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*,考情概览,必备知识,关键能力,-,*,-,-,*,-,-,*,-,-,*,-,-,*,-,-,*,-,*,*,第十五章,光学,电磁波,相对论,(,选修,3,-,4),1/36,-,2,-,2/36,第1节光折射全反射,3/36,-,4,-,一、光折射定律,1,.,光折射现象,光从一个介质进入另一个介质时,传输方向,发生改变现象称为光折射现象。,2,.,折射定律,(1),内容,:,如图所表示,折射光线与入射光线、法线处于,同一平面,内,折射光线与入射光线分别位于法线,两侧,;,入射角,正弦,与折射角,正弦,成正比。,(3),在光折射现象中,光路是,可逆,。,4/36,-,5,-,3,.,折射率,(1),折射率是一个反应介质光学特征物理量。,(3),计算公式,:,n=,因为,vc,所以任何介质折射率都大于,1,。,(4),当光从真空,(,或空气,),射入某种介质时,入射角大于折射角,;,当光由介质射入真空,(,或空气,),时,入射角小于折射角。,5/36,-,6,-,二、全反射,1,.,光密介质与光疏介质,6/36,-,7,-,2,.,全反射,(1),定义,:,光从,光密,介质射入,光疏,介质,当入射角增大到某一角度时,折射光线将消失,只剩下反射光线现象。,(2),条件,:,光从,光密,介质射向,光疏,介质,;,入射角,大于等于,临界角。,(3),临界角,:,折射角等于,90,时入射角。若光从光密介质,(,折射率为,n,),射向真空或空气时,发生全反射临界角为,C,则,sin,C=,。介质折射率越大,发生全反射临界角越小。,(4),光导纤维,光导纤维原理是利用光全反射。,7/36,-,8,-,命题点一,命题点二,命题点三,折射定律及折射率应用,1,.,对折射率了解,(1),公式,n=,中,不论光是从真空射入介质,还是从介质射入真空,1,总是真空中光线与法线间夹角,2,总是介质中光线与法线间夹角。,(2),折射率由介质本身性质决定,与入射角大小无关。,(3),折射率与介质密度没相关系,光密介质不是指密度大介质。,(4),折射率大小不但与介质本身相关,还与光频率相关。同一个介质中,频率越大色光折射率越大,传输速度越小。,(5),同一个色光,在不一样介质中即使波速、波长不一样,但频率相同。,8/36,-,9,-,命题点一,命题点二,命题点三,2,.,平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体,(,球,),对光路控制,9/36,-,10,-,命题点一,命题点二,命题点三,例,1,(,全国卷,),如图,一玻璃工件上半部是半径为,r,半球体,O,点为球心,;,下半部是半径为,r,、高为,2,r,圆柱体,圆柱体底面镀有反射膜。有一平行于中心轴,OC,光线从半球面射入,该光线与,OC,之间距离为,0,.,6,r,。已知最终从半球面射出光线恰好与入射光线平行,(,不考虑屡次反射,),。求该玻璃折射率。,10/36,-,11,-,命题点一,命题点二,命题点三,答案,:,1,.,43,解析,:,如图,依据光路对称性和光路可逆性,与入射光线相对于,OC,轴对称出射光线一定与入射光线平行。这么,从半球面射入折射光线,将从圆柱体底面中心,C,点反射。,设光线在半球面入射角为,i,折射角为,r,。由折射定律有,sin,i=n,sin,r,由正弦定理有,由几何关系,入射点法线与,OC,夹角为,i,。由题设条件和几何关系有,11/36,-,12,-,命题点一,命题点二,命题点三,式中,l,是入射光线与,OC,距离。由,式和题给数据得,12/36,-,13,-,命题点一,命题点二,命题点三,思维点拨,本题关键条件是出射光线与入射光线平行,依据这个画出光路图,剩下就是平面几何运算了。,处理光折射问题思绪,1,.,依据题意画出正确光路图。,2,.,利用几何关系确定光路中边、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。,13/36,-,14,-,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练,1,.,(,江苏卷,),人眼球可简化为如图所表示模型。折射率相同、半径不一样两个球体共轴。平行光束宽度为,d,对称地沿轴线方向射入半径为,r,小球,会聚在轴线上,P,点。取球体折射率为,且,d=r,。求光线会聚角,。