1、第32讲 光的折射 全反射,-2-,-3-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,光的折射 核心知识整合 一、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 的现象,如图所示。,改变,-4-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,二、折射定律 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 ;入射角的正弦与折射角的正弦成 。 2.表达式: ,式中n12是比例常数。 三、折射率 1.物理意义:折射率反映介质的光学特性,折射率大,说明光从真空射入到该介质时 ,反之偏折小。 2.定义式:n= ,不能说n与sin 1成正比,与sin 2成反比。折射率由介质本
2、身的光学性质和光的 决定。 3.计算公式:n= ,因vc,故任何介质的折射率总大于1。,两侧,正比,偏折大,频率,-5-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,关键能力提升 命题点一 折射率的理解,答案,解析,-6-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,命题点二 折射现象 【例2】 (多选)一玻璃球体如图所示,其半径为R,O为球心,AB为水平直径。M点是玻璃球的最高点,来自B点的光线BD从D点射出,出射光线平行于AB,已知ABD=30,光在真空中的传播速度为c,则( ),答案,解析,-7-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,易错提醒(1)折射率由介质本身性质决定,与入射角的大小无关。 (
3、2)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。 (3)同一种介质中,频率越大的色光折射率越大,传播速度越小。,-8-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,【例3】 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。已知棱镜顶角为,则计算棱镜对该色光的折射率表达式为 ( ),答案,解析,-9-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,方法技巧1.解决光的折射问题的一般方法 (1)根据题意画出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。 2.应用折
4、射定律的三点注意 (1)入射角、反射角和折射角是相对应的光线与法线的夹角。 (2)应用公式 时,一定要明确哪个角在分子上,哪个角在分母上。 (3)光发生折射时,折射角不一定小于入射角。,-10-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,全反射 核心知识整合 1.全反射现象 光从光密介质射入光疏介质,当入射角增大到某一角度时,折射光线将 ,只剩下反射光线的现象。 2.发生全反射现象的条件 (1)光从光密介质射向光疏介质。 (2)入射角 临界角。 3.临界角 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= 。介质的折射率越大,发生全反射
5、的临界角越小。,消失,大于等于,-11-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,4.解决全反射问题的一般方法 (1)确定光是从光密介质进入光疏介质。 (2)应用 确定临界角。 (3)根据题设条件,判定光在传播时是否发生全反射。 (4)若发生全反射,画出入射角等于临界角时的临界光路图。 (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、计算。,-12-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,关键能力提升 命题点一 发生全反射现象条件 【例4】 如图所示,一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖,O点为该玻璃砖截面的圆心,能正确描述其光路的是( ),答案,解析,-13-,考点一,考点二,考点三,
6、考点四,实验,【例5】 关于全反射,下列叙述中正确的是( ) A.发生全反射时仍有折射光线,只是折射光线非常弱 B.光从光密介质射向光疏介质时,一定会发生全反射现象 C.光从光密介质射向光疏介质时,可能不发生全反射现象 D.光从光疏介质射向光密介质时,可能发生全反射现象,答案,解析,-14-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,命题点二 全反射现象,A.NE1 B.NF1 C.NG1 D.NH1,答案,解析,-15-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,方法技巧全反射现象中的三点提醒 (1)当发生全反射时,仍遵循光的反射定律及光路的可逆性。 (2)介质的折射率越大,临界角越小,越容易发生全
7、反射。 (3)当入射角达到临界角时,折射光线的强度减弱到零,反射光的能量等于入射光的能量。,-16-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,光的颜色、色散 核心知识整合 一、光的色散 1.色散现象:白光通过三棱镜会形成由红到紫 种色光组成的彩色光谱,如图。 2.成因:由于n红n紫,所以当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 ,红光偏折角最 。,七,大,小,-17-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,二、色散现象规律,-18-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,关键能力提升 命题点 色散现象 【例7】 如图
