金版教程2017人教新课标物理一轮课件131光折射全反射

选考部分选修3－4第13章

光第1讲

光的折射、全反射板块一主干梳理·对点激活改变sinθ1sinθ21

2，不能说n

与sinθ

成正比、与sinθ

成反比。折射率由介质本身的光学性质和光2．折射定律内容：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两侧

；入射角的正弦与折射角的正弦成正比

。sinθ1表达式：

sinθ2

＝n12，式中

n12

是比例常数。在光的折射现象中，光路是

可逆

的。3．折射率定义：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

的正弦的比值。物理意义：折射率仅反映介质的

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。(3)定义式：n＝的

频率决定。c(5)相对折射率：光从介质1射入介质2时，入射角θ1

与折射角θ2

的正弦之比叫做介质2

对介质1

的相对折射率，通常用n12

表示，如果介质1、介质2

的折射率分别是n1、n2，光在介质1、介质2

中的传播1

2

12速度分别是

v

、v

，那么，n

＝22sinθ1

v1

n1sinθ

v

n21

2 2

1

1

2

2

1＝

＝

，所以n

v

＝n

v

或n

sinθ

＝n

sinθ

，这个结论是普遍适用(4)计算公式：n＝v，因v<c，故任何介质的折射率总

大于

(填“大于”或“小于”)1。的。4．光密介质与光疏介质光密介质：折射率较大的介质。光疏介质：折射率

较小

的介质。光密介质和光疏介质是

相对

的。同种介质相对不同介质可能是光密介质，也可能是光疏介质。光疏介质大于或等于反射光1n单色紫红(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。3．实验步骤把白纸用图钉钉在木板上。沿玻璃砖的一个面画一条直线aa′作为界面(如上图所示)，过aa′上一点O

作垂直于aa′的直线

NN′作为法线，过O

点画一条入射光线AO，使入射角θ1

适当大些。在AO

线上竖直地插两枚大头针P1、P2，在白纸上放上被测玻璃砖，使玻璃砖的一个面与aa′重合。沿玻璃砖的另一个侧面再画一条直线bb′。在玻璃砖的bb′一侧白纸上竖直地插一枚大头针，用眼睛观察调整视线，同时移动大头针P3

的位置，使P3

恰好能同时挡住aa′一侧所插的大头针P2、P1

的像，把此位置的大头针P3

固定，插好。同样地，在玻璃砖的bb′一侧再垂直地插一枚大头针P4，使P4

能挡住P3

本身，同时也挡住P1、P2

的像。记下P1、P2、P3、P4

的位置，移去玻璃砖，拔去大头针，过P3、P4

连一条直线O′B，交bb′于

O′点，连接OO′就是入射光线AO

在玻璃砖内的折射光线，折射角为θ2。用量角器量出入射角θ1

和折射角θ2

的大小，记入表格内。用上述方法分别求出入射角是15°、30°、45°、60°和75°时的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，记入表格里。算出不同入射角时sini的值，比较一下，看它们是否接近一个常数，求出几次实验中测得的sini的sinr

sinr平均值，这就是这块玻璃的折射率。4.注意事项实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间、P2和O点之间、P3与P4之间、P3与O′之间距离要稍大一些，这样可以减小确定光路方向时出现的误差。入射角θ1

应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大，太大会导致反射光太强、折射光太弱，不易确定P3、P4

的位置。在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。

(4)在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。双基夯实一、思维辨析折射率的大小由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角的大小无关。(√)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。(√)我国使用的宽带光纤通信网络利用了光的衍射原理。(×)光由一种介质进入另一种介质时，光的频率不变。(√)不同颜色的光在真空中的传播速度都相同。

(

√)当光发生全反射时反射光的能量小于入射光的能量。(×)在同一种介质中，红光的折射率小于紫光的折射率。(√)解析

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，故选项

C

正确。2．[折射率的理解]关于折射率，下列说法正确的是(

)sinθ12A．根据sinθ

＝n

可知，介质的折射率与入射角的正弦值成正比sinθ12B．根据sinθ

＝n

可知，介质的折射率与折射角的正弦值成反比C．c根据n＝v可知，介质的折射率与介质中的光速成反比D．同一频率的光由第一种介质进入第二种介质时，折射率与波长成正比sinθ2sinθ1解析

