第十三章 第一讲光的折射全反射精选PPT.ppt

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1、第十三章第十三章 第一讲第一讲 光的折射光的折射 全反射全反射第1页，此课件共56页哦走进高考第一关走进高考第一关 考点关考点关第2页，此课件共56页哦考点精析考点精析一一 光的直线传播光的直线传播1.光源光源:能自行发光的物体能自行发光的物体,如电灯、蜡烛、太阳等如电灯、蜡烛、太阳等.光源是把其他形式光源是把其他形式的能转化为光能的装置的能转化为光能的装置.2.介质介质:光能够在其中传播的物质光能够在其中传播的物质,如空气、玻璃等如空气、玻璃等.3.光线光线:用来表示光束传播方向的直线用来表示光束传播方向的直线.第3页，此课件共56页哦4.光的直线传播光的直线传播(1)光在同一种光在同一种1

2、均匀介质均匀介质中是沿直线传播的中是沿直线传播的.小孔成像、影子、日食、小孔成像、影子、日食、月食等光现象都是光沿月食等光现象都是光沿2直线传播直线传播的结果的结果.人眼是根据两只眼对物人眼是根据两只眼对物体的视角来确定物体的位置的体的视角来确定物体的位置的.(2)光的传播速度光的传播速度光在不同介质中的传播速度不同光在不同介质中的传播速度不同.光在真空中的传播速度最大光在真空中的传播速度最大,其大小约为其大小约为c=3.0108 m/s;在其他介质在其他介质中光的传播速度中光的传播速度v3.0108 m/s.第4页，此课件共56页哦二、光的反射二、光的反射1.概念概念:光线入射到两种介质的界

3、面上时光线入射到两种介质的界面上时,光的传播方向发生改变光的传播方向发生改变,一一部分光返回原来的介质中的现象部分光返回原来的介质中的现象,叫做光的反射叫做光的反射.2.光的反射定律光的反射定律(1)反射光线和入射光线在反射光线和入射光线在3同一平面同一平面内内,反射光线和入射光线分居反射光线和入射光线分居在法线两侧在法线两侧.(2)反射角等于反射角等于4入射角入射角.第5页，此课件共56页哦3.分类分类:反射可分为漫反射和镜面反射反射可分为漫反射和镜面反射.使平行入射的光线沿不同使平行入射的光线沿不同方向反射出去叫方向反射出去叫5漫反射漫反射;使平行入射的光线沿同一方向平行使平行入射的光线沿

4、同一方向平行反射出去叫反射出去叫6镜面反射镜面反射.想一想想一想:漫反射遵守光的反射定律吗漫反射遵守光的反射定律吗?第6页，此课件共56页哦4.平面镜成像平面镜成像平面镜是利用光的反射来控制光路和成像的光学器件平面镜是利用光的反射来控制光路和成像的光学器件.(1)平面镜对光束的作用平面镜对光束的作用:平面镜反射光束时平面镜反射光束时,只改变光束的只改变光束的7传播传播方向方向,不改变光束的性质不改变光束的性质.即入射光束分别为平行、发射和会即入射光束分别为平行、发射和会聚光束聚光束,8经平面镜经平面镜反射后的光束仍分别为平行、发散和会反射后的光束仍分别为平行、发散和会聚光束聚光束,且发射和会聚

5、的程度不变且发射和会聚的程度不变.光线入射方向保持不变时光线入射方向保持不变时,平面镜镜面绕过入射点且垂直入射光线的平面镜镜面绕过入射点且垂直入射光线的轴转过轴转过角角,反射光线将转过反射光线将转过2角角.这就是平面镜的这就是平面镜的“放大放大”作用作用.第7页，此课件共56页哦(2)平面镜成像特点平面镜成像特点:成与物等大的正立的成与物等大的正立的9虚像虚像,物像关于镜面对物像关于镜面对称称.(3)平面镜成像的作图方法平面镜成像的作图方法.反射定律法反射定律法:从物点作任意两条入射光线射向平面镜从物点作任意两条入射光线射向平面镜,由反射定由反射定律作出其反射光线律作出其反射光线,反射光线的反

