng)1,B燈與水面的距離為L(zhǎng)2,人眼到水面的距離為L(zhǎng)3,點(diǎn)C、D之間的距離為L(zhǎng)4,得 得L4=2 m對(duì)B燈光的折射過(guò)程,有 得燈在水面下深處 答案 (1)見(jiàn)解析