高考一輪復(fù)習(xí)學(xué)案光的折射全反射

第1時(shí)

光的折射、全反射基礎(chǔ)知識(shí)歸納光的直傳播在

同一均勻介質(zhì)

中光沿直線傳播.光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播向改變.障礙物或孔的尺寸和波長(zhǎng)相等或者比波長(zhǎng)小時(shí)，將發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，光線將偏離原來(lái)的方向光的反、平面鏡成像光反射定律.從一種介質(zhì)射到另一種介質(zhì)的分界面時(shí)發(fā)生反射，反射光線、入射光線和法線處在

同一平內(nèi)，反射光線、入射線分居法線的兩側(cè)，反射角等入角.(2)平面鏡成像的特點(diǎn)：正等的像，物與像關(guān)于鏡面對(duì).(3)在反射現(xiàn)象中，路是可的常用到這一特點(diǎn)及邊緣光線作圖來(lái)確定視場(chǎng)的范光的折(1)折射定律折射光線、入射光線、法線處于同一平內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線兩，射角的正弦與折射角的正弦的比值是定值注意兩角三線的含)(2)折射率①折射率定義：光從真空或空氣中射入介質(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)的折射率折射率是反映介質(zhì)折光的本領(lǐng)大小的一個(gè)物理.②折射率的定義表達(dá)式：＝

12

(其中θ為真空或空氣中的角度③折射率的其他各種計(jì)算表達(dá)形式＝

＝

＝

sinC

(其中、光在真空或空氣中的光速、波長(zhǎng)、的速、波長(zhǎng)；為發(fā)生全反射時(shí)的臨界)④折射率大小的決定因素：介、光源主要是頻率)注意：介質(zhì)的折射率n(3)折射光路是可的光的全射(1)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)：兩種介比較，折射率小的介質(zhì)叫光疏介，折射率大的介質(zhì)叫光介質(zhì)；“光疏”和“光密”具有相對(duì)性(2)全反射現(xiàn)象：光從光密

介質(zhì)入射到光疏介的分界上時(shí)，當(dāng)入射角增大到一定程度時(shí)，光全部反射回光介，這一現(xiàn)象叫全反射現(xiàn).(3)臨界角：折射角等于90°時(shí)對(duì)應(yīng)的入射角叫做臨角，表，C

1n

(4)發(fā)生全反射的條件：①光從光密介入射到光介質(zhì)；②入射角大等于臨角/

(5)光導(dǎo)纖維：實(shí)際用的光導(dǎo)纖維非常細(xì)的特制玻璃絲，直徑只有幾微米到一百微米之間，在內(nèi)和

外套

的界面上發(fā)生全反射其

內(nèi)芯

是光密介質(zhì)，

外套

是光疏介質(zhì)，它對(duì)光具有

傳導(dǎo)作用

光的色(1)三棱鏡：橫截面為三角形的三柱透明體稱三棱.三棱鏡對(duì)光線的作用：①光密三棱鏡：當(dāng)光線從一側(cè)面射入另一側(cè)面射出時(shí)光線兩次均向底偏折.物體經(jīng)棱鏡成像向頂角偏移.②光疏三棱鏡：當(dāng)光線從一側(cè)面射入，從另一側(cè)面射出時(shí)，光線兩次均向頂偏折.③全反射棱鏡等腰直角棱鏡)：當(dāng)光線從一直角邊垂射入時(shí)，在

斜邊

發(fā)生全反射，從另一直角邊垂直射出當(dāng)光線垂直斜邊射入時(shí)，在兩角邊都發(fā)生全反射后又垂直于斜邊射三棱鏡成像：當(dāng)物體發(fā)出的光線從三棱鏡的一側(cè)面射入，從另一側(cè)面射出時(shí)，逆著出射光線可以看到物體的

虛像

(2)光的色散：①白光通過(guò)三棱鏡后，出射光束變?yōu)榧t、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫

七色光.含有多種顏色的光被分解成單色光的現(xiàn)象叫做光的色各種色光按其波長(zhǎng)的有序列叫做光譜②各種色光性質(zhì)比較可見光中紅光的折射率n最小頻υ最小在同種介質(zhì)中除真空外)播速度v最大，長(zhǎng)大，從同種介質(zhì)射向真空時(shí)發(fā)生全反射的臨界角C最大，以相同入射角在介質(zhì)間發(fā)生折射時(shí)的偏折角最(意區(qū)分偏折角和折射角重點(diǎn)難點(diǎn)突破一、對(duì)折射率的理解折射率的定義指明了光是從空真空)射至介質(zhì)中，n＝

