(新课标版)高考物理一轮复习基础课件33光的折射全反射 (含解析)

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折射定律和折射率1.光的折射现象光从一种介质进入另一种介质时,　　　　　　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　　　　内,折射光线与入射光线分别位于法线的　　　;入射角的　　　　与折射角的　　　　成正比。 (2)表达式:　　　　=n。 (3)在光的折射现象中,光路是　　　　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: ,因为v全反射现象及应用1.光密介质与光疏介质
2.全反射(1)定义:光从　　　　介质射入　　　　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　　　　　介质射向　　　　介质;②入射角　　　　　　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。
光的色散、棱镜1.色散现象白光经过三棱镜后,透射光线在屏上形成按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序排列的　。 2.三棱镜(1)含义:截面是三角形的玻璃仪器,可以使光发生色散,如图所示。白光的色散表明各色光在同一介质中的　　　　不同。  (2)三棱镜对光线的作用:改变光的　　　　,使复色光发生色散。
光的折射及折射率的理解(师生共研)1.对折射率的理解(1)当光从真空射入某一介质中时,入射角θ1、折射角θ2都可以发生变化,但它们的正弦值之比却是不变的,是一个常数。(2)折射率的大小不仅反映了介质对光的折射本领,也反映了光在介质中传播速度的大小,即 。(3)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。(4)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
3.光路的可逆性在光的折射现象中,光路是可逆的。如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上,光线就会逆着原来的入射光线发生折射。
例题(2018·全国Ⅲ卷)如图所示,某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“·”(图中O点),然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上,小标记位于AC边上。D位于AB边上,过D点作AC边的垂线交AC于F。该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察,恰好可以看到小标记的像;过O点作AB边的垂线交直线DF于E;DE=2 cm,EF=1 cm。求三棱镜的折射率。(不考虑光线在三棱镜中的反射)
解析 过D点作AB边的法线NN',连接OD,则∠ODN=α为O点发出的光线在D点的入射角;设该光线在D点的折射角为β,如图所示。根据折射定律有nsin α=sin β①式中n为三棱镜的折射率。由几何关系可知β=60°②∠EOF=30°③在△OEF中有EF=OEsin∠EOF④由③④式和题给条件得OE=2 cm⑤根据题给条件可知,△OED为等腰三角形,有α=30°⑥由①②⑥式得n= 。⑦
思维训练(2017·全国Ⅱ卷)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。
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r1,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r2,如图所示。设液体的折射率为n,由折射定律有nsin i1=sin r1①nsin i2=sin r2②由题意知r1+r2=90°③联立①②③式得
全反射的理解及应用(师生共研)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。(2)应用sin C= 确定临界角。(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.全反射棱镜(等腰直角棱镜),如图所示(1)当光线从一直角边垂直射入时,在斜边发生全反射,从另一直角边垂直射出(如图甲)。(2)当光线垂直于斜边射入时,在两直角边发生全反射后又垂直于斜边射出(如图乙),入射光线和出射光线互相平行。
例题(2018·河北衡水冀州中学模拟)如图所示,将一等腰直角棱镜ABC截去棱角ADE,使其截面DE平行于底面BC,可制成“道威棱镜”,这样就减小了棱镜的质量和杂散的内部反射。已知棱镜玻璃的折射率 ,棱边长 ,lAD=3 cm,一束平行于底边BC的单色光从DE边上的M点射入棱镜。 (1)求光线进入“道威棱镜”时的折射角;(2)通过计算判断光线能否从BC边射出;(3)求光线在棱镜中传播所用的时间。
方法归纳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。
思维训练(2017·全国Ⅲ卷)如图所示,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
光的色散现象(自主悟透)1.光的色散及成因(1)含有多种颜色的光被分解为单色光的现象称为光的色散。(2)含有多种颜色的光从一种介质进入另一种介质,由于介质对不同色光的折射率不同,各种色光的偏折程度不同,所以产生光的色散。2.各种色光的比较
思维训练1.如图所示,一细束红光和一细束蓝光平行射到同一个三棱镜上,经折射后交于光屏上的同一个点M,若用n1和n2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率,下列说法正确的是(　　)A.n1n2,a为红光,b为蓝光D.n1>n2,a为蓝光,b为红光
2.(2018·内蒙古包头九中期中)(多选)虹是由阳光射入雨滴(球形)时,经一次反射和两次折射而产生色散形成的。现有白光束L由图示方向射入雨滴,a、b是经反射和折射后的其中两条出射光线,如图所示。下列说法正确的是(　　)A.光线b在水滴中传播时的波长较长B.光线a在雨滴中的折射率较大C.若分别让光线a、b通过同一双缝装置,则光线b形成的干涉条纹的间距较大D.光线a在雨滴中的传播速度较大