《2020版高考物理人教版（山东专用）一轮复习课件：选修3-4 第3节 光的折射 全反射 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020版高考物理人教版（山东专用）一轮复习课件：选修3-4 第3节 光的折射 全反射 .pdf（45页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第第3 3节 光的折射 全反射节 光的折射 全反射 基础过关基础过关 考点研析考点研析 基础知识基础知识 一、光的反射与折射一、光的反射与折射 1.1.光的反射及反射定律光的反射及反射定律 (1)(1)光的反射光的反射: :光从第光从第1 1种介质射到它与第种介质射到它与第2 2种介质的分界面时种介质的分界面时, ,一部分光会一部分光会 到第到第1 1种介质的现象种介质的现象. . (2)(2)反射定律反射定律: :反射光线与入射光线、法线处在反射光线与入射光线、法线处在 内内, ,反射光线与反射光线与 入射光线分别位于法线的入射光线分别位于法线的 ; ;反射角反射角 入射角入射角. . 基础
2、过关基础过关 紧扣教材紧扣教材自主落实自主落实 返回返回 同一平面同一平面 两侧两侧等于等于 2.2.折射现象折射现象 光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向发生光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向发生 的现象的现象, ,如图所示如图所示. . 改变改变 3.3.折射定律折射定律 (1)(1)内容内容: :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、法线处在同一平面内, ,折射光线与入射光线分折射光线与入射光线分 别位于法线的别位于法线的 ; ;入射角的正弦与折射角的正弦成入射角的正弦与折射角的正弦成 . .两侧两侧正比正比 4.4.折射率折射率 (1)(1)定义定义: :
3、光从光从 射入某种介质发生折射时射入某种介质发生折射时, ,入射角的入射角的 与折射角与折射角 的的 之比之比. . (2)(2)物理意义物理意义: :折射率反映介质的光学特性折射率反映介质的光学特性, ,折射率大折射率大, ,说明光从真空射入到该说明光从真空射入到该 介质时介质时 , ,反之偏折小反之偏折小. . 真空真空正弦正弦 正弦正弦 偏折大偏折大 频率频率 二、全反射二、全反射 1.1.定义定义: :光从光密介质射入光疏介质光从光密介质射入光疏介质, ,当入射角增大到某一角度时当入射角增大到某一角度时, ,折射光线折射光线 将将 , ,只剩下反射光线的现象只剩下反射光线的现象. .
4、2.2.条件条件: :光从光密介质射向光疏介质光从光密介质射向光疏介质. .入射角入射角 临界角临界角. . 消失消失 4.4.应用应用: :全反射棱镜、全反射棱镜、 . . 大于等于大于等于 光导纤维光导纤维 三、光的色散三、光的色散 1.1.色散现象色散现象: :白光通过三棱镜会形成由白光通过三棱镜会形成由 七种色光组成的彩色光谱七种色光组成的彩色光谱. . 2.2.色散的成因色散的成因: :由于由于n n红 红n n紫 紫, ,所以以相同的入射角射到棱镜界面时 所以以相同的入射角射到棱镜界面时, ,红光和紫红光和紫 光的折射角光的折射角 , ,紫光折射得更明显些紫光折射得更明显些, ,当
5、它们射出另一个界面时当它们射出另一个界面时, ,紫光的紫光的 偏折角偏折角 , ,红光的偏折角红光的偏折角 . . 红到紫红到紫 不同不同 最大最大 最小最小 (1)(1)无论是折射光路无论是折射光路, ,还是全反射光路还是全反射光路, ,都是可逆的都是可逆的.(.( ) ) (2)(2)光发生反射现象时一定伴随着折射现象光发生反射现象时一定伴随着折射现象.(.( ) ) (3)(3)光从空气射入水中光从空气射入水中, ,光的传播速度一定增大光的传播速度一定增大.(.( ) ) (4)(4)折射率跟折射角的正弦成正比折射率跟折射角的正弦成正比.(.( ) ) (5)(5)只要入射角足够大只要入
