高三物理选修3-4配套复习课件(5)

• (1)几何光学主要包括四条原理：①光的 直线传播规律；②光的反射定律；③光的 折射定律；④光路可逆原理．
(2)解题时常用的三个公式： ①折射定律公式：n＝ssiinn θθ12； ②折射率与光速的关系 n＝vc； ③全反射的临界角 sin C＝n1. (3)注意法线的画法：法线画成虚线；法线垂直于界面，如果界 面是圆面，那应该垂直于圆的切线，即法线沿半径指向圆心．
• 解析 (1)分别连接玻璃砖两侧的大头针所 在的点，并延长与玻璃砖边分别相交，标 出传播方向，然后连接玻璃砖边界的两交 点，即为光线在玻璃砖中传播的方向．光 路如图所示．
(2)设方格纸上正方形的边长为 1，光线的入射角为 i，折射角为 r，则 sin i＝ 5.53.23＋42＝0.798，sin r＝ 2.222.＋2 3.62＝0.521. 所以玻璃的折射率 n＝ssiinn ri＝00..759281＝1.53. (3)由题图乙可知，光线 P1P2 入射到玻璃砖上时，相当于光线射 到了一个三棱镜上，因此出射光线将向底边偏折，所以出射光 线过 P3 和 A.
【例 1】 如图 1 所示，ABCD 是一直角梯形棱镜的横截面， 位于截面所在平面内的一束光线由 O 点垂直 AD 边射入．已 知棱镜的折射率 n＝ 2，AB＝BC＝8 cm，OA＝2 cm，∠ OAB＝60°.
图1
(1)求光线第一次射出棱镜时，出射光线的方向； (2)第一次的出射点距 C________ cm. 解析 (1)设发生全反射的临界角为 C，由折射定律得 sin C＝n1 代入数据得 C＝45°
• (2) 写 出 玻 璃 折 射 率 的 表 达 式 ： ________( 用 上 述 测 量 的 物 理 量 的 字 母 表 示)．
折

临界角C的计算公式：sin C＝n1
射 光导纤维工 应作 用原 ：理 光： 纤全 通反 信射
与
全
反
射
Hale Waihona Puke • 一、光的折射、全反射的综合应用
• 几何光学是以光线为工具研究光的传播 规律，所以解决几何光学问题的关键是根 据“光的传播规律”画出光路图，然后再 利用几何学知识，寻找相应的边角关系．
解析 随入射角增大最先消失的是 A 光，所以 A 光的临界角小 于 B 光的临界角，根据 sin C＝n1可知 nA＞nB，选项 A 正确，B 错误；反射光线从玻璃砖的右侧射出，在 NP 部分会一直有一 个 AB 光重合的光斑．所以 α＜θ＜β 时，B 光不会发生全反射， 在光屏上会有两个光斑，选项 C 错误；β＜θ＜π2时，两种光都 发生全反射，光屏上只有一个光斑出现在 NP 部分，选项 D 正 确． 答案 AD
• 答案 (1)如解析图所示 • (2)1.53(说明：±0.03范围内都可) • (3)A
• 【例4】 如图5所示，半球形玻璃砖的平 面部分水平，底部中点有一小电珠．利用 游标卡尺(或直尺)测量出有关数据后，可计 算玻璃的折射率．试完成以下实验步骤：
• 图5
• (1)若S发光，则在玻璃砖平面上方看到平面 中有一圆形亮斑，用游标卡尺测出 ________ 和 ________( 写 出 对 应 字 母 和 其 表示的意义)．
• 图4 • (2)对你画出的光路图进行测量和计算，求
得该玻璃砖的折射率n＝________(保留三 位有效数字)．
• (3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现 象，某同学做了两次实验，经正确操作插 好了8枚大头针，如图3乙所示．图中P1和 P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应 出射光线上的2枚大头针是P3和 ________(填“A”或“B”)．
• (3)在处理光学问题时应充分利用光路的可 逆性、对称性、相似性等几何关系．
• 【例2】 固定的半圆形玻璃砖的横截 • 面如图2，O点为圆心，OO′为直
• 径MN的垂线．足够大的光屏PQ紧
• 靠玻璃砖右侧且垂直于MN.由A、B
• 两种单色光组成的一束光沿半径方图2 • 向射向O点，入射光线与OO′夹角θ较小
光路图如图所示，由几何关系可知光线在 AB 边和 BC 边的入
射角均为 60°，均发生全反射．设光线在 CD 边的入射角为 α，
折射角为 β，由几何关系得 α＝30°，小于临界角，光线第一次
射出棱镜是在 CD 边，由折射定律得
n＝ssiinn
β α
代入数据得 β＝45°
(2)设光线与 AB 边、BC 边和 CD 边的交点分别为 E、F、G，
由几何关系，得 CF＝AE＝cosOA60° CG＝CF·tan α
两式联立，解得 CG＝433 cm
即第一次的出射点距
C
43 3
cm.
答案 (1)出射光线与 DC 边的夹角为 45°
43 (2) 3
• 借题发挥 (1)解答几何光学问题应先准确 画出光路图．
• (2)应用发生全反射的条件来判断光是否能 发生全反射．
高中物理·选修3-4·鲁科版
章末整合
•
光

现象：光从一种介质进入另一种介质时， 生变化
的折光的折射折射定律折 入射 射定 角律 、n折＝射ssii角 nn 、 ri 折射率n＝vc
射 与
实验：测定玻璃的折射率
全
反
射
•光
的 光的全反射条②件入：射①角光大从于光等密于介临质界射角入光疏介质
二、测折射率的方法
测折射率常见的方法有成像法、插针法及全反射法，不管
哪种方法其实质相同，由折射定律
n＝ssiinn
θ1知，只要确定 θ2
出入射角 θ1 及折射角 θ2 即可测出介质的折射率．
• 【例3】 在“测定玻璃的折射率”实验 中，某同学经正确操作插好了4枚大头针， 如图3甲所示．
图3
• (1)在图4中画出完整的光路图；
时，光屏NQ区域出现两个光斑，逐渐增 大θ角，当θ＝α时，光屏NQ区域A光的光 斑消失，继续增大θ角，当θ＝β时，光屏 NQ区域B光的光斑消失，则
•( )
• A．玻璃砖对A光的折射率比对B光的大 • B．A光在玻璃砖中传播速度比B光的大 • C．α＜θ＜β时，光屏上只有1个光斑 • D．β＜θ＜时，光屏上只有1个光斑