2014届高三物理一轮教学案：12.3光的折射 全反射

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1、第3单元光的折射__全反射光的折射定律和折射率[想一想]如图12－3－1所示，光线以入射角θ1从空气射向折射率n＝的玻璃表面。图12－3－1(1)当入射角θ1＝45°时，反射光线与折射光线间的夹角θ为多少？(2)当入射角θ1为何值时，反射光线与折射光线间的夹角θ＝90°？[提示]　(1)设折射角为θ2，由折射定律＝n得sinθ2＝＝＝，所以，θ2＝30°。因为θ1′＝θ1＝45°，所以θ＝180°－45°－30°＝105°。(2)因为θ1′＋θ2＝90°，所以，sinθ2＝sin(90°－θ1′)＝cosθ1′，由折射定律得tanθ1＝，θ1＝arct

2、an。[记一记]1．光的折射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．光的折射定律图12－3－2(1)内容：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。8(2)表达式：＝n12，式中n12是比例常数。(3)光的折射现象中，光路是可逆的。3．折射率(1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的折射率。(2)定义式：n＝。折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定。(3)折射率和光速的关系：折射率与光在介质中传播的速

3、度有关，当c为真空中光速，v为介质中光速时：n＝。式中c＝3×108m/s，n为介质的折射率，总大于1，故光在介质中的传播速度必小于真空中的光速。[试一试]1．如图12－3－3所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点。已知入射方向与边AB的夹角为θ＝30°，E、F分别为边AB、BC的中点，则(　　)图12－3－3A．该棱镜的折射率为B．光在F点发生全反射C．光从空气进入棱镜，波长变小D．从F点出射的光束与入射到E点的光束平行解析：选AC　由几何关系可推理得入射角θ1＝60°，折射角θ2＝30°，由n＝＝，A对；由sin

4、C＝，临界角C＞30°，故在F点不发生全反射，B错；由n＝＝知光进入棱镜波长变小，C对；F点出射的光束与BC边的夹角为30°，不与入射光线平行，D错。全反射　色散　　8[想一想]已知介质对某单色光的临界角为C，则介质对单色光的折射率为多少？单色光在该介质中传播速度为多少？此单色光在该介质中的波长是多少？[提示]　n＝；v＝＝csinC；λ＝＝＝λ0sinC[记一记]1．全反射(1)条件：①光从光密介质射入光疏介质。②入射角等于或大于临界角。(2)现象：折射光完全消失，只剩下反射光。(3)临界角：sinC＝，C为折射角等于90°时所对应的入射角。(4)应

5、用：①全反射棱镜。②光导纤维，如图12－3－4所示。图12－3－42．光的色散(1)定义：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫做光的色散，如图12－3－5所示，光谱中红光在最上端，紫光在最下端，中间是橙、黄、绿、青、蓝等色光。图12－3－5(2)白光的组成：光的色散现象说明白光是复色光，是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种单色光组成的。[试一试]2．一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯，图12－3－6所示为过轴线的截面图，调整入射角α，使光线恰好在水和空气的界面上发生全反射。已知水的折射率为，求sinα的值。8图12－3－6解析：当光线在水面

6、发生全反射时，有sinC＝①当光线从左侧射入时，由折射定律有＝n②联立①②式，代入数据可得sinα＝。答案：折射定律及折射率的应用(1)公式n＝中，不论是光从真空射入介质，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)同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。[例1]　一半圆柱形透明物体横截面如图12－3－7所示，底面AOB镀银(图中粗线)，O表示半圆截面的圆心，一束光线在横截

7、面内从M点入射，经过AB面反射后从N点射出。已知光线在M点的入射角为30°，∠MOA＝60°，∠NOB＝30°。求：图12－3－7(1)光线在M点的折射角；8(2)透明物体的折射率。[审题指导](1)根据反射对称确定光路图；(2)根据几何角度关系确定折射角；(3)由n＝确定折射率。[尝试解题](1)如图所示，透明物体内部的光路为折线MPN，Q、M点相对于底面EF对称，Q、P和N三点共线。设在M点处，光的入射角为θ1，折射角为θ2，∠OMQ＝α，∠PNF＝β根据题意有α＝30°①由几何关系得，∠PNO＝∠PQO＝θ2，于是β＋θ2＝60°②且α＋θ2＝β

8、③由①②③式得θ2＝15°④(2)根据折射率公式有sinθ1＝nsinθ2⑤由④⑤式得n＝≈1