6、射角足够大, ,就能发生全反射就能发生全反射.(.( ) ) (6)(6)若光从空气中射入水中若光从空气中射入水中, ,它的传播速度一定减小它的传播速度一定减小.(.( ) ) 过关巧练过关巧练 1.1.思考判断思考判断 (8)(8)密度大的介质一定是光密介质密度大的介质一定是光密介质.(.( ) ) 2.2.关于全反射关于全反射, ,下列叙述中正确的是下列叙述中正确的是( ( ) ) A.A.发生全反射时仍有折射光线发生全反射时仍有折射光线, ,只是折射光线非常弱只是折射光线非常弱 B.B.光从光密介质射向光疏介质时光从光密介质射向光疏介质时, ,一定会发生全反射现象一定会发生全反射现象 C
7、.C.光从光密介质射向光疏介质时光从光密介质射向光疏介质时, ,可能不发生全反射现象可能不发生全反射现象 D.D.光从光疏介质射向光密介质时光从光疏介质射向光密介质时, ,可能发生全反射现象可能发生全反射现象 C C 解析解析: :发生全反射时折射光线的能量为零发生全反射时折射光线的能量为零, ,折射光线消失折射光线消失, ,所以选项所以选项A A错误错误; ; 发生全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质发生全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质, ,且入射角大于或等于且入射角大于或等于 临界角临界角, ,二者缺一不可二者缺一不可, ,所以选项所以选项B,DB,D错误错误,C,C正确正确. .
8、 3.3.直线直线P P1 1P P2 2过均匀玻璃球球心过均匀玻璃球球心O,O,细光束细光束a,ba,b平行且关于平行且关于P P1 1P P2 2对称对称, ,由空气射入玻由空气射入玻 璃球的光路如图所示璃球的光路如图所示,a,b,a,b光相比光相比( ( ) ) A.A.玻璃对玻璃对a a光的折射率较大光的折射率较大 B.B.玻璃对玻璃对a a光的临界角较小光的临界角较小 C.bC.b光在玻璃中的传播速度较小光在玻璃中的传播速度较小 D.bD.b光在玻璃中的传播时间较短光在玻璃中的传播时间较短 C C 考点一 光的折射定律考点一 光的折射定律 考点研析考点研析 核心探究核心探究重难突破重
9、难突破 1.1.对折射定律的理解对折射定律的理解 (1)(1)在折射现象中在折射现象中, ,当入射角为当入射角为0 0时时, ,折射角也为折射角也为0 0, ,这是折射中的一种特这是折射中的一种特 殊情况殊情况. . (2)(2)光发生折射时光发生折射时, ,折射角不一定小于入射角折射角不一定小于入射角. . 2.2.对折射率的理解对折射率的理解 (1)(1)折射率由介质本身性质和光的频率决定折射率由介质本身性质和光的频率决定, ,与入射角的大小无关与入射角的大小无关. . (2)(2)折射率与介质的密度没有关系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光密介质不是指密度大的介
10、质. . (3)(3)同一种介质中同一种介质中, ,频率越大的色光折射率越大频率越大的色光折射率越大, ,传播速度越小传播速度越小. . 3.3.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体对光路的控制平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体对光路的控制 【典例典例1 1】 一束复色光由空气射向玻璃一束复色光由空气射向玻璃, ,发生折射而分成发生折射而分成a,ba,b两束单色光两束单色光, ,其其 传播方向如图所示传播方向如图所示. .设玻璃对设玻璃对a,ba,b的折射率分别为的折射率分别为n na a和和n nb b,a,b,a,b在玻璃中的传播在玻璃中的传播 速度分别为速度分别为v va a和和v vb b, ,则则(
