2021版新高考物理人教版一轮课件：14.1 光的折射 全反射
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
n
(4)如图所示的光导纤维传输过程，由此可知，光导纤维的传输原理： 利用光的_全__反__射__。
2.光的色散： (1)图示：
(2)色散现象：白光通过三棱镜会形成_由__红__到__紫__七种色光组成的彩色光谱。 (3)成因：由于n红<n紫，所以以相同的入射角射到棱镜界面时，红光和紫光的 折射角_不__同__，紫光折射得更明显些，当它们射出另一个界面时，紫光的偏折 角_最__大__，红光的偏折角_最__小__。
世纪金榜导学号
(1)求棱镜的折射率；
(2)保持AB边上的入射点不变，逐渐减小入射角，
直到BC边上恰好有光线射出。求此时AB边上入射角的正弦。
【解析】(1)光路图及相关量如图所示。光束在AB边上折射， 由折射定律得
sini =n ①
sin
式中n是棱镜的折射率。由几何关系可知 α+β=60° ② 由几何关系和反射定律得 β=β′=∠B ③ 联立①②③式，并代入i=60°得n= 3 ④
【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
x1 h1
=tan53°
①
x2 =tanθ
h2
②
由折射定律有sin53°=nsinθ
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
h2
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
题型2 玻璃介质类
【典例2】(2019·全国卷Ⅲ)如图，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，
∠A=90°，∠B=30°。一束光线平行于底边BC射到AB边上并进入棱镜，然后
垂直于AC边射出。
介质本身的光学性质和光的_频__率__决定。
(3)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。 (4)计算公式：n= c ，因v<c，故任何介质的折射率总_大__于__(选填“大于”或 “小于”)1。 v
二、全反射、光导纤维及光的色散 1.全反射： (1)全反射的条件： 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)全反射现象：折射光完全消失，只剩下_反__射__光__。 (3)临界角：_折__射__角__等于90°时的入射角，用C表示，且sinC= 1 。
【情境辨析】
如图所示，一束光线射入一直角三角形的玻璃砖，
光的传播方向发生改变的现象。
(1)光的传播方向发生改变的现象，叫光的折射。
(×)
(2)介质的折射率跟折射角的正弦成正比。
(×)
(3)只有光从光密介质射向光疏介质并且入射角大于临界角时才能发生全反
射。 ( √ )
(4)密度大的介质就是光密介质。
题型1 液体介质类
【典例1】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°(sin53°=0.8)。已知水的折射率 为 4 (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。
sin1
(2)表达式：n12=__s_i_n__2 _，式中n12是比例系数。
(3)在光的折射现象中，光路是_可__逆__的。
3.折射率：
(1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的_正__弦__与折射角的
_正__弦__的比值。
(2)定义式：n=
sin1 sin2
。不能说n与_s_i_n_θ__1 成正比，与sinθ2成反比。折射率由
( ×)
(5)光纤通信利用了光导纤维全反射的原理。 ( √ )
(6)光在任何介质中的速度都大于真空中的速度。
(×)
(7)入射角等于临界角时折射角等于90°。
(√)
(8)发生光的色散现象是因为不同颜色的光折射率不同。 ( √ )
(9)白光从水中射入空气中入射角逐渐增大时，红光先发生全反射。
( ×)
考点一 折射定律、折射率
(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
sini′=nsin45°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
x1=tani′
⑧
h1
x2=tan45° ⑨
【解析】(1)光路如图所示
i1=60°，设玻璃对空气的临界角为C′，则： sinC′= 1 ，1 C′=45°，
n2
i1>45°，发生全反射， i2=i1-30°=30°<C′ 由折射定律有 sinr ，2
sini2
所以r=45°
(2)棱镜中的光速v= c ，
n
第1讲 光的折射 全反射
内容索引
必备知识·自主学习 关键能力·题型突破 核心素养测评
【知识建构】 一、光的折射定律 折射率 1.折射现象：光从一种介质进入另一种介质时，在界面 上传播方向_发__生__改__变__的现象。 2.折射定律(光路图如图)： (1)折射定律内容：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__。
(2)设改变后的入射角为i′，折射角为α′，由折射定律得
sini =n ⑤
sin
依题意，光束在BC边上的入射角为全反射的临界角θc，且sinθc= 1 ⑥
n
由几何关系得θc=α′+30° ⑦
由④⑤⑥⑦式得入射角的正弦为sini′=
3 2 2
答案：(1) 3
2 3 2
2
【多维训练】 如图所示，直角玻璃三棱镜ABC置于空气中，棱镜的折射率为n= 2 ， ∠A=60°。一细光束从AC的中点D垂直AC面入射，AD=a，求： (1)画出光路图并计算出光从棱镜第一次射入空气 时的折射角； (2)光从进入棱镜到它第一次从棱镜中射出所经历 的时间(光在真空中的传播速度为c)。
