高考物理一轮复习 13.6 光的折射 全反射现象同步课件.ppt

第第6 6讲 光的折射光的折射 全反射全反射现象象2021/8/11 星期三1一、光的直线传播一、光的直线传播1光源光源光源是能自行发光的物体，它的特点是能将其他形式的光源是能自行发光的物体，它的特点是能将其他形式的能转化为光能光在介质中的传播就是能量的传播能转化为光能光在介质中的传播就是能量的传播2光沿直线传播的条件及光速光沿直线传播的条件及光速(1)光在同种均匀介质中总是沿着直线传播，光在真空光在同种均匀介质中总是沿着直线传播，光在真空中的传播速度中的传播速度c3.0108m/s.光在任何介质中的传播光在任何介质中的传播速度都小于速度都小于c.(2)若若n为介质的折射率，则光在此介质中的传播速度为为介质的折射率，则光在此介质中的传播速度为 v2021/8/11 星期三2二、光的反射定律二、光的反射定律 光从一种介质射到两种介质的分界面时发生反射，反射光从一种介质射到两种介质的分界面时发生反射，反射 光线与入射光线、法线处在光线与入射光线、法线处在 ，反射光线与入，反射光线与入 射光线分别位于法线的射光线分别位于法线的 ；反射角；反射角 入射角入射角同一平面内同一平面内两侧两侧等于等于2021/8/11 星期三3三、光的折射定律和折射率三、光的折射定律和折射率1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改变的现象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2折射定律折射定律(图图1311)(1)内容：折射光线与入射内容：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位折射光线与入射光线分别位于法线的于法线的；入射角的正；入射角的正弦与折射角的正弦弦与折射角的正弦两侧两侧成正比成正比2021/8/11 星期三4(2)表达式：表达式：n12，式中，式中n12是比例常数是比例常数(3)光的折射现象中，光路是可逆的光的折射现象中，光路是可逆的2021/8/11 星期三53折射率折射率(1)物理意义：折射率仅反映介质的光学特性，折射率物理意义：折射率仅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偏折大，反之偏折小大，说明光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小(2)定义式：定义式：n不能说不能说n与与sin1成正比、与成正比、与sin2成成反比折射率由介质本身的光学性质和反比折射率由介质本身的光学性质和决定决定(3)计算公式：计算公式：n因因vc，任何介质的折射率总，任何介质的折射率总.光的频率光的频率大于大于12021/8/11 星期三64光密介质与光疏介质光密介质与光疏介质(1)光密介质：折射率较大的介质光密介质：折射率较大的介质(2)光疏介质：折射率较小的介质光疏介质：折射率较小的介质(3)光密介质和光疏介质是相对的同种介质相对不同光密介质和光疏介质是相对的同种介质相对不同介质可能是光密介质，也可能是光疏介质介质可能是光密介质，也可能是光疏介质2021/8/11 星期三7(1)公式公式n中，不论是光从真空射入中，不论是光从真空射入介质，还是由介质射入真空，介质，还是由介质射入真空，1总是真空中的光线与法总是真空中的光线与法线间的夹角，线间的夹角，2总是介质中的光线与法线间的夹角总是介质中的光线与法线间的夹角(2)折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关(3)折射率与介质的密度没关系，光密介质不是指密度大折射率与介质的密度没关系，光密介质不是指密度大的介质的介质(4)同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小度越小2021/8/11 星期三8四、全反射四、全反射1定义：定义：光从光从射向射向，同时发生折射和，同时发生折射和反射当入射角增大到某一角度，使折射角达到反射当入射角增大到某一角度，使折射角达到90时，时，完全消失，只剩下完全消失，只剩下的现象的现象光密介质光密介质光疏介质光疏介质折射光折射光反射光反射光2条件条件(1)光从光密介质射向光疏介质；光从光密介质射向光疏介质；(2)入射角大于或等于入射角大于或等于临界角临界角2021/8/11 