sinsin

v

，是空氣(真空)中的角度，12是介質(zhì)中的角度.計(jì)算折射率時(shí)應(yīng)先根據(jù)題意畫好光路圖對(duì)兩個(gè)角.無(wú)論光是從空氣(真空入射至介質(zhì)中，還是從介質(zhì)入射至空氣真空中，均空氣(真空)中的角度.>θ，，所以n>1.112二、與全反射有關(guān)的定性分析和量計(jì)算全反射產(chǎn)生的條件是光從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)入射角大于或等于臨界涉及的問(wèn)題如全射是否發(fā)生、什么范圍的入射光才能從介質(zhì)中射出、折射光覆蓋的范圍分析、臨界角的計(jì)算等都需正確作出光路圖，熟練應(yīng)用幾何知識(shí)進(jìn)行分析和計(jì).三、不同顏色的光的頻率不同顏色的光其頻率不同因在同一介質(zhì)中光速及波長(zhǎng)不同一介質(zhì)對(duì)不同色光的折射率不，紅光的頻率最低，紫光的頻率最.一介質(zhì)中，頻率高的色光折射率大，因?yàn)椋絪in當(dāng)入射角從0°漸增大時(shí)，頻率高的色光先發(fā)生全反射，利用/

1n

，大C小，

2v＝2

cn

，＝/，可分析比較不同色光在同一介質(zhì)中的光速、波長(zhǎng)的大.四、折射率測(cè)定的幾種方法成像法(1)原理：利用水面的反射成像和的折射成.方：緊挨燒杯口豎直插入一直尺，在直尺的對(duì)面觀察水面，能同在水中的部分和露出水面部分的.從點(diǎn)P看直尺水下最低點(diǎn)的刻度射成像恰好與直尺在水面上的刻度的像A反成)重合讀出

時(shí)看到直尺B的′(折的長(zhǎng)出杯內(nèi)徑圖所示可出水的折射率為＝(

AC

.視深法(1)原理：利用視深公式，h＝h/n.方：在一盛水的燒杯底部放一粒綠豆，在水面上方吊一根針，如圖所示.節(jié)針的位置，直到針尖在水中的像與看到的綠豆重合，測(cè)出針尖距水面的距離即為杯中水的視深，再測(cè)出水的實(shí)際深度h，則水的折射率為n＝

全反射(1)原理：全反射現(xiàn).(2)方法一滿水的大玻璃在水面上觀察看一圓形的發(fā)Dh則水的折射率為n＝D注意：液體、透明固體均可用全反射法測(cè)其折射插針?lè)?第課時(shí)重點(diǎn)講明)典例精析

缸下面放一發(fā)光電珠，如圖所示，面發(fā)光面的直徑D與深，與折射有關(guān)的計(jì)算【例】一個(gè)圓柱形筒，直徑cm，高人眼在筒側(cè)上方某處觀察，所見筒側(cè)的深度為9，當(dāng)筒中裝滿液體時(shí)，則恰能看到筒側(cè)的最低.求：(1)此液體的折射率；(2)光在此液體中的傳播速.【解析題的“恰能看到”表人眼看到的是筒側(cè)最低點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)界面折射后進(jìn)入人眼的邊界光線此可作出符合題意的光路圖，認(rèn)為“人眼發(fā)的光”折射后側(cè)最低點(diǎn).根據(jù)題中的條件作出光路圖如圖所示：/

恰好到達(dá)

222322n222322n(1)由圖可知：θ＝2

22

，θ＝1

2折射率：＝

sinsin

12

dH124d12c(2)傳播速度：v＝m/sn43

8

m/s【思維提升】本題中知道人眼看的邊界光線，知道人眼順著折射光線反向延長(zhǎng)線看去，而認(rèn)為筒深為9cm，是正確作出光路圖的依據(jù).總之，審清題意畫出光路圖，必要還可應(yīng)用光路的可逆原理畫出光路圖，這是分析折射問(wèn)題的關(guān).【拓展】中有一只小鳥，距水面3，其正下方距水面4m深處的水中有一條.知水的折射率為

43

，則鳥看水中的魚離它6m魚看天上的鳥離它【解析首先作出鳥看魚的光路圖，如圖所由于是在豎直方向上看，所以入射角很小，即圖中θ1和θ均小，故有tan＝sinθ，tanθ＝θ.圖可得：22tan＝′tanθ，121h3＝tan/tanθ＝θθ＝＝m122則鳥看水中的魚離它H＝＋3)＝m1同理可得魚看鳥時(shí)：＝nh＝3×2

