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时间:2019-06-30
《选修3-4 1.3光的折射 全反射(教师版)》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、川越物理教研室第3课时 光的折射 全反射考纲解读1.理解折射率的概念,掌握光的折射定律.2.掌握全反射的条件,会进行有关简单的计算.基础知识储备1.折射现象光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向改变的现象.2.折射定律(1)内容:如图3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.(2)表达式:=n.(3)在光的折射现象中,光路是可逆的.图33.折射率(1)折射率是一个反映介质的光学性质的物理量.(2)定义式:n=.(3)计算公式:n=,因为v2、的折射率都大于1.(4)当光从真空(或空气)射入某种介质时,入射角大于折射角;当光由介质射入真空(或空气)时,入射角小于折射角.4.全反射现象(1)条件:①光从光密介质射入光疏介质.②入射角大于或等于临界角.(2)现象:折射光完全消失,只剩下反射光.5.临界角:折射角等于90°时的入射角,用C表示,sinC=.6.光的色散(1)光的色散现象:含有多种颜色的光被分解为单色光的现象.(2)光谱:含有多种颜色的光被分解后,各种色光按其波长的有序排列.(3)光的色散现象说明:①白光为复色光;②同一介质对不同色光的折射率不同,频率越大的色光折射3、率越大;③不同色光在同一介质中的传播速度不同,波长越短,波速越慢.(4)棱镜①含义:截面是三角形的玻璃仪器,可以使光发生色散,白光的色散表明各色光在同一介质中的折射率不同.②三棱镜对光线的作用:改变光的传播方向,使复色光发生色散.考点梳理考点一 折射定律的理解与应用解决光的折射问题的一般方法:(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,确定入射角和折射角.(3)利用折射定律建立方程进行求解.考名校,找川越,在职教师带你学第11页共11页川越物理教研室例1 如图5所示,ABCD为一直角梯形棱镜的截面,∠C=4、60°,P为垂直于直线BC的光屏,现用一宽度等于AB边的单色平行光束垂直射向AB面,经棱镜折射后在屏P上形成宽度等于AB的一条光带,求棱镜的折射率.图5解析 光路图如图所示,根据题意有θ1=θ2=30°,=则=根据几何关系有=tan30°=tan30°=在△DEF中,tanθ3==,解得θ3=30°由折射定律可得n=,解得n=,答案 突破训练1 如图6所示,在坐标系的第一象限内有一横截面为四分之一圆周的柱状玻璃体OPQ,OP=OQ=R,一束单色光垂直OP面射入玻璃体,在OP面上的入射点为A,OA=,此单色光通过玻璃体后沿BD方向射出,5、且与x轴交于D点,OD=R,求该玻璃的折射率.图6答案 解析 作光路图如图所示.在PQ面上的入射角sinθ1==,θ1=30°由几何关系可得θ2=60°折射率n==考点二 全反射现象的理解与应用1.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.2.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.当折射角等于90°时,实际上就已经没有折射光了.3.全反射现象可以从能量的角度去理解:当光由光密介质射向光疏介质时,在入射角逐渐增大的过程中,反射光的能量逐渐增强,折射光的能6、量逐渐减弱,当入射角等于临界角时,折射光的能量已经减弱为零,这时就发生了全反射.例2 如图7所示为用某种透明材料制成的一块柱形棱镜的截面图,圆弧CD为半径为R的四分之一的圆周,圆心为O,光线从AB面上的某点入射,入射角θ1=45°,它进入棱镜后恰好以临界角射在BC面上的O点.(1)画出光线由AB面进入棱镜且从CD弧面射出的光路图;(2)求该棱镜的折射率n;考名校,找川越,在职教师带你学第11页共11页川越物理教研室(3)求光线在该棱镜中传播的速度大小v(已知光在空气中的传播速度c=3.0×108m/s).图7解析 (1)光路图如图所示7、.(2)光线在BC面上恰好发生全反射,入射角等于临界角C,sinC=,cosC=.光线在AB界面上发生折射,折射角θ2=90°-C,由几何关系得sinθ2=cosC,由折射定律得n=由以上几式联立解得n=(3)光速v==×108m/s答案 (1)见解析图 (2) (3)×108m/s突破训练2 为测量一块等腰直角三棱镜ABD的折射率,用一束激光沿平行于BD边的方向射向直角边AB边,如图8所示.激光束进入棱镜后射到另一直角边AD边时,刚好能发生全反射.该棱镜的折射率为多少?答案 解析 作出法线如图所示n=,n=,C+r=90°即=解得t8、anC=,sinC=,n=.图8图9图10图11考点三 光路控制问题分析1.玻璃砖对光路的控制两平面平行的玻璃砖,出射光线和入射光线平行,且光线发生了侧移,如图9所示.2.三棱镜对光路的控制(1)光密三棱镜:光线两次折射