11、( ) ) A.nA.na a=n=nb bB.nB.na annb b C.vC.va a=v=vb bD.vD.va avvb b D D 【针对训练针对训练】 如图所示如图所示, ,一束单色光从空气入射到棱镜的一束单色光从空气入射到棱镜的ABAB面上面上, ,经经ABAB和和ACAC两两 个面折射后从个面折射后从ACAC面进入空气面进入空气. .当出射角当出射角ii和入射角和入射角i i相等时相等时, ,出射光线相对于入出射光线相对于入 射光线偏转的角度为射光线偏转的角度为.已知棱镜顶角为已知棱镜顶角为,则计算棱镜对该色光的折射率的表则计算棱镜对该色光的折射率的表 达式为达式为( ( )
12、 )A A 考点二 光的全反射考点二 光的全反射 1.1.对全反射的理解对全反射的理解 (1)(1)光路可逆光路可逆: :光的反射和全反射现象均遵循光的反射定律光的反射和全反射现象均遵循光的反射定律, ,光路是可逆的光路是可逆的. . (2)(2)从传播角度理解从传播角度理解: :光线射向两种介质的界面时光线射向两种介质的界面时, ,往往同时发生反射和折射往往同时发生反射和折射 现象现象. .当入射角等于临界角时当入射角等于临界角时, ,折射角等于折射角等于9090, ,实际上折射光线已经消失了实际上折射光线已经消失了. . (3)(3)从能量角度理解从能量角度理解: :当光从光密介质射入光疏
13、介质时当光从光密介质射入光疏介质时, ,在入射角逐渐增大的在入射角逐渐增大的 过程中过程中, ,反射光线的能量逐渐增强反射光线的能量逐渐增强, ,折射光线的能量逐渐减弱折射光线的能量逐渐减弱, ,当入射角等于当入射角等于 临界角时临界角时, ,折射光线的能量减小到零折射光线的能量减小到零, ,恰好发生全反射恰好发生全反射. . 2.2.全反射的应用全反射的应用 (1)(1)解释生活中的现象解释生活中的现象: :炎热的夏天炎热的夏天, ,远处柏油马路上特别明亮远处柏油马路上特别明亮; ;海市蜃楼等海市蜃楼等. . (2)(2)全反射棱镜全反射棱镜: :截面是等腰直角三角形的棱镜截面是等腰直角三角
14、形的棱镜. . (3)(3)光导纤维光导纤维: :由内芯和外套两层组成由内芯和外套两层组成, ,内芯的折射率大于外套的折射率内芯的折射率大于外套的折射率. . (2)(2)若要使折射光线消失若要使折射光线消失, ,则入射点到则入射点到O O点的距离应满足什么条件点的距离应满足什么条件? ? 方法总结方法总结 解决全反射问题的一般方法解决全反射问题的一般方法 (1)(1)确定光是从光密介质进入光疏介质确定光是从光密介质进入光疏介质. . (3)(3)根据题设条件根据题设条件, ,判定光在传播时是否发生全反射判定光在传播时是否发生全反射. . (4)(4)如发生全反射如发生全反射, ,画出入射角等
15、于临界角时的临界光路图画出入射角等于临界角时的临界光路图. . (5)(5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算, , 解决问题解决问题. . 【针对训练针对训练】 如图如图, ,有一玻璃圆柱体有一玻璃圆柱体, ,横截面半径为横截面半径为R=10 cm,R=10 cm,长为长为L=100 cm.L=100 cm.一一 点光源在玻璃圆柱体中心轴线上的点光源在玻璃圆柱体中心轴线上的A A点点, ,与玻璃圆柱体左端面距离与玻璃圆柱体左端面距离d=4 cm,d=4 cm,点光源点光源 向各个方向发射单色光向各个方向发射
16、单色光, ,其中射向玻璃圆柱体从左端面中央半径为其中射向玻璃圆柱体从左端面中央半径为r=8 cmr=8 cm圆面内圆面内 射入的光线恰好不会从柱体侧面射出射入的光线恰好不会从柱体侧面射出, ,光速为光速为c=3c=310108 8 m/s. m/s.求求: : (1)(1)玻璃对该单色光的折射率玻璃对该单色光的折射率; ; 解析解析: :(1)(1)由题意可知由题意可知, ,光线光线ABAB从圆柱体左端面射入从圆柱体左端面射入, ,其折射光线其折射光线BDBD射到柱面射到柱面D D 点恰好发生全反射点恰好发生全反射. . (2)(2)该单色光通过玻璃圆柱体的最长时间该单色光通过玻璃圆柱体的最长
