2022届高考物理一轮复习第14章振动波动电磁波相对论第3节光的折射全反射光的色散课件新人教版

解决光的折射问题的思路 (1)根据题意正确画出光路图。 (2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折 射角均以法线为标准。 (3)利用折射定律、折射率公式求解。 (4)注意：在折射现象中光路是可逆的。
[跟进训练] 折射现象分析
1.(多选)如图所示，MN 是介质 1 和介质 2 的分界面，介质 1、2 的绝对折射率分别为 n1、n2，一束细光束从介质 1 射向介质 2 中， 测得 θ1＝60°，θ2＝30°，根据你所学的光学知识判断下列说法正确的 是( )
[跟进训练] 全反射现象的应用
1.(多选)光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构 如图所示，可看成一段直线，其内芯和外套的材料不同，光在内芯 中传播，下列关于光导纤维的说法正确的是( )
A．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上 发生全反射
B．内芯的折射率比外套的大，光传播时在外套与外界的界面上 发生全反射
①
根据题给数据得
sin θ＞sin 60°＞n1
②
即 θ 大于全反射临界角，因此光线在 E 点发生全反射。
(2)设光线在 AC 边上的 F 点射出棱镜，光线的入射角为 i′，折
射角为 r′，由几何关系、反射定律及折射定律，有
i＝30°
③
i′＝90°－θ
④
sin i＝nsin r
⑤
nsin i′＝sin r′
C．波长越长的光在光纤中传播的速度越大 D．频率越大的光在光纤中传播的速度越大 E．若紫光以如图所示角度入射时，恰能在光纤中发生全反射， 则改用红光以同样角度入射时，不能在光纤中发生全反射
ACE [当内芯的折射率比外套的大时，光传播时在内芯与外套 的界面上才能发生全反射，故选项 A 正确，B 错误；波长越长的光， 频率越小，介质对它的折射率 n 越小，根据公式 v＝nc，光在光纤中 传播的速度越大，故选项 C 正确，D 错误；根据 sin C＝n1知，折射 率越大，全反射临界角越小，红光的折射率小，则全反射临界角大， 若紫光恰能发生全反射，则红光不能发生全反射，故选项 E 正确。]
⑥
设船向左行驶的距离为 x′，此时光束从水面射出的点到桅杆的
水平距离为 x1′，到 P 点的水平距离为 x2′，则
x1′＋x2′＝x′＋x
⑦
xh11′＝tan i′
⑧
xh22′＝tan 45°
⑨
联立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入题给数据得
x′＝(6 2－3) m≈5.5 m
⑩
[答案] (1)7 m (2)5.5 m
⑥
联立①③④⑤⑥式并代入题给数据，得
sin r′＝2
2－ 4
3
⑦
由几何关系，r′即 AC 边射出的光线与最初的入射光线的夹角。
[答案]
(1)见解析Βιβλιοθήκη 2 2－ 3 (2) 4求解全反射现象中光的传播时间的技巧 (1)准确地判断出恰好发生全反射的临界光线是解题的关键。 (2)光的传播路径应结合光路图与几何关系进行确定，所以作光 路图时应尽量与实际相符。 (3)光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化，即 v＝nc。 (4)利用 t＝vl 求解光的传播时间。
同学们，下课休息十分钟。现在是休息时间，你们休息一 下眼睛，
看看远处，要保护好眼睛哦~站起来动一动，久坐对身体不 好哦~
2．光路的可逆性：在光的折射现象中，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。
[典例示法] 如图，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶 端高出水面 3 m。距水面 4 m 的湖底 P 点发出的激光束，从水面出 射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹角为 53°(sin 53°＝0.8)。已知水的折射率为43。
复习课件
2022届高考物理一轮复习第14章振动波动电磁波相对论第3节光的折射全反射光的色散课 件新人教版
第十四章 振动 波动 电磁波 相对论
第3节 光的折射 全反射 光的色散
01
必备知识·全通关
必备知识 ·填充 学情自测 ·验收
一、折射定律及折射率 1．折射定律(如图所示) (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；入射角的 正弦与折射角的正弦成正比。
[解析] (1)由题给条件画出光路图，如图所示，
因在 B 点刚好发生全反射，则
(1)光线在 BC 边上是否会发生全反射？说明理由； (2)不考虑多次反射，求从 AC 边射出的光线与最初 的入射光线夹角的正弦值。
[解析] (1)如图，设光线在 D 点的入射
角为 i，折射角为 r。折射光线射到 BC 边上
的 E 点。设光线在 E 点的入射角为 θ，由几何关系，有
θ＝90°－(30°－r)＞60°
02
关键能力·全突破
考点1 考点2 考点3 考点4
折射定律和折射率的理解及应用 [讲典例示法]
1．对折射率的理解 (1)公式 n＝ssiinn θθ12中，不论光是从真空射入介质，还是从介质射 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)折射率的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＝nc。
二、光的全反射和光的色散 1．全反射 (1)条件： ①光从 光密介质射入 光疏介质。 ②入射角大于或等于临界角。
(2)临界角：折射角等于 90°时的入射角，用 C 表示，sin C＝n1。 (3)应用： ①全反射棱镜。 ②光导纤维，如图所示。
2．光的色散 (1)光的色散现象：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，各种色光按其波长有序排 列。 (3)光的色散现象说明： 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； ③不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速越小。
