搜索
高中同步新课标·物理创新方案系列丛书高中同步新课标·物理创新方案系列丛书1.光疏介质和光密介质名称项目光疏介质光密介质定义折射率的介质折射率的介质传播速度光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度折射特点(1)光从介质射入介质时，折射角小于入射角。(2)光从介质射入介质时，折射角大于入射角小光疏较大较小光密光疏光密高中同步新课标·物理创新方案系列丛书光从光疏介质射入光密介质时，折射角一定小于入射角吗？解析：不一定。光垂直射入光密介质时，入射角和折射角均为零。高中同步新课标·物理创新方案系列丛书2．全反射现象(1)全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，光完全消失，只剩下光，这种现象叫做全反射。(2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90°时的。用字母C表示。(3)发生全反射的条件①光从介质射入介质；②入射角临界角。(4)临界角与折射率的关系①定量关系：光由介质射入空气(或真空)时，(公式)；②定性：介质的折射率，发生全反射的临界角就越小，越容易发生全反射。折射入射角光疏大于或等于反射光密越大sinC＝1n高中同步新课标·物理创新方案系列丛书解析：水或玻璃中的气泡是光疏介质，光经过水或玻璃照射气泡时，一部分光会发生全反射，相对于其他物体而言，有更多的光反射到人眼中，就好像光是由气泡发出的，因此人眼感觉这些气泡特别明亮。为什么水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮？高中同步新课标·物理创新方案系列丛书3．全反射的应用(1)全反射棱镜①形状：截面为三角形的棱镜；②光学特性a．当光垂直于截面的直角边射入棱镜时，光在截面的斜边上发生，光射出棱镜时，传播方向改变了；b．当光垂直于截面的斜边射入棱镜时，在两个直角边上各发生一次，使光的传播方向改变了。(2)光导纤维及其应用①原理：利用了光的；②构造：光导纤维是非常细的特制玻璃丝，由内芯和外层透明介质两层组成。内芯的折射率比外层的，光传播时在内芯与外层的界面上发生；③主要优点：容量大、损耗小、抗干扰能力强、等。等腰直角90°180°全反射全反射全反射大全反射能量保密性好高中同步新课标·物理创新方案系列丛书解析：调整摆锤下面的螺母，以改变摆钟的摆长，从而改变摆钟的周期，以调整摆钟的走时快慢。1．截面是三角形的棱镜是全反射棱镜()2．光在光纤中传播时，在内芯和外套的界面上发生全反射()3．光纤通信的主要优点是容量大()答案：1.×2.√3.√高中同步新课标·物理创新方案系列丛书1．光疏介质和光密介质的理解(1)光疏介质和光密介质的比较光的传播速度折射率光疏介质大小光密介质小大(2)相对性光疏介质、光密介质是相对的。任何两种透明介质都可以通过比较光在其中传播速度的大小或折射率的大小来判定谁是光疏介质或光密介质。高中同步新课标·物理创新方案系列丛书2．全反射现象(1)全反射遵循的规律发生全反射时，光全部返回原介质，入射光与反射光遵循光的反射定律，由于不存在折射光线，光的折射定律不再适用。(2)从能量角度来理解全反射当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大。同时折射光线强度减弱，即折射光线能量减小，反射光线强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光线强度减弱到零，反射光的能量等于入射光的能量。3．不同色光的临界角不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越高的光的临界角越小，越易发生全反射。高中同步新课标·物理创新方案系列丛书[典例1]一底面半径为R的半圆柱形透明体的折射率为n＝3，横截面如图所示，O表示半圆柱形截面的圆心。