版高中物理全程复习方略配套课件(鲁科版·福建)：12.1光的折射、全反射

•9、要学生做的事，教职员躬亲共做；要学生学的知识，教职员躬亲共学；要学生守的规则，教职员躬亲共守。2021/9/192021/9/19Sunday, September 19, 2021 •10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。2021/9/192021/9/192021/9/199/19/2021 2:23:29 AM •11、只有让学生不把全部时间都用在学习上，而留下许多自由支配的时间，他才能顺利地学习……（这）是教育过程的逻辑。2021/9/192021/9/192021/9/19Sep-2119-Sep-21 •12、要记住，你不仅是教课的教师，也是学生的教育者，生活的导师和道德的引路人。2021/9/192021/9/192021/9/19Sunday, September 19, 2021
②三棱镜 a.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. b.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. c.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.
d.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，在两直角边都发生全反射后又垂直于斜边射出，如 图所示.
【规范解答】选D.已知入射角为i，画出光路图如图所示，设折
d
射角为r，根据光路图有tanr= 2 ，据题意有 s in i ，v且1
h
sinr v 2
v2=0.9v1，解得h=d 100 81s,i故n2i选D.
18sini
【总结提升】利用折射定律求解几何光学的问题 (1)规范地作出光路图是解决几何光学问题的关键和前提，根据 光路图找出入射角和折射角，分析边界光线或临界光线. (2)利用题目所给信息确定入射角和折射角的正弦值，利用几何 关系、光的折射定律及折射率表达式求解. (3)反射、折射现象中，光路是可逆的.
2.对折射率的进一步理解
(1)对于折射率，可以从几何光学和物理光学两方面描绘，即n=
s i n i = c ,n是沟通几何光学和物理光学的桥梁，n= s i n i 只是定义
sin r v
sin r
式，或者说 s i n i 的比值能反映n的大小，但n的大小与i、r无
sin r
关，不能称n与sini成正比，与sinr成反比，不同介质n不同.
【总结提升】光的全反射及传输问题的处理方法 (1)首先要根据折射或全反射画出光路图． (2)对不同的介质界面要具体问题具体分析，如平行玻璃砖、圆 形玻璃砖、三棱镜等． (3)作图时要找出具有代表性的光线，如符合边界条件或全反射 临界条件的光线． (4)要注意利用光路的可逆性、对称性，寻找三角形全等、相似 等几何关系． (5)光传输路程可用等效思想转化为直线传播或用速度的分解方 法转化为沿轴线传播进行计算.
(4)应用近似法求解视深.
一般瞳孔的线度d=2～3毫米，因此i和r都非常小，如图所示，
(h为物体离液面高度，h0是像离液面高度)
则sini≈tani= a
h
sinr≈tanr= a
h0
由折射定律 s i n i =n
sin r
得视深公式h= h 0
n
若在液体中观察液面之上的物体时，同理可得视高公式h0=nh.
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•
e.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，常应用于潜望镜. ③圆(球)形玻璃：法线总过圆(球)心，几何关系要充分利用圆 的性质.
3.折射率：光从真空中斜射入介质中发生折射时，_入__射__角__的__
sin i
_正__弦__与_折__射__角__的__正__弦__的比值，即n=_s_i n_r__
c
4.折射率与光速的关系：n=_v _,由于v<c，所以任何介质的折射
率都大于1
1.折射定律的理解和应用 (1)折射定律描述折射现象中同一平面“三线与两角”的关系， 由n= s i n i 可知，入射角i越大，折射角r也越大，光线偏折程度
2 10081sin2i
C. d 81100sin2i
20sini
B. d 81100sin2i
10sini
D. d 100 81sin2i
18sini
【解题指南】解答该题应注意以下三个方面： (1)把超声波的传播等效为光的传播. (2)据题意作出光路图，确定入射角与折射角. (3)利用题中的规律将入射角、折射角与超声波在肝外和肝内的 传播速度建立联系.
