高考领航第3讲光的折射全反射公开课.docx

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1、第3讲光的折射全反射重温教.材扫清盲点一、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.2 .折射定律(如图)(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：罂= 式中 12是比例常数.(3)在光的折射现象中，光路是可逆的.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的比值.物理意义：折射率仅反映介质的先生特性，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.(3)定义式：=野9.不能说与sin仇成正比、与sin仇成反比.折

2、射率由介质本身的 sin(72光学性质和光的频率决定.(4)计算公式：=会因。Vc,故任何介质的折射率总珏(填“大于”或“小于”)1.4 .光密介质与光疏介质(1)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.二、全反射和光的色散现象1.全反射(1)条件：光从光密介质射入光疏介质.入射角会临界角.(2)现象：折射光完全消失，只剩下反射光.(3)临界角：折射角等于90。时的入射角，用C表示，sinC=：. W(4)应用：全反射棱镜.（1）需要测量的物理量有哪些？写出物理符号和相应的物理意义.（2）根据中所测量的物理量写出水的折射率表达式.解析：由题意知，大头针的下端的光线在木板的

3、边缘处由水进入空气时，恰好发生全 反射，此时入射角等于临界角G 如下图.根据n= 知， sin C假设要求折射率，需测量薄木片的半径R,大头针在水面下的长度儿足入产 .+ 九2代人付：n r .答案：薄木片的半径R,大头针在水面下的长度入q泗产2. （2018全国卷U）（折射定律和全反射规律的综合应用）如图，是一直角三棱镜 的横截面，ZA = 90, NB=60。.一细光束从5c边的。点折射后，射到AC边的E点，发 生全反射后经A3边的厂点射出.EG垂直于AC交8C于G,。恰好是CG的中点.不计 屡次反射.求出射光相对于D点的入射光的偏角；为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？解析：（

4、1）光线在BC面上折射，由折射定律有sin ii = sin门式中，为棱镜的折射率，ii和力分别是该光线在4c面上的入射角和折射角.光线在 AC面上发生全反射，由反射定律有打=及式中法和及分别是该光线在AC面上的入射角和反射角.光线在AB面上发生折射，由折射定律有nsin，3=sin力式中心和”分别是该光线在AB面上的入射角和折射角.由几何关系得，2 =72 = 60。，” =，3 = 30。尸点的出射光相对于O点的入射光的偏角为3=（”一，1）+（180。一，2九）+（一由式得（5=60。.光线在AC面上发生全反射，光线在面上不发生全反射，有 nsm iinsin Cnsin 办式中。是全反

5、射临界角，满足sinC=l由式知，棱镜的折射率的取值范围应为 ）二、教材习题及改编1 .（人教版选修3-4-P53Ti）（多项选择）光从介质a射向介质b,如果要在a、b介质的分界 面上发生全反射，那么必须满足的条件是（）A. 是光密介质，力是光疏介质B.光在介质中的速度必须大于在介质力中的速度C.光的入射角必须大于或等于临界角D.必须是单色光解析：选AC.发生全反射必须同时满足两个条件：光从光密介质射向光疏介质， 入射角大于或等于临界角.而光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的小，且对光的 颜色，以及单色光、复合光没有要求，故A、C正确，B、D错误.2.光导纤维是利用光的全反射来传输光信号的

6、，光导纤维由内、外两种材料制成，内芯材料的折射率为小，外层材料的折射率为如下图的一束光信号与界面间的夹角为由内芯射向外层，要想在此界面发生全反射，必须满足的条件是（）A.G大于某一值B. 。大于某一值C.a小于某一值D. n,改变光的传播方改变光的传播方向在光的折射现象中，光路是可逆的.如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射.(2019全国卷I)如图，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面3 m.距水面4 m的湖底尸点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹角为53。(取sin 53=0.8).水的折射率为白左左P求桅

7、杆到尸点的水平距离;(2)船向左行驶一段距离后停止，调整由尸点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角 为45。时，从水面射出后仍照射在桅杆顶端，求船行驶的距离.解析：(1)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为X1,到尸点的水平距离为也；桅 杆高度为加，尸点处水深为心；激光束在水中与竖直方向的夹角为以由几何关系有*=tan 53。T=tan夕hi J由折射定律有sin 53=wsin 0设桅杆到尸点的水平距离为x,那么x=xi+x2联立式并代入题给数据得x=7m.(2)设激光束在水中与竖直方向的夹角为45。时，从水面出射的方向与竖直方向夹角为落由折射定律有sin f=nsin 45。设船向左行驶

