高考物理一轮复习-专题十五-光学、电磁波与相对论-第1讲-光的折射、全反射.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,专题十五 光学、电磁波与相对论,考点内容,要求,热点考向,光的折射定律,1.,本章考查的热点有光的折射定律、折射率,的计算、全反射的应用等，题型有选择、填,空、计算等，难度中等偏下，光的折射与全,反射的综合，以计算题的形式考查的居多；,2.,对于光学部分，分析几何光学中的折射、,全反射和临界角问题时，应注意与实际应用,的联系，作出正确的光路图；,3.,电磁波和相对论部分，以考查基本概念及,对规律的简单理解为主，不可忽视任何一个,知识点；,4.,对本专题的两个实验，高考时直接考查的,频率不高，但复习时不能忽略，要注意对实,验原理、器,材、步骤、数据处理方法、误差,分析等的理解,.,说明：光的干涉限于双缝干涉、薄膜干涉,折射率,全反射、光导纤维,光的干涉、衍射和偏振现象,电磁波的产生,电磁波的发射、传播和接收,电磁波谱,狭义相对论的基本假设,质能关系,实验十五：测定玻璃的折射率,实验十六：用双缝干涉测量光,的波长,第,1,讲,光的折射、全反射,考点,1,光的折射定律,1.,折射现象：光从一种介质进入另一种介质时传播方向,_,的现象,.,改变,2.,折射定律,(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,_,；入射角的正弦与,_,成正比,.,两侧,折射角的正弦,sin,1,sin,2,n,21,(,1,、,2,分别为入射角和折射角，,n,12,(2),表达式：,是比例常数,).,考点,2,折射率,入射角的正弦,折射角的正弦,1.,定义：光从真空射入某种介质发生折射时，,_,与,_,之比，叫做这种介质的折射率,.,的频率决定,.,1,光密,光疏,3.,计算公式：,n,_,，因为,v,c,，所以任何介质的折,射率都大于,_.,对两种介质来说，若,n,1,n,2,，则折射率为,n,1,的介质称为,_,介质，折射率为,n,2,的介质称为,_,介质,.,4.,物理意义：折射率是表示光从一种介质进入另一种介质,时，发生,_,的物理量，与入射角,1,及折射角,2,的大,小无关,.,偏折程度,2.,定义式：,n,_.,折射率由介质本身的光学,性质和光,考点,3,全反射,1.,定义：光从光密介质入射到光疏介质的分界面上时，当,_,增大到某一角度时，折射光线消失，只剩下反射光线,的现象,.,入射角,光密,光疏,大于或等于,2.,条件：光从,_,介质射向,_,介质；入射,角,_,临界角,.,3.,临界角：折射角等于,90,时的入射角,.,若光从光密介质,(,折,射率为,n,),射向真空或空气时，发生全反射的临界角为,C,，则,sin,C,_.,1,n,4.,应用：全反射棱镜、,_.,光导纤维,考点,4,光的色散、棱镜,单色光,黄,蓝,1.,光的色散：含有多种颜色的光被分解为,_,的现象,叫做光的色散,.,白光通过三棱镜会分解为红、橙、,_,、绿、,_,、靛、紫七种单色光,.,2.,光谱：含有多种,颜色的光被分解后，各种色光按其波长,的,_,排列,.,有序,3.,棱镜,三角形,折射率,(1),定义：截面是,_,的玻璃仪器，可以使,光发生色散，,白光的色散表明各色光在同一介质中的,_,不同,.,(2),三棱镜对光线的作用：改变光的传播方向，使复色光发,生色散,.,【,基础自测,】,1.(,多选,),直线,P,1,P,2,过均匀玻璃球,球心,O,，细光束,a,、,b,平行,且关于,P,1,P,2,对称，由空气射入玻璃球的光路如图,15-1-1,所示，,a,、,b,光相比,(,),A.,玻璃对,a,光的折射率较,大,B.,玻璃对,a,光的临界角较大,C.,b,光在玻璃中的传播速度较,小,图,15-1-1,D.,b,光在,玻璃中的传播时间较短,E.,b,光更容易发生全反射,答案：,BCE,乙所示,.,则下列说法错误的是,(),2.(,多选，,201,6,年四川卷,),某同学通过实验测定半圆形玻璃,砖的折射率,n,.,如图,15-1-2,甲所示，,O,是圆心，,MN,是法线，,AO,、,BO,分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径,.,该,同学测得多组入射角,i,和折射角,r,，作出的,sin,i,-sin,r,图象如图,甲,乙,图,15-1-2,.,A.,光由,A,经,O,到,B,，,n,1.5,B.,光由,B,经,O,到,A,，,n,1.5,C.,光由,A,经,O,到,B,，,n,0.67,D.,光由,B,经,O,到,A,，,n,0.67,E.,增大入射角，光有可能发生全反射,答案：,ACD,3.,半径为,R,、介质折射率为,n,的透明圆柱体，过其轴线,OO,的截面如图,15-1-3,所示,.,位于截面所在的平面内的一细束光线，,以角,i,0,由,O,点入射，折射光线由上边界的,A,点射出,.,当光线在,O,点的入射角减小至某一值时，折射光线在上边界的,B,点恰好发,生全反射,.,求,A,、,B,两点间的距离,.,图,15-1-3,解：,如图,D52,所示，当光线在,O,点的入射角为,i,0,时，设折,射角为,r,0,，由折射定律得,sin,i,0,sin,r,0,n,设,A,点与左端面的距离为,d,A,，由几,何关系得,图,D52,若折射光线恰好发生全反射，则在,B,点的入射角恰好为临,界角,C,，设,B,点与左端面的距离为,d,B,，由折射定律得,4.