2012版高三物理一輪復(fù)習(xí)課件：14.2光的折射 全反射 色散(大綱版)

第二課時(shí)光的折射全反射色散1共45頁第一關(guān):基礎(chǔ)關(guān)展望高考基礎(chǔ)知識2共45頁一? 光的折射知識講解(1)折射現(xiàn)象:光傳播到兩種介質(zhì)的分界面上,一部分光進(jìn)入另一種介質(zhì)中,并且改變了原來的傳播方向,這種現(xiàn)象叫做光的折射.如圖所示,AO為入射光線,O為入射點(diǎn),OB為反射光線,OC為折射光線.3共45頁4共45頁①入射角:入射光線與法線間的夾角θ1叫做入射角.②折射角:折射光線與法線間的夾角θ2叫做折射角.(2)折射定律a.內(nèi)容:折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi),折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè);入射角的正弦與折射角的正弦成正比.b.表達(dá)式:=n12式中n12是比例常數(shù).5共45頁

(3)折射率

①定義:把光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí),入射角的正弦與折射角的正弦之比,叫做這種介質(zhì)的絕對折射率,簡稱折射率.

②定義式:式中n是折射率.

說明:①折射率與光速的關(guān)系:某種介質(zhì)的折射率,等于光在真空中的傳播速度c跟光在這種介質(zhì)中傳播速度v之比,即因?yàn)閏>v,所以n>1.任何介質(zhì)的折射率都大于1.6共45頁②折射率n是反映介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的物理量,它的大小由介質(zhì)本身及入射光的頻率決定,與入射角、折射角的大小無關(guān).③在折射現(xiàn)象中光路是可逆的.7共45頁活學(xué)活用

1.兩束平行的細(xì)激光束,垂直于半圓柱透鏡的平面射到半圓柱透鏡上,如圖所示.已知其中一條沿直線穿過透鏡,它的入射點(diǎn)為O,另一條光線的入射點(diǎn)為A,穿過透鏡后兩條光線相交于P點(diǎn).已知透鏡截面的圓半徑為R,

求透鏡材料的折射率.8共45頁9共45頁二? 全反射知識講解1.全反射的概念當(dāng)光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí),折射角大于入射角.當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí),折射角等于90°,此時(shí),折射光完全消失.入射光全部反射到原來的介質(zhì)中,這種現(xiàn)象叫做全反射.10共45頁2.對全反射現(xiàn)象的理解(1)全反射條件:①光線由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)②入射角大于臨界角11共45頁

(2)臨界角①定義:光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí),折射角等于90°時(shí)的入射角,叫做臨界角.用字母C表示.臨界角是指光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí),發(fā)生全反射現(xiàn)象時(shí)的最小入射角,是發(fā)生全反射的臨界狀態(tài).當(dāng)光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí):若入射角i<C,則不發(fā)生全反射,既有反射又有折射現(xiàn)象.若入射角i≥C,則發(fā)生全反射現(xiàn)象.②臨界角的計(jì)算:sinC=12共45頁

(3)全反射應(yīng)用光導(dǎo)纖維簡稱光纖,是非常細(xì)的特制玻璃絲,由內(nèi)芯和外套兩層組成,內(nèi)芯的折射率比外套的大,光傳播時(shí)在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生全反射.光導(dǎo)纖維的應(yīng)用有光纖通信,醫(yī)學(xué)內(nèi)窺鏡等.13共45頁活學(xué)活用2.如圖所示,一束光線從折射率為1.5的玻璃射向空氣,在界面上的入射角為45°,下面四個(gè)光路中正確的是()14共45頁15共45頁答案:A16共45頁三? 光的色散知識講解1.光的色散把復(fù)色光分解為單色光的現(xiàn)象叫光的色散.白光通過棱鏡后,被分解為紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種顏色的光.17共45頁2.對光的色散的理解①光的顏色由光的頻率決定.組成白光的各種單色光中紅光頻率最小,紫光頻率最大.在不同介質(zhì)中,光的頻率不變.②不同頻率的色光在真空中傳播速度相同,為c=3×108

