高中物理【光的折射 全反射】课件

第二章 光
二、全反射和光的色散现象 1．全反射 (1) 条 件 ： ① 光 从 __光__密___ 介 质 射 入 ___光__疏___介质． ②入射角___≥____临界角． (2)现象：折射光完全消失，只剩下反 射光．
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第二章 光
(3)临界角：折射角等于 90°时的入射角， 1
用 C 表示，sinC＝__n___. (4)应用：①全反射棱镜． ②光导纤维，如图 2－1－2.
v＝cssiinnθθ21 λ＝λ0vc
D．λ0＝nλ v＝cssiinnθθ12
第二章 光
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第二章 光
解析：选 B.光从真空进入另一种介质时， 频率和周期不变，速度将变为原来的n1， 所以波长也将变为原来的n1，即 λ＝λ0vc， λ0＝nλ，v＝nc＝cssiinnθθ21，选项 B 正确．
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第二章 光
即时应用 1．(2012·盐城模拟)单色光在真空中的 传播速度是c，波长为λ0，在水中的传 播速度是v，波长为λ，水对这种单色 光的折射率为n.当这束单色光从空气 斜射入水中时，入射角为θ1，折射角 为θ2，下列说法中正确的是( )
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A．v＝nc λ＝λ0vc
B．λ0＝nλ C．v＝cn
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第二章 光
在光带未完全消失之前，反射光的强度 变化及光屏上最先消失的光分别是( ) A．减弱，紫光 B．减弱，红光 C．增强，紫光 D．增强，红光
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第二章 光
解析：选C.本题考查光的全反射现象 和白光色散现象，意在考查考生应用 光的全反射和色散知识分析判断实际 现象的能力．入射点由A点向B点缓慢 移动的过程中，同一介质对各色光的 折射率不同，各色光对应的全反射的 临界角也不同．
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第二章 光
即时应用 2. (2011·高考福建卷)如图2－1－8，半 圆形玻璃砖置于光屏PQ的左下方．
图2－1－8
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第二章 光
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．
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第二章 光
BD＝a－2AF⑦ BE＝BDsin30°⑧ 联立③⑦⑧式得 BE＝18a 即出射点在 BC 边上离 B 点18a 的位置． 【答案】 见解析
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第二章 光
【规律总结】 分析全反射和临界角 问题时，一定认清全反射发生的条件 及有些问题的临界光线．
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第二章 光
光的色散
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第二章 光
七色光中紫光的折射率最大，由 sinC＝ n1可知，紫光的临界角最小，所以最先 发生全反射的是紫光，折射光减弱，则 反射光增强，故 C 正确．
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折射定律的应用
例1 (2011·高考山东卷)
第二章 光
图2－1－9
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第二章 光
如图2－1－9所示，扇形AOB为透明柱 状介质的横截面，圆心角∠AOB＝ 60°.一束平行于角平分线OM的单色 光由OA射入介质，经OA折射的光线 恰平行于OB.
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第二章 光
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，叫做这种介质的绝对折射率，简称 折射率．
sinθ1 (2)表达式：n＝____si_n_θ_2______.
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(3)物理意义 折射率是表示光线从一种介质进入另一 种介质时，发生_偏__折___程度的物理量， 与入射角θ1及折射角θ2大小__无__关．
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三、棱镜 1．作用： ①改变光的传播方向； ②分光．
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2．通过棱镜的光线 (1)棱镜对光线的偏折规律如图2－1－4 所示 ①通过棱镜的光线要向棱镜底面偏折； ②棱镜改变光的传播方向，但不改变光 束的性质．
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第二章 光
a．平行光束通过棱镜后仍为平行光束； b．发散光束通过棱镜后仍为发散光束； c．会聚光束通过棱镜后仍为会聚光束． ③出射光线和入射光线之间的夹角称为 偏向角(如图中θ)．
图2－1－2
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2．光的色散 (1)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，如图2－1－3.
