第二课时 光的折射 全反射 色散

第1页第1页共45页第二课时光的折射全反射色散第2页第2页共45页第一关:基础关展望高考基础知识第3页第3页共45页一､光的折射知识讲解(1)折射现象:光传播到两种介质的分界面上,一部分光进入另一种介质中,并且改变了原来的传播方向,这种现象叫做光的折射.如图所示,AO为入射光线,O为入射点,OB为反射光线,OC为折射光线.第4页第4页共45页第5页第5页共45页①入射角:入射光线与法线间的夹角θ1叫做入射角.②折射角:折射光线与法线间的夹角θ2叫做折射角.(2)折射定律a.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两侧;入射角的正弦与折射角的正弦成正比.b.表达式:=n12式中n12是比例常数.12sinsin第6页第6页共45页(3)折射率①定义:把光从真空射入某种介质发生折射时,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,简称折射率.②定义式:式中n是折射率.说明:①折射率与光速的关系:某种介质的折射率,等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中传播速度v之比,即因为cv,所以n1.任何介质的折射率都大于1.12,sinnsin.cnv第7页第7页共45页②折射率n是反映介质光学性质的物理量,它的大小由介质本身及入射光的频率决定,与入射角、折射角的大小无关.③在折射现象中光路是可逆的.第8页第8页共45页活学活用1.两束平行的细激光束,垂直于半圆柱透镜的平面射到半圆柱透镜上,如图所示.已知其中一条沿直线穿过透镜,它的入射点为O,另一条光线的入射点为A,穿过透镜后两条光线相交于P点.已知透镜截面的圆半径为R,求透镜材料的折射率.,3.2ROAOPR第9页第9页共45页3,23(1/2)3,,23(3/2):OB,BOP30,BOP,C,tanBPCBPC30,NBP18012060.603.30PB,BA,OCRCPRRRsinnsin解析由题意作出光路图为法线由数学知识知过点向作垂线垂足为则所以由光路可逆原理知若光沿入射则一定沿折射由折射定律有:3答案第10页第10页共45页二､全反射知识讲解1.全反射的概念当光从光密介质进入光疏介质时,折射角大于入射角.当入射角增大到某一角度时,折射角等于90°,此时,折射光完全消失.入射光全部反射到原来的介质中,这种现象叫做全反射.第11页第11页共45页2.对全反射现象的理解(1)全反射条件:①光线由光密介质射入光疏介质②入射角大于临界角第12页第12页共45页(2)临界角①定义:光从光密介质射向光疏介质时,折射角等于90°时的入射角,叫做临界角.用字母C表示.临界角是指光由光密介质射向光疏介质时,发生全反射现象时的最小入射角,是发生全反射的临界状态.当光由光密介质射入光疏介质时:若入射角iC,则不发生全反射,既有反射又有折射现象.若入射角i≥C,则发生全反射现象.②临界角的计算:sinC=1.n第13页第13页共45页(3)全反射应用光导纤维简称光纤,是非常细的特制玻璃丝,由内芯和外套两层组成,内芯的折射率比外套的大,光传播时在内芯和外套的界面上发生全反射.光导纤维的应用有光纤通信,医学内窥镜等.第14页第14页共45页活学活用2.如图所示,一束光线从折射率为1.5的玻璃射向空气,在界面上的入射角为45°,下面四个光路中正确的是()第15页第15页共45页第16页第16页共45页123:n1.5,arcs22in45,,A.arcsinarcsinn解析因为所以临界角所以故发生全反射选项正确答案:A第17页第17页共45页三､光的色散知识讲解1.光的色散把复色光分解为单色光的现象叫光的色散.