m/s.但在其他介質(zhì)中速度各不相同,同一種介質(zhì)中,紫光速度最小,紅光速度最大.③同一介質(zhì)對不同色光的折射率不同,通常情況下頻率越高,在介質(zhì)中的折射率也越大,所以白光進(jìn)入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí),紫光偏折得最厲害,紅光偏折最小.18共45頁④由于色光在介質(zhì)中傳播時(shí)光速發(fā)生變化,則波長也發(fā)生變化.同一色光在不同介質(zhì)中,折射率大的光速小,波長短;折射率小的光速大,波長長.不同色光在同一介質(zhì)中,頻率高的折射率大,光速小,波長短;頻率低的折射率小,光速大,波長長.19共45頁第二關(guān):技法關(guān)解讀高考解題技法20共45頁一? 折射率問題的求解方法

技法講解

折射率問題的求解方法

(1)由折射定律其中i為在真空中光線和法線之間的夾角,r為介質(zhì)中光線與法線的夾角.

(2)光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),介質(zhì)的折射率和光在該介質(zhì)中的傳播速度的乘積是一常數(shù),即n1v1=n2v2=C.21共45頁典例剖析【例1】如圖所示,a、b兩束不同的單色光平行地從空氣射入水中,發(fā)生折射,α>β,則下述結(jié)論正確的是()22共45頁A.水對光束a的折射率較大B.水中光束b的速度較小C.光束a的頻率較大D.若從水中射向空氣,發(fā)生全反射光束a的臨界角較光束b的臨界角大23共45頁

[解析]平行的單色光束a、b射到水面上,入射角i相同,由n=

α>β,所以na<nb,故A錯誤;由得va>vb,故B正確;由于同一介質(zhì)中,頻率高的色光傳播速度小,所以光束a的頻率較光束b的頻率小,故C錯誤;若光束從水中射向空氣,由sinC=,光束a的臨界角較光束b的臨界角大,故D正確.[答案]BD24共45頁二? 光的折射和全反射問題的解題技巧技法講解光的折射和全反射問題的解題技巧(1)依據(jù)已知條件正確畫出光路圖.(2)正確找出入射角和對應(yīng)的折射角(或反射角).(3)應(yīng)用折射定律列式.(4)分析全反射的臨界條件,若滿足全反射,用全反射臨界角公式列式計(jì)算.(5)注意利用平面幾何知識分析有關(guān)的線?角關(guān)系.25共45頁典例剖析【例2】如圖所示,用折射率為n的透明介質(zhì)做成內(nèi)外半徑分別為a和b的空心球.當(dāng)一束平行光射向此球殼,經(jīng)球殼外?內(nèi)表面兩次折射,而能進(jìn)入空心球殼的入射平行光束的橫截面積是多大?26共45頁

[解析]根據(jù)對稱性可知所求光束的截面應(yīng)是一個(gè)圓面,要求出這個(gè)圓的半徑關(guān)鍵在于正確作出符合題意的光路圖,如圖所示,設(shè)入射光線AB為所求光束的臨界光線,作出其折射光線,入射角為i,經(jīng)球殼外表面折射后折射角為r,折射光線BE恰好在內(nèi)表面E點(diǎn)發(fā)生全反射,即∠BEO′=C,在△OEB中,由正弦定理得27共45頁[答案]πa228共45頁三? 光的色散的動態(tài)分析技法講解光的色散的動態(tài)分析各色光的順序?折射率?在同種介質(zhì)中的比較:29共45頁光的顏色紅橙黃綠藍(lán)靛紫偏向角小→大折射率小→大在同種介質(zhì)中的光速v=c/n大→小在同種介質(zhì)中的臨界角大→小30共45頁典例剖析【例3】如圖所示,白光垂直于正三棱鏡AB邊進(jìn)入三棱鏡后射到BC邊,并在BC邊上發(fā)生全反射,若保持白光入射點(diǎn)位置不變,而將白光在紙所在的平面內(nèi)緩慢逆時(shí)針轉(zhuǎn)動.則最先從BC邊射出的光是()31共45頁A.紅光 B.紫光C.白光 D.無法判斷[解析]如圖所示,光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)的界面上時(shí),若入射角大于或等于全反射臨界角C,則發(fā)生全反射,小于臨界角則發(fā)生折射.