6、向延长线的交点即为反射光线的反向延长线的交点即为(虚虚)像像点点.对称法对称法:先根据平面镜成像的对称性先根据平面镜成像的对称性,作出虚像点作出虚像点,再补画入射光线和再补画入射光线和反射光线反射光线.第8页，此课件共56页哦三、光的折射三、光的折射1.光的折射光的折射光由一种介质射入另一种介质时光由一种介质射入另一种介质时,在界面上将发生光路改变的现象叫光在界面上将发生光路改变的现象叫光的折射的折射.折射不仅可以改变光路折射不仅可以改变光路,还可以改变光束的性质还可以改变光束的性质.第9页，此课件共56页哦2.光的折射定律光的折射定律内容内容:折射光线跟入射光线和折射光线跟入射光线和10法线

7、法线处在同一平面内处在同一平面内,折射折射光线和入射光线分居在法线两侧光线和入射光线分居在法线两侧;入射角的正弦与折射角的入射角的正弦与折射角的正弦正弦11成正比成正比,即即在光的折射现象中光路也是可逆的在光的折射现象中光路也是可逆的.第10页，此课件共56页哦3.折射率折射率(1)定义定义:光由真空射入某种介质发生折射时光由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跟折射角的跟折射角的12正弦正弦之比之比,叫做这种介质的绝对折射率叫做这种介质的绝对折射率,简称简称折射率折射率,即即想一想想一想:介质的折射率与哪些因素有关介质的折射率与哪些因素有关?第11页，此课件共56页哦(2)与

8、光速的关系与光速的关系第12页，此课件共56页哦两种介质相比较两种介质相比较,折射率较大的介质叫折射率较大的介质叫14光密光密介质介质,折射率较小折射率较小的介质叫的介质叫15光疏光疏介质介质.第13页，此课件共56页哦四、全反射和临界角四、全反射和临界角1.全反射全反射光从光从16光密光密介质射入介质射入17光疏光疏介质时介质时,在界面处一部分光被反射回在界面处一部分光被反射回原介质中原介质中,一部分光被折射到另一种介质中一部分光被折射到另一种介质中,随着入射角的增大随着入射角的增大,18折射角折射角逐渐增大逐渐增大,且折射光线越来越弱且折射光线越来越弱,反射光线越来越强反射光线越来越强,当

9、入射角增大到某一角度当入射角增大到某一角度,使折射角达到使折射角达到1990时时,折射光线折射光线完全消失完全消失,只剩下反射光线只剩下反射光线,这种现象叫做全反射这种现象叫做全反射.第14页，此课件共56页哦2.全反射的条件全反射的条件(1)光从光密介质进入光疏介质光从光密介质进入光疏介质;(2)入射角大于或等于入射角大于或等于20临界角临界角.3.临界角临界角第15页，此课件共56页哦4.发生全反射现象时的光能量的变化发生全反射现象时的光能量的变化光从光密介质射入光疏介质光从光密介质射入光疏介质,在入射角逐渐增大的过程中在入射角逐渐增大的过程中,反射光反射光的能量逐渐增强的能量逐渐增强,折

10、射光的能量逐渐减弱折射光的能量逐渐减弱,一旦入射角等于临界一旦入射角等于临界角时角时,折射光的能量实际上已减为零折射光的能量实际上已减为零,即此时已经发生了全反射即此时已经发生了全反射.5.全反射的应用全反射的应用(1)光导纤维光导纤维(2)解释现象解释现象,如水中气泡看起来特别明亮、海市蜃楼等如水中气泡看起来特别明亮、海市蜃楼等.第16页，此课件共56页哦五、棱镜、光的色散五、棱镜、光的色散1.棱镜棱镜(1)光线通过棱镜时光线通过棱镜时,出射光将向出射光将向21底面底面偏折偏折,通过棱镜可看到物体通过棱镜可看到物体的虚像的虚像,其位置向其位置向22顶角顶角偏移偏移.(2)等腰直角棱镜叫等腰直