第1讲 光的折射、全反射
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考点1 光的折射定律
1.折射现象：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向会 _发__生__改__变__的现象 2.折射定律 (1)折射光线与入射光线、法线处于_同__一__平__面__内__. (2)折射光线与入射光线分别位于_法__线__两__侧__. (3)入射角的正弦与折射角的正弦_比__值__是__定__值__.
sin r
也越大. (2)几何光学问题的解答思路. ①几何光路作图． a.定入射光线，入射点． b.找界面、作法线(若界面为曲面找其切面)． c.画入射角、反射角、折射角(光线)． ②据折射定律、几何关系列式运算.
(3)各种光具对光路改变规律. ①平行玻璃砖 a.不改变入射光的性质和方向，出射光与入射光总平行，但有 侧移，且入射角i、玻璃砖厚度h和折射率n越大，侧移d越大. b.平行光照射到平行玻璃砖上，入射光的宽度等于出射光的宽 度，而玻璃砖中折射光的宽度随入射角增加而增大.
(2)n的大小由介质和光的频率共同决定，光的色散说明不同频
率的色光在同一介质中传播时的速率不同，折射率不同，该介
质对频率较高的色光的折射率大，对频率较低的色光的折射率
小，它反映了介质对光线的偏折能力，n越大，偏折能力越大．
如图所示，把由同种玻璃制成的厚度 为d的立方体A和半径为d的半球体B分 别放在报纸上，且让半球的凸面向上， 从正上方(对B来说是最高点)竖直向下 分别观察A、B中心处报纸上的文字，下面的观察记录正确的是
长
短
2009年10月6日，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2009年 诺贝尔物理学奖授予英国华裔科学家高锟以及美国科学家威拉 德·博伊尔和乔治·史密斯．高锟在有关“光在纤维中的传输 以用于光学通信”方面取得了突破性的成就．若光导纤维是由 内芯和包层组成，下列说法正确的是( ) A.内芯和包层折射率相同，折射率都大 B.内芯和包层折射率相同，折射率都小 C.内芯和包层折射率不同，包层折射率较大 D.内芯和包层折射率不同，包层折射率较小
(2)解法一：利用对称性可将光在玻璃管中的传播等效为如图所
示，因此路程s= L ，传播时间
cos30
t s ns 2L vc c
解法二：光在玻璃管中的传播速度为v= c .3 c
n3
光沿轴线方向的分速度为vx=vcos30°，所以传播时间为t= vL x . 解得：t= 2 L
c
答案：见自主解答
全反射及其应用 【例证2】(2012·沈阳模拟)光纤通信 是一种现代化的通讯方式，为了研究 问题的方便，我们将光导纤维简化 为一根长直的玻璃管，如图所示为玻璃管沿轴线的横截面， 若光从左端以与端面成30°角入射，玻璃管长为L，折射率为 n= 3 ，已知光在真空中的传播速度为c．问： (1)通过计算分析光能否从玻璃管的侧面射出. (2)光通过玻璃管所需的时间．
(2)光强角度.
2.全反射的有关现象及应用 (1)现象：海水浪花呈白色、玻璃(水)中气泡看起来特别亮、沙 漠蜃景、夏天的柏油路面看起来“水淋淋”、海市蜃楼、钻石 的夺目光彩、水下灯照不到整个水面、全反射棱镜等.
(2)光导纤维. ①结构：简称光纤，是一种透明的 玻璃纤维丝，直径只有几微米到几 十微米之间，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：光导纤维是利用光的全反射原理对信号传输的. ③优点：光纤传输具有质地轻、传光效率高、抗机械振动、耐 腐蚀、能量损耗小、保密性强、通讯容量大等优点.
率依次增大的顺序，再由n= c ，sinC＝ 1 ， v＝λf等公式，就
v
n
可确定同种介质对不同颜色(频率)的光的折射关系，也就能确
定光速、波长、临界角间的关系.