,(,示意图未按百分比画出,),14/36,-,15,-,命题点一,命题点二,命题点三,答案,:,30,15/36,-,16,-,命题点一,命题点二,命题点三,2,.,(,全国卷,),一直桶状容器高为,2,l,底面是边长为,l,正方形,;,容器内装满某种透明液体,过容器中心轴,DD,、垂直于左右两侧面剖面图如图所表示。容器右侧内壁涂有反光材料,其它内壁涂有吸光材料。在剖面左下角处有一点光源,已知由液体上表面,D,点射出两束光线相互垂直,求该液体折射率。,16/36,-,17,-,命题点一,命题点二,命题点三,答案,:,1,.,55,解析,:,设从光源发出直接射到,D,点光线入射角为,i,1,折射角为,1,在剖面内作光源相对于反光壁镜像对称点,C,连接,C,、,D,交反光壁于,E,点,由光源射向,E,点光线,反射后沿,ED,射向,D,点。光线在,D,点入射角为,i,2,折射角为,2,如图所表示。,设液体折射率为,n,由折射定律有,n,sin,i,1,=,sin,1,n,sin,i,2,=,sin,2,由题意知,1,+,2,=,90,联立,式得,17/36,-,18,-,命题点一,命题点二,命题点三,由几何关系可知,联立,式得,n=,1,.,55,18/36,-,19,-,命题点一,命题点二,命题点三,光折射、全反射综合应用,1,.,求解光折射、全反射问题四点提醒,(1),光密介质和光疏介质是相对而言。同一个介质,相对于其它不一样介质,可能是光密介质,也可能是光疏介质。,(2),假如光线从光疏介质进入光密介质,则不论入射角多大,都不会发生全反射现象。,(3),在光反射和全反射现象中,均遵照光反射定律,光路均是可逆。,(4),当光射到两种介质界面上时,往往同时发生光折射和反射现象,但在全反射现象中,只发生反射,不发生折射。,19/36,-,20,-,命题点一,命题点二,命题点三,2,.,处理全反射问题普通方法,(1),确定光是从光密介质进入光疏介质。,(3),依据题设条件,判定光在传输时是否发生全反射。,(4),如发生全反射,画出入射角等于临界角时临界光路图。,(5),利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,处理问题。,3,.,求解全反射现象中光传输时间普通思绪,(1),全反射现象中,光在同种均匀介质中传输速度不发生改变,即,v=,。,(2),全反射现象中,光传输旅程应结合光路图与几何关系进行确定。,20/36,-,21,-,命题点一,命题点二,命题点三,例,2,(,全国卷,),如图,在注满水游泳池池底有一点光源,A,它到池边水平距离为,3,.,0 m,。从点光源,A,射向池边光线,AB,与竖直方向夹角恰好等于全反射临界角,水折射率为,。,(1),求池内水深,;,(2),一救生员坐在离池边不远处高凳上,他眼睛到池面高度为,2,.,0 m,。当他看到正前下方点光源,A,时,他眼睛所接收光线与竖直方向夹角恰好为,45,。求救生员眼睛到池边水平距离,(,结果保留,1,位有效数字,),。,21/36,-,22,-,命题点一,命题点二,命题点三,答案,:,(1)2,.,6 m,(2)0,.,7 m,解析,:,(1),如图,设抵达池边光线入射角为,i,。依题意,水折射率,n=,光线折射角,=,90,。由折射定律有,n,sin,i=,sin,式中,l=,3,m,h,是池内水深度。联立,式并代入题给数据得,22/36,-,23,-,命题点一,命题点二,命题点三,(2),设此时救生员眼睛到池边距离为,x,。依题意,救生员视线与竖直方向夹角为,=,45,。由折射定律有,n,sin,i=,sin,式中,i,是光线在水面入射角。设池底点光源,A,到水面入射点水平距离为,a,。由几何关系有,x+l=a+h,式中,h=,2,m,。,联立,式得,23/36,-,24,-,命题点一,命题点二,命题点三,解答全反射类问题技巧,1,.,依据题意画出光折射或恰好发生全反射光路图。,2,.,作图时找出含有代表性光线,如符合边界条件临界光线等。,3,.,利用平面几何知识分析线、角关系,找出入射角、折射角或临界角。注意入射角、折射角均以法线为标准。,4,.,以刚好发生全反射光线为比较对象,来判断光线是否发生全反射,从而画出其它光线光路图。,24/36,-,25,-,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练,3,.,(,全国卷,),如图,二分之一径为,r,玻璃半球,O,点是半球球心,虚线,OO,表示光轴,(,过球心,O,与半球底面垂直直线,),。已知玻璃折射率为,1,.,5,。