2013高三物理第一轮总复习课件十：光

注意：一种光在真空中的波长是λ0，进入 折射率为n 的介质中的波长为λ。则：
1 0 n
5、几种光具有对光路改变的规律 ⑴平行玻璃砖：出射光总与入射光平 行，但有侧移，且入射角i、砖厚度d 和折射率n 越大，侧移h 就越大．
⑵三棱镜：光通过三棱镜时，出射 光向底边偏折．且紫光偏折比红光 偏折更明显．
【例与练】如图所示，一束光以45°的入射角从空气 投射到三棱镜的一个侧面上，在棱镜上发生折射，折 射光线与棱镜该侧面成60°角，并在棱镜另一侧面上 恰好发生全反射。由此可知，该棱镜材料的折射率为 750 ________，该棱镜的顶角θ的大小为____。 2
N 450
θ
600
【例与练】（ 2011年福建卷）如图，半圆形玻璃砖臵 于光屏PQ的左下方，一束白光沿半径方向从A点射入 玻璃砖，在O点发生反射和折射，折射光在光屏上呈 现七色光带。若入射点由A向B缓慢移动，并保持白光 沿半径方向入射到O点，观察到各色光在光屏上陆续 消失。在光带未完全消失之前，反射光的强度变化以 及光屏上最先消失的光分别是（ C ） P A、减弱，紫光 B、减弱，红光 Q O C、增强，紫光 B D、增强，红光
为
sin(介质角)
.(真空角为真空中光线与法线的夹角，
介质角为介质中的光线与法线夹角) ②折射率大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映
c 了光在介质中传播速度的大小 v n
.
③折射率的大小不仅与介质本身有关，还与折射光的频 率有关：同一种介质，对频率大的光折射率大，对频率 小的光折射率小．
【例与练】斜插入水中的筷子与竖直方向成45°角， 由空气中向下观察，看到筷子在水中的部分与竖直方 向成的角度为θ，则( B ) A.θ＜45° B.θ＞45° C.θ=45 D .条件不足，无法判断
⑺记下P3、P4的位臵，移去玻璃砖和大头针，过P3、P4 引直线O′B与bb′交于O′点，连接OO′，OO′就是玻璃砖 内的折射光线的方向，入射角i＝∠AON，折射角r＝ ∠O′ON′. ⑻用量角器量出入射角i 和折射角r 的度数．
⑼从三角函数表中查出入射角和折射角的正弦值，记入 自己设计的表格里． ⑽用上面的方法分别作出入射角是30°、45°、60° 时的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，把这些 数据也记在表格里．
【例与练】如图所示，一细束红光和一细束蓝光平行 射到同一个三棱镜上，经折射后交于光屏上的同一个 点M，若用n1和n2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折 射率，下列说法中正确的是 （ B ） A.n1<n2，a为红光，b为蓝光 B.n1<n2，a为蓝光，b为红光 a C.n1>n2，a为红光，b为蓝光 D.n1>n2，a为蓝光，b为红光 b M
【例与练】如图所示，一束红光和一束紫光以适当的 角度射向半圆形的玻璃砖圆心，其出射光线都是由圆 心O沿OP方向射出，由此可以判定（ AD ） A、AO是紫光，它穿过玻璃砖所用的时间长。 B、AO是红光，它穿过玻璃砖所用的时间长。 C、BO是紫光，它穿过玻璃砖所用的时间短。 D、BO是红光，它穿过玻璃砖所用的时间短。
4、光的色散
经两次折射
⑴光的色散说明白光是复色光，是由红、橙、黄、绿、 蓝、靛、紫七种单色光组成的．
⑵从光的色散可以看出：同一种介质对不同色光的折 射率不同，对红光的折射率最小，对紫光的折射率最 大．
从红到紫的方向有：
⑴同一介质对不同色光的折射率逐渐增大． ⑵在同一介质中不同色光的传播速度逐渐减小 ⑶光的频率逐渐增大． ⑷在真空中的波长逐渐减小．
光折射的应用： ⑴垂直于液面观察折射率为n的液 体中的物体，其视深h′与实际深 1 度h 的关系为：
空气
h
h′ 液体
h
s′ s s′ s
h′Fra Baidu bibliotekh 空气
n
h
⑵在折射率为n的液体中垂直液面 观察液面上的物体，其视高h′与实 际高度h 的关系为： h nh
液体
【例与练】空中有一只小鸟，距水面3m，其正下方距 离水面4m深处的水中有一条鱼，已知水的折射率为4/3， 则鸟看水中鱼离它的距离是 m；鱼看空中的鸟 6 8 离它的距离是 m。
A C
