高考物理总复习15.1光的折射、全反射课件PPT

这是一份高考物理总复习15.1光的折射、全反射课件PPT，共37页。PPT课件主要包含了-2-，-4-，-5-，-6-，-7-，-8-，命题点一，命题点二，命题点三，-9-等内容，欢迎下载使用。

第1节　光的折射　全反射
一、光的折射定律1.光的折射现象光从一种介质进入另一种介质时, 传播方向　发生改变的现象称为光的折射现象。 2.折射定律(1)内容:如图所示,折射光线与入射光线、法线处在 同一平面　内,折射光线与入射光线分别位于法线的 两侧　;入射角的 正弦　与折射角的 正弦　成正比。 
(3)在光的折射现象中,光路是 可逆　的。 
3.折射率(1)折射率是一个反映介质的光学特性的物理量。
(3)计算公式:n= ,因为v二、全反射1.光密介质与光疏介质
2.全反射(1)定义:光从 光密　介质射入 光疏　介质,当入射角增大到某一角度时,折射光线将消失,只剩下反射光线的现象。 (2)条件:①光从 光密　介质射向 光疏　介质;②入射角 大于等于　临界角。 (3)临界角:折射角等于90°时的入射角。若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时,发生全反射的临界角为C,则sin C= 。介质的折射率越大,发生全反射的临界角越小。(4)光导纤维光导纤维的原理是利用光的全反射。
折射定律及折射率的应用1.对折射率的理解(1)公式n= 中,不论光是从真空射入介质,还是从介质射入真空,θ1总是真空中的光线与法线间的夹角,θ2总是介质中的光线与法线间的夹角。(2)折射率由介质本身性质决定,与入射角的大小无关。(3)折射率与介质的密度没有关系,光密介质不是指密度大的介质。(4)折射率的大小不仅与介质本身有关,还与光的频率有关。同一种介质中,频率越大的色光折射率越大,传播速度越小。(5)同一种色光,在不同介质中虽然波速、波长不同,但频率相同。
2.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制
例1(2017·全国卷Ⅰ)如图,一玻璃工件的上半部是半径为r的半球体,O点为球心;下半部是半径为r、高为2r的圆柱体,圆柱体底面镀有反射膜。有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入,该光线与OC之间的距离为0.6r。已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射)。求该玻璃的折射率。
解析:如图,根据光路的对称性和光路可逆性,与入射光线相对于OC轴对称的出射光线一定与入射光线平行。这样,从半球面射入的折射光线,将从圆柱体底面中心C点反射。设光线在半球面的入射角为i,折射角为r。由折射定律有sin i=nsin r①由正弦定理有
由几何关系,入射点的法线与OC的夹角为i。由题设条件和几何关系有
式中l是入射光线与OC的距离。由②③式和题给数据得
思维点拨本题的关键条件是出射光线与入射光线平行,依据这个画出光路图,剩下就是平面几何的运算了。
解决光的折射问题的思路1.根据题意画出正确的光路图。2.利用几何关系确定光路中的边、角关系,要注意入射角、折射角均以法线为标准。3.利用折射定律、折射率公式求解。
即学即练1.(2017·江苏卷)人的眼球可简化为如图所示的模型。折射率相同、半径不同的两个球体共轴。平行光束宽度为d,对称地沿轴线方向射入半径为r的小球,会聚在轴线上的P点。取球体的折射率为 ,且d= r。求光线的会聚角α。(示意图未按比例画出)
2.(2017·全国卷Ⅱ)一直桶状容器的高为2l,底面是边长为l的正方形;容器内装满某种透明液体,过容器中心轴DD'、垂直于左右两侧面的剖面图如图所示。容器右侧内壁涂有反光材料,其他内壁涂有吸光材料。在剖面的左下角处有一点光源,已知由液体上表面的D点射出的两束光线相互垂直,求该液体的折射率。
答案:1.55解析:设从光源发出直接射到D点的光线的入射角为i1,折射角为γ1,在剖面内作光源相对于反光壁的镜像对称点C,连接C、D,交反光壁于E点,由光源射向E点的光线,反射后沿ED射向D点。光线在D点的入射角为i2,折射角为γ2,如图所示。设液体的折射率为n,由折射定律有nsin i1=sin γ1①nsin i2=sin γ2②由题意知γ1+γ2=90°③联立①②③式得
联立④⑤⑥式得n=1.55⑦
光的折射、全反射的综合应用1.求解光的折射、全反射问题的四点提醒(1)光密介质和光疏介质是相对而言的。同一种介质,相对于其他不同的介质,可能是光密介质,也可能是光疏介质。(2)如果光线从光疏介质进入光密介质,则无论入射角多大,都不会发生全反射现象。(3)在光的反射和全反射现象中,均遵循光的反射定律,光路均是可逆的。(4)当光射到两种介质的界面上时,往往同时发生光的折射和反射现象,但在全反射现象中,只发生反射,不发生折射。
2.解决全反射问题的一般方法(1)确定光是从光密介质进入光疏介质。
(3)根据题设条件,判定光在传播时是否发生全反射。(4)如发生全反射,画出入射角等于临界角时的临界光路图。(5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算,解决问题。3.求解全反射现象中光的传播时间的一般思路(1)全反射现象中,光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化,即v= 。(2)全反射现象中,光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定。
