第二课时光的折射全反射色散.ppt

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1、第1页 第1页 第二课时第二课时 光的折射光的折射 全反射全反射 色散色散第2页 第2页 第一关第一关:基础关基础关 展望高考展望高考基础知识基础知识第3页 第3页 一一 光的折射光的折射知识讲解知识讲解(1)折射现象折射现象:光传播到两种介质的分界面上光传播到两种介质的分界面上,一部分光进入一部分光进入另一种介质中另一种介质中,并且改变了原来的传播方向并且改变了原来的传播方向,这种现象叫做这种现象叫做光的折射光的折射.如图所示如图所示,AO为入射光线为入射光线,O为入射点为入射点,OB为反射光线为反射光线,OC为折为折射光线射光线.第4页 第4页 第5页 第5页 入射角入射角:入射光线与法线

2、间的夹角入射光线与法线间的夹角1叫做入射角叫做入射角.折射角折射角:折射光线与法线间的夹角折射光线与法线间的夹角2叫做折射角叫做折射角.(2)折射定律折射定律a.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,折射光折射光线与入射光线分别位于法线的两侧线与入射光线分别位于法线的两侧;入射角的正弦与折射入射角的正弦与折射角的正弦成正比角的正弦成正比.b.表达式表达式:=n12式中式中n12是比例常数是比例常数.第6页 第6页 (3)折射率折射率定义定义:把光从真空射入某种介质发生折射时把光从真空射入某种介质发生折射时,入射角的正弦入射角的正弦与折射角的正弦

3、之比与折射角的正弦之比,叫做这种介质的绝对折射率叫做这种介质的绝对折射率,简称折射简称折射率率.定义式定义式:式中式中n是折射率是折射率.说明说明:折射率与光速的关系折射率与光速的关系:某种介质的折射率某种介质的折射率,等于光在等于光在真空中的传播速度真空中的传播速度c跟光在这种介质中传播速度跟光在这种介质中传播速度v之比之比,即即 因为因为cv,所以所以n1.任何介质的折射率都大于任何介质的折射率都大于1.第7页 第7页 折射率折射率n是反映介质光学性质的物理量是反映介质光学性质的物理量,它的大小由介质本它的大小由介质本身及入射光的频率决定身及入射光的频率决定,与入射角、折射角的大小无关与入

4、射角、折射角的大小无关.在折射现象中光路是可逆的在折射现象中光路是可逆的.第8页 第8页 活学活用活学活用1.两束平行的细激光束两束平行的细激光束,垂直于半圆柱透镜的平面射到半圆柱垂直于半圆柱透镜的平面射到半圆柱透镜上透镜上,如图所示如图所示.已知其中一条沿直线穿过透镜已知其中一条沿直线穿过透镜,它的入射它的入射点为点为O,另一条光线的入射点为另一条光线的入射点为A,穿过透镜后两条光线相交于穿过透镜后两条光线相交于P点点.已知透镜截面的圆半径为已知透镜截面的圆半径为R,求透镜材料求透镜材料的折射率的折射率.第9页 第9页 第10页 第10页 二二 全反射全反射知识讲解知识讲解1.全反射的概念全

5、反射的概念当光从光密介质进入光疏介质时当光从光密介质进入光疏介质时,折射角大于入射角折射角大于入射角.当入射当入射角增大到某一角度时角增大到某一角度时,折射角等于折射角等于90,此时此时,折射光完全消折射光完全消失失.入射光全部反射到原来的介质中入射光全部反射到原来的介质中,这种现象叫做全反射这种现象叫做全反射.第11页 第11页 2.对全反射现象的理解对全反射现象的理解(1)全反射条件全反射条件:光线由光密介质射入光疏介质光线由光密介质射入光疏介质入射角大于临界角入射角大于临界角第12页 第12页 (2)临界角临界角定义定义: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,折射角等于折

6、射角等于90时的时的入射角入射角,叫做临界角叫做临界角.用字母用字母C表示表示.临界角是指光由光密介临界角是指光由光密介质射向光疏介质时质射向光疏介质时,发生全反射现象时的最小入射角发生全反射现象时的最小入射角,是发是发生全反射的临界状态生全反射的临界状态.当光由光密介质射入光疏介质时当光由光密介质射入光疏介质时:若入射角若入射角i,则下述结论正确的是则下述结论正确的是()第23页 第23页 A.水对光束水对光束a的折射率较大的折射率较大B.水中光束水中光束b的速度较小的速度较小C.光束光束a的频率较大的频率较大D.若从水中射向空气若从水中射向空气,发生全反射光束发生全反射光束a的临界角较光束

7、的临界角较光束b的的临界角大临界角大第24页 第24页 解析解析 平行的单色光束平行的单色光束a、b射到水面上射到水面上,入射角入射角i相同相同,由由n=,所以所以navb,故故B正确正确;由于同一介质中由于同一介质中,频率高的色光传播速度小频率高的色光传播速度小,所以光束所以光束a的频的频率较光束率较光束b的频率小的频率小,故故C错误错误;若光束从水中射向空气若光束从水中射向空气,由由sinC=,光束光束a的临界角较光束的临界角较光束b的临界角大的临界角大,故故D正确正确.答案答案 BD第25页 第25页 二二 光的折射和全反射问题的解题技巧光的折射和全反射问题的解题技巧技法讲解技法讲解光的