8、所示,一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b,波长分别为a、b,该玻璃对单色光a、b的折射率分别为na、nb,则( )A.anb B.ab,nab,nanb,答案,解析,-19-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,【例8】 束复色光由空气斜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,下列光路图正确的是( ),答案,解析,-20-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,几何光学综合问题 核心知识整合 1.光的折射与全反射的综合问题求解的基本思路 (1)判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质。 (2)判断入射角是否大于临界角,明确
9、是否发生全反射现象。 (3)画出反射、折射或全反射的光路图,必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图,然后结合几何知识进行推断和求解相关问题。 (4)折射率n是讨论折射和全反射问题的重要物理量,是联系各物理量的桥梁,对跟折射率有关的所有关系式应熟练掌握。,-21-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,2.求解光的折射、全反射问题的四点提醒 (1)光密介质和光疏介质是相对而言的。 (2)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。 (3)在光的反射和全反射现象中,均遵循光的反射定律,光路均是可逆的。 (4)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
10、在全反射现象中,只发生反射,不发生折射。,-22-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,关键能力提升 命题点一 光的色散与折射 【例9】 (多选)(2018浙江杭州预测)如图所示,一光束包含两种不同频率的单色光,从空气射向两面平行玻璃砖的上表面,玻璃砖下表面有反射层,光束经两次折射和一次反射后,从玻璃砖上表面分为a、b两束单色光射出。下列说法正确的是( )A.a光的频率大于b光的频率 B.光束a在空气中的波长较大 C.出射光束a、b一定相互平行 D.a、b两色光从同种玻璃射向空气时,a光发生全反射的临界角大,答案,解析,-23-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,方法技巧1.不同颜色的光
11、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.几何光学问题,首先要画出光路图,找出各次折射过程中的入射角和折射角,根据折射定律,结合几何关系列式求解。,答案,解析,-24-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,命题点二 生活实例中的折射和反射 【例11】 (多选)(2018杭州高考命题预测)如图是在四川景区九寨沟拍摄的一张风景照片,湖水清澈见底,近处湖面水下的树枝和池底都看得很清楚,而远处则只看到对岸山峰和绿树的倒影,水面下的景物则根本看不到。下列说法中正确的是( )A.远处山峰的倒影非常清晰,是因为来自山峰的光线在水面上发生了全反射 B.光从空气射入水
12、中,光的波速变小,波长变小 C.远处水面下景物的光线到水面处,入射角较大,可能发生了全反射,所以看不见 D.来自近处水面下景物的光射到水面处,入射角较小,反射光强而折射光弱,因此有较多的能量射出水面而进入人的眼睛中,答案,解析,-25-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,【例12】 (多选)下列现象或工作原理是由全反射造成的有( ) A.自行车的尾灯 B.水中的气泡显得格外明亮 C.光纤通信 D.插入水中的筷子看起来向上折了 方法技巧掌握光的重要性质:光导纤维是利用光的全反射的原理传播光信号;水中的气泡显得格外明亮是由于发生了全反射;色散是同种玻璃对不同的单色光的折射率不同造成的;水面上的
13、油膜呈现彩色是薄膜干涉造成的。,答案,解析,-26-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,测定玻璃的折射率 核心知识整合 1.实验装置图2.实验目的 测定玻璃的折射率。,-27-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,3.实验原理 用插针法确定光路,找出跟入射光线相对应的折射光线;用量角器测出入射角1和折射角2;根据折射定律计算出玻璃的折射率,4.实验器材 白纸、图钉、大头针、刻度尺、铅笔、量角器、平木板、长方形玻璃砖。,-28-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,5.实验步骤 (1)把白纸用图钉钉在木板上。 (2)在白纸上画出一条直线aa作为界面,画一条线段AO作为光线,并过O点画出界
14、面aa的 NN,如装置图。 (3)把长方形的玻璃砖放在白纸上,使它的一个边跟aa对齐,并画出玻璃砖的另一个边bb。 (4)在AO线段上 插上两枚大头针P1和P2。 (5)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,要使P3能 。 (6)同样地在玻璃砖的bb一侧再竖直地插上大头针P4,使P4能 。,入射,法线,竖直地,同时挡住P1和P2的像,挡住P3本身和P1、P2的像,-29-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,(7)记下P3和P4的位置,移去玻璃砖和大头针,过P3和P4引直线OB与bb交于O点,连接O与O,OO就是玻璃砖内的折射光线的方向,入射角1=AON,折射角2=O