(4)如图所示的光导纤维传输过程，由此可知，光导纤维的传输原理： 利用光的_全__反__射__。
2.光的色散： (1)图示：
(2)色散现象：白光通过三棱镜会形成_由__红__到__紫__七种色光组成的彩色光谱。 (3)成因：由于n红<n紫，所以以相同的入射角射到棱镜界面时，红光和紫光的 折射角_不__同__，紫光折射得更明显些，当它们射出另一个界面时，紫光的偏折 角_最__大__，红光的偏折角_最__小__。
世纪金榜导学号
(1)求棱镜的折射率；
(2)保持AB边上的入射点不变，逐渐减小入射角，
直到BC边上恰好有光线射出。求此时AB边上入射角的正弦。
【解析】(1)光路图及相关量如图所示。光束在AB边上折射， 由折射定律得
sini =n ①
sin
式中n是棱镜的折射率。由几何关系可知 α+β=60° ② 由几何关系和反射定律得 β=β′=∠B ③ 联立①②③式，并代入i=60°得n= 3 ④
【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
x1 h1
=tan53°
①
x2 =tanθ
h2
②
由折射定律有sin53°=nsinθ
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
h2
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
题型2 玻璃介质类
【典例2】(2019·全国卷Ⅲ)如图，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，
∠A=90°，∠B=30°。一束光线平行于底边BC射到AB边上并进入棱镜，然后
垂直于AC边射出。
介质本身的光学性质和光的_频__率__决定。
(3)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。 (4)计算公式：n= c ，因v<c，故任何介质的折射率总_大__于__(选填“大于”或 “小于”)1。 v
二、全反射、光导纤维及光的色散 1.全反射： (1)全反射的条件： 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)全反射现象：折射光完全消失，只剩下_反__射__光__。 (3)临界角：_折__射__角__等于90°时的入射角，用C表示，且sinC= 1 。
【情境辨析】
如图所示，一束光线射入一直角三角形的玻璃砖，
光的传播方向发生改变的现象。
(1)光的传播方向发生改变的现象，叫光的折射。
(×)
(2)介质的折射率跟折射角的正弦成正比。
(×)
(3)只有光从光密介质射向光疏介质并且入射角大于临界角时才能发生全反
射。 ( √ )
(4)密度大的介质就是光密介质。
题型1 液体介质类
【典例1】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°(sin53°=0.8)。已知水的折射率 为 4 (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。
sin1
(2)表达式：n12=__s_i_n__2 _，式中n12是比例系数。
(3)在光的折射现象中，光路是_可__逆__的。
3.折射率：
(1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的_正__弦__与折射角的
_正__弦__的比值。
(2)定义式：n=
sin1 sin2
。不能说n与_s_i_n_θ__1 成正比，与sinθ2成反比。折射率由
( ×)
(5)光纤通信利用了光导纤维全反射的原理。 ( √ )
(6)光在任何介质中的速度都大于真空中的速度。
(×)
(7)入射角等于临界角时折射角等于90°。
(√)
(8)发生光的色散现象是因为不同颜色的光折射率不同。 ( √ )
(9)白光从水中射入空气中入射角逐渐增大时，红光先发生全反射。
( ×)
考点一 折射定律、折射率
(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
sini′=nsin45°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
x1=tani′
⑧
h1
x2=tan45° ⑨
【解析】(1)光路如图所示
i1=60°，设玻璃对空气的临界角为C′，则： sinC′= 1 ，1 C′=45°，
n2
i1>45°，发生全反射， i2=i1-30°=30°<C′ 由折射定律有 sinr ，2
sini2
所以r=45°
(2)棱镜中的光速v= c ，
n
第1讲 光的折射 全反射
内容索引
必备知识·自主学习 关键能力·题型突破 核心素养测评
【知识建构】 一、光的折射定律 折射率 1.折射现象：光从一种介质进入另一种介质时，在界面 上传播方向_发__生__改__变__的现象。 2.折射定律(光路图如图)： (1)折射定律内容：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__。
(2)设改变后的入射角为i′，折射角为α′，由折射定律得
sini =n ⑤
sin
依题意，光束在BC边上的入射角为全反射的临界角θc，且sinθc= 1 ⑥
n
由几何关系得θc=α′+30° ⑦
由④⑤⑥⑦式得入射角的正弦为sini′=
3 2 2
答案：(1) 3
2 3 2
2
【多维训练】 如图所示，直角玻璃三棱镜ABC置于空气中，棱镜的折射率为n= 2 ， ∠A=60°。一细光束从AC的中点D垂直AC面入射，AD=a，求： (1)画出光路图并计算出光从棱镜第一次射入空气 时的折射角； (2)光从进入棱镜到它第一次从棱镜中射出所经历 的时间(光在真空中的传播速度为c)。