(2016,年新课标,卷,),如图,15-1-4,所,示，在注满水的游泳池的池底有一点,光源,A,，它到池边的水平距离为,3.0 m.,从点光源,A,射向池边的光线,AB,与竖直方向的夹角恰,(1),求池内的水深,.,图,15-1-4,(2),一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到池面,的高度为,2.0 m.,当他看到正前下方的点光源,A,时，他的眼睛所,接受的光线与竖直方向的夹角恰好为,45.,求救生员的眼睛到池,边的水平距离,(,计算结果保留,1,位有效数字,).,解：,(1),如图,D53,所示，设到达池边的光线的入射角为,i,，,有,n,sin,i,sin,由几何关,系有,式中，,l,3 m,，,h,是池内水的深度，联,立式并代入题给,数据解得,图,D53,(2),设此时救生员的眼睛到池边的距离为,x,.,依题意，救生员,的视线与竖直方向的夹角为,45.,由折射定律有,n,sin,i,sin,式中，,i,是光线在水面的入射角,.,设池底点光源,A,到水面入,射点的水平距离为,a,，由几何关系有,项目,平行玻璃砖,三棱镜,圆柱体,(,球,),结构,玻璃砖上、下表,面是平行的,横截面为三角形的,三棱镜,横截面是圆,热点,1,折射现象与折射率,热点归纳,平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体,(,球,),对光路的控制：,项目,平行玻璃砖,三棱镜,圆柱体,(,球,),对光线,的作用,通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移,通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折,圆界面的法线是过圆心的直线，经过两次折射后向圆心偏折,应用,测定玻璃的折射率,全反射棱镜，改变光的传播方向,改变光的传播方向,(,续表,),考向,1,平行玻璃砖对光路的控制,【,典题,1,】,人造树脂是常用的眼镜镜片材料,.,如图,15-1-5,所,示，光线射在一人造树脂立方体上，经折射后，,射在桌面上的,P,点,.,已知光线的入射角为,30,，,OA,5 cm,，,AB,20 cm,，,BP,12 cm,，求该人造树脂材料的折射率,n,.,图,15-1-5,考向,2,三棱镜对光路的控制,【,典题,2,】,(2017,年广东茂名高三第一次质量监测,),如图,15-1-6,所示，等边三角形,ABC,为某透明玻璃三棱镜的截面图，,三棱镜的折射率为,.,在截面上一束足够强的细光束从,AB,边中,点与,AB,边成,30,入射角由真空射入三棱镜，求：,(1),光从,AB,边入射时的折射角？,(2),BC,边的出射光线与,AB,边的入射光线的夹角为多大？,图,15-1-6,解：,(1),光射入三棱镜的光路如图,D54,所示，,i,1,60,由折射定律：,n,sin,i,1,sin,r,1,代入数据解得,r,1,30.,(2),由折射定律得,sin,i,2,sin,r,2,1,n,图,D54,代入数据解得,r,2,60,设它与,入射光线夹角为,，由几何关系得,(,i,1,r,1,),(,r,2,i,2,),由以上关系解得,60.,考向,3,透明球对光的控制,【,典题,3,】,(2017,年江苏卷,),人的眼球可简化为如图,15-1-7,所示的模型，折射率相同、半径不同的两个球体共轴，平行光,束宽度为,D,，对称地沿轴线方向射入半径为,R,的小球，会聚在,聚角,.(,示意图未按比例画出,),图,15-1-7,考向,4,组合体对光路的控制,【,典题,4,】,(2017,年新课标,卷,),如图,15-1-8,所示，一玻璃,工件的上半部是半,径为,R,的半球体，,O,点为球心；下半部是半,径为,R,、高为,2,R,的圆柱体，圆柱体底面镀有反射膜,.,有一平行,于中心轴,OC,的光线从半球面射入，该光线与,OC,之间的距离,为,0.6,R,.,已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行,(,不,考虑多次反射,).,求该玻璃的折射率,.,图,15-1-8,解：,如图,D55,所示，根据光路的对称性和光路可逆性，与,入射光线相对于,OC,轴对称的出射光线一定与入射光线平行,.,这,样，从半球面射入的折射光线，将从圆柱体底面的中心,C,点反,射,.,图,D55,设光线在半球面的入射角为,i,，折射角为,r,.,由折射定律有,sin,i,n,