15、ON。 (8)分别求出入射角为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。 (9)算出不同入射角时的值,比较一下,看它们是否接近一个常数,求出几次实验中所测的平均值,这就是所测玻璃的折射率。,-30-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,-31-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,-32-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,7.注意事项 (1)玻璃砖要适当厚些。 (2)入射角最好在15到75之间。 (3)大头针的间距应适当大些。 (4)大头针要插得竖直。 (5)不能把玻璃砖当直尺使用。 (6)手只能触摸玻璃砖的毛玻璃面。,-33-,考点一,考点二,
16、考点三,考点四,实验,关键能力提升 命题点一 实验操作与测量 【例13】 (2018浙江温州模拟)在“测定玻璃的折射率”实验中(1)某同学在画玻璃砖边界时操作如图甲所示,请指出其不当之处: 。(写出一点即可) (2)实验中,已画好玻璃砖边界ab、cd后,不小心误将玻璃砖向上稍平移了一点,如图乙所示,其他操作正确,则测得玻璃的折射率将(选填“变大”“不变”或“变小”)。,答案:(1)用手触摸光学面,拿玻璃砖当尺子用 (2)不变,-34-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,解析:(1)不能用手触摸玻璃砖的表面,否则很容易使得表面变脏;玻璃砖太厚,当做尺子用时容易使得画出的线与实际有所偏移; (
17、2)如图所示,实线表示将玻璃砖向上平移后实际的光路图,而虚线是未将玻璃砖向上平移时作图时所采用的光路图,-35-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,命题点二 实验数据处理与误差分析 【例14】 用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时,先在白纸上放好圆弧状玻璃砖,在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2,然后在玻璃砖的另一侧观察,调整视线使P1的像被P2的像挡住,接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4,使P3挡住P1和P2的像,P4挡住P3以及P1和P2的像,在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓,如图甲所示,其中O为两圆弧圆心,图中已画出经P1、P2点的入射光线。,-36-,考点一,
18、考点二,考点三,考点四,实验,(1)在图上补画出所需的光路。 (2)为了测出玻璃的折射率,需要测量入射角和折射角,请在图中的AB分界面上画出这两个角。 (3)用所测物理量计算折射率的公式为n= 。 (4)为了保证在弧面CD得到出射光线,实验过程中,光线在弧面AB的入射角应适当 (选填“小一些”“无所谓”或“大一些”)。 (5)多次改变入射角,测得几组入射角和折射角,根据测得的入射角和折射角的正弦值,画出了如图乙所示的图象,由图象可知该玻璃的折射率n= 。,-37-,考点一,考点二,考点三,考点四,实验,解析:(1)连接P3、P4与CD交于一点,此交点即为光线从玻璃砖中射出的位置,由于P1、P2
19、的连线与AB的交点即为光线进入玻璃砖的位置,连接两交点即可作出玻璃砖中的光路,如图所示。,-38-,1,2,3,4,1.(2017浙江奉化联考)在没有月光的夜间,一个池面较大的水池底部中央有一盏灯S(可视为点光源),小鱼在水中游动,它向上方水面看去,看到了亮点S1;小鸟在水面上方飞翔,它向下方水面看去,看到了亮点S2。设水中无杂质,周围无光源,水面平静,下面的说法正确的是( ) A.小鱼看到S1,是属于光的反射现象,S1的位置与小鱼的位置无关 B.小鱼看到S1,是属于光的折射现象,S1的位置与小鱼的位置有关 C.小鸟看到S2,是属于光的反射现象,S2的位置与小鸟的位置有关 D.小鸟看到S2,是
20、属于光的折射现象,S2的位置与小鸟的位置无关,答案,解析,-39-,1,2,3,4,2.(多选)下列说法正确的是( ) A.在水中的鱼斜向上看岸边的物体时,看到的物体将比物体所处的实际位置高 B.水中的气泡,看起来特别明亮是因为光线从气泡中射向水中时,一部分光在界面上发生了全反射 C.全息照相主要是利用了光的衍射现象 D.沙漠蜃景和海市蜃楼都是光的全反射现象,答案,解析,-40-,1,2,3,4,3. (多选)(2017学年浙江宁波诺丁汉大学附属中学高二下)如图,一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖,在玻璃砖底面上的入射角为,经折射后射出a、b两束光线。则( )A.在玻璃中,a光的传播速度小于b光的传播速度 B.在真空中,a光的波长小于b光的波长 C.玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率 D.若改变光束的入射方向使角逐渐变大,则折射光线a首先消失,答案,解析,-41-,1,2,3,4,4. (多选)(2018浙江诸暨牌头中学期中)两束平行的光斜射到平行玻璃砖,经玻璃砖折射后如图所示,则关于这两束光的说法中正确的是( )A.A光的折射率比B光的折射率小 B.从玻璃砖下表面射出的两束光可能不平行 C.A光在水中的传播速度比B光在水中的传播速度小 D.增大A光在上界面的入射角,则进入玻璃砖的光线在下界面不可能发生全反射,答案,解析,