三．实验：测定玻璃的折射率 1.实验目的 ⑴测定玻璃的折射率． ⑵学会用插针法确定光路． 2.实验原理 如图所示，当光线AO以一定的入射角i穿过两面平行的 玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射 光线O′B，从而求出折射光线OO′和折射角r，再根 sin i PN n 据 或 n 算出玻璃 sin r QN 的折射率． 3.实验器材 玻璃砖、白纸、木板、大头针(四 枚)、图钉(四枚)、量角器、三角板 (或直尺)、铅笔．
C、OA为黄光，OB为复色光
D、OA为紫光，OB为复色光
【例与练】图示为一直角棱镜的横截面，∠bac＝900， ∠abc＝600。一平行细光束从O点沿垂直于bc面的方向 射入棱镜。已知棱镜材料的折射率 n 2 ，若不考 虑原入射光在bc面上的反射光，则有光线 ( BD ) A.从ab面射出 B.从ac面射出 C.从bc面射出，且与bc面斜交 D.从bc面射出，且与bc面垂直
⑶“单位圆法”确定sin i、sin r，计算折射率n 以入射点O为圆心，以适当长度R为半径画圆，交入射 光线OA于E点，交折射光线OO′于E′点，过E作NN′的 垂线EH，过E′作NN′的垂线E′H′.如图所 E H EH 示. sin i , sin r , OE OE R 。 OE OE
i d r
h
n
白光
红光
紫光
⑶圆(球)形玻璃：法线总过圆(球)心， 进入圆(球)内的光线一定能从圆(球) 内射出(如图)
【例与练】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( B )
【例与练】如图所示，两细束平行的单色光a、b射向 同一块玻璃砖的上表面，最终都从玻璃砖的下表面射 出。已知玻璃对单色光a的折射率较小，那么下列说法 中正确的有 （ D ） A.进入玻璃砖后两束光仍然是平行的 B.从玻璃砖下表面射出后，两束光不再平行 C.从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离一定减 小了 b a D.从玻璃砖下表面射出后，两束 光之间的距离可能和射入前相同
B A
O
P
【例与练】如图是一透明的圆柱体的横截面，其半径 R=20 cm，折射率为1.73，AB是一条直径，今有一束 平行光沿AB方向射向圆柱体。试求: (1)光在圆柱体中的传播速度. (2)距离直线AB多远的入射光线，折射后恰经过B点.
⑴1.73×108 m/s ⑵
l 10 3cm
二．全反射 1、定义：光从光密介质射向光疏介质，当入射角增大 到某一角度时，折射光线完全消失的现象． 2、条件： ⑴光从光密介质射向光疏介质， ⑵入射角大于或等于临界角．
sin i EH 则： n sin r E H
只要用刻度尺量出EH、E′H′的长 度就可以求出n.
6. 注意事项:
⑴轻拿轻放玻璃砖，手只能接触玻璃砖的毛面或棱,不 能触摸光洁的光学面。严禁把玻璃砖当直尺用。 ⑵实验过程中，玻璃砖在纸面上的位臵不可移动。 ⑶插针P1与P2、P3与P4的间距要适当地大些，以减 小确定光路方向时出现的误差。 ⑷实验时入射角不能太小(接近零度)，否则会使测量 误差加大；也不能太大(接近90°），否则会不易观 察到P1、P2的像。 ⑸本实验中如果采用的不是两面平行玻璃砖，如采用 三棱镜，半圆形玻璃砖等，只是出射光和入射光不平 行，但一样能测出折射率。
c n v
，
⑸光疏介质和光密介质：两种介质相比，折射率较大的 介质叫光密介质，折射率较小的介质叫光疏介质．
⑹折射率的理解： ①折射率是用光线从真空斜射入介质时，入射角正弦与 折射角正弦之比定义的，由于光路可逆，入射角、折射 角随光路可逆而“换位”．因此，在应用时折射率可记 sin(真空角) 忆
n
【例与练】假设地球表面不存在大气层，那么人们观 察到的日出时刻与存在大气层的情况相比（ B ） A.将提前 B.将延后 C.在某些地区将提前，在另一些地区将延后 D.不变
【例与练】光线以30°的入射角从玻璃射向空气，它的 反射光线与折射光线成90 °夹角，则玻璃的折射率 为 3 ？ 【例与练】如图所示，有一个长方形容器，高为30cm， 宽为40cm，在容器的底部平放着一把长40cm 的刻度 尺。眼睛在OA的延长线上的E点观察，视线沿着EA 斜向下看恰能看到尺的左端零刻度。现保持眼睛的位 E 臵不变，向容器内倒入某种液 A A 体且满至容器口，这时眼睛仍沿EA方 向观察，恰能看到尺上的20cm刻度。 则此种液体的折射率为 1.44 。
3、临界角：折射角等于90°时的入射角(刚好发生全反 射)．表达式：sin C＝1/n
当光由光密介质射向光疏介质时： ⑴若入射角i<C，则不发生全反射，既有反射又有折射 现象．随着入射角增大折射角越来越大，折射光线越 来越弱，而反射光线越来越强。 ⑵若入射角i≥C，则发生全反射现象，临界角的计算 sinC＝1/n.
