高考物理复习专题知识点34-光的折射_全反射 3页

光的折射 全反射 ‎ 一．考点整理 基本概念 ‎ ‎1．光的折射：光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向发生 的现象。‎ ‎⑴ 折射定律：折射光线与入射光线、法线处在同一 ，折射光线与入射光线分别位于 的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成 ，sini/sinr = n（n是常数）。‎ ‎⑵ 折射率：折射率反映介质的光学特性，折射率大，说明光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小，折射率由介质本身的光学性质和光的 决定，定义式n = sinθ1/sinθ2（介质2相对介质1的折射率）。决定式n = ，因v < c，故任何介质的折射率总大于1。‎ ‎⑶ 玻璃三棱镜对光路的控制：如图所示，光线两次折射均向底面偏折。可见光颜色由 决定，红橙黄绿蓝靛紫频率由低到高；在同一介质中折射率由小到大；在同一介质中的速度由大到小；通过同一棱镜的偏折角，由小到大，‎ ‎2．光路可逆：在光的折射现象中，遵循光的折射定律，光路是可逆的。‎ ‎3．全反射：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 ，只剩下 光线的现象。‎ ‎⑴ 发生全反射的条件：① 光从 介质射向 介质．② 入射角大于等于 角。‎ ‎⑵ 临界角：折射角等于 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sinC = ．介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。‎ ‎⑶ 光导纤维：光导纤维的原理是利用光的全反射。‎ ‎4．测定玻璃的折射率 ‎⑴ 实验目的：测量玻璃的折射率，掌握光发生折射的入射角和折射角的确定方法。‎ ‎⑵ 实验原理：用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O′B，确定出射点O′，画出折射光线OO′，然后量出入射角θ1和折射角θ2，代入公式计算折射率。‎ ‎⑶ 实验器材：白纸、图钉、大头针、直尺、铅笔、量角器、平木板、长方形玻璃砖 ‎⑷ 光路图：如图所示。‎ 甲 乙 ‎⑸ 实验步骤：① 铺白纸、画线：如图所示，将白纸用图钉按在绘图板上，先在白纸上画出一条直线aa′作为界面，过aa′上的一点O画出界面的法线MN，并画一条线段AO作为入射光线；把平行玻璃砖平放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一条长边bb′。② 插针与测量：在线段AO上竖起地插两枚大头针P1、P2，通过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向，直到P1的像被P2档住，再观察的这一侧依次插两枚大头针P3、P4，使P3档住P1、P2的像，P4档住P1、P2的像及P3，记下P3、P4的位置；移动玻璃砖，连接P3、P4并延长交bb′于O′，连接OO′，即为折射光线，入角度θ1 = ∠AOM，折射角θ2 =∠OO′N；角量角器测出入射角和折射角，查出它们的正弦值，将数据填入表格中；改变入射角θ1，重复实验步骤，列表记录相关测量数据。‎ ‎⑹ 数据处理：① 计算法：计算每次折射率n，求出平均值；② 图像法：如图甲所示；③ 单位圆法：如图乙所示。‎ ‎⑺ 注意事项：① 玻璃砖应选用厚度，宽度较大的；② 大头针要插得竖直，且间隔要大些；③ 入射角不宜过大或过小，一般在15°～75°之间；④ 玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线；⑤ 实验过程中，玻璃砖和白纸的相对位置不能改变。‎ ‎ 二．思考与练习 思维启动 ‎ ‎1．一束单色光由空气射入玻璃，这束光的 （ ）‎ A．速度变慢，波长变短 B．速度不变，波长变短 C．频率增高，波长变长 D．频率不变，波长变长 ‎2．