2020版物理新攻略總復(fù)習(xí)北京專用課件：第十五章　第1講　光的折射　全反射和色散

1、總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引 第第1 1講光的折射全反射和色散講光的折射全反射和色散 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引總綱目錄 一 光的折射 二 全反射 三 光的色散 知知 識識 梳梳 理理 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引總綱目錄 考點一 光的折射 考點二 全反射 考點三 光的色散 深深 化化 拓拓 展展 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引知識梳理 一、光的折射一、光的折射 1.折射現(xiàn)象折射現(xiàn)象 光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象。 知識梳理 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引知識梳理 2.折射定律折射定律 (1)內(nèi)容:折射光線與入射光線、法線

2、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。 (2)表達(dá)式:=n12,式中n12是比例常數(shù)。 1 2 sin sin 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引知識梳理 3.折射率折射率 (1)物理意義:折射率反映介質(zhì)的光學(xué)特性,折射率大,說明光從真空射入 該介質(zhì)時偏折大,反之偏折小。 (2)定義式:n=,不能說n與sin1成正比,與sin2成反比。折射率由介 質(zhì)本身的光學(xué)性質(zhì)和光的頻率決定。 (3)計算公式:n=,因vc,故任何介質(zhì)的折射率總大于1。 (4)同一種介質(zhì)對不同的色光的折射率略有不同,對紫光的折射率最大, 1 2 sin sin c v

3、 紅光最小。 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引知識梳理 二、全反射二、全反射 1.全反射全反射 (1)定義:光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì),當(dāng)入射角增大到某一角度時,折射 光線將消失,只剩下反射光線的現(xiàn)象。 (2)條件:a.光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì);b.入射角大于等于臨界角。 (3)臨界角:折射角等于90時的入射角。若光從光密介質(zhì)(折射率為n)射 向真空或空氣時,發(fā)生全反射的臨界角為C,則sinC=。介質(zhì)的 1 n 折射率越大,發(fā)生全反射的臨界角越小。 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引知識梳理 2.光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維 光導(dǎo)纖維的工作原理是光的全反射。 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引

4、知識梳理 三、光的色散三、光的色散 1.光的色散光的色散:白光通過三棱鏡后,出射光束變?yōu)榧t、橙、黃、綠、青、 藍(lán)、紫七色光的光束。由七色光組成的光帶稱為光譜。這種現(xiàn)象 叫光的色散。 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引知識梳理 2.不同色光的比較不同色光的比較 顏色紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫 頻率低高 同一介質(zhì)的折射率小大 同一介質(zhì)中的速度大小 波長大小 同一介質(zhì)的臨界角大小 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引知識梳理 1.一束單色光由空氣射入玻璃,這束光的(A ) A.速度變慢,波長變短 B.速度不變,波長變短 C.頻率增高,波長變長 D.頻率不變,波長變長 總綱目錄 知識梳理 深化拓

5、展 欄目索引知識梳理 解析解析 單色光由空氣射入玻璃時,是由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì),故其速 度會減小,由于光在不同介質(zhì)中傳播時頻率不變,故由v=f可知,其速度 減小時,波長變短。 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引知識梳理 2.一束光從某種介質(zhì)射入空氣中時,入射角1=30,折射角2=60,折射光 路如圖所示,則下列說法正確的是(B) A.此介質(zhì)折射率為B.此介質(zhì)折射率為 C.相對于空氣此介質(zhì)是光疏介質(zhì)D.光在介質(zhì)中速度比在空氣中大 3 3 3 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引知識梳理 解析解析根據(jù)折射定律有,=,得n=,故A錯誤, B正確。由于入射角小于折射角,可知相對于空氣此介質(zhì)是光

6、密介質(zhì),故 C錯誤。光在介質(zhì)中的速度大小比在空氣中小,故D錯誤。 1 n 1 2 sin sin sin30 sin60 1 2 3 2 3 3 3 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引知識梳理 3.很多公園的水池底部裝有彩燈,當(dāng)一細(xì)束由紅、藍(lán)兩色組成的燈光從 水中斜射向空氣時,關(guān)于光在水面可能發(fā)生的反射和折射現(xiàn)象,下列光 路圖中正確的是() 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引知識梳理 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引知識梳理 答案答案C紅光、藍(lán)光都要發(fā)生反射,紅光的折射率較小,所以紅光發(fā)生全 反射的臨界角較藍(lán)光大,藍(lán)光發(fā)生全反射時,紅光不一定發(fā)生,故C正確。 總綱目錄 知識梳理

