重庆市万州分水中学高考物理一轮复习指导课件：第13章 第1讲 光的折射 全反射

Z xx k
• 1．如图所示，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( )
6 A. 2 B. 2 3 C. 2 D. 3
解析：根据折射率定义有： sin∠1＝nsin∠2，nsin∠3＝1， 已知∠1＝45° ，∠2＋∠3＝90° ， 6 解得 n＝ .故选项 A 正确． 2
解析：因为各种色光在真空中的传播速度均为 3×108 m/s，所以 A 错误．因为玻璃对红光的折射率较玻璃对紫光 c 的折射率小，根据 v＝n得红光在玻璃中的传播速度比紫光 1 大，所以 B 正确，C 错误．根据公式 sin C＝n得红光的临界 角比紫光的大，D 正确．
• 答案：BD
知识点四
测定玻璃的折射率
(7)用上述方法分别测出入射角为 30° 、45° 、60° 时的折 射角，查出正弦值． sin θ1 (8)算出不同入射角时的比值 再求出几次实验中所 sin θ2 sin θ1 测 的平均值，即为玻璃砖折射率的测量值． sin θ2
1．数据的处理 (1)计算法：用量角器测量入射角 θ1 和折射角 θ2，并查 sinθ1 出其正弦值 sin θ1 和 sin θ2.算出不同入射角时的 ，并取 sin θ2 平均值．
• 答案：A
• 知识点三 光的色散
• 1．光的色散：含有多种颜色的光被分解为单 色光的现象． • 2．光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种 色光按其波长的大小有序排列． 三角形 • 3．三棱镜 折射率 • (1)含义：截面是 的玻璃仪器，可以 使光发生色散，白光的色散表明各色光在同一 介质中的 不同．
sin90° 1 cos θ1 －θ 解析：(1)根据折射率公式 n＝ ＝ . cos θ2 sin90° 2 －θ (2)实验时，应选择砖厚度大一些的，以减小误差．
－θ cos θ1 sin90° 1 答案：(1) (或 ) cos θ2 sin90° 2 －θ (2)大
(2012· 新课标全国高考)一玻璃立方体中心有一 点状光源．今在立方体的部分表面镀上不透明薄膜，以致从 光源发出的光线只经过一次折射不能透出立方体．已知该玻 璃的折射率为 2， 求镀膜的面积与立方体表面积之比的最小 值．
• 答案：A
• 知识点二 全反射 • • • • 1．条件 光密介质 光疏介质 (1)光从 射入 ． 等于或大于 (2)入射角 临界角． 折射光 反射光 2．现象： 完全消失，只剩下 ．
1 3．临界角：sin C＝ n
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，C 为折射角等于 90° 时所对应
的入射角． 4．应用 (1)
全反射
第十三章
光
电磁波和相对论简介
第一讲
光的折射
全反射
考纲 展示
复习 目标
1.光的折射定律(Ⅱ) 2.折射率(Ⅰ) 3.全反射、光导纤维(Ⅰ) 4.实验：测定玻璃的折射率(Ⅰ) 1.理解光的折射定律，并能够熟练应用折射定 律解决基本问题．对折射率、全反射等概念要 深入了解，解释一些光现象. 2.掌握棱镜、光导纤维等光学特点及光路，认 识生活中的光现象． 3.掌握测定玻璃折射率的原理，并能测定玻璃 的折射率.
• (5)移去玻璃砖和大头针，连接P3、P4并延长交 bb′于O′，射线O′B就代表了沿AO方向入射的光 线通过玻璃砖后的传播方向． • (6)连接OO′，线段OO′就代表了沿AO方向入射 的光线在玻璃砖中的传播方向，入射角θ1＝ ∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′，用量角器量出 入射角和折射角，从三角函数表中查出它们的 正弦值．
对折射率的理解 sin θ1 (1)公式 n＝ 中， 不论是光从真空射入介质， 还是从 sin θ2 介质射入真空，θ1 总是真空中的光线与法线间的夹角，θ2 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．
• 1．色散现象 • 白光通过三棱镜会形成由红到紫七种色光组成 的彩色光谱，如图所示． • 2．成因 • 由于n红<n紫，所以以相同的入射角射到棱镜界 面时，红光和紫光的折射角不同，就是说紫光 偏折得更明显些，当它们射到另一个界面时， 紫光的偏折角最大，红光偏折角最小．
• 3．各种色光的比较
颜色
(2)作 sin θ1－sin θ2 图象： 改变不同的入射角 θ1， 测出不 sin θ1 同的折射角 θ2， sin θ1－sin θ2 图象， n＝ 作 由 可知图象 sin θ2 应为直线，如图所示，其斜率为折射率．
(3)“单位圆法”确定 sin θ1、sin θ2，计算折射率 n. 以入射点 O 为圆心，以一定长度 R 为半径画圆，交入 射光线 OA 于 E 点，交折射光线 OO′于 E′点，过 E 作 NN′的垂线 EH，过 E′作 NN′的垂线 E′H′.
