高考物理总复习15第1讲光的折射全反射教案新人教版

高考物理总复习15第1讲光的折射全反射教案新人教版一、光的直线传播 1．光源光源是能自行发光的物体，它的特点是能将其他形式的能转化为光能。

光在介质中的传播就是能量的传播。

2．光沿直线传播的条件及光速(1)光在同种均匀介质中，总是沿着直线传播，光在真空中的传播速度c ＝3.0×108m/s 。

光在任何介质中的传播速度都小于c 。

(2)若n 为介质的折射率，则光在此介质中的传播速度v ＝c n。

二、光的折射 1．折射现象光从一种介质进入另一种介质时，在界面上光路发生改变的现象。

2．折射定律折射光线与入射光线、法线在同一平面内；折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦和折射角的正弦成正比，即sin θ1sin θ2＝n 。

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之比，叫做这种介质的折射率。

(2)表达式：n ＝sin θ1sin θ2。

(3)决定因素：由介质本身及光的频率共同决定，与入射角、折射角的大小无关，与介质的密度有关。

(4)折射率与光速的关系。

介质的折射率等于光在真空中的速度与在该介质中的速度之比，即n ＝c v。

(5)光疏介质与光密介质。

任何介质的折射率都大于1，折射率越大，光在其中的传播速度就越小。

两种介质相比较，折射率大的介质叫光密介质，折射率小的介质叫光疏介质。

特别提醒(1)在光的折射现象中，光路是可逆的。

(2)公式n ＝sin θ1sin θ2中，θ1是真空(或空气)中的光线与法线间的夹角，θ2是介质中的光线与法线间的夹角，不一定称θ1为入射角，θ2为折射角。

三、全反射 1．定义光从光密介质射向光疏介质，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光的现象。

2．条件(1)光从光密介质射向光疏介质； (2)入射角大于或等于临界角。

3．临界角指折射角等于90°时的入射角。

若光从光密介质(折射率为n )射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C ，则sin C ＝1n。

4．应用光导纤维应用了光的全反射原理。

(判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

)1．折射率的大小由介质和光的频率共同决定，与入射角、折射角的大小无关。

(√) 2．密度大的物体为光密介质，密度小的物体为光疏介质。

(×) 3．光从一种介质进入另一种介质时，光的频率不变。

(√)4．不同颜色的光在真空中的传播速度都相同，均为3.0×108m/s 。

(√) 5．在同一种介质中，红光的折射率小于紫光的折射率。

(√)1．(光的反射和折射)一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光a 、b 。

已知a 光的频率小于b 光的频率。

下列哪个光路图可能是正确的( )A B C D解析 因a 光的频率小于b 光的频率，则a 光的折射率小于b 光的折射率，射入玻璃后a 光的折射角较大；两种光从玻璃中岀射时应该平行射出，B 项正确。

答案 B2. (折射率)如图，一个三棱镜的截面为等腰直角△ABC ，∠A 为直角。

此截面所在平面内的光线沿平行于BC 边的方向射到AB 边，进入棱镜后直接射到AC 边上，并刚好能发生全反射。

该棱镜材料的折射率为( )A.62 B. 2 C.32D. 3 解析如图所示，由θ2＋θ3＝π2，n ＝sin θ1sin θ2与n ＝1sin θ3，解得n ＝62，A 项正确。

答案 A3. (光的色散)虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球来说明。

两束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成MN 和PQ 两条彩色光带，光路如图所示。

M 、N 、P 、Q 点的颜色分别为( )A ．紫、红、红、紫B ．红、紫、红、紫C ．红、紫、紫、红D ．紫、红、紫、红解析 玻璃对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大，由折射定律和反射定律可知M 点为紫色、N 点为红色，P 点为红色，Q 点为紫色，故A 项正确。

答案 A4．(全反射)某种介质对空气的折射率是2，一束光从该介质射向空气，入射角是60°，则下列光路图中正确的是(图中Ⅰ为空气，Ⅱ为介质)( )A B C D解析由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由sin C＝1n＝12，得C＝45°＜θ1＝60°，故在两介质的界面上会发生全反射，只有反射光线，没有折射光线，故D项正确。

答案 D考点 1 折射定律的理解和应用考|点|速|通1．对折射率的理解(1)公式n＝sinθ1sinθ2中，不论是光从真空射入介质，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)折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关。

(3)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。

(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，但频率相同。

2．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制类别项目平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球) 结构玻璃砖上下表面是平行的横截面为三角形的三棱镜横截面是圆对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底边偏折圆界面的法线是过圆心的直线，光线经过两次折射后向圆心偏折应用测定玻璃的折射率全反射棱镜，改变光的传播方向改变光的传播方向典|例|微|探【例1】 某次探矿时发现一天然透明矿石，经测量其折射率n ＝2。