A．介质 2 相对介质 1 的相对折射率为 3 B．光在介质 2 中的传播速度小于光在介质 1 中的传播速度 C．介质 1 相对介质 2 来说是光密介质 D．光从介质 1 进入介质 2 可能发生全反射现象 E．光从介质 1 进入介质 2，光的波长变短
ABE [光从介质 1 射入介质 2 时，入射角与折射角的正弦之比叫作介质 2 相对介质 1 的相对折射率，所以有 n21＝ssiinn 6300°°＝ 3，选项 A 正确；因介 质 2 相对介质 1 的相对折射率为 3，可以得出介质 2 的绝对折射率大，因 n ＝vc，所以光在介质 2 中的传播速度小于光在介质 1 中的传播速度，选项 B 正确；介质 2 相对介质 1 来说是光密介质，选项 C 错误；光从光密介质射入 光疏介质时，有可能发生全反射现象，选项 D 错误；光从介质 1 进入介质 2， 光的频率不变，速度变小，由 v＝λf 可知，光的波长变短，选项 E 正确。]
2．全反射现象中求光的传播时间的一般思路 (1)全反射现象中，光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化， 即 v＝nc。 (2)全反射现象中，光的传播路径应结合光路图与几何关系进行 确定。 (3)利用 t＝vl 求解光的传播时间。
[典例示法] (2020·全国卷Ⅱ)直角棱镜的折射率 n＝1.5，其横截 面如图所示，图中∠C＝90°，∠A＝30°。截面内一细束与 BC 边平行 的光线，从棱镜 AB 边上的 D 点射入，经折射后射到 BC 边上。
(1)求桅杆到 P 点的水平距离； (2)船向左行驶一段距离后停止，调整由 P 点发出的激光束方向， 当其与竖直方向夹角为 45°时，从水面射出后仍照射在桅杆顶端，求 船行驶的距离。
[解析] (1)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为 x1，到 P 点的水平距离为 x2；桅杆高度为 h1，P 点处水深为 h2；激光束在水 中与竖直方向的夹角为 θ。由几何关系有
光的折射和全反射的综合计算 2.(2019·唐山一模)如图所示，内径为 R、外 径为 R′＝ 2R 的环状玻璃砖的圆心为 O，折射 率为 n＝ 2。一束平行于对称轴 O′O 的光线由 A 点进入玻璃砖，到达 B 点(未标出)刚好发生全反 射。求： (1)玻璃砖的临界角； (2)A 点处光线的入射角和折射角。
一、思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)
1．某种玻璃对蓝光的折射率比红光大，蓝光和红光以相同的入
射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光的折射角较大。
(×)
2．在水中，蓝光的传播速度大于红光的传播速度。
(×)
3．在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里。
(√ )
4．光从空气射入玻璃时，只要入射角足够大就可能发生全反射。
折射率的计算 2.如图所示，直角边 AC 长度为 d 的直角棱镜 ABC 置于桌面上， D 为斜边 BC 的中点，桌面上的 S 点发射一条光线经 D 点折射后， 垂直于 AB 边射出。已知 SC＝CD，光线通过棱镜的时间 t＝ 23cd，c 为真空中光速，不考虑反射光线。求：
(1)棱镜的折射率 n。 (2)入射光线与界面 BC 间的夹角。
[答案] (1) 3 (2)30°
全反射现象的理解和综合分析 [讲典例示法]
1．分析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等于临界角，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，应熟练掌握跟折射率有关的所有关系式。
2.(教科版选修 3－4P65T1 改编)如图所示，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，一部分光被反射，一部分光进 入液体中。当入射角是 45°时，折射角为 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界面时，折射角也是 30° [答案] C
(×)
5．光纤通信利用了全反射的原理。
(√ )
6．晚上，在池水中同一深度的两点光源分别发出红光和蓝光，
蓝光光源看起来浅一些。
(√ )
二、走进教材 1．(人教版选修 3－4 P53T1)(多选)光从介质 a 射向介质 b，如果 要在 a、b 介质的分界面上发生全反射，那么必须满足的条件是( ) A．a 是光密介质，b 是光疏介质 B．光在介质 a 中的速度必须大于在介质 b 中的速度 C．光的入射角必须大于或等于临界角 D．必须是单色光 [答案] AC
(3)折射率与入射角的大小无关，与介质的密度无关，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，但频率不变。
2022届高考物理一轮复习第14章振动波 动电磁波相对论第3节光的折射全反射光 的色散课件新人教版
hx11＝tan 53°
①
hx22＝tan θ
②
由折射定律有
sin 53°＝nsin θ
③
设桅杆到 P 点的水平距离为 x，则
x＝x1＋x2
④
联立①②③④式并代入题给数据得
x＝7 m
⑤
(2)设激光束在水中与竖直方向的夹角为 45°时，从水面出射的方
向与竖直方向夹角为 i′，由折射定律有
sin i′＝nsin 45°
(2)表达式：ssiinn θθ12＝n，式中 n 是比例常数。 (3)在光的折射现象中，光路是可逆的。
2．折射率 (1)物理意义：折射率仅反映介质的 光学特性，折射率大，说明 光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小。
(2)定义式：n＝ssiinn θθc12。 (3)计算公式：n＝ v ，因为 v＜c，所以任何介质的折射率都 大于 1 。
[解析] (1)光路如图所示，E 是光线在 AB 边的射出点，设光线 通过棱镜的速度为 v，则
DE＝12d， 即 vt＝12d 结合 n＝vc
解得：n＝ 3。
(2)光线射到界面 BC，设入射角为 i，折射角为 r，则有：
i＝π2－θ
r＝π2－2θ
根据折射定律有：n＝ssiinn
i r
解得：θ＝30°。