白光通过棱镜后,被分解为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的光.第18页第18页共45页2.对光的色散的理解①光的颜色由光的频率决定.组成白光的各种单色光中红光频率最小,紫光频率最大.在不同介质中,光的频率不变.②不同频率的色光在真空中传播速度相同,为c=3×108m/s.但在其他介质中速度各不相同,同一种介质中,紫光速度最小,红光速度最大.③同一介质对不同色光的折射率不同,通常情况下频率越高,在介质中的折射率也越大,所以白光进入某种介质发生折射时,紫光偏折得最厉害,红光偏折最小.第19页第19页共45页④由于色光在介质中传播时光速发生变化,则波长也发生变化.同一色光在不同介质中,折射率大的光速小,波长短;折射率小的光速大,波长长.不同色光在同一介质中,频率高的折射率大,光速小,波长短;频率低的折射率小,光速大,波长长.第20页第20页共45页第二关:技法关解读高考解题技法第21页第21页共45页一､折射率问题的求解方法技法讲解折射率问题的求解方法(1)由折射定律其中i为在真空中光线和法线之间的夹角,r为介质中光线与法线的夹角.(2)光从一种介质进入另一种介质时,介质的折射率和光在该介质中的传播速度的乘积是一常数,即n1v1=n2v2=C.,sininsinr第22页第22页共45页典例剖析【例1】如图所示,a、b两束不同的单色光平行地从空气射入水中,发生折射,αβ,则下述结论正确的是()第23页第23页共45页A.水对光束a的折射率较大B.水中光束b的速度较小C.光束a的频率较大D.若从水中射向空气,发生全反射光束a的临界角较光束b的临界角大第24页第24页共45页[解析]平行的单色光束a、b射到水面上,入射角i相同,由n=αβ,所以nanb,故A错误;由得vavb,故B正确;由于同一介质中,频率高的色光传播速度小,所以光束a的频率较光束b的频率小,故C错误;若光束从水中射向空气,由sinC=,光束a的临界角较光束b的临界角大,故D正确.,sinisinr,cnv1n[答案]BD第25页第25页共45页二､光的折射和全反射问题的解题技巧技法讲解光的折射和全反射问题的解题技巧(1)依据已知条件正确画出光路图.(2)正确找出入射角和对应的折射角(或反射角).(3)应用折射定律列式.(4)分析全反射的临界条件,若满足全反射,用全反射临界角公式列式计算.(5)注意利用平面几何知识分析有关的线､角关系.第26页第26页共45页典例剖析【例2】如图所示,用折射率为n的透明介质做成内外半径分别为a和b的空心球.当一束平行光射向此球壳,经球壳外､内表面两次折射,而能进入空心球壳的入射平行光束的横截面积是多大?第27页第27页共45页[解析]根据对称性可知所求光束的截面应是一个圆面,要求出这个圆的半径关键在于正确作出符合题意的光路图,如图所示,设入射光线AB为所求光束的临界光线,作出其折射光线,入射角为i,经球壳外表面折射后折射角为r,折射光线BE恰好在内表面E点发生全反射,即∠BEO′=C,在△OEB中,由正弦定理得第28页第28页共45页22,sinCnsini/sinrba/sini1,(1,Rbsinisinia,SRa80)abbsinrsinCsinCnasini又因为所以由几何关系得所以所求平行光束的横截面积[答案]πa2第29页第29页共45页三､光的色散的动态分析技法讲解光的色散的动态分析各色光的顺序､折射率､在同种介质中的比较:第30页第30页共45页光的颜色红橙黄绿蓝靛紫偏向角小→大折射率小→大在同种介质中的光速v=c/n大→小在同种介质中的临界角大→小第31页第31页共45页典例剖析【例3】如图所示,白光垂直于正三棱镜AB边进入三棱镜后射到BC边,并在BC边上发生全反射,若保持白光入射点位置不变,而将白光在纸所在的平面内缓慢逆时针转动.