32共45頁根據(jù)sinC=及n紅<n紫,有C紅>C紫,而白光逆時(shí)針轉(zhuǎn)動以后在玻璃中各入射角大于臨界角變到小于各自臨界角時(shí),紅光最先小于臨界角,因而最先從BC邊折射出來,而紫光最后折射出來.正確答案為A.[答案]A33共45頁第三關(guān):訓(xùn)練關(guān)笑對高考隨堂·訓(xùn)練34共45頁1.據(jù)報(bào)道:2008年北京奧運(yùn)會時(shí),光纖通信網(wǎng)將覆蓋所有奧運(yùn)場館,為各項(xiàng)比賽提供安全可靠的通信服務(wù),光纖通信利用光的全反射將大量信息高速傳輸.如圖所示,一條圓柱形的光導(dǎo)纖維,長為L,它的玻璃芯的折射率為n1,外層材料的折射率為n2,光在空氣中的傳播速度為c,若光從它的一端射入經(jīng)全反射后從另一端射出所需的最大時(shí)間為t,則下列選項(xiàng)中正確的是(圖中所標(biāo)的φ為全反射的臨界角)()35共45頁答案:B36共45頁2.如圖所示,a處眼睛看到魚在水里b處,若從a處射出一束激光欲射到魚上,則激光應(yīng)對著哪一位置射出()A.b的下方 B.b的上方C.b處 D.無法確定37共45頁解析:學(xué)生做過類似“a處眼睛看見水里的魚在b處,若用漁叉叉魚,應(yīng)對著b的下方叉去”的問題,所以該題學(xué)生易錯選A,同學(xué)們忽視了題設(shè)條件不是“漁叉叉魚”,而是“激光叉魚”,漁叉插入水中不會發(fā)生偏折,而激光從空氣斜射入水中要發(fā)生偏折,所以激光應(yīng)對著b點(diǎn)射去,才能恰好射到魚身.答案:C38共45頁3.在完全透明的水下某處,放一點(diǎn)光源,在水面上可見到一個(gè)圓形光平面,若透光圓面的半徑勻速增大,則光源正()A.加速上升B.加速下沉C.勻速上升D.勻速下降39共45頁解析:如圖所示,點(diǎn)光源S發(fā)出的光能照亮以O(shè)A為半徑的圓面,照到A點(diǎn)右側(cè)時(shí)要發(fā)生全反射,沒有光線射出水面,則半徑r=htanC,如圖r均勻增大,則深度h也均勻增加.答案:D40共45頁4.某棱鏡頂角θ=41.30°,一束白光以較大的入射角從棱鏡的一個(gè)側(cè)面射入.通過棱鏡折射后從另一個(gè)側(cè)面射出,在光屏上形成由紅到紫的彩色光帶,如圖所示,在入射角i逐漸減小到零的過程中,彩色光帶變化的情況是()41共45頁色光紫藍(lán)綠黃橙紅折射率1.5321.5281.5191.5171.5141.513臨界角40.75°40.88°41.17°41.23°41.34°41.37°A.紫光最先消失,最后剩下紅光和橙光B.紫光最先消失,最后剩下黃光?橙光和紅光C.紅光最先消失,最后剩下紫光和藍(lán)光D.紅光最先消失,最后剩下紫光42共45頁解析:各種色光均以相同的入射角射向某種介質(zhì)時(shí),由于介質(zhì)對不同色光的折射率不同,所以折射角就不同.介質(zhì)對它的折射率越大,在AB界面上折射時(shí)的折射角越小,而在AC界面上對應(yīng)的入射角越大.當(dāng)入射角減小時(shí),折射光在AC面上的入射角增大.當(dāng)入射角減為零時(shí),所有光線到AC面上時(shí)入射角均為θ=41.30°,結(jié)合上表可知:紫?藍(lán)?綠?黃四色光均在A