河北省高考物理一轮总复习-光学--光的折射-全折射-旧人教版.pptx
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1、第第68讲光的折射全折射讲光的折射全折射自主自主夯实基础夯实基础自主预习轻松过关自主预习轻松过关名师点金名师点金本讲主要讲述光的折射现象和折射定律本讲主要讲述光的折射现象和折射定律.并学会用来解释并学会用来解释一些折射现象和进行有关折射问题的计算一些折射现象和进行有关折射问题的计算.光的折射、全反射光的折射、全反射和色散现象是本单元的重点,也是高考中的热点和色散现象是本单元的重点,也是高考中的热点.在解题时要在解题时要注意画光路图和结合几何知识求解注意画光路图和结合几何知识求解.知识梳理知识梳理一、光的折射一、光的折射1.1.光的折射:当光从一种介质射入到另一种介质时,一光的折射:当光从一种介
2、质射入到另一种介质时,一部分光进入到后一种介质中去,并且改变了原来的传播方向,部分光进入到后一种介质中去,并且改变了原来的传播方向,这种现象叫做光的折射这种现象叫做光的折射.2.光的折射定律:折射光线、入射光线和法线在同一平光的折射定律:折射光线、入射光线和法线在同一平面内,并且分别位于法线的两侧;入射角的正弦跟折射角的面内,并且分别位于法线的两侧;入射角的正弦跟折射角的正弦成正弦成正比正比.如果用如果用n表示比例系数,则有表示比例系数,则有.3.折射率:光从真空射到某介质表面发生折射的时候,折射率:光从真空射到某介质表面发生折射的时候,入跟之比入跟之比n,叫做这种介质的,叫做这种介质的折射率
3、,即折射率,即.4.折射率跟光速的关系:折射率跟光速的关系:.c表示真空中的光速,表示真空中的光速,v表示介质中的光速,由于表示介质中的光速,由于cv,所所以以 n1.5.在折射现象中光路是可逆的在折射现象中光路是可逆的.6.视深问题的解决方法视深问题的解决方法人眼看透明物质内部某物点的像点离界面的距离,在中人眼看透明物质内部某物点的像点离界面的距离,在中学阶段,一般都是沿着界面的法线方向去观察学阶段,一般都是沿着界面的法线方向去观察.这样,视深和这样,视深和实深之间存在简单的关系:实深之间存在简单的关系:其中其中n n为介质的折射率,为介质的折射率,且要求从光疏向光密介质方向看且要求从光疏向
4、光密介质方向看.二、全反射二、全反射1.光疏介质与光密介质:两种介质相比较光疏介质与光密介质:两种介质相比较,折射率,折射率大大的的介质叫光密介质,折射率介质叫光密介质,折射率小小的介质叫光疏介质的介质叫光疏介质.2.全反射:光从光密介质射入光疏介质时,在界面处一全反射:光从光密介质射入光疏介质时,在界面处一部分光被反射回原介质中,另一部分光被折射到另一种介质部分光被反射回原介质中,另一部分光被折射到另一种介质中;随着入射角的增大,折射角逐渐增大,且折射光线越来中;随着入射角的增大,折射角逐渐增大,且折射光线越来越越弱弱,反射光线越来越,反射光线越来越强强;当入射角增大到某一角度,使折;当入射
5、角增大到某一角度,使折射角达到射角达到90时,折射光线完全消失,只剩下反射光线,这种时,折射光线完全消失,只剩下反射光线,这种现象叫做全反射现象叫做全反射.3.发生全反射的条件发生全反射的条件(1)光从光从光密光密介质射向介质射向光疏光疏介质介质.(2)入射角入射角大于大于或或等于等于临界角临界角.4.光从介质射向真空时,发生全反射的临界角的计算公光从介质射向真空时,发生全反射的临界角的计算公式为式为5.全反射的应用:全反射棱镜、光纤通信等全反射的应用:全反射棱镜、光纤通信等.三、光的色散三、光的色散白光通过棱镜后在光屏上形成彩色光带的现象,称为光白光通过棱镜后在光屏上形成彩色光带的现象,称为