现有一束平行光垂直入射到半球底面上,有些光线能从球面射出,(,不考虑被半球内表面反射后光线,),。求,(1),从球面射出光线对应入射光线到光轴距离最大值,;,(2),距光轴,入射光线经球面折射后与光轴交点到,O,点距离。,25/36,-,26,-,命题点一,命题点二,命题点三,解析,:,(1),如图,从底面上,A,处射入光线,在球面上发生折射时入射角为,i,当,i,等于全反射临界角,i,c,时,对应入射光线到光轴距离最大,设最大距离为,l,。,i=i,c,设,n,是玻璃折射率,由全反射临界角定义有,n,sin,i,c,=,1,26/36,-,27,-,命题点一,命题点二,命题点三,(2),设与光轴相距,光线在球面,B,点发生折射时入射角和折射角分别为,i,1,和,1,由折射定律有,n,sin,i,1,=,sin,1,设折射光线与光轴交点为,C,在,OBC,中,由正弦定理有,27/36,-,28,-,命题点一,命题点二,命题点三,4,.,(,海南卷,),如图,半径为,r,半球形玻璃体置于水平桌面上,半球上表面水平,球面与桌面相切于,A,点。一细束单色光经球心,O,从空气中射入玻璃体内,(,入射面即纸面,),入射角为,45,出射光线射在桌面上,B,点处。测得,AB,之间距离为,。现将入射光束在纸面内向左平移,求射入玻璃体光线在球面上恰好发生全反射时,光束在上表面入射点到,O,点距离。不考虑光线在玻璃体内屡次反射。,28/36,-,29,-,命题点一,命题点二,命题点三,解析,:,当光线经球心,O,入射时,光路图如图甲所表示。,29/36,-,30,-,命题点一,命题点二,命题点三,在玻璃体球面上光线恰好发生全反射时,光路图如图乙所表示。,乙,设此时光线入射点为,E,折射光线射到玻璃体球面,D,点,由题意有,EDO=C,30/36,-,31,-,命题点一,命题点二,命题点三,光色散,1,.,光色散,(1),现象,:,一束白光经过三棱镜后在屏上会形成彩色光带。,(2),成因,:,棱镜材料对不一样色光折射率不一样,对红光折射率最小,红光经过棱镜后偏折程度最小,对紫光折射率最大,紫光经过棱镜后偏折程度最大,从而产生色散现象。,31/36,-,32,-,命题点一,命题点二,命题点三,2,.,各种色光比较,32/36,-,33,-,命题点一,命题点二,命题点三,例,3,(,北京密云县期末,),虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成,可用白光照射玻璃球来说明。两束平行白光照射到透明玻璃球后,在水平白色桌面上会形成,MN,和,PQ,两条彩色光带,光路如图所表示。,M,、,N,、,P,、,Q,点颜色分别为,(,),A.,紫、红、红、紫,B.,红、紫、红、紫,C.,红、紫、紫、红,D.,紫、红、紫、红,答案,解析,解析,关闭,玻璃对红光折射率最小,对紫光折射率最大,由折射定律和反射定律可知,M,点为紫色,N,点为红色,P,点为红色,Q,点为紫色,故,A,项正确。,答案,解析,关闭,A,33/36,-,34,-,命题点一,命题点二,命题点三,光色散中注意问题,1,.,明确题意,入射光为复色光,在出射光中,不一样色光偏折角不一样。,2,.,红光折射率最小,其偏折角最小。,3,.,紫光折射率最大,其临界角最小,最易出现全反射。,34/36,-,35,-,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练,5,.,(,北京卷,),如图所表示,一束可见光穿过平行玻璃砖后,变为,a,、,b,两束单色光。假如光束,b,是蓝光,则光束,a,可能是,(,),A.,红光,B.,黄光,C.,绿光,D.,紫光,答案,解析,解析,关闭,答案,解析,关闭,35/36,-,36,-,命题点一,命题点二,命题点三,6,.,(,多项选择,)(,河南信阳期末,),如图所表示,一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖,在玻璃砖底面上入射角为,经折射后射出,a,、,b,两束光线。则,(,),A.,在玻璃中,a,光传输速度小于,b,光传输速度,B.,在真空中,a,光波长小于,b,光波长,C.,玻璃砖对,a,光折射率小于对,b,光折射率,D.,若改变光束入射方向使,角逐步变大,则折射光线,a,首先消失,答案,解析,解析,关闭,答案,解析,关闭,36/36,
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