一束极窄的光线在横截面内从AOB边上的极靠近A点处以60°的入射角入射，求该光线从射入透明体到第一次射出透明体所经历的时间(已知真空中的光速为c，计算结果用R、n、c表示)。[思路探究](1)画光路图时注意入射角和折射角的关系。(2)光射到界面上时要判断是否发生全反射。高中同步新课标·物理创新方案系列丛书[解析]光路图如图所示，则n＝sin60°sin∠1得∠1＝30°由几何关系得∠2＝∠3＝∠4＝∠5＝∠6＝60°设临界角为C，sinC＝1n＝33sinC＜sin∠3，C＜∠3，光线在C点处发生全反射。同理光在D点处发生全反射。由几何关系知D点处反射光线恰好从B点射出。由几何关系知，光在透明体内运动的路程s＝3R由n＝cv，t＝sv得t＝3nRc或33Rc[答案]3nRc高中同步新课标·物理创新方案系列丛书【总结提能】解决全反射问题的基本思路高中同步新课标·物理创新方案系列丛书1.[多选]一玻璃砖横截面如图所示，其中ABC为直角三角形(AC边未画出)，AB为直角边，∠ABC＝45°；ADC为一圆弧，其圆心在BC边的中点。此玻璃的折射率为1.5。P为一贴紧玻璃砖放置的、与AB边垂直的光屏。若一束宽度与AB边长度相等的平行光从AB边垂直射入玻璃砖，则()A．从BC边折射出一束宽度与BC边长度相等的平行光B．屏上有一亮区，其宽度小于AB边的长度C．屏上有一亮区，其宽度等于AC边的长度D．当屏向远离玻璃砖的方向平行移动时，屏上亮区先逐渐变小然后逐渐变大高中同步新课标·物理创新方案系列丛书解析：选BD设光在玻璃砖BC面与AC弧面上的临界角为C，则有sinC＝1n＝23，显然C45°，故可知光将在整个BC面上发生全反射，也会在AC弧面上靠近A点和C点附近区域发生全反射，D点附近的射出光线形成会聚光束照到光屏P上，由以上分析可知，B、D正确。高中同步新课标·物理创新方案系列丛书1．全反射棱镜全反射棱镜是利用全反射改变光路以便于观察。在图中的等腰直角三角形ABC表示一个全反射棱镜的横截面，它的两直角边AB和BC表示棱镜上两个互相垂直的侧面。如果光线垂直地射到AB面上，光在棱镜内会沿原来的方向射到AC面上。由于入射角(45°)大于光从玻璃射入空气的临界角(42°)，光会在AC面上发生全反射，沿着垂直于BC的方向从棱镜射出(图甲)。如果光垂直地射到AC面上(图乙)，沿原方向射入棱镜后，在AB、BC两面上都会发生全反射，最后沿着与入射时相反的方向从AC面上射出。生活中有许多地方都用到了这一原理，例如自行车尾灯(图丙)。在光学仪器里，常用全反射棱镜来代替平面镜，改变光的传播方向。图丁是全反射棱镜应用在潜望镜里的光路图。高中同步新课标·物理创新方案系列丛书高中同步新课标·物理创新方案系列丛书2．光导纤维(1)构造及传播原理：光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1μm～100μm。如图所示，它是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，光由一端进入，在两层的界面上经过多次全反射，从另一端射出。光导纤维可以远距离传播光，光信号又可以转换成电信号，进而变为声音、图象。如果把许多(上万根)光导纤维合成一束，并使两端的纤维按严格相同的次序排列，就可以传输图象。高中同步新课标·物理创新方案系列丛书(2)光导纤维的折射率：设光导纤维的折射率为n，入射光线的入射角为θ1，若进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射，如图所示。则有sinC＝1n，n＝sinθ1sinθ2，C＋θ2＝90°。由以上各式可得sinθ1＝n2－1。由图可知当θ1增大时，θ2增大，而从纤维射向空气中光线的入射角θ减小，当θ1＝90°时，若θ＝C，则所有进入纤维中的光线都能发生全反射，即有sin90°＝n2－1，解得n＝2。以上是光从纤维射向真空时得到的折射率。由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此折射率要比2大一些。