6、光的色散的色散.光的色散现象表明:光的色散现象表明:1.白光是由各种单色光组成的复色光白光是由各种单色光组成的复色光.2.不同颜色的光以同一入射角从真空射入同种介质时折不同颜色的光以同一入射角从真空射入同种介质时折射角各不相同,红光的折射角最大,紫光的折射角最小射角各不相同,红光的折射角最大,紫光的折射角最小.由此可知,同一种介质对各种色光的折射率不同,对红光的由此可知,同一种介质对各种色光的折射率不同,对红光的折射率最折射率最小小,对紫光的折射率最,对紫光的折射率最大大.3.由上述内容结合公式由上述内容结合公式 可知,各种色光在同种介质可知,各种色光在同种介质中的传播速度是不相同的中的传播速
7、度是不相同的,红光的传播速度最红光的传播速度最大大,紫光的传播,紫光的传播速度最速度最小小.基础自测基础自测1.(2009年武汉年武汉4月调研)月调研)一束白光从顶角为一束白光从顶角为的三棱镜的的三棱镜的AB边以较大的入射角边以较大的入射角i射入并通射入并通过三棱镜后,在屏过三棱镜后,在屏P上可得到彩上可得到彩色光带,如图色光带,如图68-1所示所示.在入射在入射角角i逐渐减小到零的过程中,逐渐减小到零的过程中,屏上的彩色光带先后全部消失,则()屏上的彩色光带先后全部消失,则()图图68-1A.红光最先消失,紫光最后消失红光最先消失,紫光最后消失B.紫光最先消失,红光最后消失紫光最先消失,红光
8、最后消失C.紫光最先消失,黄光最后消失紫光最先消失,黄光最后消失D.红光最先消失,黄光最后消失红光最先消失,黄光最后消失【解析解析】作出白光的折射光路图,如图作出白光的折射光路图,如图68-1所示所示.由图可由图可看出,白光从看出,白光从AB射入玻璃后,由于紫光偏折大,从而到达另射入玻璃后,由于紫光偏折大,从而到达另一侧面一侧面AC时的入射角较大,且紫光的折射率最大,临界角最时的入射角较大,且紫光的折射率最大,临界角最小;红光从小;红光从AB面射入玻璃后,偏折最小,到达另一侧面入射面射入玻璃后,偏折最小,到达另一侧面入射角较小,且红光折射率最小,临界角最大角较小,且红光折射率最小,临界角最大.
9、所以紫光首先达到所以紫光首先达到临界角,最先消失;红光最后达到临界角,最后消失,所以临界角,最先消失;红光最后达到临界角,最后消失,所以选项选项B正确正确.【答案答案】B 2.(2008年重庆理综卷年重庆理综卷)如如图图68-2甲所示是一个圆柱体甲所示是一个圆柱体棱镜的截面图棱镜的截面图,图中图中E、F、G、H将半径将半径OM分成分成5等份等份,虚线虚线EE1、FF1、GG1、HH1平行平行于半径于半径ON,ON边可吸收到达边可吸收到达其上的所有光线其上的所有光线.已知该棱镜已知该棱镜图图68-2甲甲的折射率的折射率 ,若平行光束垂直入射并覆盖若平行光束垂直入射并覆盖OM,则光线()则光线()
10、A.不能从圆弧不能从圆弧NF1射出射出B.只能从圆弧只能从圆弧NG1射出射出C.能从圆弧能从圆弧G1H1射出射出D.能从圆弧能从圆弧H1M射出射出【解析解析】图图68-2乙乙设全反射临界角为设全反射临界角为C,有有:,由,由图图68-2乙可知乙可知,沿沿GG1射射入的光线入的光线,入射角恰为全入射角恰为全反射的临界角反射的临界角,GG1右侧右侧图图68-2乙乙光线的入射角均大于光线的入射角均大于C,光线只能从圆弧,光线只能从圆弧NG1射出射出,只有选项只有选项B正确正确.【答案答案】B3.(2009年江苏连云港一模)年江苏连云港一模)光线光线以入射角以入射角i从空气从空气射向射向折射率折射率