11、角棱镜叫23全反射全反射棱镜棱镜.光垂直于任意一条边射入光垂直于任意一条边射入,都会从另一边发生全反射都会从另一边发生全反射.第17页，此课件共56页哦(3)棱镜可以改变光的行进方向棱镜可以改变光的行进方向,起到控制光路的作用起到控制光路的作用,特别是特别是全反射棱镜更是被广泛使用全反射棱镜更是被广泛使用.全反射玻璃棱镜一般均为等腰全反射玻璃棱镜一般均为等腰直角棱镜直角棱镜(两底角为两底角为45),这样光在玻璃内的入射角这样光在玻璃内的入射角=45大大于于42这一临界角这一临界角,使光发生全反射使光发生全反射.两种使用方法请参阅图两种使用方法请参阅图甲、乙甲、乙.第18页，此课件共56页哦2.

12、光的色散光的色散白光通过三棱镜后白光通过三棱镜后,出射光束变为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光出射光束变为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光的光束的光束,这种现象叫光的色散这种现象叫光的色散.(1)白光通过三棱镜后会发生色散白光通过三棱镜后会发生色散.形成由红到紫各色光组成的形成由红到紫各色光组成的24光谱光谱.由光谱中色光的顺序可以看出由光谱中色光的顺序可以看出,红光的偏向角红光的偏向角25最小最小,紫光紫光的偏向角的偏向角26最大最大.这是因为介质对不同色光的折射率不同这是因为介质对不同色光的折射率不同,n红红n紫紫,即以相同的入射角射到棱镜界面时即以相同的入射角射到棱镜界面时,不同色光的折

13、射角不同不同色光的折射角不同,就是说紫光偏折的更厉害些就是说紫光偏折的更厉害些,所以紫光的偏向角最大所以紫光的偏向角最大.第19页，此课件共56页哦(2)单色光的颜色是由其单色光的颜色是由其27频率频率决定的决定的,当它从一种介质进入另一当它从一种介质进入另一种介质时种介质时,它的频率不变它的频率不变,因而其因而其28颜色颜色也不变也不变.(3)色散的实质是由于各种色光在同一介质中传播的速率不同色散的实质是由于各种色光在同一介质中传播的速率不同,或同或同一介质对不同色光的折射率不同一介质对不同色光的折射率不同.即即n红红n橙橙n黄黄n绿绿n蓝蓝n靛靛v橙橙v黄黄v绿绿v蓝蓝v靛靛C橙橙C黄黄C

14、绿绿C蓝蓝C靛靛C紫紫.在同一介质中在同一介质中,频率较高的光频率较高的光,其波长较短其波长较短.第20页，此课件共56页哦考题精练考题精练1.(2009广东高考广东高考)在阳光照射下在阳光照射下,充满雾气的瀑布上方常常会出现充满雾气的瀑布上方常常会出现美丽的彩虹美丽的彩虹.彩虹是太阳光射入球形水珠经折射彩虹是太阳光射入球形水珠经折射 内反射内反射,再折射后再折射后形成的形成的.光的折射发生在两种不同介质的光的折射发生在两种不同介质的_上上,不同的单色光不同的单色光在同种均匀介质中在同种均匀介质中_不同不同.界面界面的传播速度的传播速度/折射率折射率 第21页，此课件共56页哦2.如图所示如图

15、所示,为了观察门外情况为了观察门外情况,有人在门上开一小圆孔有人在门上开一小圆孔,将一块圆将一块圆柱形玻璃嵌入其中柱形玻璃嵌入其中,圆柱体轴线与门面垂直圆柱体轴线与门面垂直.从圆柱底面中心看从圆柱底面中心看出去出去,可以看到的门外入射光线与轴线间的最大夹角称做视场可以看到的门外入射光线与轴线间的最大夹角称做视场角角.已知该玻璃的折射率为已知该玻璃的折射率为n,圆柱长为圆柱长为l,底面半径为底面半径为r,则视场角则视场角是是()第22页，此课件共56页哦答案答案:B第23页，此课件共56页哦3.(2010新创题新创题)据报道据报道:2009年十一届全运会时年十一届全运会时,光纤通信网将光纤通信网