高中同步新课标·物理创新方案系列丛书[典例2]如图所示，一根长为l＝5.0m的光导纤维用折射率n＝2的材料制成。一束激光由其左端的中心点以45°的入射角射入光导纤维内，经过一系列全反射后从右端射出，已知真空中光速c＝3×108m/s。求：(1)该激光在光导纤维中的速度v是多大；(2)该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少。[思路探究]高中同步新课标·物理创新方案系列丛书[答案](1)2.1×108m/s(2)2.7×10－8s[解析](1)由n＝cv可得v＝cn≈2.1×108m/s(2)由n＝sinθ1sinθ2可得光线从左端面射入后的折射角为30°，射到侧面时的入射角为60°，大于临界角45°，因此发生全反射。同理光线每次在侧面都将发生全反射，直到光线到达右端面。由几何关系可以求出光线在光导纤维中通过的总路程s＝2l3因此该激光在光导纤维中传输所经历的时间t＝sv≈2.7×10－8s高中同步新课标·物理创新方案系列丛书2．如图所示，AB为光导纤维，A、B之间距离为s，使一光脉冲信号从光导纤维中间入射，射入后在光导纤维与空气的界面上恰好发生全反射，已知由A点传输到B点所用时间为t，空气中光速为c，求光导纤维所用材料的折射率n。高中同步新课标·物理创新方案系列丛书解析：由题意知，角α为此光脉冲信号的全反射临界角，则有sinα＝sinC＝1nn＝cvt＝ssinαv＝svsinα由以上三式解得t＝scn·1n＝sn2c所以n＝cts答案：cts高中同步新课标·物理创新方案系列丛书解析：选BD因为水的折射率为1.33，酒精的折射率为1.36，所以水对酒精来说是光疏介质；由v＝cn可知，光在光密介质中的速度较小，B、D正确。1．[多选]下列说法正确的是()A．因为水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介质B．因为水的折射率小于酒精的折射率，所以水对酒精来说是光疏介质C．同一束光，在光密介质中的传播速度较大D．同一束光，在光密介质中的传播速度较小高中同步新课标·物理创新方案系列丛书解析：选B入射角大于45°时折射光线消失，即这种介质的临界角C＝45°，所以n＝1sinC＝2，B正确。2．光线由某种介质射向与空气的分界面，当入射角大于45°时折射光线消失，由此可断定这种介质的折射率是()A．n＝22B．n＝2C．n＝12D．n＝2高中同步新课标·物理创新方案系列丛书3.空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图甲所示。方框内有两个折射率n＝1.5的玻璃全反射棱镜。图乙给出了两棱镜四种放置方式的示意图，其中能产生图甲效果的是()甲乙高中同步新课标·物理创新方案系列丛书解析：选B四个选项产生光路效果如图所示。则可知，B正确。高中同步新课标·物理创新方案系列丛书4．[多选]如图为一直角棱镜的横截面，∠bac＝90°，∠abc＝60°，一平行细光束从O点沿垂直于bc面的方向射入棱镜。已知棱镜材料的折射率n＝2，若不考虑原入射光在bc面上的反射光，则有光线()A．从ab面射出B．从ac面射出C．从bc面射出，且与bc面斜交D．从bc面射出，且与bc面垂直高中同步新课标·物理创新方案系列丛书解析：选BD由棱镜材料的折射率n＝2可知，其全反射临界角为45°，平行细光束在ab面上入射角为60°，大于临界角，发生全反射，反射光在ac面上入射角为30°，小于临界角，既有反射又有折射，光线在bc面上垂直出射，光路图如图所示，B、D正确。高中同步新课标·物理创新方案系列丛书解析：由题意可知，光线在O点处入射角为45°，恰好发生全反射，则临界角C＝45°，由折射率和临界角关系式得n＝1sinC＝1sin45°＝2。5.半圆柱玻璃砖如图所示，已知光线从圆弧Mb的中点a处进入玻璃后，在圆心O点恰好发生全反射，玻璃砖的临界角为__________，折射率为__________。答案：45°2高中同步新课标·物理创新方案系列丛书