图2－1－3
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第二章 光
(2)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，就是说紫光偏折得更明显些， 当它们射到另一个界面时，紫光的偏 折角最大，红光偏折角最小．
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(4)折射率和光速的关系 折射率和光在介质中传播的速度有关，当
c c 为真空中光速，v 为介质中光速时 n＝_v__. 式中 c＝_3_._0_×__1_0_8__m/s，n 为介质的折射 率，总大于 1，故光在介质中的传播速度 必___小__于____真空中的光速．
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第二章 光
(1)求介质的折射率． (2)折射光线中恰好射到M点的光线 ________(填“能” 或“不能”)发生 全反射．
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【解析】 依题意作出光路图
第二章 光
图2－1－10
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(1)由几何知识可知 入射角 i＝60°，折射角 r＝30° 根据折射定律得 n＝ssiinnri 代入数据解得 n＝ 3 (2)不能．
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第二章 光
图2－1－4
图2－1－5
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(2)棱镜成像(如图2－1－5) 隔着棱镜看物体的像是正立的虚像， 像的位置向棱镜顶角方向偏移．
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3．全反射棱镜 (1)全反射棱镜对光路的控制如图2－1 －6所示
图2－1－6
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(2)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．
第二章 光
第一节 光的折射 全反射
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第二章 光
基础梳理自学导引
一、光的折射与折射率 1．折射 光从一种介质斜射进入另一种介质时 传播方向改变的现象．
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2．折射定律(如图2－1－1)
第二章 光
Fra Baidu bibliotek
图2－1－1
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第二章 光
(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___． (2)表达式：ssiinnθθ12＝n12，式中 n12 是比例常数．
【答案】 见解析
第二章 光
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第二章 光
有关折射、全反射现象 的光路问题
例2 一棱镜的截面为直角三角形 ABC，∠A＝30°，斜边AB＝a.棱镜 材料的折射率为n＝，在此截面所在的 平面内，一条光线以45°的入射角从 AC边上的中点M射入棱镜．
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第二章 光
画出光路图，并求光线从棱镜射出的 点的位置(不考虑光线沿原路返回的情 况)．
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第二章 光
如果入射光线在法线的左侧，光路图如
图 2－1－13 所示．设折射光线与 AB 的
交点为 D.
由几何关系可知，在 D 点的入射角 θ＝
60°④
设全反射的临界角为 θC，
则 sinθC＝n1⑤
图2－1－13
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第二章 光
由⑤和已知条件得 θC＝45°⑥ 因此，光在D点发生全反射． 设此光线的出射点为E，由几何关系 得∠DEB＝90°
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知能演练强化闯关
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图2－1－11
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第二章 光
【解析】 设入射角为 i，折射角为 r， 由折射定律得 ssiinnri＝n① 由已知条件及①式得 r＝30°②
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第二章 光
如果入射光线在法线的右侧，光路图如
图 2－1－12 所示．设出射点为 F，由
几何关系可得
AF＝38a③
图2－1－12
即出射点在 AB 边上离 A 点38a 的位置．
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第二章 光
2．折射率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.
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第二章 光
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． 4．同一种色光，在不同介质中虽然波 速、波长不同，但频率不变．
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第二章 光
要点透析直击高考
一、对折射率的理解 1．折射率是用光线从真空斜射入介 质，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”．
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第二章 光
因此，在应用时折射率可记忆为 n＝ ssiinn真 介空 质角 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)
例3 (2011·高考大纲全国卷)雨后太 阳光入射到水滴中发生色散而形成彩 虹．设水滴是球形的，
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第二章 光
图2－1－14中的圆代表水滴过球心的截 面，入射光线在过此截面的平面内， a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光 线，则它们可能依次是( )
图2－1－14
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A．紫光、黄光、蓝光和红光 B．紫光、蓝光、黄光和红光 C．红光、蓝光、黄光和紫光 D．红光、黄光、蓝光和紫光
第二章 光
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第二章 光
【解析】 由光路图可看出a光的偏 折程度最大，故a光在水滴中的折射 率最大，选项中应该以“红橙黄绿 蓝靛紫”反过来的顺序进行排列，B 正确． 【答案】 B
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第二章 光
【名师点评】 同一介质对紫光的折 射率最大，故紫光偏折角最大，以此 画出光路即可判断色带的分布情况．
图2－1－7
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第二章 光
2．光的折射和全反射综合问题 (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．
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第二章 光
(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．
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第二章 光
二、光的折射、全反射的理解和应用 1．全反射现象的理解 (1)光线射向两种介质的界面上，会同 时发生光的反射和折射． (2)若光从光密介质射入光疏介质，折 射角就大于入射角．
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第二章 光
(3)当折射角等于90°时，实际上就已 经没有折射光线了，这时的入射角为 临界角C，当入射角θ1大于等于临界角 C时，折射光线消失，发生全反射现 象(如图2－1－7)．