星期三93临界角：临界角：指折射角等于指折射角等于90时的入射角若光从光密时的入射角若光从光密介质介质(折射率为折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的射向真空或空气时，发生全反射的临界角为临界角为C，则，则sinC介质的折射率越大，发生介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小全反射的临界角越小2021/8/11 星期三104全反射现象的理解和应用全反射现象的理解和应用(1)在光的反射和全反射现象中，均遵循光的在光的反射和全反射现象中，均遵循光的；光路均是可逆的光路均是可逆的(2)光线射向两种介质的界面上时，往往同时发生光的折光线射向两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生全反射，不射和反射现象，但在全反射现象中，只发生全反射，不发生折射折射角等于发生折射折射角等于90时，实际上就已经没有折射时，实际上就已经没有折射光线了光线了反射定律反射定律2021/8/11 星期三11(3)光导纤维：简称光导纤维：简称“光纤光纤”，它是非常细的特制玻璃丝，它是非常细的特制玻璃丝(直直径在几微米到一百微米之间径在几微米到一百微米之间)，由内芯和外套两层组成内，由内芯和外套两层组成内芯的折射率比外套的大，光在内芯中传播时，在内芯与外套芯的折射率比外套的大，光在内芯中传播时，在内芯与外套的界面上发生全反射，使反射光的能量最强，实现远距离传的界面上发生全反射，使反射光的能量最强，实现远距离传送，因此，光信号能携带着数码信息、电视图像、声音等沿送，因此，光信号能携带着数码信息、电视图像、声音等沿着光纤传输到很远的地方，实现光纤通信着光纤传输到很远的地方，实现光纤通信2021/8/11 星期三12五、玻璃砖和三棱镜对光路的控制作用五、玻璃砖和三棱镜对光路的控制作用1玻璃砖对光路的控制玻璃砖对光路的控制对于两面平行的玻璃砖，其出射光线和入射光线平行，对于两面平行的玻璃砖，其出射光线和入射光线平行，且光线发生了侧移如图且光线发生了侧移如图1312所示所示2021/8/11 星期三132三棱镜对光路的控制及成像三棱镜对光路的控制及成像(1)对光路的作用对光路的作用光密三棱镜：光线两次折射均向底面偏折光密三棱镜：光线两次折射均向底面偏折全反射棱镜全反射棱镜(等腰直角棱镜等腰直角棱镜)：a当光线从一直角边垂直射入时，在斜边发生全反射，当光线从一直角边垂直射入时，在斜边发生全反射，从另一直角边垂直射出从另一直角边垂直射出b当光线垂直于斜边射入时，在两直角边发生全反射后当光线垂直于斜边射入时，在两直角边发生全反射后又垂直于斜边射出又垂直于斜边射出(2)三棱镜成像：当物体发出的光线从三棱镜的一侧面射入，三棱镜成像：当物体发出的光线从三棱镜的一侧面射入，从另一侧面射出时，逆着出射光线可以看到物体的虚像从另一侧面射出时，逆着出射光线可以看到物体的虚像2021/8/11 星期三14(1)在解决光的折射问题时，应根据题意分析光在解决光的折射问题时，应根据题意分析光路，即作出光路图，找出入射角和折射角，然后应用公式来路，即作出光路图，找出入射角和折射角，然后应用公式来求解找出临界光线往往是解题的关键求解找出临界光线往往是解题的关键(2)分析全反射现象的问题时，先确定光是否由光密介质进入分析全反射现象的问题时，先确定光是否由光密介质进入光疏介质、入射角是否大于等于临界角，若满足全反射的条光疏介质、入射角是否大于等于临界角，若满足全反射的条件，则再由折射定律和反射定律来确定光的传播情况件，则再由折射定律和反射定律来确定光的传播情况2021/8/11 星期三15一半径一半径为为R的的1/4球体放置在水平面上，球体球体放置在水平面上，球体由折射率为由折射率为的透明材料制成现有一的透明材料制成现有一束位于过球心束位于过球心O的竖直平面内的光线，的竖直平面内的光线，平行于桌面射到球体表面上，折射入平行于桌面射到球体表面上，折射入球体后再从竖直表面射出，如图球体后再从竖直表面射出，如图1313所示已知入射光所示已知入射光线与桌面的距离为线与桌面的距离为R/2，求出射角，求出射角.2021/8/11 