入射角的正弦与折射角的正弦之比.pptx

第十三章 光第第1 1课时课时 光的折射光的折射 全反射全反射考点自清考点自清一、光的折射一、光的折射1.1.定义：光线从一种介质进入另一种介质时，定义：光线从一种介质进入另一种介质时，发生改变的现象叫做光的折射现象发生改变的现象叫做光的折射现象.2.2.折射定律：折射光线与折射定律：折射光线与 、处在同处在同 一平面内；折射光线与入射光线分别位于一平面内；折射光线与入射光线分别位于 的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成 .传传播方向播方向法线法线入射光线入射光线法线法线正比正比3 3.折折射射率率：光光从从 射射入入某某种种介介质质发发生生折折射射时时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种 介质的绝对折射率介质的绝对折射率.简称折射率简称折射率.真空真空 实验证明，介质的折射率等于光在真空中与在实验证明，介质的折射率等于光在真空中与在该介质中的传播速度之比，即该介质中的传播速度之比，即n n=c c/v v.任何介质的任何介质的折射率都折射率都 1.1.两种介质相比较，折射率较大的介质叫做两种介质相比较，折射率较大的介质叫做 介质，折射率较小的介质叫做介质，折射率较小的介质叫做 介质介质.大于大于光密光密光疏光疏二、光的全反射二、光的全反射1.1.光照射到两种介质界面上时，光线全部被反射光照射到两种介质界面上时，光线全部被反射 回原介质的现象称为全反射现象回原介质的现象称为全反射现象.2.2.发生全反射的条件：发生全反射的条件：（1 1）光线从）光线从 介质射向介质射向 介质介质.（2 2）入射角）入射角 临界角临界角.光密光密光疏光疏大于或等于大于或等于3 3.临临界界角角：折折射射角角等等于于9 90 0时时的的入入射射角角.设设光光线线从从 射射向向 时时的的临临界界角角为为C C，则则某种介质某种介质真空或空气真空或空气4.4.应用应用 （1 1）全反射棱镜）全反射棱镜 （2 2）光光导导纤纤维维：实实际际用用的的光光导导纤纤维维是是非非常常细细的的 特特制制玻玻璃璃丝丝，直直径径只只有有几几微微米米到到一一百百微微米米之之 间，在内芯和外套的界面上发生全反射间，在内芯和外套的界面上发生全反射.特别提醒特别提醒 （1 1）光光从从真真空空射射入入介介质质时时，临临界界角角C C又又可可以以理理解解 为最大折射角为最大折射角.（2 2）光光从从真真空空（或或空空气气）射射入入介介质质时时，在在界界面面 处处既既发发生生折折射射，又又发发生生反反射射，而而由由介介质质射射向向真真 空（或空气）时，空（或空气）时，有可能要发生全反射有可能要发生全反射.三、棱镜、光的色散三、棱镜、光的色散1.1.光的色散：含有多种颜色的光被分解为单色光光的色散：含有多种颜色的光被分解为单色光 的现象的现象.2.2.光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光 按其波长的有序排列按其波长的有序排列.3.3.棱镜棱镜 （1 1）含义：截面是）含义：截面是 的玻璃仪器，可以使的玻璃仪器，可以使 光发生色散，白光的色散表明各色光在同一介光发生色散，白光的色散表明各色光在同一介 质中的质中的 不同不同.（2 2）三三棱棱镜镜对对光光线线的的作作用用：改改变变光光的的传传播播方方 向，使复色光发生色散向，使复色光发生色散.三角形三角形折射率折射率4.4.各种色光的比较各种色光的比较 颜色颜色红红 橙橙 黄黄 绿绿 蓝蓝 靛靛 紫紫频率频率低低 高高同一介质折射率同一介质折射率小小 大大同一介质中速度同一介质中速度大大 小小波长波长大大 小小临界角临界角大大 小小 热点一热点一 折射率的理解折射率的理解1 1.