很多公园的水池底都装有彩灯，当一细束由红、蓝两色组成的灯光从水中斜射向空气时，关于光在水面可能发生的反射和折射现象，下列光路图中正确的是 （ ）‎ ‎3．如图把玻璃砖放在木板上，下面垫一白纸，在白纸上描出玻璃砖的两个边a和a′。然后在玻璃砖的一侧插两个大头针A、B，AB的延长线与直线a的交点为O。眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使B把A挡住．如果在眼睛这一侧再插第三个大头针C，使它把A、B都挡住，插第四个大头针D，使它把前三个大头针都挡住，那么后两个大头针就确定了从玻璃砖射出的光线．在白纸上描出光线的径迹，要计算玻璃砖的折射率需要测量的物理量是图中的________；为了减小实验误差，入射角应________（选填“大些”或“小些”）。‎ ‎ 三．考点分类探讨 典型问题 ‎ ‎〖考点1〗光的折射定律及折射率的理解及应用 ‎【例1】高速公路上的标志牌常用“回归反光膜”制成，夜间行车时，它能将车灯照射出去的光逆向返回，标志牌上的字特别醒目．这种“回归反光膜”是用球体反射元件制成的．如图所示，反光膜内均匀分布着直径为10 μm的细玻璃珠，所用玻璃的折射率为，为使入射的车灯光线经玻璃珠的折射、反射、再折射后恰好和入射光线平行，那么第一次入射时的入射角是 （ ）‎ A．60°　　　　　B．45°　　　　　C．30°　　　　　D．15°‎ ‎【变式跟踪1】一组平行的细激光束，垂直于半圆柱玻璃的平面射到半圆柱玻璃上，如图所示．已知光线Ⅰ沿直线穿过玻璃，它的入射点为O，光线Ⅱ的入射点为A，穿过玻璃后两条光线交于一点．已知玻璃截面的圆半径为R，OA = 0.5R，玻璃的折射率n = 。求两条光线射出玻璃后的交点与O点的距离。‎ ‎〖考点2〗光的折射、全反射的综合应用 ‎【例2】一玻璃三棱镜，其横截面为等腰三角形，顶角θ为锐角，折射率为。现在横截面内有一光线从其左侧面上半部射入棱镜．不考虑棱镜内部的反射．若保持入射线在过入射点的法线的下方一侧，如图所示，且要求入射角为任何值的光线都会从棱镜的右侧面射出，则顶角θ可在什么范围内取值。‎ ‎【变式跟踪2】如图所示， 空气中有一折射率为的玻璃柱体，其横截面是圆心角为90°、半径为R的扇形OAB，一束平行光平行于横截面，以45°入射角照射到OA上，OB不透光，若只考虑首次入射到圆弧AB上的光，则圆弧AB上有光透出部分的弧长为 （ ）‎ A．πR/6 B．πR/‎4 C．πR/3 D．5πR/12‎ ‎〖考点3〗测定玻璃的折射率 ‎【例3】“测定玻璃的折射率”实验中，在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B，在另一侧再竖直插两个大头针C、D。在插入第四个大头针D时，要使它________．图示是在白纸上留下的实验痕迹，其中直线a、a′是描在纸上的玻璃砖的两个边．根据该图可算得玻璃的折射率n = ________．（计算结果保留两位有效数字）‎ ‎【变式跟踪3】某同学用圆柱形玻璃砖做测定玻璃折射率的实验，先在白纸上放好圆柱形玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在圆柱形玻璃砖另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在一侧相继又插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，使P4挡住P3和P1、P2的像，在纸上标出大头针位置和圆柱形玻璃砖的边界如图所示．‎ ‎⑴ 在图上画出所需的光路；‎ ‎⑵ 为了测量出玻璃砖的折射率，需要测量的物理量有________（要求在图上标出）；‎ ‎⑶ 测出的折射率n = ________。‎ ‎ 四．考题再练 高考试题 ‎ ‎1．【2013·重庆卷】利用半圆柱形玻璃，可减小激光束的发散程度。在图示的光路中，A为激光的出射点，O为半圆柱形玻璃横截面的圆心，AO过半圆顶点。若某条从A点发出的与AO成α角的光线，以入射角i入射到半圆弧上，出射光线平行于AO，求此玻璃的折射率。‎ ‎【预测1】一底面半径为R的半圆柱形透明体的折射率为n = ，横截面如图所示，O表示半圆柱形截面的圆心．