11、的透明介质表面的透明介质表面,如图如图68-3所示所示.(1)当入射角当入射角i=45时时,求反射求反射光线与折射光线间的夹角光线与折射光线间的夹角.(2)当入射角当入射角i为何值时为何值时,反射光反射光线与折射光线间的夹角线与折射光线间的夹角=90.【解析解析】(1)设折射角为设折射角为r,由折由折射定律得:射定律得:,解得,解得:r=30由题意可知由题意可知i=i=45,解得,解得:=180-45-30=105.(2)因为因为i+r=90,故,故sin r=sin(90-i)=cos i由折射定律得由折射定律得:tan i=,i=arctan.【答案答案】(1)105(2)arctan 图
12、图68-3创新创新方法探究提炼方法探究提炼方法展示技巧题型方法展示技巧题型题型方法题型方法一、折射现象的分析方法一、折射现象的分析方法例例1(2007年江苏物理卷年江苏物理卷)如如图图68-4甲所示,巡查员站立于一空甲所示,巡查员站立于一空的贮液池边,检查池角处出液口的的贮液池边,检查池角处出液口的安全情况安全情况.已知池宽为已知池宽为L,照明灯到,照明灯到池底的距离为池底的距离为H.若保持照明光束方若保持照明光束方向不变,向贮液池中注入某种液体,向不变,向贮液池中注入某种液体,图图68-4甲甲 当液面高为时,池底的光斑距离出液口当液面高为时,池底的光斑距离出液口.(1)试求当液面高为试求当液
13、面高为H时,池底的光斑到出液口的距离时,池底的光斑到出液口的距离x.(2)控制出液口缓慢地排出液体,使液面以控制出液口缓慢地排出液体,使液面以vh的速率匀速的速率匀速下降,试求池底的光斑移动的速率下降,试求池底的光斑移动的速率vx.【解析解析】(1)如图)如图68-4乙所示,由几何关系可知:乙所示,由几何关系可知:由折射定律可知:由折射定律可知:代入代入,得:得:,再代入再代入h=H,解得:,解得:x=.图图68-4乙乙(2)设经时间设经时间t,则液面下降了则液面下降了vht,此时此时光斑移动的距离为:光斑移动的距离为:vxt=x-x=即即 ,.【答案答案】(1)(2)【点评点评】本题是实际生
14、活中的光学问题,应画出光路图,本题是实际生活中的光学问题,应画出光路图,然后转化为几何问题求解然后转化为几何问题求解.方法概述方法概述分析光的折射问题的步骤如下:分析光的折射问题的步骤如下:(1)依据题意正确画出光路图;)依据题意正确画出光路图;(2)利用几何关系,找出入射角、折射角;)利用几何关系,找出入射角、折射角;(3)应用折射定律求解)应用折射定律求解.其中,正确画出光路图、法线其中,正确画出光路图、法线,并确定好入射角、折射角并确定好入射角、折射角是解题的关键是解题的关键.二、不同频率(颜色)的光在同一介质中,折射率、传二、不同频率(颜色)的光在同一介质中,折射率、传播速度及临界角的
15、关系播速度及临界角的关系例例2(2006年重庆理综卷年重庆理综卷)OMN为玻璃等腰三棱镜的为玻璃等腰三棱镜的横截面横截面.a、b两束可见单色光从空气垂直射入棱镜面两束可见单色光从空气垂直射入棱镜面MN,在,在棱镜侧面棱镜侧面OM、ON上反射和折射的情况如图上反射和折射的情况如图68-5所示所示.由此可由此可知()知()A.棱镜内棱镜内a光的传播速度比光的传播速度比b光的小光的小B.棱镜内棱镜内a光的传播速度比光的传播速度比b光的大光的大C.a光的频率比光的频率比b光的高光的高D.a光的波长比光的波长比b光的长光的长图图68-5【解析解析】a、b两束光射在两束光射在OM、ON上的入射角相等上的入