某某种种介介质质的的折折射射率率是是指指光光从从真真空空或或空空气气进进入入该该 介介质质时时入入射射角角与与折折射射角角的的正正弦弦值值之之比比.如如果果是是从从 该该介介质质进进入入空空气气或或真真空空，则则入入射射角角与与折折射射角角的的 正弦值之比等于折射率的倒数正弦值之比等于折射率的倒数.2 2.介介质质的的折折射射率率实实际际上上指指的的是是绝绝对对折折射射率率，所所谓谓 绝绝对对折折射射率率是是指指光光从从真真空空进进入入介介质质时时入入射射角角与与 折射角的正弦值之比折射角的正弦值之比.3 3.折折射射率率的的大大小小由由介介质质本本身身和和光光的的频频率率共共同同决决 定，与入射角、折射角的大小无关定，与入射角、折射角的大小无关.热点聚集热点聚集4 4.折折射射率率大大小小反反映映了了介介质质的的光光学学性性质质和和入入射射光光的的 频频率率：（1 1）折折射射率率越越大大，说说明明介介质质对对光光的的偏偏折折 作作用用越越大大，光光线线偏偏离离原原来来传传播播方方向向的的程程度度越越厉厉 害害.（2 2）介介质质对对光光的的折折射射率率越越大大，说说明明该该光光在在 介介质质中中的的传传播播速速度度越越小小.（3 3）相相对对于于同同一一介介 质，折射率越大的光，其频率越大质，折射率越大的光，其频率越大.2 2.折折射射率率由由介介质质本本身身性性质质与与光光的的频频率率共共同同决决 定，与入射角的大小无关定，与入射角的大小无关.热点二热点二 全反射现象的理解与应用全反射现象的理解与应用1 1.光光密密介介质质和和光光疏疏介介质质是是相相对对而而言言的的.同同一一种种介介 质质，相相对对于于其其他他不不同同的的介介质质，可可能能是是光光密密介介 质，也可能是光疏介质质，也可能是光疏介质.2 2.光光从从光光疏疏介介质质射射入入光光密密介介质质时时，入入射射角角大大于于折折 射射角角；光光从从光光密密介介质质射射入入光光疏疏介介质质时时，入入射射角角 小于折射角小于折射角.3 3.如如果果光光线线从从光光疏疏介介质质进进入入光光密密介介质质，则则无无论论入入 射角多大，都不会发生全反射现象射角多大，都不会发生全反射现象.4.4.光导纤维光导纤维 （1 1）结构：光导纤维（简称光纤），是一种透）结构：光导纤维（简称光纤），是一种透 明的玻璃纤维丝，由内芯和外套两层组成，内明的玻璃纤维丝，由内芯和外套两层组成，内 芯的折射率大于外套的折射率，即内芯是光密芯的折射率大于外套的折射率，即内芯是光密 介质，外套是光疏介质介质，外套是光疏介质.（2 2）原理：光在光纤的内芯中传播，每次射到）原理：光在光纤的内芯中传播，每次射到 内、外层的界面上时，都要求入射角大于临界内、外层的界面上时，都要求入射角大于临界 角，从而发生全反射角，从而发生全反射.热点三热点三 平行玻璃砖与三棱镜比较平行玻璃砖与三棱镜比较类别类别项目项目平行玻璃砖平行玻璃砖三棱镜三棱镜结构结构上下表面是平行的上下表面是平行的横截面为三角形横截面为三角形对光线对光线的作用的作用通过平行玻璃砖的光通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，线不改变传播方向，但要发生侧移但要发生侧移通过棱镜的光线经两次通过棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱折射后，出射光线向棱镜底面偏折镜底面偏折讨论讨论侧移侧移d d的大小取决于的大小取决于平行板的厚度平行板的厚度h h、平、平行板介质的折射率行板介质的折射率n n和光线的入射角和光线的入射角偏折角偏折角 跟棱镜的材料跟棱镜的材料有关有关.折射率越大，偏折折射率越大，偏折角越大角越大.