则最先从BC边射出的光是()第32页第32页共45页A.红光B.紫光C.白光D.无法判断[解析]如图所示,光从光密介质射入光疏介质的界面上时,若入射角大于或等于全反射临界角C,则发生全反射,小于临界角则发生折射.第33页第33页共45页根据sinC=及n红n紫,有C红C紫,而白光逆时针转动以后在玻璃中各入射角大于临界角变到小于各自临界角时,红光最先小于临界角,因而最先从BC边折射出来,而紫光最后折射出来.正确答案为A.[答案]A1n第34页第34页共45页第三关:训练关笑对高考随堂·训练第35页第35页共45页1.据报道:2008年北京奥运会时,光纤通信网将覆盖所有奥运场馆,为各项比赛提供安全可靠的通信服务,光纤通信利用光的全反射将大量信息高速传输.如图所示,一条圆柱形的光导纤维,长为L,它的玻璃芯的折射率为n1,外层材料的折射率为n2,光在空气中的传播速度为c,若光从它的一端射入经全反射后从另一端射出所需的最大时间为t,则下列选项中正确的是(图中所标的φ为全反射的临界角)()第36页第36页共45页211222112121212212A.nn,tB.nn,tC.nn,tD.nn,tnLnLncncnLnLncnc答案:B第37页第37页共45页2.如图所示,a处眼睛看到鱼在水里b处,若从a处射出一束激光欲射到鱼上,则激光应对着哪一位置射出()A.b的下方B.b的上方C.b处D.无法确定第38页第38页共45页解析:学生做过类似“a处眼睛看见水里的鱼在b处,若用渔叉叉鱼,应对着b的下方叉去”的问题,所以该题学生易错选A,同学们忽视了题设条件不是“渔叉叉鱼”,而是“激光叉鱼”,渔叉插入水中不会发生偏折,而激光从空气斜射入水中要发生偏折,所以激光应对着b点射去,才能恰好射到鱼身.答案:C第39页第39页共45页3.在完全透明的水下某处,放一点光源,在水面上可见到一个圆形光平面,若透光圆面的半径匀速增大,则光源正()A.加速上升B.加速下沉C.匀速上升D.匀速下降第40页第40页共45页解析:如图所示,点光源S发出的光能照亮以OA为半径的圆面,照到A点右侧时要发生全反射,没有光线射出水面,则半径r=htanC,如图r均匀增大,则深度h也均匀增加.答案:D第41页第41页共45页4.某棱镜顶角θ=41.30°,一束白光以较大的入射角从棱镜的一个侧面射入.通过棱镜折射后从另一个侧面射出,在光屏上形成由红到紫的彩色光带,如图所示,在入射角i逐渐减小到零的过程中,彩色光带变化的情况是()第42页第42页共45页色光紫蓝绿黄橙红折射率1.5321.5281.5191.5171.5141.513临界角40.75°40.88°41.17°41.23°41.34°41.37°A.紫光最先消失,最后剩下红光和橙光B.紫光最先消失,最后剩下黄光､橙光和红光C.红光最先消失,最后剩下紫光和蓝光D.红光最先消失,最后剩下紫光第43页第43页共45页解析:各种色光均以相同的入射角射向某种介质时,由于介质对不同色光的折射率不同,所以折射角就不同.介质对它的折射率越大,在AB界面上折射时的折射角越小,而在AC界面上对应的入射角越大.当入射角减小时,折射光在AC面上的入射角增大.当入射角减为零时,所有光线到AC面上时入射角均为θ=41.30°,结合上表可知:紫､蓝､绿､黄四色光均在AC面发生全反射,且紫光最先消失,故A选项正确.答案:A第44页第44页共45页5.汽车前灯的玻璃灯罩用有一些横竖条纹的玻璃制成,如图所示.试说明横竖条纹玻璃的构造及原理.第45页第45页共45页答案:汽车前灯装有横竖条纹的玻璃罩相当于一个小棱镜;灯泡发出的光经反射镜反射后以近似平行光向前射去,通过灯罩上这些小棱镜折射后分散到需要的各个方向上,使光柔和地照亮汽车前进的道路､路边的景物及路标和里程碑,从而确保行车安全.同时可以增加玻璃罩的机械强度,使其更坚实.