• 解析：如图，考虑从 玻璃立方体中心O点 发出的一条光线，假 设它斜射到玻璃立方 体上表面发生折 射．根据折射定律有等于 θ，α 是折射角． 现假设 A 点是上表面面积最小的不透明薄膜边缘上的 一点．由题意，在 A 点刚好发生全反射，故 π αA＝ ② 2 设线段 OA 在立方体上表面的投影长为 RA， 由几何关系 有 sin θA＝ RA
• 3．实验步骤 • (1)如图所示，用4个图 钉将白纸钉在绘图板 上． • (2)在白纸上画一条直 线aa′作为界面．过aa′ 上的一点O画出界面的 法线NN′，过O点画一 条射线AO作入射光 线．
• (3)把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的一条 长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一边bb′. • (4)在射线AO上插上两枚大头针P1、P2，透过 P1的像 玻璃砖观察大头针P1、P2的像调整视线方向， 直到P2挡住 ．再在观察的这一侧即光 P1和P2的像 线的出射面bb′一侧插两枚大头针P3、P43，使P3 P1、P2的像以及P 本身 挡住 ，P4挡住 ， 记下P3、P4的位置．
1.实验原理：如图所示，用插针法找出入射光线 AO 对 应的出射光线 O′B，确定 O′点，画出折射光线 OO′， sin θ1 |PN| 然后用量角器测量角 θ1、θ2，根据 n＝ 或 n＝ 计 sin θ2 |QN′| 算出玻璃的折射率．
• 2．实验器材 • 白纸，图钉(四枚)，大头针(四枚)，直尺(或 三角板)，铅笔，量角器，平木板，长方形 玻璃砖．
棱镜．
(2)光导纤维，如图所示．
• 1．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． • 2．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．
• 3．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．
a 2 RA＋22
③
式中 a 为玻璃立方体的边长．由 ①②③式得 RA ＝ a ④ 2 2 n －1 a 由题给数据得 RA＝ ⑤ 2 由题意， 上表面所镀的面积最小的不透明薄膜应是半径 为 RA 的圆，所求的镀膜面积 S′与玻璃立方体的表面积 S 之比为 S′ 6πR2 A ＝ 2 ⑥ S 6a
sin θ1 (3)定义式： n＝ .不能说 n 与 sin θ1 成正比、 sin θ2 与 sin θ2 成反比．折射率由介质本身的光学性质和光的 频率 决定． c (4)计算公式：n＝v，因 v<c，故任何介质的折射率总 大于 (选填“大于”或“小于”)
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• • • •
4．光密介质与光疏介质 较大 (1)光密介质：折射率 的介质． 较小 相对的 (2)光疏介质：折射率 的介质． (3)光密介质和光疏介质是 ．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．
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• 2．如图所示，一束光线从折射率为1.5的玻 璃内射向空气，在界面上的入射角为45°， 下面四个光路图中，正确的是( )
解析： 光从玻璃射向空气， 是从光密介质射向光疏介质， 由于玻璃的折射率 n＝1.5，因此发生全反射的临界角 sin C 1 2 2 ＝n＝ ＜ ，所以 C＜45° ，因此图中的光会发生全反射，A 3 2 项正确．
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• 知识点一 光的折射定律和折射率 • 1．折射现象：光从一种介质斜射进入另一 种介质时传播方向 的现象．
改变
2．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 两侧 弦与折射角的正弦 成正比 ．
sin θ1 sin θ2
；入射角的正
S′ π 由⑤⑥式得 S ＝ . 4
π 答案： 4
• 【变式训练】 • 1．如图所示，一截面为正三角形的棱镜， 其折射率为，今有一束单色光从AB侧面入 射，经AB面折射后，折射光线偏离入射光 线30°角．求光在AB面的入射角及AC面的 折射角．
sin α 解析：由折射定律得 n＝ ＝ 3， sin α－30° 解得光在 AB 面的入射角 α＝60° . 由几何关系可知，θ＝30° ， sin β 由折射定律 n＝ sin θ 解得光在 AC 面的折射角 β＝60° .
• 4.某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率， 所用的玻璃砖两面平行．正确操作后，作 出的光路图及测出的相关角度如图所示．
• (1)此玻璃的折射率计算式为n＝______(用图中 的θ1、θ2表示)． • (2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可 供选择，为了减小误差，应选用宽度 ______(选填“大”或“小”)的玻璃砖来测 量．