人教版高中物理选择性必修第一册第4章光专题提升5光的折射和全反射课件

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第四章专题提升5　光的折射和全反射重难探究·能力素养全提升目录索引 学以致用·随堂检测全达标重难探究·能力素养全提升探究点一　平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制【例1】 (2021山东卷)超强超短光脉冲产生方法曾获诺贝尔物理学奖,其中用到的一种脉冲激光展宽器截面如图所示。在空气中对称放置四个相同的直角三棱镜,顶角为θ。一细束脉冲激光垂直第一个棱镜左侧面入射,经过前两个棱镜后分为平行的光束,再经过后两个棱镜重新合成为一束,此时不同频率的光前后分开,完成脉冲展宽。已知相邻两棱镜斜面间的距离d=100.0 mm,脉冲激光中包含两种频率的光,它们在棱镜中的折射率分别为(1)为使两种频率的光都能从左侧第一个棱镜斜面射出,求θ的取值范围;(2)若θ=37°,求两种频率的光通过整个展宽器的过程中,在空气中的路程差ΔL(保留3位有效数字)。答案 (1)0<θ<45°(或θ<45°)　(2)14.4 mm解析 (1)设C是全反射的临界角,光线在第一个三棱镜右侧斜面上恰好发生全反射时,根据折射定律得sin C= ①代入较大的折射率得C=45°②所以顶角θ的范围为0<θ<45°(或θ<45°)。③(2)脉冲激光从第一个三棱镜右侧斜面射出时发生折射,设折射角分别为α1和α2。由折射定律得方法技巧　平行玻璃砖、三棱镜、圆柱体(球)对光路控制的比较 对点演练1.一宽为L的长方体透明介质与右侧的荧光屏平行放置,其右表面距离荧光屏的距离也为L,在透明介质的左侧L处有一点光源S,该光源在荧光屏上的投影点为O,点光源S发出一细光束,细光束经透明介质折射后射到荧光屏上的A点,经测量可知AO两点之间的距离为(2+ )L,已知光在真空中的速度为c,α=45°。求:(1)该透明介质的折射率大小;(2)细光束从发射到射到荧光屏上所用的时间。解析 (1)作出光路图如图所示,入射角为α=45°,设折射角为β,光束从透明介质出射时偏离入射点距离为x,2.如图所示,细光束a射到折射率为 的透明球表面,入射角为45°,在球的内壁经过一次反射后,从球面射出的光线为b,则入射光线a与出射光线b之间的夹角α为(　　)A.45° B.30° C.60° D.75° B解析 画出入射光线与反射光线,它们一定是关于半径对称的,根据光路可逆,光线从球外射向球内,在球内反射一次,再折射出球外,整个光路如图所示,由折射定律得 ,则r=30°,由几何关系,得 =r-(i-r)=2r-i,有α=4r-2i =4×30°-2×45°=30°,故入射光线与出射光线间的夹角为30°,故B正确,A、C、D错误。探究点二　折射和全反射的综合问题【例2】 (2023河南新郑高二期末)如图所示,匀质透明球体的球心为O,半径为R,置于真空中。一条光线DC平行于直径AOB射向球体,若DC与AOB的距离H= R,光线从C点射入球体经一次反射后由P点(图中未标出)再次折射回真空中,此时的出射光线刚好与入射光线平行,已知光在真空中的速度为c,则(　　)A.球体的折射率为2B.球体的折射率为2C.光从C点射入到从P点射出,在球体中传播的总时间为D.适当改变入射点的位置,光线进入球体后,可在球体内发生全反射现象C方法技巧　解决光的折射、全反射综合问题的基本思路1.遵循的规律(1)光照射到两种透明介质的界面时会发生反射和折射现象,遵循反射定律和折射定律。(2)如果满足光从光密介质射入光疏介质并且入射角不小于临界角,则会发生全反射现象,遵循反射定律。2.基本思路:(1)分析光传播的过程。光照射到两种透明介质的界面时会发生反射和折射现象,如果光是从光密介质进入光疏介质要根据入射角和临界角的关系判断是否发生全反射。(2)画出正确的光路图。利用光路图中的临界光线,准确地判断出恰好发生全反射或符合题意的折射光路图是解题的关键。(3)运用几何关系、三角函数关系、折射定律、反射定律等知识进行求解。对点演练3.(多选)OMNE为半圆柱体玻璃砖的横截面,直径OE=d,一束由a光和b光组成的复色光,沿AO方向从上表面射入玻璃砖,入射角为θ。a光和b光折射后分别射到M点和N点,如图所示,a光在M点恰好发生全反射。已知光在真空中的传播速度为c,下列说法正确的是(　　)A.玻璃对a光的折射率小于b光B.玻璃对a光的折射率为C.a光由O到M所需时间为D.b光在N点也可能发生全反射BC学以致用·随堂检测全达标1231.(三棱镜对光路的控制)如图所示,一个三棱镜的截面为等腰直角三角形△ABC,∠A为直角。此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边,进入棱镜后直接射到AC边上,并刚好能发生全反射。该棱镜材料的折射率为(　　)A 123解析 如图所示,根据折射率定义有sin θ1=nsin θ2,nsin θ3=1,已知θ1=45°,θ2+θ3=90°,解得n= 。1232.(光的折射和全反射的综合问题)(2022全国甲卷)如图所示,边长为a的正方形ABCD为一棱镜的横截面,M为AB边的中点。在截面所在平面内,一光线自M点射入棱镜,入射角为60°,经折射后在BC边的N点恰好发生全反射,反射光线从CD边的P点射出棱镜。求棱镜的折射率以及P、C两点之间的距离。1231233.(光的折射和全反射的综合问题)直角棱镜的折射率n=1.5,其横截面如图所示,图中∠C=90°,∠A=30°,平面内一束与BC边平行的光线,从棱镜AB边上的D点射入,经折射后射到BC边上。(1)光线在BC边上是否会发生全反射?说明理由;(2)不考虑多次反射,求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值。123解析 (1)如图所示,设光线在D点的入射角为i,折射角为r。折射光线射到BC边上的E点。设光线在E点的入射角为θ,由几何关系,有θ=90°-(30°-r)>60°根据题给数据得sin θ>sin 60°>123(2)设光线在AC边上的F点射出棱镜,光线的入射角为i',折射角为r',由几何关系、反射定律及折射定律,有i=30°i'=90°-θsin i=nsin rnsin i'=sin r'联立并代入题给数据,得由几何关系,r'即AC边射出的光线与最初的入射光线的夹角。