7、深化拓展 欄目索引知識梳理 4.如圖所示,兩束不同的單色光P和Q,以適當(dāng)?shù)慕嵌壬湎虬雸A形玻璃磚,其 出射光線都是從圓心O點沿OF方向射出,則下面說法正確的是(B) A.玻璃對P光的折射率大 B.Q光束的頻率比P光束的頻率大 C.P光束穿出玻璃磚后頻率變大 D.P光束穿過玻璃磚所需時間長 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引知識梳理 解析解析由圖看出,單色光Q偏折較大,根據(jù)折射定律得知,玻璃對Q光 的折射率較大,所以Q光束的頻率比P光束的頻率大,故A錯誤,B正確。 光的頻率與介質(zhì)無關(guān),P光束穿出玻璃磚后頻率不變,故C錯誤。由v= 分析得知,P在玻璃中傳播速度較大,所以P穿過玻璃磚所需時間比Q短

8、, 故D錯誤。 c n 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引知識梳理 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引深化拓展 考點一光的折射考點一光的折射 深化拓展 1.折射現(xiàn)象中的光線偏折折射現(xiàn)象中的光線偏折 (1)光線從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì),折射光線向法線偏折,入射角大于折 射角,反之亦然。 (2)入射角1越大,折射角2越大,偏折越明顯;1越小,2越小,偏折越不明 顯,1=0時,2=0,不偏折。 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引深化拓展 【情景素材【情景素材教師備用】教師備用】 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引深化拓展 2.光具對光線的控制作用光具對光線的控制作用 (1)不同光具對光

9、線的控制作用不同,但本質(zhì)上是光的折射、反射規(guī)律 的體現(xiàn),不可盲記,要具體問題具體分析。 (2)對不同光具的作用要分析透徹,靈活運用。 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引深化拓展 平行玻璃磚三棱鏡圓(球)形玻璃 出射光與入射光總平行, 但有側(cè)移 使光線向底邊偏折法線總過圓(球)心 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引深化拓展 1-1高速公路上的標(biāo)志牌常用“回歸反光膜”制成,夜間行車時,它能 將車燈照射出去的光逆向返回,標(biāo)志牌上的字特別醒目。這種“回歸反 光膜”是用球體反射元件制成的。如圖所示,反光膜內(nèi)均勻分布著直徑 為10m的玻璃珠,所用玻璃的折射率為,為使入射的光線經(jīng)玻璃珠的 折射、反射

10、、再折射后恰好和入射光線平行,那么第一次入射時的入射 角是() 3 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引深化拓展 A.60B.45C.30D.15 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引深化拓展 答案答案A設(shè)入射角為i,折射角為,作出光路圖如圖所示。因為出射光 線恰好和入射光線平行,所以i=2,根據(jù)折射定律有=,所以 =30,i=2=60。 sin sin i sin2 sin 3 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引深化拓展 1-2一小孩站在寬6m的河邊,在他正對面的岸邊有一距離河面高度為 3m的樹,樹的正下方河底有一塊石頭,小孩向河面看去,同時看到樹頂和 石頭兩者的像且重合。若小孩的眼

11、睛離河面高為1.5m,如圖所示,河水 的折射率為,試估算河水深度。 4 3 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引深化拓展 答案答案5.3m 解析解析光路如圖所示,得 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引深化拓展 n=, 由幾何關(guān)系得1.5tan+3tan=6, 解得tan=,sin=, sin sin 4 3 4 5 P點至樹所在岸邊的距離為3tan=4m,sin=,由以上幾式解得 h=5.3m。 22 4 4h 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引深化拓展 考點二全反射考點二全反射 1.光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)光疏介質(zhì)與光密介質(zhì) 光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)是相對而言的。例如,有機玻璃(n=1.50)

12、對水(n= 1.33)是光密介質(zhì),而對金剛石(n=2.42)是光疏介質(zhì),要看它與什么介質(zhì) 相比較。 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引深化拓展 2.全反射現(xiàn)象的發(fā)生全反射現(xiàn)象的發(fā)生 全反射發(fā)生之前,隨著入射角的增大,折射角和反射角都增大,但折射角 增大得快;在入射光強度一定的情況下,折射光越來越弱,反射光越來越 強,發(fā)生全反射時,折射光消失,反射光的強度等于入射光的強度。 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引深化拓展 【情景素材【情景素材教師備用】教師備用】 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引深化拓展 2-1如圖所示,一個玻璃三棱鏡的截面為等腰直角三角形ABC,A為 直角,玻璃三棱鏡