17、时间. . 答案答案: :(2)6(2)61010-9 -9 s s 考点三 光的色散现象考点三 光的色散现象 各种色光的比较各种色光的比较 【典例典例3 3】 ( (多选多选) )如图如图, ,一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖, ,在玻璃在玻璃 砖底面上的入射角为砖底面上的入射角为,经折射后射出经折射后射出a,ba,b两束光线两束光线. .则则( ( ) ) A.A.在玻璃中在玻璃中,a,a光的传播速度小于光的传播速度小于b b光的传播速度光的传播速度 B.B.在真空中在真空中,a,a光的波长小于光的波长小于b b光的波长光的波长 C.C.玻璃砖对
18、玻璃砖对a a光的折射率小于对光的折射率小于对b b光的折射率光的折射率 D.D.若改变光束的入射方向使若改变光束的入射方向使角逐渐变大角逐渐变大, ,则折射光线则折射光线a a首先消失首先消失 ABDABD 【针对训练针对训练】 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 成的成的, ,可用白光照射玻璃球来说明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两束平行白光照射到透明玻璃球后, ,在水在水 平的白色桌面上会形成平的白色桌面上会形成MNMN和和PQPQ两条彩色光带两条彩色光带, ,光路如图所示光路如图所示.M
19、,N,P,Q.M,N,P,Q点的颜点的颜 色分别为色分别为( ( ) ) A.A.紫、红、红、紫紫、红、红、紫 B.B.红、紫、红、紫红、紫、红、紫 C.C.红、紫、紫、红红、紫、紫、红 D.D.紫、红、紫、红紫、红、紫、红 A A 解析解析: :由题图可知由题图可知, ,射到射到M M点的光线进入玻璃球时的折射角小于射到点的光线进入玻璃球时的折射角小于射到N N点的光线点的光线 进入玻璃球时的折射角进入玻璃球时的折射角, ,所以玻璃对射到所以玻璃对射到M M点的光的折射率大于玻璃对射到点的光的折射率大于玻璃对射到N N 点的光的折射率点的光的折射率, ,故故M M点的颜色为紫色点的颜色为紫色
20、,N,N点的颜色为红色点的颜色为红色; ;同理可得同理可得P P点的颜色点的颜色 为红色为红色,Q,Q点的颜色为紫色点的颜色为紫色, ,所以所以A A项正确项正确. . 考点四 测定玻璃的折射率考点四 测定玻璃的折射率 1.1.原理与操作原理与操作 图像法图像法( (如图所示如图所示) ) 单位圆法单位圆法( (如图所示如图所示) ) (2)(2)误差分析误差分析 确定入射光线、出射光线时的误差确定入射光线、出射光线时的误差. .故入射侧、出射侧所插两枚大头针间故入射侧、出射侧所插两枚大头针间 距离宜大点距离宜大点; ; 测量入射角与折射角时的误差测量入射角与折射角时的误差. .故入射角不宜过
21、小故入射角不宜过小, ,但也不宜过大但也不宜过大, ,过大则过大则 反射光较强反射光较强, ,出射光较弱出射光较弱. . (3)(3)注意事项注意事项 玻璃砖要用厚度较大的玻璃砖要用厚度较大的; ; 入射角应在入射角应在3030到到6060之间之间; ; 大头针要竖直插在白纸上大头针要竖直插在白纸上, ,且距离应尽量大一些且距离应尽量大一些. . 【典例【典例4 4】 如图如图1 1所示所示, ,在测量玻璃折射率的实验中在测量玻璃折射率的实验中, ,两位同学先在白纸上放两位同学先在白纸上放 好截面是正三角形好截面是正三角形ABCABC的三棱镜的三棱镜, ,并确定并确定ABAB和和ACAC界面的
22、位置界面的位置. .然后在棱镜的左然后在棱镜的左 侧画出一条直线侧画出一条直线, ,并在线上竖直插上两枚大头针并在线上竖直插上两枚大头针P P1 1和和P P2 2, ,再从棱镜的右侧观察再从棱镜的右侧观察 P P1 1和和P P2 2的像的像. . (1)(1)此后正确的操作步骤是此后正确的操作步骤是 .(.(选填选项前的字母选填选项前的字母) ) A.A.插上大头针插上大头针P P3 3, ,使使P P3 3挡住挡住P P2 2的像的像 B.B.插上大头针插上大头针P P3 3, ,使使P P3 3挡住挡住P P1 1,P,P2 2的像的像 C.C.插上大头针插上大头针P P4 4, ,使
