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1、2020新亮剑高考总复习,第十四单元,选修3-4,课时3 光的折射 全反射,磨剑：课前自学,悟剑：课堂精讲,必备知识,1.光的折射定律 折射率 (1)光的折射定律: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)光的折射规律与光的反射规律的区别:光的传播规律中,入射光线和反射光线在界面的同侧,光的传播速度不变;光的折射规律中,入射光线和反射光线分别在介质分界面的两侧,光的传播速度发生改变。,(3)注意事项:实验时,应尽可能将大头针竖直插在纸上,且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O1、P3与O2之间的距离要稍大一些。入
2、射角1不宜太大(接近90),也不宜太小(接近0)。太大,反射光较强,出射光较弱;太小,入射角、折射角测量的相对误差较大。操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁光学面,更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。玻璃砖应选用宽度较大的,宜在5 cm以上,若宽度太小,则测量误差较大。 【温馨提示】 (1)入射光线、出射光线确定的准确性造成误差,故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些。(2)入射角和折射角的测量造成误差,故入射角应适当大些,以减小测量的相对误差。,A,基础过关,A.30 B.45 C.60 D.75,B,2.(2018福建南平阶段检测)如图所示为一横截面为
3、直角三角形的三棱镜,B=90,C=30。一束与AB边成=30角的光线射向AB面,在棱镜中经过BC边一次反射后从AC边射出,出射光线的折射角为60。则这种材料的折射率为( )。,A,3.(2018陕西榆林单元检测)光导纤维由“内芯”和“包层”两个同心圆柱体组成,其中心部分是内芯,内芯以外的部分为包层,光从一端进入,从另一端射出,下列说法正确的是( )。,A.内芯的折射率大于包层的折射率 B.内芯的折射率小于包层的折射率 C.不同频率的可见光从同一根光导纤维的一端传输到另一端所用的时间相同 D.若紫光以如图所示的角度入射时,恰能在内芯和包层分界面上发生全反射,则改用红光以同样角度入射时,也能在内芯
4、和包层分界面上发生全反,D,4.(2018宁夏银川阶段考试)公园里灯光喷泉的水池中有处于同一深度的若干彩灯,在晚上观察不同颜色彩灯的深度和水面上被照亮的面积,下列说法正确的是( )。 A.红灯看起来较浅,红灯照亮的水面面积较小 B.红灯看起来较深,红灯照亮的水面面积较小 C.红灯看起来较浅,红灯照亮的水面面积较大 D.红灯看起来较深,红灯照亮的水面面积较大,B 大,5.(2018山西临汾10月模拟)某实验小组做用插针法测定玻璃折射率的实验。 (1)在如图所示的实验中,以下各说法中正确的是( )。,A.P1、P2及P3、P4之间的距离取得小些,可以提高准确度 B.入射角1适当大些可以提高准确度
5、C.入射角太大,折射光线会在玻璃砖的内表面发生全反射,使实验无法进行 D.P1、P2的间距和入射角的大小均与实验的准确度无关 (2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择,为了减小误差,应选用宽度 (选填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。,1.(2018全国卷,34)如图,ABC为一玻璃三棱镜的横截面,A=30。一束红光垂直AB边射入,从AC边上的D点射出,其折射角为60,则玻璃对红光的折射率为 。若改用蓝光沿同一路径入射,则光线在D点射出时的折射角 (选填“小于”“等于”或“大于”)60。,大于,2.(2018全国卷,34)如图甲所示,ABC是一直角三棱镜的横截面,A=90,B=60,一细
6、光束从BC边的D点经折射后,射到AC边的E点,发生全反射后经AB边的F点射出。EG垂直于AC交BC于G,D恰好是CG的中点。不计多次反射。,(1)求出射光相对于D点的入射光的偏角。 (2)为实现上述光路,棱镜折射率的取值应在什么范围?,(1)如图乙所示,光线在BC面上折射,由折射定律有,一 折射定律和折射率的理解及应用,例1,A,如图甲所示,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。已知棱镜顶角为,则棱镜对该色光的折射率的表达式为( )。,甲,乙,解决光的折射问题的一般方法:(1)根据题意画出