8、折射和全反射问题的解题技巧光的折射和全反射问题的解题技巧(1)依据已知条件正确画出光路图依据已知条件正确画出光路图.(2)正确找出入射角和对应的折射角正确找出入射角和对应的折射角(或反射角或反射角).(3)应用折射定律列式应用折射定律列式.(4)分析全反射的临界条件分析全反射的临界条件,若满足全反射若满足全反射,用全反射临界角用全反射临界角公式列式计算公式列式计算.(5)注意利用平面几何知识分析有关的线注意利用平面几何知识分析有关的线 角关系角关系.第26页 第26页 典例剖析典例剖析【例例2】如图所示如图所示,用折射率为用折射率为n的透明介质做成内外半径分的透明介质做成内外半径分别为别为a和

9、和b的空心球的空心球.当一束平行光射向此球壳当一束平行光射向此球壳,经球壳外经球壳外 内表面两次折射内表面两次折射,而能进入空心球壳的入射平行光束的横而能进入空心球壳的入射平行光束的横截面积是多大截面积是多大?第27页 第27页 解析解析 根据对称性可知所求光束的截面应是一个圆面根据对称性可知所求光束的截面应是一个圆面,要求要求出这个圆的半径关键在于正确作出符合题意的光路图出这个圆的半径关键在于正确作出符合题意的光路图,如如图所示图所示,设入射光线设入射光线AB为所求光束的临界光线为所求光束的临界光线,作出其折作出其折射光线射光线,入射角为入射角为i,经球壳外表面折射后折射角为经球壳外表面折射

10、后折射角为r,折射光折射光线线BE恰好在内表面恰好在内表面E点发生全反射点发生全反射,即即BEO=C,在在OEB中中,由正弦定理得由正弦定理得第28页 第28页 答案答案 a2第29页 第29页 三三 光的色散的动态分析光的色散的动态分析技法讲解技法讲解光的色散的动态分析光的色散的动态分析各色光的顺序各色光的顺序 折射率折射率 在同种介质中的比较在同种介质中的比较:第30页 第30页 光的颜色光的颜色红橙黄绿蓝靛紫红橙黄绿蓝靛紫偏向角偏向角小小大大折射率折射率小小大大在同种介质中的光在同种介质中的光速速v=c/n大大小小在同种介质中的临在同种介质中的临界角界角大大小小第31页 第31页 典例剖

11、析典例剖析【例例3】如图所示如图所示,白光垂直于正三棱镜白光垂直于正三棱镜AB边进入三棱镜后边进入三棱镜后射到射到BC边边,并在并在BC边上发生全反射边上发生全反射,若保持白光入射点位若保持白光入射点位置不变置不变,而将白光在纸所在的平面内缓慢逆时针转动而将白光在纸所在的平面内缓慢逆时针转动.则最则最先从先从BC边射出的光是边射出的光是()第32页 第32页 A.红光红光 B.紫光紫光C.白光白光 D.无法判断无法判断解析解析 如图所示如图所示,光从光密介质射入光疏介质的界面上时光从光密介质射入光疏介质的界面上时,若入射角大于或等于全反射临界角若入射角大于或等于全反射临界角C,则发生全反则发生

12、全反射射,小于临小于临界角则发生折射界角则发生折射.第33页 第33页 根据根据sinC=及及n红红C紫紫,而白光逆时针转动以后而白光逆时针转动以后在玻璃中各入射角大于临界角变到小于各自临界角时在玻璃中各入射角大于临界角变到小于各自临界角时,红红光最先小于临界角光最先小于临界角,因而最先从因而最先从BC边折射出来边折射出来,而紫光最而紫光最后折射出来后折射出来.正确答案为正确答案为A.答案答案 A第34页 第34页 第三关第三关:训练关训练关 笑对高考笑对高考随堂随堂训练训练第35页 第35页 1.据报道据报道:2008年北京奥运会时年北京奥运会时,光纤通信网将覆盖所有奥运光纤通信网将覆盖所有

13、奥运场馆场馆,为各项比赛提供安全可靠的通信服务为各项比赛提供安全可靠的通信服务,光纤通信利用光纤通信利用光的全反射将大量信息高速传输光的全反射将大量信息高速传输.如图所示如图所示,一条圆柱形的一条圆柱形的光导纤维光导纤维,长为长为L,它的玻璃芯的折射率为它的玻璃芯的折射率为n1,外层材料的折外层材料的折射率为射率为n2,光在空气中的传播速度为光在空气中的传播速度为c,若光从它的一端射若光从它的一端射入经全反射后从另一端射出所需的最大时间为入经全反射后从另一端射出所需的最大时间为t,则下列选则下列选项中正确的是项中正确的是(图中所标的图中所标的为全反射的临界角为全反射的临界角)()第36页 第3