(2)七种色光的比较.
颜色 频率ν 同一介质折射率n 偏折角 光在同一介质中的速率v 临界角C 波长λ
红橙黄绿蓝靛紫
低
高
小
大
小
大
大
小
大
小
3.光的色散的进一步认识
(1)不同频率(颜色)的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ在同一种介质中，折射率、传播速度、
波长、临界角间的关系一直是高考的热点问题.不同颜色的光频
率不同，在同一种介质中的折射率、光速也不同，发生全反射
现象的临界角也不同．要理解和确定这些关系可从三棱镜对光
的色散入手，熟记红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光的折射
sin2 v2
(式中θ1是入射角，θ2是折射角，v1、v2分别是超 声波在肝外和肝内的传播速度)，超声波在肿瘤表面发
生反射时遵循的规律与光的反射规律相同.已知v2=0.9v1,入射 点与出射点之间的距离是d，入射角为i，肿瘤的反射面恰好与 肝脏表面平行，则肿瘤离肝脏表面的深度h为( )
A. 9dsini
【解析】选D.光导纤维的作用是光在纤维中的传输过程中，为 使光线不射出来，光在内芯和包层的界面处要发生全反射，而 发生全反射的条件是光从折射率较大的光密介质进入折射率较 小的光疏介质，且入射角大于或等于临界角，因此内芯是光密 介质，包层是光疏介质，故选D.
折射定律的应用 【例证1】(2011·浙江高考)“B超” 可用于探测人体内脏的病变状况. 如图是超声波从肝脏表面入射， 经折射与反射，最后从肝脏表面 射出的示意图.超声波在进入肝 脏发生折射时遵循的规律与光的 折射规律类似.可表述为 sin1 v1
13、He who seize the right moment, is the right man.谁把握机遇，谁就心想事成。2021/9/192021/9/192021/9/192021/9/199/19/2021 •14、谁要是自己还没有发展培养和教育好，他就不能发展培养和教育别人。2021年9月19日星期日2021/9/192021/9/192021/9/19 •15、一年之计，莫如树谷；十年之计，莫如树木；终身之计，莫如树人。2021年9月2021/9/192021/9/192021/9/199/19/2021 •16、教学的目的是培养学生自己学习，自己研究，用自己的头脑来想，用自己的眼睛看，用自己的手来做这种精神。2021/9/192021/9/19September 19, 2021 •17、儿童是中心，教育的措施便围绕他们而组织起来。2021/9/192021/9/192021/9/192021/9/19
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(3)临界角：折射角等于90°时的入射角，sinC＝_n _． (4)应用：①全反射棱镜；②光导纤维. 2.光的色散：白光通过三棱镜后，变为_红__橙__黄__绿__蓝__靛__紫__七色光 的现象
1.全反射的成因分析 (1)几何光学角度. ①光从光疏介质射入光密介质时，入射角大于折射角，因此光 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. ②光从光密介质射入光疏介质时，入射角小于折射角，随入射 角变大，折射角也变大，当折射角达到90°时发生全反射.全反 射现象是光的折射现象的特例.
() ①看到A中的字比B中的字高 ②看到B中的字比A中的字高 ③看到A、B中的字一样高 ④看到B中的字和没有放玻璃半球时一样高
A.①④ B.只有① C.只有② D.③④ 【解析】选A.通过立方体观察像比物高，通过球体观察物像重 合,光路图如图所示.故A正确.
考点2 全反射与色散
1.光的全反射 (1)现象：折射光完全消失，只剩下反射光． (2)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．
【解题指南】解答该题应明确以下两个方面： (1)对光射在界面时的入射角与临界角的比较进行判断. (2)光在传输过程中要利用速度的分解或等效思想进行处理.
【自主解答】(1)作光路图如图所示，据折射定律有r=30°，则 光在侧面的入射角i=60°，由sinC= 1 可3 知i>C,因此光不
n3
能从玻璃管的侧面射出.