星期三16本题涉及两次折射现象，解答本题应先由几何知识本题涉及两次折射现象，解答本题应先由几何知识确定入射角大小，再由折射定律完成运算确定入射角大小，再由折射定律完成运算.2021/8/11 星期三17解题指导解题指导设入射光线与设入射光线与1/4球体的交点为球体的交点为C，连接，连接OC，OC即为入射点的法线因此，图即为入射点的法线因此，图1314中的角中的角为入射角过为入射角过C点点作球体水平表面的垂线，垂足为作球体水平表面的垂线，垂足为B，如图如图1314所示所示依题意，依题意，COB又由又由 OBC知：知：sin2021/8/11 星期三18设光线在设光线在C点的折射角为点的折射角为，由折射定律得，由折射定律得由由式得式得30由几何关系知，光线在球体的竖直表面上的入射角由几何关系知，光线在球体的竖直表面上的入射角(见图见图1134)为为30由折射定律得由折射定律得因此因此sin解得解得60.答案答案602021/8/11 星期三19图图1315所示是北京奥运会所示是北京奥运会期间安置在游泳池底部的照相期间安置在游泳池底部的照相机拍摄的一张照片，相机的镜机拍摄的一张照片，相机的镜头竖直向上照片中，水立方头竖直向上照片中，水立方运动馆的景象呈现在半径运动馆的景象呈现在半径r11cm的圆形范围内，水面上的的圆形范围内，水面上的运动员手到脚的长度运动员手到脚的长度l10cm.若已知水的折射率若已知水的折射率n请根据运动员的实际身高估算该游泳池的水深请根据运动员的实际身高估算该游泳池的水深h.(结果保留两结果保留两位有效数字位有效数字)2021/8/11 星期三20根据折射率求出临界角，根据光路图结合几何根据折射率求出临界角，根据光路图结合几何图形和折射定律列方程求解图形和折射定律列方程求解.2021/8/11 星期三21解题指导解题指导设照片圆形区域的实际半径为设照片圆形区域的实际半径为R，运动员的，运动员的实际身长为实际身长为L，如图，如图1316所示所示由折射定律由折射定律nsinsin90几何关系几何关系sin得得h取取L2.2m，解得，解得h2.1m(1.6m2.6m都算对都算对)答案答案1.6m2.6m2021/8/11 星期三22如图如图1317所示，一棱镜的截面为直所示，一棱镜的截面为直角三角形角三角形ABC，A30，斜边，斜边ABa，棱镜材料的折射率为，棱镜材料的折射率为n在此截面所在的平面内，一条光线在此截面所在的平面内，一条光线以以45的入射角从的入射角从AC边的中点边的中点M射入棱镜画出光路图，并射入棱镜画出光路图，并求光线从棱镜射出的点的位置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不考虑光线沿原路返回的情况况)2021/8/11 星期三23解答本题的关键有三个：解答本题的关键有三个：(1)正确求出临界角；正确求出临界角；(2)根据临界角正确地画出光路图；根据临界角正确地画出光路图；(3)根据折射定律和几何关系列方程求解根据折射定律和几何关系列方程求解.2021/8/11 星期三24解题指导解题指导设入射角为设入射角为i，折射角为，折射角为r，由折射定律，由折射定律得得n 由已知条件及由已知条件及式得式得 r30如果入射光线在法线的右侧，如果入射光线在法线的右侧，光路图如图光路图如图1318所示设出所示设出射点为射点为F，由几何关系可得，由几何关系可得 AFM90 AF 即出射点在即出射点在AB边上离边上离A点点 的位置的位置2021/8/11 星期三25如果入射光线在法线的左侧，光路图如图如果入射光线在法线的左侧，光路图如图1319所示设折射光线与所示设折射光线与AB的交点为的交点为D.由几何关系可知，在由几何关系可知，在D点的入射角点的入射角 60设全反射的临界角为设全反射的临界角为C，则，则sinC2021/8/11 星期三26由由和已知条件得和已知条件得C45因此，光在因此，光在D点发生全反射点发生全反射设此光线的出射点为设此光线的出射点为E，由几何关系得，由几何关系得 DEB90BDa2AF BEDBsin30联立联立式得式得BE即出射点在即出射点在BC边上离边上离B点点 的位置的位置答案答案见解题指导见解题指导2021/8/11 星期三272021/8/11 星期三28