因同一介质对各因同一介质对各种色光的折射率不同，种色光的折射率不同，所以各种色光的折射率所以各种色光的折射率不同，所以各种色光的不同，所以各种色光的偏折角也不同，形成色偏折角也不同，形成色散现象散现象应用实例应用实例测定玻璃的折射率测定玻璃的折射率全反射棱镜，改变光的全反射棱镜，改变光的行进方向行进方向 题型探究题型探究题型题型1 1 折射率的理解折射率的理解【例例1 1】一个圆柱形筒一个圆柱形筒,直径直径12 cm12 cm,高高16 cm16 cm,人人 眼在筒侧上方某处观察眼在筒侧上方某处观察,所见筒侧的深度为所见筒侧的深度为9 9 cmcm,当筒中装满液体时当筒中装满液体时,则恰能看到筒侧的最低点则恰能看到筒侧的最低点.求求:(1)(1)此液体的折射率此液体的折射率.(2)(2)光在此液体中的传播速度光在此液体中的传播速度.图图1答案答案变式练习变式练习1 1 由某种透明物质制成的等腰直角棱镜由某种透明物质制成的等腰直角棱镜AOBAOB,图图1 1两腰都为两腰都为16 cm,16 cm,且且 两腰与两腰与OxOx和和OyOy轴都重合轴都重合,如图如图1 1 所示所示,从从BOBO边的边的C C点注视点注视A A棱棱,发现发现A A棱的位置在棱的位置在D D点点,在在C C、D D两两 点插上大头针点插上大头针,测出测出C C点的坐标为点的坐标为(0,12),(0,12),D D点的坐点的坐标为标为(9,0),(9,0),由此可以算出该透明物质的折射率为由此可以算出该透明物质的折射率为多大多大?答案答案题型题型2 2 光的全反射现象光的全反射现象【例例2 2】下列叙述中正确的是下列叙述中正确的是 ()A.A.背对阳光看玻璃球觉得比较明亮背对阳光看玻璃球觉得比较明亮,主要原因是主要原因是光光 在球中发生全反射在球中发生全反射B.B.雨过天晴时雨过天晴时,空中出现的彩虹是因为阳光在水空中出现的彩虹是因为阳光在水滴滴 的表面上反射而形成的的表面上反射而形成的C.C.常看到倒扣在水中的玻璃杯显得很明亮的原因常看到倒扣在水中的玻璃杯显得很明亮的原因 与水中上升的气泡很亮的原因是一样的与水中上升的气泡很亮的原因是一样的D.D.以上判断均不正确以上判断均不正确解析解析 背对阳光看玻璃球比较明亮背对阳光看玻璃球比较明亮,是光在玻璃球中是光在玻璃球中发生全反射发生全反射;彩虹是因为阳光在水滴中折射形成的彩虹是因为阳光在水滴中折射形成的;C;C项中现象的成因是由于光在介质表面发生了全项中现象的成因是由于光在介质表面发生了全反射反射,A.C,A.C项正确项正确.A A变式练习变式练习下列现象中下列现象中,属于光的全反射现象的是属于光的全反射现象的是 ()A A肥皂泡上的彩色条纹肥皂泡上的彩色条纹B B雨后天边出现彩虹雨后天边出现彩虹C C早晨东方天边出现红色朝霞早晨东方天边出现红色朝霞D D荷叶上的水珠在阳光下晶莹透亮荷叶上的水珠在阳光下晶莹透亮D解析解析肥皂泡上的彩色条纹属于光的干涉肥皂泡上的彩色条纹属于光的干涉;雨后彩虹雨后彩虹属于光的折射属于光的折射;早晨的红色朝霞是由于空气的散射早晨的红色朝霞是由于空气的散射作用作用;荷叶上的水珠在阳光下晶莹透亮荷叶上的水珠在阳光下晶莹透亮,是由于光是由于光线在水珠中发生全反射线在水珠中发生全反射,D,D项正确项正确.题型题型3 3 全反射及光路问题全反射及光路问题【例例3 3】如图如图2 2所示，用折射率所示，用折射率n n=2=2 的玻璃做成一个外径为的玻璃做成一个外径为R R的半球的半球 形空心球壳形空心球壳.一束与一束与O OO O平行的平行的 平行光射向此半球的外表面，若平行光射向此半球的外表面，若 让一个半径为让一个半径为 的圆形遮光的圆形遮光 板的圆心过板的圆心过O OO O轴，并且垂直该轴放置轴，并且垂直该轴放置.则球则球壳内部恰好没有光线射入，问：壳内部恰好没有光线射入，问：（1 1）临界光线射入球壳时的折射角）临界光线射入球壳时的折射角2 2为多大？为多大？