由折射率的定义式n＝

可知，折射率的大小可以由空气中角度的正弦值与介质中角度的正c弦值的比值来计算，但折射率是由介质和光的频率共同来决定，且n＝v，与入射角和折射角无关，所以A、B

选项都是错误的，C

选项是正确的。同一种频率的光由一种介质进入第二种介质时，折射率由nc

c＝v＝λf决定，即折射率与波长成反比，D

选项也是错误的。3．[折射定律的应用]观察者看见太阳从地平线升起时，下列关于太阳位置的叙述中正确的是

(

)A．太阳位于地平线之上

B．太阳位于地平线之下

C．太阳恰位于地平线

D．大气密度不知，无法判断4．[折射率的应用](多选)已知某介质对某单色光的临界角为

θ，则(

)A．

1

该介质对此单色光的折射率为sinθB．此单色光在该介质中传播速度为csinθ(c

为真空中光速)C．此单色光在该介质中的波长是真空中波长的sinθ倍D．此单色光在该介质中的频率是真空中的

1

sinθsinθ

＝sinθ解析

临界角是折射角等于

90°时的入射角，由折射率的定义式可知

n＝sin90°

1

A

选项是正确，的。由折射率的决定式n＝c可知，此单色光在介质中传播时的速度v＝c＝csinθ，B

选项是正确的。由λv

n＝v可知，n＝λ0(λ

为此单色光在真空中传播时的波长)，所以λ＝λ

sinθ，C

选项也是正确的。光在任何介f

λ

0

0质中频率都不会改变，D

选项是错误的。解析

由科西经验公式可知，紫光的折射率最大，红光的折射率最小，紫光偏折程度最大在

d处，红光偏折程度最小在

a

处，所以

D

选项正确，其他

A、B、C

选项都错误。6．[全反射及光导纤维](多选)香港中文大学第三任校长高锟荣获了2009

年诺贝尔物理学奖。诺贝尔奖委员会高度评价了高锟的贡献，评委会指出：高锟1966

年发现如何通过光学玻璃纤维远距离传输光信号的工作，成为今日电话和高速互联网等现代通信网络运行的基石。下列关于“光纤”及原理的说法中，正确的是()光纤通信具有传输容量大、衰减小、抗干扰性强等优点光纤通信、全息照相、数码相机及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理实用光导纤维是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射当今，在信号的传输领域中，光纤电缆(“光缆”)已经几乎完全取代了传统的铜质“电缆”，成为传播信息的主要工具，是互联网的骨架，并已联接到普通社区解析全息照相是利用了光的干涉的原理，数码相机是一种利用电子传感器把光学影像转换成电子数据的照相机，它们都不是利用了光的全反射原理，B错误；实用光导纤维是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大，C

错误。A．C．D．7．[全反射](多选)关于全反射，下列说法中正确的是(

)光从光密介质射向光疏介质时可能产生全反射B．光从光疏介质射向光密介质时可能产生全反射光从折射率大的介质射向折射率小的介质时可能产生全反射光从传播速度小的介质射向传播速度大的介质时可能产生全反射解析发生全反射的条件是：光必须从光密介质进入光疏介质，当入射角大于或等于临界角时，才能发生全反射，所以A、C

选项正确，B

选项错误，光在光密介质中的传播速度较小，而在光疏介质中传播的速度较大，所以D

选项也是正确的。板块二考点细研·悟法培优答案

(1)n＝

3答案(2)t＝2×10－9

s。提示：由于折射回到空气中时与入射光线平行，出射的光路与入射的光路具有对称性，根据对称性可确定玻璃体内的折射光线和反射光线。sinθ2提示：由n＝sinθ1求折射率，再根据nc＝v求光在玻璃球内的传播速度v，由几何关系求出光在玻璃球内传播的距离，再由ts＝v求时间。尝试解答

(1)n＝

3 (2)t＝2×10－9

s。(1)作出光线在玻璃球体内光路图，A、C

是折射点，B

是反射点，OD

平行于入射光线，由几何知识得∠AOD＝∠COD＝60°，则由几何关系得∠OAB＝30°折射角θ2＝∠OAB＝30°，入射角θ1＝60°所以折射率为n2sinθ1

sin60°＝sinθ

＝sin30°＝3。c(2)光在玻璃球内的传播速度v＝n＝3×1083＝

3×108

m/s光在玻璃球内传播的距离s＝4OAcos30°＝4×0.1×

32

＝

5

3

m故光在玻璃球内的传播时间t

33×108s

5

－9＝v＝

s＝2×10

s。总结升华光的折射问题的规范求解一般解题步骤①根据题意准确作出光路图，注意作准法线。②利用数学知识找到入射角和折射角。③利用折射定律列方程。应注意的问题①根据折射定律和入射光线画出折射光线，找到入射角和折射角，要注意入射角、折射角是入射光线、折射光线与法线的夹角。sinθ2sinθ1②应用公式

