2019年高考物理大一轮复习江苏专版课件:第十二章 机械振动 机械波 第3讲 精品

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答案
四、实验:测定玻璃的折射率
1.实验原理
如图4所示,当光线AO以一定的入射角θ1穿过两 面平行的玻璃砖时,通过插针法找出跟入射光
线AO对应的出射光线O′B,从而求出折射光线
OO′和折射角θ2,再根据n=
sin sin
θ1 θ2
或n= QPNN′ ,
算出玻璃的折射率. 图4
2.实验器材 玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器(或圆规)、三角板、铅笔. 3.实验步骤 (1)如实验原理图所示,把白纸铺在木板上. (2)在白纸上画一直线aa′作为界面,过aa′上的一点O画出界面的法线 NN′,并画一条线段AO作为入射光线. (3)把长方形玻璃砖放在白纸上,并使其长边与aa′ 对齐,再用直尺画出 玻璃砖的另一边bb′. (4)在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2.
(2)光在介质中由P点到M点的传播时间.
答案 2×10-9 s
解析 光在介质中的传播速度为:v=nc R
设光在介质中的路程为
s,由几何知识可得:s=cos
230°=
3 3R
光在介质中由 P 点到 M 点的传播时间为:t=vs
代入数据解得:t=2×10-9 s
解析 答案
命题点二 全反射现象的理解与应用
sin r小
2.对折射率的理解
(1)折射率大小不仅反映了介质对光的折射本领,也反映了光在介质中传
播速度的大小v=
c n
.
(2)同一种介质中,频率越大的色光折射率越大,传播速度越小.
(3)同一种色光,在不同介质中虽然波速、波长不同,但频率相同.
例1 (2017·江苏单科·12B(3))人的眼球可简化为如图5所示的模型.折射 率相同、半径不同的两个球体共轴.平行光束宽度为D,对称地沿轴线方 向射入半径为R的小球,会聚在轴线上的P点.取球体的折射率为 2 ,且 D= 2 R.求光线的会聚角α. (示意图未按比例画出) 答案 30°
角为30°,则以下说法正确的是
A.反射光线与折射光线的夹角为120°
B.该液体对红光的折射率为 3
√C.该液体对红光的全反射临界角为45°
D.当紫光以同样的入射角从空气射到分
图1
界面时,折射角也是30°
线 EH,过 E′作 NN′的垂线 E′H′.如图 10 所示,
sin θ1=EOHE,sin θ2=EO′EH′′,OE=OE′=R,则 n=
sin sin
θθ12=E′EHH′.只要用刻度尺量出
EH、E′H′的长
度就可以求出 n.
图10
例3 (2018·扬州中学高三初考)在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中, 两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔a、b、c的位置相同,且插在c位置的 针正好挡住插在a、b位置的针的像,但最后一个 针孔的位置不同,分别为d、e两点,如图11所示. 计算折射率时,用__d_(填“d”或“e”)点得到的 值较小,用_e__(填“d”或“e”)点得到的值误 差较小.
心,MN是法线,AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中
的传播路径.该同学测得多组入射角i和折射角r,作出sin isin r图象如图
乙所示.则
A.光由A经O到B,n=1.5
√B.光由B经O到A,n=1.5
C.光由A经O到B,n=0.67
D.光由B经O到A,n=0.67
图13
1234
答案
4.(2017·宿迁市上学期期末)如图14所示为某等腰直角三棱镜ABC的截面 图,一条光线与AB面成45°角入射,已知棱镜材料的折射率n= 2 ,求: (1)光线经过AB面时的折射角;
面的反射.求:
(1)光线从空气进入光导纤维的折射角θ2;
图8
答案 30° 解析 由折射定律有 n1=ssiinn θθ12,代入数据得 θ2=30°
解析 答案
(2)光在光导纤维中发生全反射的次数N.
答案 解析
3次 由几何关系有 N=L-dtad2nta6n06°0°+1
代入数据得N≈3.4,故取N=3次.
