2014届高三人教版物理总复习讲与练课件 13-1光的折射 全反射 色散

n＝ssiinnri 由几何关系可得i＝30° 代入得r＝60° 由几何关系可得OP＝2Rcos30° OP＝ 3R.
答案： 3R
光的全反射
[例2] 如图所示，置于空气中的一不透明容器内盛 满某种透明液体．容器底部靠近器壁处有一竖直放置的 6.0 cm长的线光源．靠近线光源一侧的液面上盖有一遮 光板，另一侧有一水平放置的与液面等高的望远镜，用 来观察线光源．开始时通过望远镜不能看到线光源的任 何一部分．将线光源沿容器底向望远镜一侧平移至某处
课时1 光的折射 全反射 色散
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研
知识点一
光的折射定律
知识回顾
1．光的折射：光从一种介质射入另一种介质中，在两 种介质的界面处， 传播方向 发生改变，这种现象叫光的折 射．
2．光的折射定律：折射光线、法线、入射光线都在 同一个平面内；折射光线和入射光线分居在 法线 两侧；入
复习策略
本章复习的重点及核心内容是光的折射定律、全反射 现象和光的干涉等．掌握光的折射定律及折射率的计算， 会分析全反射现象，了解光导纤维的工作原理．在光的波 动性的复习中，应会分析干涉条件及干涉现象．本章所涉 及的概念、规律、现象必须理清并熟练掌握．复习时，一 定要多看课本，尤其是与实际联系较多的内容要反复阅 读，加深理解．
解析：介质对该单色光的临界角为θ，它的折射率n＝
1 sinθ
，A项正确；此单色光在介质中的传播速度为v＝
c n
＝
csinθ，B正确；λ＝
v ν
＝
c·sinθ c/λ0
＝λ0sinθ，所以λ:λ0＝sinθ:1，
故C项正确；而光的频率是由光源决定的，与介质无关，
故D项错误．
答案：ABC
光的折射
[例1] (2011·课标全国理综)一半圆柱形透明物体横 截面如图所示，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
②光疏三棱镜：当光线从一侧面射入，从另一侧面射 出时，光线两次均向顶角偏折．
③全反射棱镜(等腰直角棱镜)：当光线从一直角边 垂直 射入时，在斜边发生全反射，从另一直角边垂直射 出．当光线垂直于斜边射入时，在 两直角边 发生全反 射后又垂直于斜边射出．
④全反射棱镜对光路的控制如下图所示．
⑤全反射棱镜的优点：全反射棱镜和平面镜在改变光 路方面，效果是相同的，相比之下，全反射棱镜成像更 清晰 ，光能损失更 少 ．
因为θ1′＝θ1＝45°，所以θ＝180°－45°－30°＝105°.
(2)因为θ1′＋θ2＝90°，所以，sinθ2＝sin(90°－θ1′)＝
cosθ1′
由折射定律得tanθ1＝ 2，θ1＝arctan 2.
答案：(1)105° (2)arctan 2
知识点二
全反射
知识回顾
1．光密介质和光疏介质 两种介质相比较，折射率 大 的介质叫光密介质，折射 率 小 的介质叫光疏介质．
(2)根据折射率公式有
sini＝nsinr⑤
由④⑤式得
n＝
6＋ 2
2
[答案]
6＋ 2 (1)15° (2) 2
应用光的折射定律解题的一般思路 ①一定要画出比较准确的光路图，分析边界光线或临 界光线．②利用几何关系和光的折射定律求解．③注意在 折射现象中，光路是可逆的．
变式1—1
一组平行的细激光束，垂直于半圆形玻璃的平面射到
不会超过45°，所以B正确；由sinθ2＝
sinθ1 n
，当θ1＝45°，θ2
＝30°，n＝ 2 ，C正确；如图所示，∠1＝arctan 2 ，若反
射光线与折射光线垂直，则∠3＝∠4＝90°－∠2，sin∠3＝
sin∠1 n
＝
3 3
，sin∠3＝cos∠2＝cos∠1＝
3 3
与已知条件相
符．故D正确．由于光线从光疏介质射入向光密介质，不
(3)三棱镜成像：当物体发出的光线从三棱镜的一侧面 射入，从另一侧面射出时，逆着出射光线可以看到物体 的 虚像 ．
要点深化 1．全反射棱镜不能用平面镜替代．
因为平面镜是在玻璃后表面镀银而成的．从发光点S发 出的光照到平面镜上，经前玻璃面和后银面多次反射．S点 就会生成多个虚像，反射光线好像从n个虚像发出的，这些 反射光叠加，就影响精密光学仪器的成像质量．如右图所 示．
射角的正弦值与折射角的正弦值的比值 恒定
，即
sinθ1 sinθ2
＝
n(常量)．
3．折射率：光从空气或真空进入某种介质中，入射角 的 正弦值和折射角的正弦值之比，叫该介质的折射率，即n ＝ssiinnθθ12.介质的折射率等于光在 真空中 的速度c与光在该介 质中的传播速度v的比值，即n＝vc.