16、将覆盖所有体育场馆覆盖所有体育场馆,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,光光纤通信利用光的全反射将大量信息高速传输纤通信利用光的全反射将大量信息高速传输.如图所示如图所示,一条一条圆柱形的光导纤维圆柱形的光导纤维,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,外层材外层材料的折射率为料的折射率为n2,光在空气中的传播速度为光在空气中的传播速度为c,若光从它的一端射入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经全反射后从另一端射出所需的最大时间为t,则下列选项中正确的是则下列选项中正确的是(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

17、角)()第24页，此课件共56页哦答案答案:B第25页，此课件共56页哦4.(2010课标全国高考理综课标全国高考理综)如图如图,一个三棱镜的截面为等腰直角一个三棱镜的截面为等腰直角ABC,A为直角为直角.此截面所在平面内的光线沿平行于此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的边的方向射到方向射到AB边边,进入棱镜后直接射到进入棱镜后直接射到AC边上边上,并刚好能发生全并刚好能发生全反射反射.该棱镜材料的折射率为该棱镜材料的折射率为_.(填入正确选项前的字填入正确选项前的字母母)第26页，此课件共56页哦答案答案:A第27页，此课件共56页哦5.(2010重庆高考理综重庆高考理综)如图所示如图所示

18、,空气中有一折射率为空气中有一折射率为的玻璃的玻璃柱体柱体,其横截面是圆心角为其横截面是圆心角为90 半径为半径为R的扇形的扇形OAB.一束平行光一束平行光平行于横截面平行于横截面,以以45入射角照射到入射角照射到OA上上,OB不透光不透光.若只考虑首次若只考虑首次入射到圆弧入射到圆弧 上的光上的光,则则 上有光透出部分的弧长为上有光透出部分的弧长为()第28页，此课件共56页哦解析解析:由由 可知光在玻璃柱中发生全反射的临界角可知光在玻璃柱中发生全反射的临界角C=45.据折射定律可知所有光线从据折射定律可知所有光线从AO进入玻璃柱后的折射角均为进入玻璃柱后的折射角均为30.从从O点入射后的折

19、射光线将沿半径从点入射后的折射光线将沿半径从C点射出点射出.假设从假设从E点入射点入射的光线经折射后到达的光线经折射后到达D点时刚好发生全反射点时刚好发生全反射,则则ODE=45.如如图所示图所示,由几何关系可知由几何关系可知=45,故弧长故弧长 ,故故B正确正确.答案答案:B第29页，此课件共56页哦解读高考第二关解读高考第二关 热点关热点关第30页，此课件共56页哦典例剖析典例剖析考点考点1折射定律及其应用折射定律及其应用【例【例1】将直角坐标和等腰直角棱镜将直角坐标和等腰直角棱镜ABO如图所示放置如图所示放置,腰长为腰长为16 cm.为了测棱镜这种物质的折射率为了测棱镜这种物质的折射率,

20、从从OB边边D点注视点注视A棱棱,发现发现A棱棱的视位置在的视位置在C点点,在在D、C两点插上大头针两点插上大头针,取走棱镜取走棱镜,若若D、C两点两点的位置坐标分别为的位置坐标分别为(0,12)和和(9,0),由此可求棱镜的折射率为多少由此可求棱镜的折射率为多少?第31页，此课件共56页哦第32页，此课件共56页哦 点评点评 准确做出光路图准确做出光路图,找出入射角和折射角找出入射角和折射角,利用几何知识确定入射利用几何知识确定入射角和折射角的正弦值是解答这类问题的关键角和折射角的正弦值是解答这类问题的关键.第33页，此课件共56页哦变式训练变式训练1:(2011浙江二测浙江二测)DVD光盘

21、由塑料保护层和信息记录层组光盘由塑料保护层和信息记录层组成成.如图所示如图所示,激光束以入射角激光束以入射角从空气入射到厚度为从空气入射到厚度为d 折射率为折射率为n的塑料保护层后的塑料保护层后,聚焦到信息记录层的光斑宽度为聚焦到信息记录层的光斑宽度为a,才能有效获取才能有效获取信息信息.在保证在保证a不变的前提下不变的前提下,减小激光束照到塑料保护层的宽度减小激光束照到塑料保护层的宽度l(l=a+2b),则则()第34页，此课件共56页哦答案答案:AC:AC第35页，此课件共56页哦考点考点2全反射问题分析全反射问题分析【例【例2】水的折射率为水的折射率为n,距水面深距水面深h处有一个点光源