n＝

时，一定要确定准哪个角在分子上，哪个角在分母上。③注意在折射现象中，光路是可逆的。解析

由折射定律可知

n＝sinθ1sinθ2，当θ

一定时，θ

越大，折射率越小，偏折程度越小，1

2

2θ

越小，折射率越大，偏折程度越大。a

光的偏折程度比b

的偏折程度大，所以a

的折射率大，即na>nb，A、B

选项都ca

b错误。由n＝v可知，折射率大的光在玻璃中的传播速度小，所以v

<v

，D选项正确，C

选项错误。45°不能2解析

(1)由图可知

ab

与法线的夹角

θ

＝30°，根据折射定律得

nsinθ1＝sinθ21，θ

为光在AB

面的入射角，

2故sinθ1＝nsinθ2＝

2·sin30°＝

2

，θ1＝45°1

2(2)设光线在这种玻璃中的全反射临界角为C，则sinC＝n＝

2

，C＝45°，又ab光线在AC

界面的入射角为60°>C＝45°，所以ab

光线发生全反射，不能从AC

面射出。3.全反射的有关现象及应用海水浪花呈白色、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。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。答案

(1)与

CD

边夹角

45°斜向左下方4

33

。提示：根据sinC1＝n，即可求得临界角C。提示：由光路图和已知∠A＝60°，确定在AB界面时的入射角，如果入射角大于或等于临界角C，则发生全反射，否则既有折射又有反射。代入数据得β＝45°。(2)由于AO＝2cm，∠OAB＝60°可得AE＝4

cm，BE＝4

cm由△EBF

为等腰三角形可知，BF＝4

cm，FC＝4

cm因为α＝30°，则出射点跟C

的距离34

3l＝FC·tan30°＝

cm。总结升华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。答案

3R解析

设

S、P之间的距离为

d，光在空气中的传播速度为

c，光在该液体中的传播速度为

v，则有d＝ctd＝2vt该液体的折射率n＝cv光线在P

处恰好发生全反射时，入射角设为C，则sinC＝1n解得入射角C＝30°tan30°

R

则容器高度

h＝ ＝

3R答案

(1)

2答案

(2

6)

6

RsinC

1

解析

(1)由

n＝

，得

n＝

1

＝

2。sin45°(2)进入玻璃砖入射到MO

的光线均发生全反射，从O′点入射光的路径如图所示。sinα

sin45°由n＝sinθ＝

sinθ

，得θ＝30°，由光路可逆θ′＝30°、α′＝45°，出射光与入射光平行。OD＝Rtan30°

3＝

3

R出射光束的宽度

d＝ODcos45°

6

。＝

6

R(2)棱镜成像(如图)隔着棱镜看物体的像是正立的虚像，像的位置向棱镜顶角方向偏移。(2)正确理解光的色散①光的颜色由光的频率决定。②各种色光的比较颜色红橙黄绿青蓝紫频率ν低→高同一介质中的折射率小→大同一介质中速度大→小波长大→小临界角大→小通过棱镜的偏折角小→大(1)求该材料对此平行光束的折射率。6

a(2)这些到达BC

面的光线从BC

面射出后，如果照射到一块平行于BC

面的屏上形成光斑，则当屏到BC

面的距离d

满足什么条件时，此光斑分为两块？

3答案(2)d>

。答案

(1)

3sinα提示：正确画出光路图，找出入射角和折射角，再根据sinβ＝n

求得。提示：正确画出光路图后，采用试放法，即把光屏放到距BC较近的位置，看什么情况，再把屏放到离BC

较远的位置，看光斑如何变化，再确定具体的位置。

3尝试解答

(1)

3

(2)d>

。6

a(1)从AB

面入射的光线，在棱镜中是平行于AC

面的，则光线进入AB

面时的入射角α、折射角β

分别为α＝60°，β＝30°，由折射定律知，该材料对此平行光束的折射率nsinα＝sinβ＝3。(2)如图所示，O

为BC的中点，在B点附近折射的光线从BC面射出后与直线AO交于D点，只要屏放的比D

点远，光斑就会分成两块。由几何关系可得OD＝

36

a所以当屏到BC

面的距离d>

36

a

时，此光斑分为两块。总结升华棱镜与光的色散问题的解决思路光路图、折射率公式、临界角公式和几何关系式是解决这类问题的基础。解析红光的折射率比紫光的小，偏折程度小，射到平面镜M

的入射角较小，所以反射角也小，因此红光在最上面，紫光在最下面。在水面发生全反射，随着平面镜的倾斜角越大，紫光在水面的入射角增大的比其他光要快，紫光最先发生全反射，紫光最先消失。因此只有C

选项是正确的，其他A、B、D

都是错误的。答案

0＜θ＜45°挡住C

及A、B

的像n＝1.8提示：用C挡住A、B的像，用