人工打磨成球形后置于空气中(如图所示)，已知球半径R ＝10 cm ，MN 是一条通过球心O 的直线，单色细光束AB 平行于MN 射向球体，B 为入射点，AB 与MN 间距为d ＝5 2 cm ，CD 为出射光线，光在真空中传播速度为c ＝3.0×108m/s 。

求：(1)光从B 点传到C 点的时间； (2)CD 与MN 所成的角α。

解析光路图如图。

(1)光线在B 点界面的入射角与折射角分别为θ1，θ2。

由数学知识得 sin θ1＝d R ＝5210＝22，θ1＝45°。

由折射率n ＝sin θ1sin θ2，得sin θ2＝sin θ1n ＝222＝12。

光在球体中传播的速度 v ＝cn，BC 间的距离s ＝2R cos θ2，则光线在球中传播的时间 t ＝s v ＝2nR cos θ2c ＝63×10－9 s 。

(2)在C 点折射角为β，根据光路可逆性得β＝θ1＝45°。

由几何知识得∠COP ＝π－θ1－∠BOC ＝180°－45°－120°＝15°， 因α＋∠COP ＝β，得 α＝β－∠COP ＝45°－15°＝30°。

答案 (1)63×10－9s (2)30°光的折射问题规范求解的步骤及注意问题1．一般解题步骤(1)依据题意准确作出光路图，注意作准法线。

(2)利用数学知识找到入射角和折射角。

(3)利用折射定律列方程。

2．“三点注意事项”(1)根据折射定律和入射光线画出折射光线，找到入射角和折射角，要注意入射角、折射角是入射光线、折射光线与法线的夹角。

(2)应用公式n ＝sin θ1sin θ2时，一定要确定准哪个角在分子上，哪个角在分母上。

(3)注意在折射现象中，光路是可逆的。

题|组|冲|关1．如图所示，一束单色光从空气入射到棱镜的AB 面上，经AB 和AC 两个面折射后从AC 面进入空气。

当出射角i ′和入射角i 相等时，出射光线相对于入射光线偏转的角度为θ。

已知棱镜顶角为α，则计算棱镜对该色光的折射率表达式为( )A.sin α＋θ2sin α2B.sinα＋θ2sinθ2C.sin θsin ⎝⎛⎭⎪⎫θ－α2D.sin αsin ⎝⎛⎭⎪⎫α－θ2解析如图所示，i 2＝α2，i 1＝θ＋α2。

由折射定律可知n ＝sin i 1sin i 2＝sinθ＋α2sinα2，A 项正确。

答案 A2.半径为R 的玻璃半圆柱体，横截面如图所示，圆心为O 。

两束细平行单色红光沿截面射向圆柱面，方向与底面垂直，光线1的入射点A 为圆柱面的顶点，光线2的入射点为B ，∠AOB ＝60°，已知该玻璃对红光的折射率n ＝3。

(1)求两条光线经圆柱面和底面折射后的交点与O 点的距离d 。

(2)若入射的是单色蓝光，则距离d 将比上面求得的结果大还是小？(3)若1、2分别为白色细光束，且沿AO 方向在O 的下方放一光屏。

则光屏上出现什么现象？解析(1)光路如图所示，可知θ1＝60°，由n ＝sin θ1sin θ2，得θ2＝30°，由几何关系及折射定律公式得θ′1＝30°，θ′2＝60°，OC ＝33R ，在△OCD 中可得OD ＝d ＝13R 。

(2)由于蓝光比红光波长小，折射率大，所以d 将减小。

(3)由于折射率越大d 越小，因此白光束经玻璃半圆柱体后，将在光屏上形成自下而上为红橙黄绿蓝靛紫的彩色光带。

答案 (1)R3(2)小 (3)自下而上红橙黄绿蓝靛紫的彩色光带考点 2 全反射现象考|点|速|通1．全反射的理解(1)如果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)光的全反射现象遵循光的反射定律，光路是可逆的。

(3)当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射。

当折射角等于90°时，实际上就已经没有折射光了。

(4)全反射现象可以从能量的角度去理解：当光由光密介质射向光疏介质时，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，这时就发生了全反射。

2．全反射的有关现象及应用(1)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”的、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，直径在几微米到一百微米之间，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：光在光纤的内芯中传播，每次射到内、外层的界面上时，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射。

典|例|微|探【例2】半径为R 、介质折射率为n 的透明圆柱体，过其轴线OO ′的截面如图所示。

位于截面所在平面内的一细束光线，以角i 0由O 点入射，折射光线由上边界的A 点射出。