基礎(chǔ)課33光的折射全反射-2-知識點一知識點二知識點三折射定律和折射率1.光的折射現(xiàn)象光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時,

發(fā)生改變的現(xiàn)象稱為光的折射現(xiàn)象。

2.折射定律(1)內(nèi)容:如圖所示,折射光線與入射光線、法線處在

內(nèi),折射光線與入射光線分別位于法線的

;入射角的

與折射角的

成正比。

(2)表達(dá)式:

=n。

(3)在光的折射現(xiàn)象中,光路是

的。

傳播方向

同一平面

兩側(cè)

正弦

正弦

可逆

-3-知識點一知識點二知識點三3.折射率(1)折射率是一個反映介質(zhì)的光學(xué)特性的物理量。(3)計算公式:,因為v<c,所以任何介質(zhì)的折射率都大于

。(4)當(dāng)光從真空(或空氣)射入某種介質(zhì)時,入射角大于折射角;當(dāng)光由介質(zhì)射入真空(或空氣)時,入射角小于折射角。1-4-知識點一知識點二知識點三全反射現(xiàn)象及應(yīng)用1.光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)光密

光疏

-5-知識點一知識點二知識點三2.全反射(1)定義:光從

介質(zhì)射入

介質(zhì),當(dāng)入射角增大到某一角度時,折射光線將消失,只剩下反射光線的現(xiàn)象。

(2)條件:①光從

介質(zhì)射向

介質(zhì);②入射角

臨界角。

(3)臨界角:折射角等于90°時的入射角。若光從光密介質(zhì)(折射率為n)射向真空或空氣時,發(fā)生全反射的臨界角為C,則sinC=。介質(zhì)的折射率越大,發(fā)生全反射的臨界角越小。(4)光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維的原理是利用光的全反射。光密

光疏

光密

光疏

大于或等于

-6-知識點一知識點二知識點三光的色散、棱鏡1.色散現(xiàn)象白光經(jīng)過三棱鏡后,透射光線在屏上形成按紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫的順序排列的

。

2.三棱鏡(1)含義:截面是三角形的玻璃儀器,可以使光發(fā)生色散,如圖所示。白光的色散表明各色光在同一介質(zhì)中的

不同。

(2)三棱鏡對光線的作用:改變光的

,使復(fù)色光發(fā)生色散。彩色光譜

折射率

傳播方向

-7-考點一考點二考點三光的折射及折射率的理解(師生共研)1.對折射率的理解(1)當(dāng)光從真空射入某一介質(zhì)中時,入射角θ1、折射角θ2都可以發(fā)生變化,但它們的正弦值之比卻是不變的,是一個常數(shù)。(2)折射率的大小不僅反映了介質(zhì)對光的折射本領(lǐng),也反映了光在介質(zhì)中傳播速度的大小,即

。(3)折射率的大小不僅與介質(zhì)本身有關(guān),還與光的頻率有關(guān)。同一種介質(zhì)中,頻率越大的色光折射率越大,傳播速度越小。(4)同一種色光,在不同介質(zhì)中雖然波速、波長不同,但頻率相同。-8-考點一考點二考點三2.平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對光路的控制3.光路的可逆性在光的折射現(xiàn)象中,光路是可逆的。如果讓光線逆著原來的折射光線射到界面上,光線就會逆著原來的入射光線發(fā)生折射。-9-考點一考點二考點三例題(2018·全國Ⅲ卷)如圖所示,某同學(xué)在一張水平放置的白紙上畫了一個小標(biāo)記“·”(圖中O點),然后用橫截面為等邊三角形ABC的三棱鏡壓在這個標(biāo)記上,小標(biāo)記位于AC邊上。D位于AB邊上,過D點作AC邊的垂線交AC于F。該同學(xué)在D點正上方向下順著直線DF的方向觀察,恰好可以看到小標(biāo)記的像;過O點作AB邊的垂線交直線DF于E;DE=2cm,EF=1cm。求三棱鏡的折射率。(不考慮光線在三棱鏡中的反射)-10-考點一考點二考點三解析

過D點作AB邊的法線NN',連接OD,則∠ODN=α為O點發(fā)出的光線在D點的入射角;設(shè)該光線在D點的折射角為β,如圖所示。根據(jù)折射定律有nsin

α=sin

β①式中n為三棱鏡的折射率。由幾何關(guān)系可知β=60°②∠EOF=30°③在△OEF中有EF=OEsin∠EOF④由③④式和題給條件得OE=2

cm⑤根據(jù)題給條件可知,△OED為等腰三角形,有α=30°⑥由①②⑥式得n=。⑦-11-考點一考點二考點三思維訓(xùn)練(2017·全國Ⅱ卷)一直桶狀容器的高為2l,底面是邊長為l的正方形;容器內(nèi)裝滿某種透明液體,過容器中心軸DD'、垂直于左右兩側(cè)面的剖面圖如圖所示。容器右側(cè)內(nèi)壁涂有反光材料,其他內(nèi)壁涂有吸光材料。在剖面的左下角處有一點光源,已知由液體上表面的D點射出的兩束光線相互垂直,求該液體的折射率。-12-考點一考點二考點三解析

