高考物理人教版一轮复习课件-12光的折射定律和折射率 50页

光的折射定律和折射率 [想一想] (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°？ 图12－3－1 [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 (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 ；入射角的正弦 与折射角的正弦成 。 图12－3－2 两侧 正比 (3)光的折射现象中，光路是 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 ，叫做这种介质的折射率。 可逆 之比 3×108 小于 　[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12－3－3 答案：AC　 全反射　色散 [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？ [记一记] 1．全反射 (1)条件： ①光从 射入 。 ②入射角 临界角。 (2)现象： 完全消失，只剩下 。 光密介质 光疏介质 等于或大于 折射光 反射光 (4)应用： ① 棱镜。 ②光导纤维，如图12－3－4所示。 图12－3－4 全反射 2．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 在最上端， 在最下 端，中间是橙、黄、绿、青、蓝等色光。 (2)白光的组成：光的色散现象说明白光是 光， 是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种单色光组成的。 图12－3－5红光 紫光 复色 [试一试] 图12－3－6 折射定律及折射率的应用 (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： (1)光线在M点的折射角； (2)透明物体的折射率。 图12－3－7 [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； [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＝β③ 由①②③式得θ 2＝15°④ 全 反 射 1.全反射的理解 (1)如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多 大，都不会发生全反射现象。 (2)光的全反射现象遵循光的反射定律，光路是可逆的。 (3)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。 (4)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。 2．全反射的有关现象及应用 (1)海水浪花呈白色、玻璃(水)中气泡看起来特别亮、沙漠 蜃景、夏天的柏油路面看起来“水淋淋”的、海市蜃楼、钻石 的夺目光彩、水下灯照不到整个水面、全反射棱镜等。 (2)光导纤维： ①结构：简称光纤，是一种透明的玻璃纤维丝，直径在几 微米到一百微米之间，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率 大于外套的折射率，即内芯是光密介质，外套是光疏介质。 ②原理：光在光纤的内芯中传播，每次射到内、外层的界 面上时，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射。 [例2]　(2012·山东高考)如图12－3－8所 示，一玻璃球体的半径为R，O为球心，AB 为直径。来自B点的光线BM在M点射出，出 射光线平行于AB，另一光线BN恰好在N点发生全反射。 已知∠ABM＝30°，求 (1)玻璃的折射率。 (2)球心O到BN的距离。 图12－3－8 解答全反射类问题的技巧 解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的两个 条件：一是光必须从光密介质射入光疏介质，二是入 射角大于或等于临界角。利用好光路图中的临界光线， 准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键， 且在作光路图时尽量与实际相符，这样更有利于问题 的分析。 光的色散 各种色光的比较 小→大通过棱镜的偏折角 大→小临界角 大→小波长 大→小同一介质中速度 小→大同一介质中的折射率 低→高频率v 红橙黄绿青蓝紫颜色 图12－3－9 A．屏上c处是紫光　　　　 B．屏上d处是红光 C．屏上b处是紫光 D．屏上a处是红光 [审题指导] (1)根据所给信息确定折射率随波长λ的变化关系。 (2)根据各种色光的波长，确定经过三棱镜后的偏折 程度。 [答案]　D [随堂巩固落实] A．30°　　　　　　　　　 B．45° C．60° D．75° 图12－3－10 答案：A　 2．如图12－3－11所示，一个三棱镜的 截面为等腰直角△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 (　　) 图12－3－11 答案：A　 图12－3－12 答案：A　 4．(2012·江苏调研)一束细光束由真空沿着径向射入一块 半圆柱形透明体，如图12－3－13(a)所示，对其射出后 的折射光线的强度进行记录，发现折射光线的强度随着θ 的变化而变化，如图(b)的图线所示，此透明体的临界角 为________，折射率为________。 图12－3－13 图12－3－14 答案：60°　60° （给有能力的学生加餐） 1.(2012·合肥质量检测)如图1所示为一直角三棱镜的横截 面，棱镜材料的折射率为2，∠A＝40°，∠C＝90°，当 入射光线以垂直于AB面的方向射入棱镜时，则有光线 (　　) A．从AC面射出 B．从CB面射出 C．从AB面射出，且与AB面斜交 D．从AB面射出，且与AB面垂直 图1 答案：D　 2.(2012·广东模拟)如图2所示，两块相同 的玻璃等腰三棱镜ABC置于空气中， 两者的AC面相互平行放置，由红光和 蓝光组成的细光束平行于BC面从P点射 入，通过两棱镜后变为从a、b两点射出的单色光，对于 这两束单色光，下列说法正确的是 (　　) A．从a、b两点射出的单色光不平行 B．从a、b两点射出的单色光仍平行，且平行于BC面 C．红光在玻璃中的传播速度比蓝光小 D．从a点射出的单色光为蓝光，从b点射出的单色光 为红光 图2 解析：等腰三棱镜如题图放置可认为是平行玻璃砖，不 改变光的传播方向，选项A错，B对；红光频率低于蓝光， 故红光速度大于蓝光，C错；蓝光的折射率大，故b点应 该是蓝光，D错。 答案：B　 3.(2012·银川模拟)平面MN、PQ、ST为 三个相互平行的界面，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 为三种不同的介质，平面ST的上表 面涂有反射层(光线不能通过)，某 种单色光线射向界面MN后，发生了一系列的反射和折 射现象，光路如图3所示。则 (　　) A．当入射角β适当减小时，光线c、d都可能会消 失 B．当入射角β适当增大时，光线d可能会消失 C．对于三种介质，光在介质Ⅱ中的传播速度最小 D．出射光线b、c、d不一定平行 图3 解析：a光在MN界面不会发生全反射，但随着β角增 大，a光就可能会在PQ界面发生全反射，则光线d消失， 选项B正确。Ⅱ介质折射率最大，光在Ⅱ中速度最小， 选项C正确。如光线b、c、d都有，由几何关系可知必 相互平行，故选项D错。 答案：BC　 图4 答案：45° 图5 答案：1.73 图6 答案：23 cm 7.(2012·海南高考)一玻璃三棱镜，其截面为 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7)，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？ 解析：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 图7 由几何关系得：θ＝α＋r② 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 同时应小于玻璃对空气的全反射临界角， 即sin αm＜1/n④ 由①②③④式和题给条件可得， 棱镜顶角θ的取值范围为0＜θ＜45°。 答案：0＜θ＜45°