答案 30° 解析 由题意知入射角为 α=45°,n=ssiinn αr=sisnin45r °,
所以折射角 r=30°
图14
1234
解析 答案
(2)通过计算说明光线第一次到达BC面时能否从BC面射出.
答案 见解析
解析 根据几何关系知光线第一次到达BC面的入射角为
60°
根据临界角公式
sin
C=1n=
2 2
解得:C=45°
则光线在BC面上的入射角大于临界角,所以光线第一次到达BC面时不
能从BC面射出.
1234
解析 答案
课时作业
1.(多选)(2018·海安中学段考)关于折射率,下列说法正确的是
A.根据 n=ssiinn θθ12可知,介质的折射率与入射角的正弦成正比 B.根据 n=ssiinn θθ12可知,介质的折射率与折射角的正弦成反比
解析 答案
命题点三 测定玻璃的折射率
能力考点 师生共研
实验数据处理方法:
(1)计算法:用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sin θ1和
sin
θ2.算出不同入射角时的
sin sin
θ1 θ2
,并取平均值.
(2)作sin θ1-sin θ2图象:改变不同的入射角θ1,测出
不同的折射角θ2,作sin
图11
解析 答案
随堂测试
1.(多选)(2017·南京市、盐城市一模)下列事例哪些应用了光的全反射
现象
√A.光导纤维通讯
B.用三棱镜观察太阳光谱
C.用白光照肥皂膜看到彩色条纹
√D.某些光学仪器中用等腰直角玻璃三棱镜改变光路90°
1234
答案
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.(2017·扬州中学12月月考)频率不同的两束单色光1和2以相同的入射
例2 (2017·苏锡常镇四市调研)如图7所示是一种恒偏 向棱镜,它相当于两个“30°-60°-90°”棱镜和 一个“45°-45°-90°”棱镜,其折射率n= 2 .一 条光线从ab边射入棱镜后在镜中平行于ac行进,最终 从ad边射出.求: (1)该光线的入射角; 答案 45°
解析 作出光路图如图所示,ab 边上发生折射, n=ssiinn αβ,由几何知识得,β=30°,则 α=45°
√C.根据 v=nc可知,光在介质中的传播速度与介质的折射率成反比
√D.同一频率的光由真空进入某种介质时,折射率与光在介质中的波长成
反比
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案
2.如图1所示,MN是空气与某种液体的分界面,一束红光由空气射到分
界面,一部分光被折射,一部分光进入液体中.当入射角是45°时,折射
能力考点 师生共研
分析折射、全反射综合问题的基本思路 (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.
线的两侧;入射角的正弦与折射角的正弦成 正 比.
(2)表达式:ssiinn θθ21=n.
图1
(3)在光的折射现象中,光路是 可逆 的.
2.折射率
(1)折射率是一个反映介质的 光学性质 的物理量.
(2)定义式:n=ssiinn θθ21.
(3)计算公式:n=
c v
,因为v<c,所以任何介质的折射率都
大于1
.
(4)当光从真空(或空气)射入某种介质时,入射角 大于 折射角;当光由
介质射入真空(或空气)时,入射角 小于 折射角.
3.折射率的理解 (1)折射率由 介质本身 性质决定,与入射角的大小无关. (2)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. (3)同一种介质中,频率越大的色光折射率越 大 ,传播速度越 小 .
图7
解析 答案
(2)该光线经过整个棱镜的偏向角.
答案 90° 解析 同理可得,光线在bc边上发生全反射,在ad边上的出射角为45°, 由几何关系可得:偏向角为90°.
解析 答案
变式2 (2017·南通市第一调研)如图8所示,一段圆柱形光导纤维长L=
20 cm,圆形截面内芯直径d=4.0 cm,内芯的折射率n1=1.73,外套的折 射率n2=1.41.光从光导纤维的左端中心以入射角θ1=60°射入,经多次 全反射后,从右端面射出.不考虑光在右端
三、全反射
1.条件: (1)光从 光密介质 射入 光疏介质 . (2)入射角 大于 临界角. 2.现象: 折射光 完全消失,只剩下 反射光 .