設(shè)從光源發(fā)出直接射到D點的光線的入射角為i1,折射角為r1,在剖面內(nèi)作光源相對于反光壁的鏡像對稱點C,連接C、D,交反光壁于E點,由光源射向E點的光線,反射后沿ED射向D點。光線在D點的入射角為i2,折射角為r2,如圖所示。設(shè)液體的折射率為n,由折射定律有nsin

i1=sin

r1①nsin

i2=sin

r2②由題意知r1+r2=90°③聯(lián)立①②③式得-13-考點一考點二考點三答案

1.55-14-考點一考點二考點三全反射的理解及應(yīng)用(師生共研)1.求解光的折射、全反射問題的四點提醒(1)光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對而言的。同一種介質(zhì),相對于其他不同的介質(zhì),可能是光密介質(zhì),也可能是光疏介質(zhì)。(2)如果光線從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì),則無論入射角多大,都不會發(fā)生全反射現(xiàn)象。(3)在光的反射和全反射現(xiàn)象中,均遵循光的反射定律,光路均是可逆的。(4)當(dāng)光射到兩種介質(zhì)的界面上時,往往同時發(fā)生光的折射和反射現(xiàn)象,但在全反射現(xiàn)象中,只發(fā)生反射,不發(fā)生折射。-15-考點一考點二考點三2.解決全反射問題的一般方法(1)確定光是從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)。(2)應(yīng)用sinC=確定臨界角。(3)根據(jù)題設(shè)條件,判定光在傳播時是否發(fā)生全反射。(4)如發(fā)生全反射,畫出入射角等于臨界角時的臨界光路圖。(5)運用幾何關(guān)系或三角函數(shù)關(guān)系以及反射定律等進(jìn)行分析、判斷、運算,解決問題。-16-考點一考點二考點三3.全反射棱鏡(等腰直角棱鏡),如圖所示(1)當(dāng)光線從一直角邊垂直射入時,在斜邊發(fā)生全反射,從另一直角邊垂直射出(如圖甲)。(2)當(dāng)光線垂直于斜邊射入時,在兩直角邊發(fā)生全反射后又垂直于斜邊射出(如圖乙),入射光線和出射光線互相平行。-17-考點一考點二考點三例題(2018·河北衡水冀州中學(xué)模擬)如圖所示,將一等腰直角棱鏡ABC截去棱角ADE,使其截面DE平行于底面BC,可制成“道威棱鏡”,這樣就減小了棱鏡的質(zhì)量和雜散的內(nèi)部反射。已知棱鏡玻璃的折射率,棱邊長,lAD=3cm,一束平行于底邊BC的單色光從DE邊上的M點射入棱鏡。

(1)求光線進(jìn)入“道威棱鏡”時的折射角;(2)通過計算判斷光線能否從BC邊射出;(3)求光線在棱鏡中傳播所用的時間。-18-考點一考點二考點三-19-考點一考點二考點三-20-考點一考點二考點三方法歸納解答全反射類問題的技巧1.根據(jù)題意畫出光的折射或恰好發(fā)生全反射的光路圖。2.作圖時找出具有代表性的光線,如符合邊界條件的臨界光線等。3.利用平面幾何知識分析線、角關(guān)系,找出入射角、折射角或臨界角。注意入射角、折射角均以法線為標(biāo)準(zhǔn)。4.以剛好發(fā)生全反射的光線為比較對象,來判斷光線是否發(fā)生全反射,從而畫出其他光線的光路圖。-21-考點一考點二考點三思維訓(xùn)練(2017·全國Ⅲ卷)如圖所示,一半徑為R的玻璃半球,O點是半球的球心,虛線OO'表示光軸(過球心O與半球底面垂直的直線)。已知玻璃的折射率為1.5。現(xiàn)有一束平行光垂直入射到半球的底面上,有些光線能從球面射出(不考慮被半球的內(nèi)表面反射后的光線)。求:(1)從球面射出的光線對應(yīng)的入射光線到光軸距離的最大值;(2)距光軸

的入射光線經(jīng)球面折射后與光軸的交點到O點的距離。-22-考點一考點二考點三解析

(1)如圖,從底面上A處射入的光線,在球面上發(fā)生折射時的入射角為i,當(dāng)i等于全反射臨界角ic時,對應(yīng)入射光線到光軸的距離最大,設(shè)最大距離為l。i=ic①設(shè)n是玻璃的折射率,由全反射臨界角的定義有nsin

ic=1②-23-考點一考點二考點三-24-考點一考點二考點三光的色散現(xiàn)象(自主悟透)1.光的色散及成因(1)含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象稱為光的色散。(2)含有多種顏色的光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì),由于介質(zhì)對不同色光的折射率不同,各種色光的偏折程度不同,所以產(chǎn)生光的色散。2.各種色光的比較-25-考點一考點二考點三思維訓(xùn)練1.如圖所示,一細(xì)束紅光和一細(xì)束藍(lán)光平行射到同一個三棱鏡上,經(jīng)折射后交于光屏上的同一個點M,若用n1和n2分別表示三棱鏡對紅光和藍(lán)光的折射率,下列說法正確的是(

)A.n1<n2,a為紅光,b為藍(lán)光B.n1<n2,a為藍(lán)光,b為紅光C.n1>n2,a為紅光,b為藍(lán)光D.n1>n2,a為藍(lán)光,b為紅光答案解析解析關(guān)閉由題圖可知,b光線經(jīng)過三棱鏡后的偏折角較小,因此折射率較小,是紅光。答案解析關(guān)閉B-26-考點一考點二考點三2.(2018·內(nèi)蒙古包頭九中期中)(多選)虹是由陽光射入雨滴(球形)時,經(jīng)一次反射和兩次折射而產(chǎn)生色散形成的?，F(xiàn)有白光束L由圖示方向射入雨滴,a、b是經(jīng)反射和折射后的其中兩條出射光線,如圖所示。下列說法正確的是(

)A.光線b在水滴中