8、的距离为V,此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为工八 到尸点 的水平距离为工2，那么v-=tan ?hi7f=tan 45hi联立式并代入题给数据得7=(6m一3) m5.5 m.答案：(1)7 m (2)5.5 m【题后反思解决光的折射问题的思路(1)根据题意画出正确的光路图.(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角均以法线为标准.(3)利用折射定律、折射率公式求解.(4)注意折射现象中光路的可逆性.个多维冲关L (对折射率的理解)(多项选择)关于折射率，以下说法正确的选项是()A.根据=瞿可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比B.根据=黯可知，介质的折射率与折射角

9、的正弦成反比C.根据=可知，介质的折射率与光在该介质中的光速成反比D.同一频率的光由真空进入某种介质时，折射率与光在介质中的波长成反比E.折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关解析：选CDE.介质的折射率是一个反映介质光学性质的物理量，由介质本身和光的频 率共同决定，与入射角、折射角无关，应选项A、B错误，E正确；由于真空中的光速是一 个定值，故与u成反比是正确的，选项C正确；由于v=2f9当/一定时，o与7成正比, 又与。成反比,故与2也成反比，选项D正确.2 .（2018全国卷UI）（折射率的计算）如图，某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小 标记（图中O点），然后用横截面为等边三角

10、形43C的三棱镜压在这个标记上，小标记 位于AC边上.。位于边上，过。点做AC边的垂线交AC于足该同学在。点正上方向 下顺着直线。歹的方向观察，恰好可以看到小标记的像；过。点做边的垂线交直线OF 于E； Z）E=2cm, EF=lcm,求三棱镜的折射率.（不考虑光线在三棱镜中的反射）B解析：过。点作A5边的法线NV,连接OD,那么N0DN=a为。点发出的光线在0 点的入射角；设该光线在。点的折射角为少，如下图.根据折射定律有nsin a=sin夕式中为三棱镜的折射率.由几何关系可知少=60。NOF=30。在OEF 中有 EF=OEsinZEOF由式和题给条件得0E=2 cm根据题给条件可知，。

11、为等腰三角形，有”=30。由式得=#答案：小3 .（折射定律的综合应用）如下图，宽度为/。的平行光束从空气中斜射到一平板玻璃 的上外表，入射角i=60。，该光束由两种不同的单色光和办组成，玻璃对两种单色光的 折射率分别为=率，2=布.试求：两种单色光在玻璃中的传播时间之比;为使光从玻璃下外表出射时，两种光各自的光束不重叠，玻璃板的厚度d的最小值. 解析：(1)由光折射定律得两束光折射角分别为y1=45。，2=30。 sin /光在玻璃中传播速度为dcos V而光在玻璃中传播的时间为联立解得两种单色光在玻璃中的传播时间之比为h ： t2=y3 ： 2.不出现重叠区域的临界情况如下图，即需要满足d

12、tan=+dtaii及COS I师生互动解得，玻璃板的厚度d的最小值为dmin=(3+#)瓜 答案：审：2 (2)(3+V3)4)考点二 光的全反射1 .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，介质A相对于介质3可能是光密介质，而相对 于介质。可能是光疏介质.(2)如果光线从光疏介质进入光密介质，那么无论入射角多大，都不会发生全反射现象.(3)光的反射和全反射现象，均遵循光的反射定律，光路均是可逆的.(4)全反射现象中，光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化，即。=泉(1)确定光是从光密介质进入光疏介质.应用sin C=；确定临界角.(3)根据题设条件，判定光在

13、传播时是否发生全反射.(4)如发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图.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.=30。.一束光线平行于底边BC射到AB边上并进入棱镜，然后垂直于AC边射出.A(1)求棱镜的折射率；(2)保持Ab边上的入射点不变，逐渐减小入射角，直到3c边上恰好有光线射出.求此 时A3边上入射角的正弦.解析：(1)光路图及相关量如下图.光束在A3边上折射，由折射定律得理L= sin (x式中是棱镜的折射率.由几何关系可知+/?=60。由几何关系和反射定律得。=户=NB联立式，并代入，=60。得=曲.设改变后的入射角为落折射角为优，由折射定律

14、得舞;=依题意，光束在边上的入射角为全反射的临界角仇，且sin仇=枪 由几何关系得儿=。+30。由式得入射角的正弦为sin i，=二二辿答案：出Q2;，【题后反思】 解答全反射类问题的技巧(1)解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的两个条件.光必须从光密介质射入光疏介质.入射角大于或等于临界角.(2)利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键, 且在作光路图时尽量与实际相符.个多维冲关1.(应用全反射原理求折射率)利用插针法可以测量水的折射率，其做法是，取一厚度可 以忽略不计的圆形薄木片，在它的圆心处垂直插入一根较长的大头针，让圆形薄木片浮在 水面上，调整大头针插入薄木片的深度，直至从水面上方的各个方向向水中观察，都恰好 看不到水中的大头针.