sin,r,热点,2,全反射现象的理解及应用,热点归纳,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,.,同一种介质，相对于,其他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质,.,(2),如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多,大，都不会发生全反射现象,.,(3),在光的反射和全反射现象中，均遵循光的反射定律，光,路均是可逆的,.,(4),当光射到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，只发生反射，不发生折射,.,2.,解决全反射问题的一般方法：,(1),确定光是从光密介质进入光疏介质,.,(3),根据题设条件，判定光在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,.,(5),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,.,3.,求解全反射现象中光的传播时间的一般思路：,考向,1,全反射中的临界问题,【,典题,5,】,(2017,年广东惠州模拟,),如图,15-1-9,所示，一束,平行光以,45,的入射角照射到半径为,R,的半圆柱形玻璃砖的上,表面上，已知玻璃砖对平行光的折射率为,.,则圆柱面上光线能,够射出的区域所对的圆心角,是多少？,图,15-1-9,解：,作出光路图，如图,D56,所示，由折射定律，有：,图,D56,n,sin,i,sin,r,即有,EAO,45,此时,EOA,75,因,EA,与,OB,平行，所以,EAO,AOB,45,如果光线,FC,刚好在,C,点发生全反射，则有,FCO,45,此时,FOC,15,故知圆柱面上光线能够射出的区域所对的圆心角,180,EOA,FOC,180,75,15,90.,考向,2,折射定律与全反射综合,热点归纳,求解光的折射与全反射的综合问题时，要抓住折射定律和,发生全反射的条件这两个关键,.,基本思路如下：,(1),判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质,进入光疏介质,.,(2),判断入射角是否大于临界角，明确是否发生全反射现象,.,(3),画出反射、折射或全反射的光路图，必要时还可应用光,路的可逆原理画出光路图，然后结合几何知识进行推断和求解,相关问题,.,(4),折射率,n,是讨论折射和全反射问,题的重要物理量，是联,系各物理量的桥梁，对跟折射率有关的所有关系式应熟练掌握,.,【,典题,6,】,(2017,年新课标,卷,),如图,15-1-10,所示，一半径,为,R,的玻璃半球，,O,点是半球的球心，虚线,OO,表示光轴,(,过,球心,O,与半球底面垂直的直线,).,已知玻璃的折射率为,1.5.,现有,一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光线能从球面射,出,(,不考虑被半球的内表面反射后的光线,).,求：,图,15-1-10,(1),从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大,值,.,的距离,.,解：,(1),如图,15-1-11,所示，从底面上,A,处射入的光线，在,球面上发生折射时的入射角为,i,，当,i,等于全反射临界角,i,c,时，,对应入射光线到光轴的距离最大，设最大距离为,l,.,i,i,0,设,n,是玻,璃的折射率，由全反射临界角的定义有,n,sin,i,c,1,图,15-1-11,【,迁移拓展,】,如图,15-1-12,所示，三棱镜的横截面为直角,三角形,ABC,，,A,30,，,B,60.,一束平行于,AC,边的光线,自,AB,边的,P,点射入三棱镜，在,AC,边发生反射后从,BC,边的,M,点射出，若光线在,P,点的入射角和在,M,点的折射角相等，求：,(1),三棱镜的折射率,.,(2),在三棱镜的,AC,边是否有光线逸出？写出分析过程,.(,不,考虑多次反射,),图,15-1-12,解：,(1),光路图如图,D57,所示，图中,N,点为光线在,AC,边发,生反射的入射点,.,设光线在,P,点的入射角为,i,、折射角为,r,，在,M,点的入射角为,r,、折射角依题意也为,i,.,图,D57,由几何关系知,i,60,由折射定律有,sin,i,n,sin,r,n,sin,r,sin,i,由式得,r,r,OO,为过,M,点的法线，,C,为直角，,OO,AC,，由几何,关系有,MNC,r,由反射定律可知,PNA,MNC,联立式得,PNA,r,由几何关系得,r,30,联立式得,n,.,(2),设在,N,点的入射角为,i,，由几何关系得,i,60,此三棱镜的全反射临界角满足,n,sin,C,1,由式得,i,C,此光线在,N,点发生全反射，三棱镜的,AC,边没有光线透出,.,