7、光路或者根据已知光路确定入射角和折射角;(2)利用折射定律建立方程进行求解。,规律小结,变式 1,(多选)如图所示,O1O2是半圆柱形玻璃体的对称面和纸面的交线,A、B是关于O1O2轴等距且平行的两束不同单色细光束,从玻璃体右方射出后的光路图如图所示。MN是垂直于O1O2放置的光屏,沿O1O2方向不断左右移动光屏,可在光屏上得到一个光斑P,根据该光路图,下列说法正确的是( )。 A.该玻璃体对A光的折射率比对B光的折射率小 B.A光的频率比B光的频率高 C.在该玻璃体中,A光比B光的速度大 D.在真空中,A光的波长比B光的波长长 E.A光从空气进入该玻璃体后,其频率变高,ACD,二 全反射现象
8、的理解和综合分析,3.解答全反射类问题的技巧 (1)根据题意画出光的折射或恰好发生全反射的光路图。 (2)作图时找出具有代表性的光线,如符合边界条件的临界光线等。 (3)利用平面几何知识分析线、角关系,找出入射角、折射角或临界角。注意入射角、折射角均是光线与法线间的夹角。 (4)以刚好发生全反射的光线为比较对象,来判断光线是否发生全反射,从而画出其他光线的光路图。 【温馨提示】 识记全反射棱镜的三条特殊光路:截面为等腰直角三角形的棱镜,叫全反射棱镜。(1)垂直于腰的入射光线出射方向改变90;(2)垂直于底的入射光线出射方向改变180;(3)平行于底的入射光线在底边发生全反射,且从另一腰出射时的
9、方向与入射方向平行(也有可能与入射光线的传播方向重合)。,例2,半径为R、介质折射率为n的透明圆柱体,过其轴线OO的截面如图甲所示。位于截面所在平面内的一细束光线,以角i0由O点入射,折射光线由上边界的A点射出。当光线在O点的入射角减小至某一值时,折射光线在上边界的B点恰好发生全反射。求A、B两点间的距离。,甲,乙,规律小结,变式2,Morpho蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现闪亮耀眼的蓝色光芒,这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉,电子显微镜下鳞片结构的示意图如图所示,一束光以入射角i从a点入射,经过折射和反射后从b点出射,设鳞片的折射率为n,厚度为d,两片之间空气层厚度为h,取光在空气中的速
10、度为c,求光从a到b所需的时间t。,三 光的色散,1.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制,【特别提醒】 不同颜色的光的频率不同,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。 2.光的色散及成因 含有多种颜色的光被分解为单色光的现象称为光的色散。含有多种颜色的光从一种介质进入另一种介质,由于介质对不同色光的折射率不同,各种色光的偏折程度不同,所以产生光的色散。 3.光的色散问题的分析思路,4.白光通过三棱镜的色散 如图所示,白光入射到三棱镜的一个界面上,经棱镜两次折射后会在光屏上形成彩色光带,光带的最上侧为红色,最下侧为紫色,从上到下依次是红、橙、黄、绿、青、蓝、
11、紫。,白光的色散表明: (1)白光是复色光,是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种单色光组成的。 (2)同一介质对七种单色光的折射率不同,其中红光最小,紫光最大。,5.各种色光的比较,例3,一束由红、蓝两单色光组成的光以入射角由空气射到半圆形玻璃砖表面的A处,AB是半圆的直径。进入玻璃后分为两束,分别为AC、AD,它们从A到C和从A到D的时间分别为t1和t2,则( )。 A.AC是蓝光,t1小于t2 B.AC是红光,t1小于t2 C.AC是蓝光,t1等于t2 D.AC是红光,t1大于t2,C,变式3,四 准确理解加速度的矢量性,1.实验原理与操作,单位圆法(如图所示),例4,某同学为了测量截面为正
12、三角形的玻璃三棱镜的折射率,先在白纸上放好三棱镜,在棱镜的左侧插上两枚大头针P1和P2,然后在棱镜的右侧观察到P1和P2的像,当P1的像恰好被P2的像挡住时,插上大头针P3和P4,使P3挡住P1、P2的像,P4也挡住P1、P2的像,在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图甲所示。,甲,(1)在图上画出对应的光路。 (2)为了测出三棱镜玻璃材料的折射率,若以AB为分界面,需要测量的量是 ,在图上标出它们。 (3)三棱镜玻璃材料的折射率的计算公式是n= 。 (4)若在描绘三棱镜轮廓的过程中,放置三棱镜的位置发生了微小的平移(移至图中的虚线位置,底边仍重合),若仍以AB为分界面,则三棱镜玻璃材料折射率的测量值 真实值(选填“大于”“小于”或“等于”)。,入射角1、折射角2,大于,(1)光路图如图乙所示。,乙,变式4,(多选)图甲为某同学利用半圆形玻璃砖测定玻璃折射率n的装置示意图,AO、DO分别表示某次测量时,光线在空气和玻璃中的传播路径。在正确操作后,他利用测出的数据作出了图乙所示的折射角正弦值(sin r)与入射角正弦值(sin i)的关系图象。则下列说法正确的是( )。,BDE,