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  • 2021-05-27 发布

【物理】2019届二轮复习第54讲光的折射全反射光导纤维教案(全国通用)

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第54讲 光的折射 全反射 光导纤维 ‎【教学目标】‎ ‎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. ‎ ‎【教学过程】‎ ‎ ‎ ‎★重难点一、折射定律及折射率的理解★‎ ‎1.对折射率的理解 ‎(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,i总是真空中的光线与法线间的夹角,r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)折射率的大小不仅与介质本身有关,还与光的频率有关。同一种介质中,频率越大的色光折射率越大,传播速度越小。‎ ‎(5)同一种色光,在不同介质中虽然波速、波长不同,但频率相同。‎ ‎2.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制 平行玻璃砖 三棱镜 圆柱体(球)‎ 结构 玻璃砖上下表面是平行的 横截面为三角形的三棱镜 横截面是圆 对光线的作用 通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向,但要发生侧移 通过三棱镜的光线经两次折射后,出射光线向棱镜底面偏折 圆界面的法线是过圆心的直线,经过两次折射后向圆心偏折 应用 测定玻璃的折射率 全反射棱镜,改变光的传播方向 改变光的传播方向 ‎3.解决光的折射问题的思路 ‎(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,要注意入射角、折射角均以法线为标准。‎ ‎(3)利用折射定律、折射率公式求解。‎ ‎(4)注意:在折射现象中光路是可逆的。‎ ‎【典型例题】如图所示,一束单色光从空气入射到棱镜的AB面上,经AB和AC两个面折射后从AC面进入空气。当出射角i′和入射角i相等时,出射光线相对于入射光线偏转的角度为θ。已知棱镜顶角为α,则计算棱镜对该色光的折射率表达式为 (  )‎ A.      B. C. D. ‎【答案】 A ‎【解析】 当出射角i′和入射角i相等时,由几何知识 ,作角A的平分线,角平分线过入射光线的延长线和出射光线的反向延长线的交点、两法线的交点,如图所示。‎ 可知∠1=∠2=,∠4=∠3= 而i=∠1+∠4=+ 由折射率公式n== 选项A正确。‎ ‎★重难点二、全反射现象★‎ ‎1.光的折射与全反射的综合问题求解的基本思路 ‎(1)判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质。‎ ‎(2)判断入射角是否大于临界角,明确是否发生全反射现象。‎ ‎(3)画出反射、折射或全反射的光路图,必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图,然后结合几何知识进行推断和求解相关问题。‎ ‎(4)折射率n是讨论折射和全反射问题的重要物理量,是联系各物理量的桥梁,对跟折射率有关的所有关系式应熟练掌握。‎ ‎2.求解光的折射、全反射问题的四点提醒 ‎(1)光密介质和光疏介质是相对而言的。同一种介质,相对于其他不同的介质,可能是光密介质,也可能是光疏介质。‎ ‎(2)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。‎ ‎(3)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。‎ ‎(4)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。‎ ‎3.求解全反射现象中光的传播时间的一般思路 ‎(1)全反射现象中,光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化,即v=。‎ ‎(2)全反射现象中,光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定。‎ ‎(3)利用t=求解光的传播时间。‎ ‎4.解决全反射问题的一般方法 ‎(1)确定光是从光密介质进入光疏介质。‎ ‎(2)应用sin C=确定临界角。‎ ‎(3)根据题设条件,判定光在传播时是否发生全反射。‎ ‎(4)如发生全反射,画出入射角等于临界角时的临界光路图。‎ ‎(5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算,解决问题。‎ ‎5.解答全反射类问题的技巧 ‎(1)解答全反射类问题时,要抓住发生全反射的两个条件。‎ ‎①光必须从光密介质射入光疏介质;‎ ‎②入射角大于或等于临界角。‎ ‎(2)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。‎ ‎【典型例题】一厚度为h的大平板玻璃水平放置,其下表面贴有一半径为r的圆形发光面。在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片,圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上。已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射),求平板玻璃的折射率。‎ ‎【答案】 ‎【解析】如图所示,考虑从圆形发光面边缘的A点发出的一条光线,假设它斜射到玻璃上表面的A′点发生折射,‎ 根据折射定律有nsin θ=sin α①‎ 式中,n是玻璃的折射率,θ是入射角,α是折射角。现假设A′恰好在纸片边缘。由题意,在A′点刚好发生全反射,故α=②‎ 设AA′线段在玻璃上表面的投影长为L,由几何关系有 sin θ=③‎ 由题意,纸片的半径应为R=L+r④‎ 联立以上各式得n= ⑤‎

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