14、6页 答案答案:B第37页 第37页 2.如图所示如图所示,a处眼睛看到鱼在水里处眼睛看到鱼在水里b处处,若从若从a处射出一束激处射出一束激光欲射到鱼上光欲射到鱼上,则激光应对着哪一位置射出则激光应对着哪一位置射出()A.b的下方的下方 B.b的上方的上方C.b处处 D.无法确定无法确定第38页 第38页 解析解析:学生做过类似学生做过类似“a处眼睛看见水里的鱼在处眼睛看见水里的鱼在b处处,若用渔叉若用渔叉叉鱼叉鱼,应对着应对着b的下方叉去的下方叉去”的问题的问题,所以该题学生易错选所以该题学生易错选A,同学们忽视了题设条件不是同学们忽视了题设条件不是“渔叉叉鱼渔叉叉鱼”,而是而是“激光激光叉

15、鱼叉鱼”,渔叉插入水中不会发生偏折渔叉插入水中不会发生偏折,而激光从空气斜射入而激光从空气斜射入水中要发生偏折水中要发生偏折,所以激光应对着所以激光应对着b点射去点射去,才能恰好射到才能恰好射到鱼身鱼身.答案答案:C第39页 第39页 3.在完全透明的水下某处在完全透明的水下某处,放一点光源放一点光源,在水面上可见到一个在水面上可见到一个圆形光平面圆形光平面,若透光圆面的半径匀速增大若透光圆面的半径匀速增大,则光源正则光源正()A.加速上升加速上升 B.加速下沉加速下沉C.匀速上升匀速上升 D.匀速下降匀速下降第40页 第40页 解析解析:如图所示如图所示,点光源点光源S发出的光能照亮以发出的

16、光能照亮以OA为半径的圆面为半径的圆面,照到照到A点右侧时要发生全反射点右侧时要发生全反射,没有光线射出水面没有光线射出水面,则半径则半径r=htanC,如图如图r均匀增大均匀增大,则深度则深度h也均匀增加也均匀增加.答案答案:D第41页 第41页 4.某棱镜顶角某棱镜顶角=41.30,一束白光以较大的入射角从棱镜的一一束白光以较大的入射角从棱镜的一个侧面射入个侧面射入.通过棱镜折射后从另一个侧面射出通过棱镜折射后从另一个侧面射出,在光屏上在光屏上形成由红到紫的彩色光带形成由红到紫的彩色光带,如图所示如图所示,在入射角在入射角i逐渐减小到逐渐减小到零的过程中零的过程中,彩色光带变化的情况是彩色

17、光带变化的情况是()第42页 第42页 色光色光紫紫蓝蓝绿绿黄黄橙橙红红折射率折射率1.5321.5281.5191.5171.5141.513临界角临界角40.7540.8841.1741.2341.3441.37A.紫光最先消失紫光最先消失,最后剩下红光和橙光最后剩下红光和橙光B.紫光最先消失紫光最先消失,最后剩下黄光最后剩下黄光 橙光和红光橙光和红光C.红光最先消失红光最先消失,最后剩下紫光和蓝光最后剩下紫光和蓝光D.红光最先消失红光最先消失,最后剩下紫光最后剩下紫光第43页 第43页 解析解析:各种色光均以相同的入射角射向某种介质时各种色光均以相同的入射角射向某种介质时,由于介质由于介

18、质对不同色光的折射率不同对不同色光的折射率不同,所以折射角就不同所以折射角就不同.介质对它的介质对它的折射率越大折射率越大,在在AB界面上折射时的折射角越小界面上折射时的折射角越小,而在而在AC界界面上对应的入射角越大面上对应的入射角越大.当入射角减小时当入射角减小时,折射光在折射光在AC面面上的入射角增大上的入射角增大.当入射角减为零时当入射角减为零时,所有光线到所有光线到AC面上面上时入射角均为时入射角均为=41.30,结合上表可知结合上表可知:紫紫 蓝蓝 绿绿 黄四色黄四色光均在光均在AC面发生全反射面发生全反射,且紫光最先消失且紫光最先消失,故故A选项正确选项正确.答案答案:A第44页

19、 第44页 5.汽车前灯的玻璃灯罩用有一些横竖条纹的玻璃制成汽车前灯的玻璃灯罩用有一些横竖条纹的玻璃制成,如图所如图所示示.试说明横竖条纹玻璃的构造及原理试说明横竖条纹玻璃的构造及原理.第45页 第45页 答案答案:汽车前灯装有横竖条纹的玻璃罩相当于一个小棱镜汽车前灯装有横竖条纹的玻璃罩相当于一个小棱镜;灯灯泡发出的光经反射镜反射后以近似平行光向前射去泡发出的光经反射镜反射后以近似平行光向前射去,通过通过灯罩上这些小棱镜折射后分散到需要的各个方向上灯罩上这些小棱镜折射后分散到需要的各个方向上,使光使光柔和地照亮汽车前进的道路柔和地照亮汽车前进的道路 路边的景物及路标和里程碑路边的景物及路标和里程碑,从而确保行车安全从而确保行车安全.同时可以增加玻璃罩的机械强度同时可以增加玻璃罩的机械强度,使其使其更坚实更坚实.