1 3.临界角:sin C= n ,C为折射角等于90°时所对应的入射角.
4.应用: (1) 全反射 棱镜.
(2)光导纤维,如图3所示. 图3
自测2 一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖,O点为该玻璃砖截面的圆 心,下图能正确描述其光路的是
自测1 一束光以60°的入射角从空气射入折射率n= 3 的玻璃中,则折 射角为__3_0_°_,光在玻璃中的传播速度为___3_×__1_0_8 _m_/_s_.
答案
二、光的色散 复色光在介质中由于 折射率 不同而分解成单色光的现象,叫做光的色散. 一束白光射向三棱镜,由于各色光通过棱镜后偏向角不同而产生色散现 象(如图2). 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 .红、橙、黄、绿、青、蓝、 紫中,频率最大的是 紫色光,折射率最大的是 紫色光 . 图2 (3)不同色光在同一介质中传播速度不同,红、橙、黄、绿、青、蓝、紫 中,在同一介质中,光速最大的 红光 .
角从同一点射入一厚玻璃板后,其光路如图12所示.下列说法正确的是
A.单色光1的波长大于单色光2的波长
B.在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的
传播速度
C.单色光1的光子能量小于单色光2的光子能量
√D.单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于
图12
单色光2从玻璃到空气的全反射临界角
1234
解析 答案
3.某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n.如图13甲所示,O是圆
图5
解析 答案
变式1 (2017·南京市9月调研)如图6所示,透明柱状
介质的横截面是半径为0.6 m、圆心角∠AOB为60°
的扇形.一束平行于角平分线OM的单色光由P点射入
介质,折射光线PM平行于OB,已知光在真空中的
传播速度为3×108 m/s.求:
图6
(1)介质的折射率n;
答案 1.73
解析 答案
第十二章 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论
第3讲 光的折射 全反射
内容索引
过好双基关
研透命题点
随堂测试
回扣基础知识 训练基础题目 细研考纲和真题 分析突破命题点 随堂自测 检测课堂学习效果
课时作业
限时训练 练规范 练速度
过好双基关
一、光的折射定律 折射率
1.折射定律
(1)内容:如图1所示,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
(5)从玻璃砖bb′一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线的方 向直到 P2的像 挡住P1的像.再在bb′一侧插上两枚大头针P3、P4,使P3能 挡住 P1、P2的像 ,P4能挡住 P3及P1、P2的像 . (6)移去玻璃砖,在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置,过 P3、P4作直线O′B交bb′于O′.连接O、O′、OO′就是玻璃砖内折射 光线的方向.∠AON为入射角,∠O′ON′为折射角.
θ1-sin
θ2的图象,由n=ssiinn
θ1 θ2
可知图象应为直线,如图9所示,其斜率为折射率.
图9
(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,以一定的长度 R 为半径画圆,交入射光线 AO 于 E
点,交折射光线 OO′于 E′点,过 E 作 NN′的垂
(7)改变入射角,重复实验.
研透命题点
命题点一 折射定律和折射率的理解及应用 基础考点 自主悟透
1.对折射定律的理解 (1)注意光线偏折的方向:如果光线从折射率(n1)小的介质射向折射率(n2) 大的介质,折射光线向法线偏折,入射角大于折射角,并且随着入射角 的增大(减小),折射角也会增大(减小);如果光线从折射率大的介质射向 折射率小的介质,折射光线偏离法线,入射角小于折射角,并且随着入 射角的增大(减小),折射光线消失之前,折射角也会增大(减小). (2)折射光路是可逆的,如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上,光 线就会逆着原来的入射光线发生折射,但要注意:计算折射率时都可以 直接用大角的正弦比上小角的正弦,即 sin i大 =n.
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