16、射角相等.而而a光没有发生全反射,光没有发生全反射,b光发生全反射,说明光发生全反射,说明a光的折射率小于光的折射率小于b光的折射率,即光的折射率,即nanb,fafb,故选项故选项C错误;棱镜内光的传错误;棱镜内光的传播速度播速度,vavb,故选项故选项A错误、错误、B正确;正确;c=f,ab;故选项故选项D正确正确.【答案答案】BD【点评点评】不同介质对同一种光的折射率不同;同一种介不同介质对同一种光的折射率不同;同一种介质对不同频率的光的折射率也不同,对频率大的光折射率大质对不同频率的光的折射率也不同,对频率大的光折射率大.光从一种介质进入另一种介质,频率不变,波速、波长发生光从一种介质
17、进入另一种介质,频率不变,波速、波长发生变化变化.方法概述方法概述1.对于折射率,可以从几何光学和物理光学两方面描绘,对于折射率,可以从几何光学和物理光学两方面描绘,即即,n是沟通几何光学和物理光学的桥梁是沟通几何光学和物理光学的桥梁.2.不不同同频频率率(颜颜色色)的的光光在在同同一一种种介介质质中中,折折射射率率、传传播播速速度度、波波长长、临临界界角角间间的的关关系系一一直直是是高高考考的的热热点点问问题题.要要理理解解和和确确定定这这些些关关系系可可从从三三棱棱镜镜对对光光的的色色散散入入手手,从从色色散散中中由由红光到紫光的排列顺序和偏折角,就可确定同种介质对不红光到紫光的排列顺序和
18、偏折角,就可确定同种介质对不同颜色(频率)的光的折射关系,再由同颜色(频率)的光的折射关系,再由 ,等公式,就能确定光速、波长、临界角间的关系等公式,就能确定光速、波长、临界角间的关系.三三、人人正正对对界界面面观观察察介介质质中中的的物物体体,看看到到的的深深度度(视视深深)与实际深度的关系与实际深度的关系例例3人人在在水水面面上上观观察察正正下下方方水水中中的的红红、橙橙、黄黄、绿绿、蓝蓝、靛靛、紫紫七七种种颜颜色色的的小小彩彩灯灯,看看到到它它们们是是在在水水面面下下同同一一深深处处排排成一行成一行.则下列判断正确的是(则下列判断正确的是()A.紫色灯的实际位置最深,且比看到的位置深些紫
19、色灯的实际位置最深,且比看到的位置深些B.紫色灯的实际位置最深,且比看到的位置浅些紫色灯的实际位置最深,且比看到的位置浅些C.红色灯的实际位置最深,且比看到的位置深些红色灯的实际位置最深,且比看到的位置深些D.红色灯的实际位置最深,且比看到的位置浅些红色灯的实际位置最深,且比看到的位置浅些【解析解析】人在水面上看到的人在水面上看到的彩灯是它们在水面下的像,小彩彩灯是它们在水面下的像,小彩灯灯S发出的光经水面折射光路如发出的光经水面折射光路如图所示图所示.图中像图中像S的位置在实际位的位置在实际位置的上方,且折射率越大,像点置的上方,且折射率越大,像点S比比S点向上移动的距离越大点向上移动的距离
20、越大.由于紫光的折射率最大由于紫光的折射率最大,所以紫所以紫光灯看到的深度(视深)与实际深度相差最多光灯看到的深度(视深)与实际深度相差最多.选项选项A正确正确.【答案答案】A【点评点评】正确画出光源发出的光经水面折射成像的光路正确画出光源发出的光经水面折射成像的光路图,并根据不同颜色光的折射率不同,来确定像的位置不同图,并根据不同颜色光的折射率不同,来确定像的位置不同是解决本题的关键是解决本题的关键.方法概述方法概述1.人正对界面观察介质中的物体人正对界面观察介质中的物体,看到的深度看到的深度(视深视深)h跟实跟实际深度际深度H的关系是的关系是2.如果从折射率为如果从折射率为n的介质中观察正