⑴水面上有光射出的区域半径R多大？ ⑵若光源发出的是白光，那么区域最边缘射出的是哪 种光？
⑶人在水面上观察到是什么现象？
h s
空气
水
⑶人在水面上看到是光源s的像，而不是一个圆光斑。
【例与练】如图所示，只含黄光和紫光的复色光束PO，
沿半径方向射入空气中的玻璃半圆柱后，被分成两光 速OA和OB沿如图所示方向射出。则 （ A、OA为黄光，OB为紫光 B、OA为紫光，OB为黄光 ） C
【例与练】某同学由于没有量角器，他在完成了光路 图以后，以O点为圆心，10.00cm长为半径画圆，分别 交线段OA于A点，交O、O/连线延长线于C点。过A点 作法线NN/的垂线AB交NN/于B点，过C点作法线NN/ 的垂线CD交于NN/于D点，如图所示， N 用刻度尺量得OB=8.00cm， B A CD=4.00cm。由此可得出玻 8cm P 璃的折射率n=________。 1.5 a P O a/
⑶在光的折射现象中，光路是可逆的．
3、折射率 ⑴定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角i 的正弦与折射角r 的正弦的比值n，叫做这种介质的折 射率． sin i ⑵定义式：n
sin r
⑶物理意义：折射率反映了介质对光的偏折程度，折 射率越大，介质使光偏离原来方向的程度就越厉害． ⑷折射率与光速的关系：介质的折射率等于光在真空中 的传播速度与在介质中的传播速度之比，即 可见n≥1.
高三物理第一轮总复习
（2013届）
第一课时 光的折射 全反射 实验：测定玻璃的折射率 一．光的折射 1、光的折射现象：光从一种介质射入另一种介质时， 传播方向发生改变的现象． 2、折射定律 ⑴内容：折射光线、入射光线和法线在同一平面内，折 射光线和入射光线分别位于法线的两侧，入射角的正弦 与折射角的正弦之比是一个常数． sin i ⑵表达式： 常数 sin r
sin i ⑾算出不同入射角时 的值，比较一下，看它们是 sin r sin i 否接近一个常数，求出几次实验中所测得 的平均 sin r
值，得出玻璃的折射率．
5．数据处理方法 ⑴计算法：用量角器测量入射角i 和折射角r，算出不 同入射角时的，并取平均值． ⑵作sini—sinr图象：改变不同的入射角i，测出不同的 sin i 折射角r，作sini—sinr图象，由 n 可知图象应 sin r 为直线，如图所示，其斜率就是玻璃的折射率．
4.实验步骤 ⑴把白纸用图钉钉在木板上． ⑵在白纸上画出一条直线aa′作为界面， 画一条线段AO作为入射光线，并过O 点画出界面aa′的法线NN′(如图所 示)． ⑶把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一条边跟aa′ 对齐，并画出玻璃砖的另一界面bb′.
⑷在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2. ⑸在玻璃砖的bb′一侧竖直地插上大头针P3，用眼睛观 察调整视线，使P3能同时挡住P1和P2的像． ⑹同样地在玻璃砖的bb′一侧再竖直地插上大头针P4，使 P4能挡住P3本身和P1、P2的像．
4、光导纤维：利用了光的全反射原理，由内芯和外套 组成，内芯的折射率比外套的折射率大． 工作原理：当光线射到光导纤维的端面上时，光线就折 射进入光导纤维内，经内芯与外套的界面发生多次全反 射后，从光导纤维的另一端面射出，而不从外套散逸， 故光能损耗极小。
5、全反射棱镜
改变90°
改变180°
问题讨论：在离水面h 处的水中放一个点光源s ，设的 折射率为n，则：