2、的折射率都大于1.(4)当光从真空(或空气)射入某种介质时,入射角大于折射角;当光由介质射入真空(或空气)时,入射角小于折射角.4.全反射现象(1)条件:①光从光密介质射入光疏介质.②入射角大于或等于临界角.(2)现象:折射光完全消失,只剩下反射光.5.临界角:折射角等于90°时的入射角,用C表示,sinC=.6.光的色散(1)光的色散现象:含有多种颜色的光被分解为单色光的现象.(2)光谱:含有多种颜色的光被分解后,各种色光按其波长的有序排列.(3)光的色散现象说明:①白光为复色光;②同一介质对不同色光的折射率不同,频率越大的色光折射
3、率越大;③不同色光在同一介质中的传播速度不同,波长越短,波速越慢.(4)棱镜①含义:截面是三角形的玻璃仪器,可以使光发生色散,白光的色散表明各色光在同一介质中的折射率不同.②三棱镜对光线的作用:改变光的传播方向,使复色光发生色散.考点梳理考点一 折射定律的理解与应用解决光的折射问题的一般方法:(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,确定入射角和折射角.(3)利用折射定律建立方程进行求解.考名校,找川越,在职教师带你学第11页共11页川越物理教研室例1 如图5所示,ABCD为一直角梯形棱镜的截面,∠C=
4、60°,P为垂直于直线BC的光屏,现用一宽度等于AB边的单色平行光束垂直射向AB面,经棱镜折射后在屏P上形成宽度等于AB的一条光带,求棱镜的折射率.图5解析 光路图如图所示,根据题意有θ1=θ2=30°,=则=根据几何关系有=tan30°=tan30°=在△DEF中,tanθ3==,解得θ3=30°由折射定律可得n=,解得n=,答案 突破训练1 如图6所示,在坐标系的第一象限内有一横截面为四分之一圆周的柱状玻璃体OPQ,OP=OQ=R,一束单色光垂直OP面射入玻璃体,在OP面上的入射点为A,OA=,此单色光通过玻璃体后沿BD方向射出,
5、且与x轴交于D点,OD=R,求该玻璃的折射率.图6答案 解析 作光路图如图所示.在PQ面上的入射角sinθ1==,θ1=30°由几何关系可得θ2=60°折射率n==考点二 全反射现象的理解与应用1.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.2.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.当折射角等于90°时,实际上就已经没有折射光了.3.全反射现象可以从能量的角度去理解:当光由光密介质射向光疏介质时,在入射角逐渐增大的过程中,反射光的能量逐渐增强,折射光的能
6、量逐渐减弱,当入射角等于临界角时,折射光的能量已经减弱为零,这时就发生了全反射.例2 如图7所示为用某种透明材料制成的一块柱形棱镜的截面图,圆弧CD为半径为R的四分之一的圆周,圆心为O,光线从AB面上的某点入射,入射角θ1=45°,它进入棱镜后恰好以临界角射在BC面上的O点.(1)画出光线由AB面进入棱镜且从CD弧面射出的光路图;(2)求该棱镜的折射率n;考名校,找川越,在职教师带你学第11页共11页川越物理教研室(3)求光线在该棱镜中传播的速度大小v(已知光在空气中的传播速度c=3.0×108m/s).图7解析 (1)光路图如图所示
7、.(2)光线在BC面上恰好发生全反射,入射角等于临界角C,sinC=,cosC=.光线在AB界面上发生折射,折射角θ2=90°-C,由几何关系得sinθ2=cosC,由折射定律得n=由以上几式联立解得n=(3)光速v==×108m/s答案 (1)见解析图 (2) (3)×108m/s突破训练2 为测量一块等腰直角三棱镜ABD的折射率,用一束激光沿平行于BD边的方向射向直角边AB边,如图8所示.激光束进入棱镜后射到另一直角边AD边时,刚好能发生全反射.该棱镜的折射率为多少?答案 解析 作出法线如图所示n=,n=,C+r=90°即=解得t
8、anC=,sinC=,n=.图8图9图10图11考点三 光路控制问题分析1.玻璃砖对光路的控制两平面平行的玻璃砖,出射光线和入射光线平行,且光线发生了侧移,如图9所示.2.三棱镜对光路的控制(1)光密三棱镜:光线两次折射
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