21、上方距液面高为的介质中观察正上方距液面高为H的的物体物体,同理可得同理可得h=nH(h为视高)为视高).利用视深、视高公式,不仅可以简捷地测定介质的折射利用视深、视高公式,不仅可以简捷地测定介质的折射率,也可以方便地分析和解决与视深和视高相关的问题率,也可以方便地分析和解决与视深和视高相关的问题.四、全反射现象的有关问题四、全反射现象的有关问题例例4一束光线从折射率为一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气,在界的玻璃内射向空气,在界面上的入射角为面上的入射角为45,图,图68-6中的四个光路图中,正确的是(中的四个光路图中,正确的是()图图68-6【解析解析】由题意知,玻璃的临界角由题意知,
22、玻璃的临界角45,故该,故该入射光在界面将发生全反射,选项入射光在界面将发生全反射,选项A正确正确.【答案答案】A方法概述方法概述在几何光学的问题中在几何光学的问题中,若光线从光密介质射向光疏介质若光线从光密介质射向光疏介质时时,要考虑到是否发生全反射的问题,这是解决此类问题的关键要考虑到是否发生全反射的问题,这是解决此类问题的关键.必要时要利用所给出的几何图形的特点必要时要利用所给出的几何图形的特点.体验成功体验成功1.(2009年全国理综卷年全国理综卷)一玻一玻璃砖横截面如图璃砖横截面如图68-7所示,其中所示,其中ABC为直角三角形(为直角三角形(AC边未画出),边未画出),AB为直角边
23、,为直角边,ABC=45;ADC为一圆为一圆图图68-7弧,其圆心在弧,其圆心在BC边的中点边的中点.此玻璃的折射率为此玻璃的折射率为1.5.P 为一贴近为一贴近玻璃砖放置的、与玻璃砖放置的、与AB垂直的光屏垂直的光屏.若一束宽度与若一束宽度与AB边长度相边长度相等的平行光从等的平行光从AB边垂直射入玻璃砖,则边垂直射入玻璃砖,则()A.从从BC边折射出一束宽度与边折射出一束宽度与BC边长度相等的平行光边长度相等的平行光B.屏上有一亮区,其宽度小于屏上有一亮区,其宽度小于AB边的长度边的长度C.屏上有一亮区,其宽度等于屏上有一亮区,其宽度等于AC边的长度边的长度D.当屏向远离玻璃砖的方向平行移
24、动时,屏上亮区先逐当屏向远离玻璃砖的方向平行移动时,屏上亮区先逐渐变小然后逐渐变大渐变小然后逐渐变大【解解析析】本本题题考考查查光光的的折折射射和和全全反反射射.宽宽为为AB的的平平行行光光进入到玻璃中直接射到进入到玻璃中直接射到BC面,入射角为面,入射角为45临界角临界角所所以以在在BC面面上上发发生生全全反反射射,仍仍然然以以宽宽度度大大小小为为AB长长度度的的竖竖直直向向下下的的平平行行光光射射到到AC圆圆弧弧面面上上.根根据据几几何何关关系系可得到在屏上的亮区宽度小于可得到在屏上的亮区宽度小于AB的长度,选项的长度,选项B、D正确正确.【答案答案】BD2.(2009年四川理综卷年四川理
25、综卷)如图如图68-8甲甲所示,空气中有一横截面为半圆环的所示,空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体,其内圆半径为均匀透明柱体,其内圆半径为r,外圆,外圆半径为半径为R,.现有一束单色光垂现有一束单色光垂直于水平端面直于水平端面A射入透明柱体,只经过射入透明柱体,只经过图图68-8甲甲两次全反射就垂直于水平端面两次全反射就垂直于水平端面B射出射出.设透明柱体的折射率为设透明柱体的折射率为n,光在透明柱体内传播的时间为,光在透明柱体内传播的时间为t,若真空中的光速为,若真空中的光速为c,则,则()()A.n可能为可能为B.n可能为可能为2C.t可能为可能为 D.t可能为可能为 【解析解析】图图
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