（2 2）球壳的内径）球壳的内径R R为多少？为多少？图图2 2解析解析 （1 1）由题图和几何知识）由题图和几何知识 由折射率的定义式由折射率的定义式 联立解出联立解出2 2=30.=30.（2 2）对临界光线）对临界光线 在题图在题图OabOab中，由正弦定理得：中，由正弦定理得：联立解出联立解出 答案答案（1 1）3030（2 2）【评分标准评分标准】本题共本题共1616分，其中分，其中各各3 3分，分，各各2 2分分.【名师导析名师导析】本本题题是是一一道道关关于于折折射射和和全全反反射射的的综综合合题题.本本题题的的难难点点是是正正确确分分析析题题目目给给定定的的条条件件和和题题目目所所求求问问题题的的含含义义，理理解解光光线线a aa a不不能能进进入入球球壳壳时时，射射到到球球上上的的其其它它光光线线便便不不可可能能进进入入球球壳壳.其其次次是是根根据据题题目目给给定定的的光光路路图图，充充分分利利用用几几何何关关系系求求解解也也是是难难点点之之一一.自我批阅自我批阅 (16(16分分)半径为半径为R R的半圆柱形玻璃，横截面的半圆柱形玻璃，横截面 如图如图3 3所示，所示，O O为圆心，已知玻璃为圆心，已知玻璃 的折射率为的折射率为 ，当光由玻璃射向，当光由玻璃射向 空气时，发生全反射的临界角为空气时，发生全反射的临界角为 45.45.一束与一束与MNMN平面成平面成4545的平行的平行 光束射到玻璃的半圆柱面上，经玻璃折射后，光束射到玻璃的半圆柱面上，经玻璃折射后，有部分光能从有部分光能从MNMN平面上射出平面上射出.（1 1）说明光能从）说明光能从MNMN平面上射出的理由？平面上射出的理由？（2 2）能从）能从MNMN射出的光束的宽度射出的光束的宽度d d为多少？为多少？图图3 3解析解析 （1 1）如图所示，进入玻璃中的光线）如图所示，进入玻璃中的光线a a垂直半垂直半球面球面,沿半径方向直达球心位置沿半径方向直达球心位置O O，且入射角等于，且入射角等于临界角，恰好在临界角，恰好在O O点发生全反射点发生全反射.光线光线a a右侧的光线（如：光线右侧的光线（如：光线b b）经球）经球面折射后，射在面折射后，射在MNMN上的入射角一定上的入射角一定大于临界角，在大于临界角，在MNMN上发生全反射，上发生全反射，不能射出不能射出.光线光线a a左侧的光线经半球面左侧的光线经半球面折折射射后后，射射到到 MMN N面面上上的的入入射射角角均均小小于于临临界界角角，能能从从MMN N面面上上射射出出.最最左左边边射射向向半半径径的的光光线线 c c与与球球面面相相切切，入入射射角角1 1=9 9 0 0 ,折折射射角角2 2=4 4 5 5 .故故光光线线 c c将将垂垂直直MNMN射出射出.（6 6分）分）（2 2）由折射定律知：）由折射定律知：（4 4分）分）则则 （2 2分）分）所以在所以在MNMN面上射出的光束宽度应是面上射出的光束宽度应是 （4 4分）分）答案答案 见解析见解析素能提升素能提升1.1.OMNOMN为玻璃等腰三棱镜的横截面为玻璃等腰三棱镜的横截面.a a、b b两束可见单色光从空气垂直射两束可见单色光从空气垂直射 入棱镜底面入棱镜底面MNMN,在棱镜侧面在棱镜侧面OMOM、ONON上反射和折射的情况如图上反射和折射的情况如图4 4所示所示.由此可知由此可知 ()()A.A.棱镜内棱镜内a a光的传播速度比光的传播速度比b b光的小光的小B.B.