要点深化
半圆柱玻璃上，如右图所示．已知光线Ⅰ沿直线穿过玻
璃，它的入射点为O，光线Ⅱ的入射点为A，穿过玻璃后两
条光线交于一点．已知玻璃截面的圆半径为R，OA＝
R 2
，
玻璃的折射率n＝ 3 .求两条光线射出玻璃后的交点与O点
的距离．
解析：两条光线的光路如图所示，设射出玻璃后的交 点是P，光线Ⅱ从玻璃射出时的入射角为i，折射角为r，根 据折射定律得：
(1)光线在M点的折射角； (2)透明物体的折射率．
[解析] (1)如下图，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i，折射角为r，∠OMQ＝ α，∠PNF＝β.根据题意有
α＝3＝β③ 由①②③式得 r＝15°④
基础自测
1．光导纤维在信息传递方面有很多应用，利用光导纤
维进行光纤通信所依据的原理是( )
A．光的折射
B．光的全反射
C．光的干涉
D．光的色散
解析：光导纤维传递信息，是将声音、图象等信息转 换为光信号，利用全反射原理，将它无损失地传递出去， 故B项正确．
答案：B
2．一束光从空气射入折射率n＝ 2 的某种玻璃的表 面，则( )
时，通过望远镜刚好可以看到线光源底端．再将线光源沿 同一方向移动8.0 cm，刚好可以看到其顶端．求此液体的 折射率n.
[解析] 当线光源上某一点发出的光线射到未被遮光 板遮住的液面上时，射到遮光板边缘O的那条光线的入射 角最小．
若线光源底端在A点时，望远镜内刚好可以看到此光 源底端，设过O点液面的法线为OO1，则∠AOO1＝α①
要点深化
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．光从光疏介质射入光密介质时，入射角大于折射 角；光从光密介质射入光疏介质时，入射角小于折射角．
3．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．
4．光导纤维 (1)结构：光导纤维(简称光纤)，是一种透明的玻璃纤 维丝，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．
第13章
光
考纲展示
内容 光的折射定律 折射率 全反射 光导纤维 光的干涉、衍射和偏振现象 实验：测定玻璃的折射率 用双缝干涉 测光的波长
要求 Ⅱ Ⅰ Ⅰ Ⅰ
命题导向
本章包括“光的折射”、“光的波动性”两部分． “光的折射”以光的直线传播为基础，主要讨论光的 折射现象中所遵循的基本规律——折射定律．其中光的折 射定律、折射率、全反射现象及几何光路图是本章的重点 之一．对光的波动性这部分内容，高考命题一般比较简 单，由于这部分知识大多是从理论上作了初步解释，没有 严格的定量推导，命题的方向将突出实际现象的解释和应 用，如增透膜、劈尖干涉等．
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
的折射率小，根据v＝
c n
得红光在玻璃中的传播速度比紫光
大，所以B正确，C错误．根据公式sinC＝
1 n
得红光的临界
角比紫光的大，D正确．
答案：BD
2．已知介质对某单色光的临界角为θ，则( ) A．该介质对此单色光的折射率为si1nθ B．此单色光在该介质中传播速度为c·sinθ(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si1nθ
映介质光学性质的物理量．
基础自测
1．观察者看见太阳从地平线升起时，关于太阳位置的 下列叙述中正确的是( )
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
解析：太阳光由地球大气层外的真空射入大气层时要 发生折射，根据折射定律，折射角小于入射角，折射光线 进入观察者的眼睛，观察者认为光线来自它的反向延长 线．这样使得实际太阳位置比观察者看见的太阳位置偏 低．
[答案] 1.25
联系实际的全反射问题通常需要建立一定的物理模 型，这样能将看似很难解决的实际问题转化为熟悉的情 境，所以读懂题意、获取有效信息，是解决这类问题的关 键．
变式2—1 (2012·山东理综)如图所示，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
2．临界角(C)：折射角等于 90° 时的入射角叫临界 角．当光线从某种介质射向真空(或空气)时的临界角的正 弦值为sin C＝n1＝vc.