22、处有一个点光源.(1)岸上的人看到水面被该光源照亮的圆形区域的直径为多少岸上的人看到水面被该光源照亮的圆形区域的直径为多少?(2)若岸上的人看到水面被该光源照亮的圆形区域直径匀速增大若岸上的人看到水面被该光源照亮的圆形区域直径匀速增大,则则光源如何运动光源如何运动?(3)若某人在点光源的正上方垂直水面往下看若某人在点光源的正上方垂直水面往下看,点光源的视深是点光源的视深是多少多少?第36页，此课件共56页哦 解析解析 (1)(1)如图为点光源如图为点光源S S发出的光刚好全反射的光路发出的光刚好全反射的光路,其中其中sinC=sinC=.岸上人的看到水面被该光源照亮的圆形区域的直径岸上人的看到

23、水面被该光源照亮的圆形区域的直径d=2r=2htanC=2htan(arcsind=2r=2htanC=2htan(arcsin).).第37页，此课件共56页哦(2)由由d=2htanC可知可知,若直径若直径d均匀增大均匀增大,则则h均匀增加均匀增加,说明光源说明光源匀速下降匀速下降.(3)当某人在点光源正上方垂直于水面向下观察时当某人在点光源正上方垂直于水面向下观察时,如图所示如图所示第38页，此课件共56页哦在由在由S发出的光线中选取一条垂直于水面发出的光线中选取一条垂直于水面MN的光线的光线,由由O点射出点射出,另一条光线与另一条光线与SO成极小角度从成极小角度从S射向水面射向水面A点

24、点,由由A点远离法线点远离法线折射到空气中折射到空气中,因入射角极小因入射角极小,故折射角也极小故折射角也极小,进入人眼中的进入人眼中的两条折射光线的反向延长线交于两条折射光线的反向延长线交于S点点,该点即为我们看到的水该点即为我们看到的水池底部光点池底部光点S的像的像,像点像点S到水面距离到水面距离h,即为视深即为视深.由图中可以由图中可以看出深度变小了看出深度变小了.第39页，此课件共56页哦第40页，此课件共56页哦 变式训练变式训练2:(2011海南海口海南海口)一束光波以一束光波以45的入射角的入射角,从从AB面射入面射入如图所示的透明三棱镜中如图所示的透明三棱镜中,棱镜折射率棱镜折

25、射率n=.试求光进入试求光进入AB面面的折射角的折射角,并在图上画出该光束在棱镜中的光路并在图上画出该光束在棱镜中的光路.第41页，此课件共56页哦答案答案:见解析见解析第42页，此课件共56页哦考点考点3光的色散光的色散【例【例3】(青岛模拟青岛模拟)abc为一全反射棱镜为一全反射棱镜,它的主截面是等腰直角三角形它的主截面是等腰直角三角形,如图所示如图所示.一束白光垂直入射到一束白光垂直入射到ac面上面上,在在ab面上发生全反射面上发生全反射,若光若光线入射点线入射点O的位置保持不变的位置保持不变,改变光线的入射方向改变光线的入射方向(不考虑自不考虑自bc面反面反射的光线射的光线)则则第43

26、页，此课件共56页哦(1)使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转,如果有色光射出如果有色光射出ab面面,则哪种光首先射出则哪种光首先射出?(2)使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转,哪种光首先射哪种光首先射出出ab面面?第44页，此课件共56页哦 解析解析 (1)白光垂直入射白光垂直入射ac面后直射到面后直射到ab面面,入射角为入射角为45,发生发生全反射说明棱镜的临界角全反射说明棱镜的临界角C45,这是对从红光到紫光的所有色这是对从红光到紫光的所有色光说的光说的.当入射光顺时针偏转时当入射光顺时针偏转时,在在ac面