棱镜内棱镜内a a光的传播速度比光的传播速度比b b光的大光的大C.C.a a光的对玻璃棱镜的折射率比光的对玻璃棱镜的折射率比b b光的大光的大D.D.a a光的对玻璃棱镜的折射率比光的对玻璃棱镜的折射率比b b光的小光的小图图4 4解析解析 a a、b b两束光射到两束光射到OMOM、ONON上的入射角是相上的入射角是相同的同的,由图可知由图可知b b光已发生全反射光已发生全反射,而而a a光仍有折光仍有折射射,说明说明b b光的全反射临界角比光的全反射临界角比a a光的全反射临界光的全反射临界角小角小,所以所以b b光的折射率大于光的折射率大于a a光的折射率光的折射率,即即n nb b n na a,故故D D正确正确;又在介质内的传播速度又在介质内的传播速度 ,所以棱镜内所以棱镜内a a光的传播速度光的传播速度v va a比比b b光的传播速度光的传播速度v vb b大大;故故B B正确正确.答案答案 BDBD2 2如果光以同一入射角从真空射入不同介质如果光以同一入射角从真空射入不同介质,则折射率越则折射率越大的介质大的介质 ()A A折射角越大折射角越大,表示这种介质对光的偏折作用越大表示这种介质对光的偏折作用越大B B折射角越大折射角越大,表示这种介质对光的偏折作用越小表示这种介质对光的偏折作用越小C C折射角越小折射角越小,表示这种介质对光的偏折作用越大表示这种介质对光的偏折作用越大D D折射角越小折射角越小,表示这种介质对光的偏折作用越小表示这种介质对光的偏折作用越小解析解析由可知入射角相同时由可知入射角相同时,折射率折射率n n越大越大,折射角折射角2 2越小越小,偏折角偏折角=1 1-2 2就越大就越大,所以所以C C项正项正确确.C C3 3关于折射率关于折射率,下列说法正确的是下列说法正确的是 ()A A根据可知根据可知,介质的折射率与入射角介质的折射率与入射角的正弦成正比的正弦成正比B B根据可知根据可知,介质的折射率与折射介质的折射率与折射角的正弦成反比角的正弦成反比C C根据可知根据可知,介质的折射率与介质介质的折射率与介质中的光速成反比中的光速成反比D.D.以上说法都不正确以上说法都不正确解析解析折射率是反映介质光学性质的物理量折射率是反映介质光学性质的物理量,其大其大小由介质本身和入射光的频率决定小由介质本身和入射光的频率决定,所以所以A A、B B、C C项说法错误项说法错误,应选应选D D项项.D D光导纤维的结构光导纤维的结构,其内芯和外套材料不同其内芯和外套材料不同,光在光在内芯中传播内芯中传播,以下说法正确的是以下说法正确的是 ()A A内芯的折射率比外套的大内芯的折射率比外套的大,光传播时在内芯与光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射外套的界面上发生全反射B.B.内芯的折射率比外套的小内芯的折射率比外套的小,光传播时在内芯与光传播时在内芯与外外套的界面上发生全反射套的界面上发生全反射C.C.内芯的折射率比外套的小内芯的折射率比外套的小,光传播时在内芯与光传播时在内芯与外外套的界面上发生折射套的界面上发生折射D.D.内芯的折射率与外套的相同内芯的折射率与外套的相同,外套的材料有韧外套的材料有韧性性,可以起保护作用可以起保护作用A5.5.在图在图5 5中的虚线表示两种介质的界面及其法线中的虚线表示两种介质的界面及其法线,实实线表示一条光线射向界面后发生反射和折射的光线表示一条光线射向界面后发生反射和折射的光线线,以下说法正确的是以下说法正确的是 ()bObO不可能是入射光线不可能是入射光线aOaO可能是入射光线可能是入射光线aOaO可能是入射光线可能是入射光线ObOb可能是反射光线可能是反射光线A.A.B.B.C.CD.D.B图图56.6.如图如图6 6所示，玻璃棱镜的截面为等腰三角形，顶所示，玻璃棱镜的截面为等腰三角形，顶角角为为3030，一束光线垂直于，一束光线垂直于abab面射入棱镜，面射入棱镜，又从又从acac面射出面射出.出射光线与入射光线之间的夹角出射光线与入射光线之间的夹角为为30.30.求此棱镜材料的折射率求此棱镜材料的折射率.图图6 6解析解析 过过acac面作出法线，如图，可知面作出法线，如图，可知2 2=30,=30,1 1=60,=60,所以所以答案答案7.7.