例2(2016·全国卷Ⅰ)如图,在注满水的游泳池的池底有一点光源A,它到池边的水平距离为3.0 m。从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角,水的折射率为 。(1)求池内的水深;(2)一救生员坐在离池边不远处的高凳上,他的眼睛到池面的高度为2.0 m。当他看到正前下方的点光源A时,他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45°。求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留1位有效数字)。
答案:(1)2.6 m　(2)0.7 m
解析:(1)如图,设到达池边的光线的入射角为i。依题意,水的折射率n= ,光线的折射角θ=90°。由折射定律有nsin i=sin θ①
式中,l=3 m,h是池内水的深度。联立①②式并代入题给数据得
(2)设此时救生员的眼睛到池边的距离为x。依题意,救生员的视线与竖直方向的夹角为θ'=45°。由折射定律有nsin i'=sin θ'④式中,i'是光线在水面的入射角。设池底点光源A到水面入射点的水平距离为a。由几何关系有
x+l=a+h'⑥式中h'=2 m。联立③④⑤⑥式得
解答全反射类问题的技巧1.根据题意画出光的折射或恰好发生全反射的光路图。2.作图时找出具有代表性的光线,如符合边界条件的临界光线等。3.利用平面几何知识分析线、角关系,找出入射角、折射角或临界角。注意入射角、折射角均以法线为标准。4.以刚好发生全反射的光线为比较对象,来判断光线是否发生全反射,从而画出其他光线的光路图。
即学即练3.(2017·全国卷Ⅲ)如图,一半径为r的玻璃半球,O点是半球的球心,虚线OO'表示光轴(过球心O与半球底面垂直的直线)。已知玻璃的折射率为1.5。现有一束平行光垂直入射到半球的底面上,有些光线能从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线)。求(1)从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值;(2)距光轴 的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离。
解析:(1)如图,从底面上A处射入的光线,在球面上发生折射时的入射角为i,当i等于全反射临界角ic时,对应入射光线到光轴的距离最大,设最大距离为l。i=ic①设n是玻璃的折射率,由全反射临界角的定义有nsin ic=1②
(2)设与光轴相距 的光线在球面B点发生折射时的入射角和折射角分别为i1和γ1,由折射定律有nsin i1=sin γ1⑤设折射光线与光轴的交点为C,在△OBC中,由正弦定理有
4.(2016·海南卷)如图,半径为r的半球形玻璃体置于水平桌面上,半球的上表面水平,球面与桌面相切于A点。一细束单色光经球心O从空气中射入玻璃体内(入射面即纸面),入射角为45°,出射光线射在桌面上B点处。测得AB之间的距离为 。现将入射光束在纸面内向左平移,求射入玻璃体的光线在球面上恰好发生全反射时,光束在上表面的入射点到O点的距离。不考虑光线在玻璃体内的多次反射。
解析:当光线经球心O入射时,光路图如图甲所示。
在玻璃体球面上光线恰好发生全反射时,光路图如图乙所示。乙设此时光线入射点为E,折射光线射到玻璃体球面的D点,由题意有∠EDO=C④
光的色散1.光的色散(1)现象:一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带。(2)成因:棱镜材料对不同色光的折射率不同,对红光的折射率最小,红光通过棱镜后的偏折程度最小,对紫光的折射率最大,紫光通过棱镜后的偏折程度最大,从而产生色散现象。
例3(2017·北京密云县期末)虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的,可用白光照射玻璃球来说明。两束平行白光照射到透明玻璃球后,在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带,光路如图所示。M、N、P、Q点的颜色分别为(　　)A.紫、红、红、紫　　　B.红、紫、红、紫C.红、紫、紫、红D.紫、红、紫、红
光的色散中的注意问题1.明确题意,入射光为复色光,在出射光中,不同色光的偏折角不同。2.红光的折射率最小,其偏折角最小。3.紫光的折射率最大,其临界角最小,最易出现全反射。
即学即练5.(2017·北京卷)如图所示,一束可见光穿过平行玻璃砖后,变为a、b两束单色光。如果光束b是蓝光,则光束a可能是(　　)A.红光B.黄光C.绿光D.紫光
6.(多选)(2017·河南信阳期末)如图所示,一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖,在玻璃砖底面上的入射角为θ,经折射后射出a、b两束光线。则(　　)A.在玻璃中,a光的传播速度小于b光的传播速度B.在真空中,a光的波长小于b光的波长C.玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率D.若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大,则折射光线a首先消失