27、上发生色散面上发生色散,不同色光不同色光折射不同折射不同,红光偏折小红光偏折小,紫光偏折大紫光偏折大,如图所示如图所示,射到射到ab面上时红面上时红光入射角小光入射角小,紫光入射角大紫光入射角大,但它们都小于但它们都小于45.另一方面另一方面,棱镜对棱镜对红光的临界角比紫光的临界角大红光的临界角比紫光的临界角大.因此因此,入射光顺时针逐渐偏转入射光顺时针逐渐偏转时时,在在ab面上红光的入射角将首先小于临界角而射出面上红光的入射角将首先小于临界角而射出ab面面.第45页，此课件共56页哦(2)如果入射光逆时针偏转如果入射光逆时针偏转,则经则经ab面上的红光、紫光的入射角都大于面上的红光、紫光的入

28、射角都大于45,都发生全反射而不可能从都发生全反射而不可能从ab面射出面射出.答案答案 (1)红光红光 (2)没有光射出没有光射出ab面面点评点评 不论入射光顺时针还是逆时针绕不论入射光顺时针还是逆时针绕O点旋转点旋转,只要分析清楚只要分析清楚在在ab面上各色光的入射角的变化情况面上各色光的入射角的变化情况,若入射角小于临界角则若入射角小于临界角则不能全反射不能全反射,从而射出从而射出.第46页，此课件共56页哦变式训练变式训练3:一束白光从顶角为一束白光从顶角为的一边以较大的入射角的一边以较大的入射角射入并通射入并通过三棱镜后过三棱镜后,在屏在屏P上可得到彩色光带上可得到彩色光带,如图所示如

29、图所示,在入射角在入射角逐逐渐减小到零的过程中渐减小到零的过程中,假如屏上的彩色光带先后全部消失假如屏上的彩色光带先后全部消失,则则()A.红光最先消失红光最先消失,紫光最后消失紫光最后消失B.紫光最先消失紫光最先消失,红光最后消失红光最后消失C.紫光最先消失紫光最先消失,黄光最后消失黄光最后消失D.红光最先消失红光最先消失,黄光最后消失黄光最后消失第47页，此课件共56页哦解析解析:作出白光的折射光路图作出白光的折射光路图,如图所示如图所示,可看出可看出,白光从白光从AB射入玻射入玻璃后璃后,由于紫光偏折大由于紫光偏折大,从而到达另一侧面从而到达另一侧面AC时的入射角较大时的入射角较大,且因

30、紫光折射率大且因紫光折射率大,sinC=,因而其全反射的临界角最小因而其全反射的临界角最小,故随着故随着入射角入射角的减小的减小,进入玻璃后的各色光中紫光首先发生全反射不从进入玻璃后的各色光中紫光首先发生全反射不从AC面射出面射出,后依次是靛、蓝、绿、黄、橙、红后依次是靛、蓝、绿、黄、橙、红,逐渐发生全反射而不从逐渐发生全反射而不从AC面射出面射出.答案答案:B第48页，此课件共56页哦笑对高考第三关笑对高考第三关 技巧关技巧关第49页，此课件共56页哦考技精讲考技精讲一一 对折射率的理解对折射率的理解(1)物理意义物理意义:折射率反映了介质的光学性质折射率反映了介质的光学性质,它反映了光线它

31、反映了光线由真空由真空(或空气或空气)射入介质时偏折得程度大小射入介质时偏折得程度大小,折射率越大折射率越大,光光线向法线偏折得越厉害线向法线偏折得越厉害.(2)决定因素决定因素:是折射率的比值定义式是折射率的比值定义式,不能说不能说n与与sin1成正比、与成正比、与sin2成反比成反比.折射率由介质本身的光学性质折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定和光的频率决定.(3)数值数值:由由 可知可知,因因vC,因而光线在侧面要发生全反射而不能射出因而光线在侧面要发生全反射而不能射出.(2)因因r总小于临界角总小于临界角,要在侧面能射出要在侧面能射出,i也应小于临界角也应小于临界角,即即rC,i=(90-r)45.这就要求玻璃折射率这就要求玻璃折射率n满足满足:答案答案:(1):(1)不能不能 (2)n (2)n第56页，此课件共56页哦