＝m則H＝(＋＝8m2與全反相關(guān)的判斷、分析及計(jì)算【例】如圖所示，一束平行光從真空垂直射向一塊半圓形玻璃磚的底面，下列說(shuō)法正確的()只圓心兩側(cè)一定范圍內(nèi)的光線不能通過(guò)玻璃磚只圓兩側(cè)一定范圍內(nèi)的光線能通過(guò)玻璃磚C.通過(guò)圓心的光線將沿直線穿過(guò)不發(fā)生偏折圓兩側(cè)一定范圍外的光線將曲面處發(fā)生全反射【解析直射向界面的光線不生偏折而光束沿直線平行射到半通過(guò)圓心的光線將沿直線穿過(guò)發(fā)偏折由中心向兩側(cè)光從半圓面進(jìn)射角逐漸增大并趨于，當(dāng)入射角或大臨界角時(shí)，會(huì)發(fā)生全反【答案】BCD/

圓面上，其中入真空時(shí)的入

2【思維提升半形的玻璃磚，法線為圓心與該入射點(diǎn)連線，通過(guò)作圖，可看出半圓面處的入射角由中心向兩側(cè)逐漸增大.2【拓展2有一折射率為n的方體玻璃磚ABCD其圍是空氣，如圖所光線從它的面入射角射時(shí)，

示入(1)要使光線在面生全反射，證明入射角應(yīng)滿足的條件nBC面夠長(zhǎng)

sinα≤(2)如果對(duì)于任意入射α≠0°且α的線都能發(fā)生全反射，則玻磚的折射率應(yīng)取何值？【解析】(1)使光線在面發(fā)生全反射(如圖所示)，首先應(yīng)足sinβ≥

1n

①式中β為線射到BC面的入射角，折射定律有＝n將①②式聯(lián)立解得≤

2

(2)如果對(duì)于任意入射角的光線都發(fā)生全反射α都能發(fā)生全反射則只有當(dāng)能滿足上述條件，故>

才不同色在同一介質(zhì)中的波長(zhǎng)、波速、折射率的對(duì)比【例eq\o\ac(△,】)為璃等腰三棱鏡的橫截.、b兩可見單色光從空氣垂直射入棱鏡底面MN在棱鏡側(cè)面OM、ON上射和折射的情況如圖所示.由此可知()棱內(nèi)a光傳播速度比的小棱內(nèi)的傳播速度比的大C.光的頻率比光的高a光波長(zhǎng)比b的長(zhǎng)【解析】光路圖可以看出光射到界面OM與光射到界面的射角相等a光有發(fā)生全反射，已經(jīng)發(fā)生全反射，說(shuō)明此時(shí)的入射角小光的臨界角，卻等于或大于光臨界角，可見對(duì)于同一種介質(zhì)，光臨界角較小,由C＝

1n

可知玻璃對(duì)b光折射率n較大說(shuō)光的頻率較高，錯(cuò)根據(jù)＝知鏡內(nèi)b光傳播速度較小B對(duì)A；根據(jù)v＝f可光的波長(zhǎng)較短D對(duì).【答案】BD【思維提升】折射率n是討論折射和全反射問(wèn)題的重物理量，是聯(lián)系各物理量的橋梁，對(duì)跟折射率/

有關(guān)的所有關(guān)系式應(yīng)熟練掌握.【拓展3】一束白光頂角為的棱鏡的一邊以較大的入射角i射并通過(guò)棱鏡后，在屏可得到彩色光帶如所示在入角i逐減小到零的過(guò)程中假如屏上的彩色光帶先后全部消失(B)紅最先消失，紫光最后消失紫最消失，紅光最后消失C.紫光最先消失，黃光最后消失紅最先消失，黃光最后消失【解析】出白光的折射光路圖如圖所示，可看出，白光從射玻璃后，由于紫光偏折大，從而到達(dá)另一側(cè)面時(shí)入射角較大，且因紫光折射率大，根據(jù)sinC＝可其全反射的臨界角最小，故隨著入射i的小，進(jìn)入玻璃后的各色光中紫光首先發(fā)生全反射不從射，以后依次是靛、藍(lán)綠、黃、橙、紅，逐漸發(fā)生全反射而不從AC面出，所以只有選項(xiàng)B正.易錯(cuò)門診【例】一束白光從玻璃里射稀薄空氣中已知玻璃的折射率為，求入射角為下列兩種情況時(shí)，光線的折射角各為多少？(1)入射角為；(2)入射角為【錯(cuò)解】折射定律＝

i

可知：(1)當(dāng)入射角i＝時(shí)，γ＝所以γ＝30°

sinisin50n1.53(2)當(dāng)i＝時(shí)，sinγ＝

sinin所以γ＝19°【錯(cuò)因】解法中沒(méi)有先分析判光線是從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，還是從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)，會(huì)不會(huì)發(fā)生全反射，而是死套公式，引起錯(cuò).【正解光由玻璃射入空氣中由光密媒質(zhì)射入光疏介質(zhì)臨界角為則有＝＝

1n