23、使P P4 4挡住挡住P P3 3的像的像 D.D.插上大头针插上大头针P P4 4, ,使使P P4 4挡住挡住P P3 3和和P P1 1,P,P2 2的像的像 解析解析: :(1)(1)在棱镜的左侧画出一条直线在棱镜的左侧画出一条直线, ,并在线上竖直插上两枚大头针并在线上竖直插上两枚大头针P P1 1和和P P2 2, , 确定入射光线确定入射光线, ,然后插上大头针然后插上大头针P P3 3, ,使使P P3 3挡住挡住P P1 1,P,P2 2的像的像, ,再插上大头针再插上大头针P P4 4, ,使使P P4 4 挡住挡住P P3 3和和P P1 1,P,P2 2的像的像, ,从
24、而确定出射光线从而确定出射光线. .因此选项因此选项B,DB,D正确正确. . 答案答案: :(1)BD(1)BD (2)(2)正确完成上述操作后正确完成上述操作后, ,在纸上标出大头针在纸上标出大头针P P3 3,P,P4 4的位置的位置( (图中已标出图中已标出).).为测量为测量 该种玻璃的折射率该种玻璃的折射率, ,两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路和若干辅助两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路和若干辅助 线线, ,如图如图2(2(甲甲) )、( (乙乙) )所示所示. .在图在图2 2中仅通过测量中仅通过测量ED,FGED,FG的长度便可正确计算出折的长度便可正确计算出折
25、射率的是图射率的是图 选填选填“( (甲甲) )”或或“( (乙乙) )”,所测玻璃折射率的所测玻璃折射率的 表达式表达式n=n= ( (用代表线段长度的字母用代表线段长度的字母ED,FGED,FG表示表示).). 【针对训练】【针对训练】 (2019 (2019福建师范大学附中测试福建师范大学附中测试) )如图所示如图所示, ,用用“插针法插针法”测定一测定一 块两面不平行的玻璃砖的折射率块两面不平行的玻璃砖的折射率, ,以下是几个主要操作步骤以下是几个主要操作步骤: : a.a.在平木板上固定白纸在平木板上固定白纸, ,将玻璃砖放在白纸上将玻璃砖放在白纸上; ; b.b.用笔沿玻璃砖的边缘
26、画界面用笔沿玻璃砖的边缘画界面AAAA和和BBBB如图如图( (甲甲) )所示所示; c.c.在在AAAA上方竖直插针上方竖直插针P P1 1,P,P2 2; ; d.d.在在BBBB下方竖直插针下方竖直插针P P3 3,P,P4 4, ,使使P P1 1,P,P2 2,P,P3 3,P,P4 4在一条直线上如图在一条直线上如图( (甲甲).). (1)(1)以上步骤有错误的是以上步骤有错误的是 ( (填步骤的字母代号填步骤的字母代号).). 解析解析: :( (1)1)由用由用“插针法插针法”测定玻璃砖的折射率实验中的注意事项可知测定玻璃砖的折射率实验中的注意事项可知, ,不能不能 用玻璃砖
27、的光学面边界代替直尺用玻璃砖的光学面边界代替直尺, ,可知可知b b步骤错误步骤错误; ;确定确定P P3 3,P,P4 4的位置时应透过的位置时应透过 玻璃砖观察玻璃砖观察, ,使使P P3 3挡住挡住P P1 1,P,P2 2的像的像,P,P4 4挡住挡住P P3 3及及P P1 1,P,P2 2的像的像, ,而不是直接连成一条而不是直接连成一条 直线直线, ,故故d d步骤错误步骤错误. . 答案答案: :(1)bd(1)bd (2)(2)改正了错误操作并进行正确的操作和作图后改正了错误操作并进行正确的操作和作图后, ,该同学作的该同学作的 光路图如图光路图如图( (乙乙) )所示所示, ,其中其中P P1 1P P2 2垂直于垂直于AA,AA,测量出了测量出了, 的角度的角度, ,则该玻璃砖的折射率则该玻璃砖的折射率n=n= . . 点击进入点击进入 课时训练课时训练