3．全反射：光从光密介质射向光疏介质时，如果入射 角大于或等于临界角，折射光线消失，只产生反射的现象 叫全反射．
4．产生全反射的条件： (1)光要从 光密介质 进入光疏介质 ，此时折射角大于 入射角． (2)入射角要大于或等于临界角．
1．在光的折射中光路是可逆的． 2．折射不仅可以改变光的传播方向，还可以改变光束 的性质． 3．光从一种介质射入另一种介质时，折射角大小随着 入射角大小的变化而变化，但是两个角的正弦值之比恒 定．
4．光从同一介质射入不同介质时，
sinθ1 sinθ2
＝n的比值大
小不同，即对于不同的介质，常量n不同，它是一个能够反
答案：B
2．如图所示，光线以入射角θ1从空气射向折射率n＝ 2的玻璃表面．
(1)当入射角θ1＝45°时，求反射光线与折射光线间的夹 角θ.
(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°？
解析：(1)设折射角为θ2，由折射定律
sinθ1 sinθ2
＝n得sinθ2
＝sinnθ1＝sin425°＝12，所以，θ2＝30°.
可能产生全反射现象，故A错误．
答案：BCD
知识点三
棱镜 光的色散
知识回顾
1．光的色散：白光 通过三棱镜后，出射光束变为 红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光的光束，这种现 象叫光的色散．
2．光谱：由七色光组成的 光带 称光谱．
3．棱镜 (1)含义：截面是 三角形 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 折射率 不 同． (2)三棱镜对光线的作用：改变光的传播方向 ①光密三棱镜：当光线从一侧面射入，从另一侧面射 出时，光线两次均向底面偏折．
A．当入射角大于45°时，会发生全反射现象 B．无论入射角多大，折射角都不会超过45° C．欲使折射角等于30°，应以45°角入射 D．当入射角等于arctan 2时，反射光线恰好跟折射光 线垂直
解析：对B项可以从光的可逆性考虑，即光线从介质
射向空气，入射角为45°时，折射角为90°，反之，折射角
2．光的色散
在色散现象中，红光的偏向角最小即棱镜对红光的折
射率最小，由公式n＝
c v
可知红光在介质中的传播速度最
大．将各种色光的情况列表统计如下：
各种色光
红橙黄绿蓝靛紫
1
偏向角
小―→大
2
折射率
小―→大
3 介质中光速
大―→小
基础自测
1．红光与紫光相比( ) A．在真空中传播时，紫光的速度比较大 B．在玻璃中传播时，红光的速度比较大 C．玻璃对红光的折射率较紫光的大 D．从玻璃到空气的界面上，红光的临界角较紫光的 大
其中α为此液体到空气的全反射临界角．由折射定律有 sinα＝n1②
同理，若线光源顶端在B1点时，通过望远镜刚好可以 看到此光源顶端，则∠B1OO1＝α.设此时线光源底端位于B 点．由图中几何关系可得sinα＝AABB1③
联立②③式得n＝ ABA2＋BBB12④ 由题给条件可知AB＝8.0 cm BB1＝6.0 cm 代入④式得n＝1.25.