13、的折射率為。此截面所在平面內(nèi)的光線沿平行于 BC邊的方向射到AB邊的中點,對這條光線進(jìn)入棱鏡之后的光路分析正 確的是() 2 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引深化拓展 A.直接射到AC邊上,發(fā)生全反射現(xiàn)象 B.直接射到BC邊上,發(fā)生全反射現(xiàn)象 C.直接射到AC邊上,部分光線從AC邊射出 D.直接射到BC邊上,部分光線從BC邊射出 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引深化拓展 答案答案A由光路圖可知光線在AB邊上的入射角為45,由n=可知, 該光線經(jīng)過AB邊后的折射角為30,則光線將會到達(dá)AC邊,且入射角為6 0,由sinC=可知光在該玻璃棱鏡中發(fā)生全反射的臨界角為45,故光線 在AC邊

14、上將發(fā)生全反射現(xiàn)象,故A正確。 2 1 n 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引深化拓展 2-2一厚度為h的大平板玻璃水平放置,其下表面貼有一半徑為r的圓 形發(fā)光面。在玻璃板上表面放置一半徑為R的圓紙片,圓紙片與圓形發(fā) 光面的中心在同一豎直線上。已知圓紙片恰好能完全遮擋住從圓形發(fā) 光面發(fā)出的光線(不考慮反射),求平板玻璃的折射率。 答案答案 2 1 h Rr 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引深化拓展 解析解析如圖,考慮從圓形發(fā)光面邊緣的A點發(fā)出的一條光線,假設(shè)它斜射 到玻璃上表面的A點發(fā)生折射,根據(jù)折射定律有nsin=sin,n是玻璃的 折射率,是入射角,是折射角?，F(xiàn)假設(shè)A恰好在紙片邊

15、緣。由題意,在A 點剛好發(fā)生全反射,故=。 設(shè)AA線段在玻璃上表面的投影長為L,由幾何關(guān)系有 sin= 由題意,紙片的半徑應(yīng)為R=L+r 2 22 L Lh 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引深化拓展 聯(lián)立以上各式得n=。 2 1 h Rr 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引深化拓展 考點三光的色散考點三光的色散 1.光的顏色取決于頻率,從紅光到紫光,頻率逐漸增大,波長逐漸減小, 色光由真空進(jìn)入介質(zhì),頻率不變,波長減小。 2.在真空中,各種色光的速度均為c=3108m/s。色光從真空進(jìn)入介質(zhì)速 度都要減小,v=。在同一種介質(zhì)中,從紅光到紫光,速度逐漸減小。 c n 3.在同一種介質(zhì)中,

16、從紅光到紫光,折射率逐漸增大。 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引深化拓展 3-1(2017北京理綜,14,6分)如圖所示,一束可見光穿過平行玻璃磚后, 變?yōu)閍、b兩束單色光。如果光束b是藍(lán)光,則光束a可能是(D ) A.紅光B.黃光C.綠光D.紫光 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引深化拓展 解析解析 由題圖可知,可見光穿過玻璃磚后,發(fā)生了色散,其中a光的側(cè)移距 離大于b光的側(cè)移距離,說明玻璃對a光的折射率大于對b光的折射率,同 種介質(zhì)對紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫的折射率依次增大,由于b光是 藍(lán)光,故只有D選項符合題意。 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引深化拓展 3-2如圖所示

17、,半圓形玻璃磚置于光屏PQ的左下方。一束白光沿半徑 方向從A點射入玻璃磚,在O點發(fā)生反射和折射,折射光在光屏上呈現(xiàn)七 色光帶。若入射點由A向B緩慢移動,并保持白光沿半徑方向入射到O 點,觀察到各色光在光屏上陸續(xù)消失。在光帶未完全消失之前,反射光 的強度變化以及光屏上最先消失的光分別是() 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引深化拓展 A.減弱,紫光B.減弱,紅光 C.增強,紫光D.增強,紅光 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引深化拓展 答案答案C因n紅C紫,因此當(dāng)增大入 射角時,紫光先發(fā)生全反射,紫光先消失,且當(dāng)入射光的入射角逐漸增大 時,折射光強度會逐漸減弱,反射光強度會逐漸增強,故應(yīng)選C。 1 n 總綱目錄 知識梳理 深化拓展 欄目索引深化拓展 3-3 如圖所示,有一半徑為R的半圓柱形玻璃磚,O為圓心。平行的兩條 單色紅光以與底面垂直的方向射向玻璃磚。一條光線從玻璃磚的頂點 A射入,另一條光線從B點射入,AOB=60。已知玻璃磚對這種紅光的 折射率為。 (1)求兩條光線經(jīng)玻璃磚底面折射后的交點與圓心O點的距離; (2)若將入射的紅光改為綠光,則這個距離是增大了