一束极窄的光线在横截面内从AOB边上的A点以60°的入射角入射，求该光线从进入透明体到第一次从B点离开透明体时，共经历的时间（已知真空中的光速为c，sin 35° = ；计算结果用R、n、c表示）。‎ ‎2．‎ ‎【预测2】‎ ‎3．‎ ‎【预测3】‎ ‎ 五．课堂演练 自我提升 ‎ ‎1．‎ ‎2．‎ 参考答案：‎ ‎ 一．考点整理 基本概念 ‎ ‎1．改变 平面内 法线 正比 频率 c/v 频率 ‎3．光密 光疏 消失 反射 光密 光疏 临界 90° 1/n ‎ 二．思考与练习 思维启动 ‎ ‎1．A；单色光由空气射入玻璃时，根据v=c/n知，光的速度v变慢，光从一种介质进入另一种介质时，光的频率不变，根据v=λν知光从空气射入玻璃时，波长变短，故选项A正确，选项B、C、D错误。‎ ‎2．C；红光、蓝光都要发生反射，红光的折射率较小，所以红光发生全反射的临界角较蓝光大，蓝光发生全反射时，红光不一定发生，故C正确。‎ ‎3．答案：α和β　大些 ‎ 解析：根据n = sinα/sinβ分析可知，要计算玻璃砖的折射率需要测量α和β；因角度大一些，测量误差就会小一些，故入射角应大些。‎ ‎ 三．考点分类探讨 典型问题 ‎ 例‎1 A；设入射角为i，折射角为θ，作出光路图如图所示．因为出射光线恰好和入射光线平行，所以i = 2θ，根据折射定律有sini/sinθ = sin2θ/sinθ = ，所以θ = 30°，i = 2θ = 60°。‎ 变式1 两条光线的光路如图所示，设射出玻璃后的交点是P，光线Ⅱ从玻璃射出时的入射角为i，折射角为r，根据折射定律得：n = sini/sinr，由几何关系可得i = 30°，代入得r = 60°；由几何关系可得OP = 2Rcos 30°，OP = R。‎ 例2 设入射光线经玻璃折射时，入射角为i，折射角为r，射至棱镜右侧面的入射角为α，根据折射定律有 sin i = nsin r ① 由几何关系得 θ = α + r ②当i = 0时，由 ① 式知r = 0，α有最大值αm（如图），由 ② 式得 θ = αm ③同时αm应小于玻璃对空气的全反射临界角，即 sinαm < 1/n ④ 由①②③④式和题给条件可得，棱镜顶角θ的取值范围为 0 < θ < 45°。‎ 变式2 B；作出如图所示的几何光路图，其中N点为从O点入射的折射光线，故圆弧NB段没有光线从AB圆弧射出，由折射定律＝n可知＝，即∠BON＝30°.若在圆弧AB上的M点，折射光线发生了全反射，由sin C＝可得C＝45°，由几何关系则有∠AOM＝90°－45°－30°＝15°，所以圆弧AB上有光透出的长度为s＝×2πR＝πR，正确选项为B。‎ 例3 答案：挡住C及A、B的像　1.8（1.6～1.9都算对）‎ 解析：确定出射光线时应使D挡住C和A、B的像，作图如图所示，以O为圆心，OO′为半径作圆交AB于E点，根据n = sini/sinr得n = EF/ O′P，测量EF和O′P长度得n = 1.8（1.6～1.9均正确、方法亦有多种）。‎ 变式3 答案：⑴ 如图所示　⑵ 入射角i和折射角r　⑶ sini/sinr 解析：⑴ 连接P1、P2并与玻璃砖相交，得到入射光线，再连接P3、P4并与玻璃砖相交，得到射出玻璃砖的光线，连接这两个交点得到光线在玻璃砖内的折射光线，如图所示．‎ ‎⑵ 作出经过入射点的切线和法线，标出入射角i和折射角r，如图所示，实验需要测出这两个角．‎ ‎⑶ 根据折射定律，n = sini/sinr。‎ ‎ 四．考题再练 高考试题 ‎ ‎1．折射率 n = sini/sin(i – α )‎ 预测1设此透明体的临界角为C，依题意sin C = 1/n，所以C = 35°，当入射角为60°时，由n = sin60°/sinr，解得折射角：r = 30°，即此时光线折射后射到圆弧上的C点，在C点的入射角为60°，大于临界角，会发生全反射，往后光线水平反射至圆弧上的D点并在D点发生全反射，再反射至B点，从B点第一次射出．在透明体内的路径为：s = 3R，光在透明体内的速度v = c/n，经历的时间t = s/v = 3nR.c。‎ ‎2．‎ 预测2‎ ‎3．‎ 预测3‎ ‎ 五．课堂演练 自我提升 ‎ ‎1．‎ ‎2．‎ ‎3．‎ ‎4．‎ ‎5．‎ ‎6．‎ ‎7．‎ ‎8．‎ ‎9．‎ ‎10．‎