如图如图7 7所示，一个半径为所示，一个半径为r r的的 圆木板静止在水面上，在圆圆木板静止在水面上，在圆 木板圆心木板圆心O O的正下方的正下方H H=r r处处 有一点光源有一点光源S S，已知水的折射，已知水的折射 率率n n=,=,（1 1）求沿圆木板边缘出射的折射光线的折射角；）求沿圆木板边缘出射的折射光线的折射角；（2 2）若在水面上方观察不到点光源）若在水面上方观察不到点光源S S所发出的光，所发出的光，则将点光源则将点光源S S至少竖直向上移动多大的距离？至少竖直向上移动多大的距离？（结果可用根式表示）（结果可用根式表示）图图7 7解析解析 （1 1）设入射角为）设入射角为1 1，折射角为，折射角为2 2，则，则 由折射定律得：由折射定律得：联立得：折射角联立得：折射角2 2=45.=45.（2 2）若在水面上方观察不到点光源所发出的光，）若在水面上方观察不到点光源所发出的光，则入射到圆木板边缘的光线将发生全反射，设临则入射到圆木板边缘的光线将发生全反射，设临界角为界角为C C，点光源，点光源S S离圆心的距离为离圆心的距离为h h，则，则得得C C=45=45，由几何关系，由几何关系 知：知：h h=r r，则，则点光源点光源S S至少上移至少上移答案答案 （1 1）4545（2 2）8.8.夏日晚上夏日晚上,小明去游泳池游泳小明去游泳池游泳,他站在池边发现他站在池边发现对岸标杆上有一灯对岸标杆上有一灯A A,水下池壁上有一彩灯水下池壁上有一彩灯B B(B B灯灯在图中未画出在图中未画出),),如图如图8 8所示所示,他调整自己到岸边的他调整自己到岸边的距离距离,直到发现直到发现A A灯经水面反射所成的像与灯经水面反射所成的像与B B灯经灯经水面折射后所成的像重合水面折射后所成的像重合,此时人到对岸的距离此时人到对岸的距离L L=10=10 m m,A A灯距水面高为灯距水面高为0.5 0.5 m m,人眼人眼E E距水面高为距水面高为2 2 m m,水的折射率为水的折射率为 .图图8 8(1)(1)画出小明看到画出小明看到A A、B B灯的像重合时的光路图灯的像重合时的光路图.(2)(2)求求B B灯在水面下的深度灯在水面下的深度.解析解析 (1)(1)光路图如下图所示光路图如下图所示.(2)(2)如图所示如图所示,设水面为设水面为CFCF,A A到水面的距离为到水面的距离为L L1 1,B B灯与水面的距离为灯与水面的距离为L L2 2,人眼到水面的距离为人眼到水面的距离为L L3 3,点点C C、D D之间的距离为之间的距离为L L4 4,得得得得L4=2 m对对B B灯光的折射过程灯光的折射过程,有有得灯在水面下深处得灯在水面下深处答案答案 (1)(1)见解析见解析 (2)1.89(2)1.89 m m9.9.如图如图9 9所示是一透明的圆柱所示是一透明的圆柱 体的横截面，其半径体的横截面，其半径R R=20=20 cmcm，折射率为折射率为 ，ABAB是一条直径，是一条直径，今有一束平行光沿今有一束平行光沿ABAB方向射向方向射向 圆柱体，试求：圆柱体，试求：（1 1）光在圆柱体中的传播速度；）光在圆柱体中的传播速度；（2 2）距离直线）距离直线ABAB多远的入射光线，折射后经过多远的入射光线，折射后经过B B点点.解析解析 （1 1）光在圆柱体的传播速度）光在圆柱体的传播速度 图图9 9（2 2）设光线）设光线PCPC经折射后经过经折射后经过B B点，光路图如图示点，光路图如图示由折射定律有：由折射定律有：又由几何关系有：又由几何关系有：=2=2 由以上两式解得由以上两式解得=60=60光线光线PCPC离直线离直线ABAB的距离的距离则距离直线则距离直线ABAB为为 的入射光线经折射后能的入射光线经折射后能到达到达B B点点.答案答案反思总结反思总结返回返回