1、第一页，共42页。第二页，共42页。第三页，共42页。在几何光学中的光学器材是由透明介质制成的长方体、在几何光学中的光学器材是由透明介质制成的长方体、球体或圆柱体，当光线从空气中射到这些透明体的表面时，球体或圆柱体，当光线从空气中射到这些透明体的表面时，光线经过折射进入透明体，然后再发生其他的光学现象解光线经过折射进入透明体，然后再发生其他的光学现象解这类问题常用到的光学知识主要是反射定律、折射定律、全这类问题常用到的光学知识主要是反射定律、折射定律、全反射等，同时还要借助于光学器材的特殊界面，利用反射等，同时还要借助于光学器材的特殊界面，利用(lyng)数学中的几何知识共同解决问题常见的有以
2、下几种：数学中的几何知识共同解决问题常见的有以下几种：第四页，共42页。1棱镜对光有偏折作用棱镜对光有偏折作用一般所说的棱镜都是用光密介质制作的入射光线经三一般所说的棱镜都是用光密介质制作的入射光线经三棱镜两次折射后，射出方向棱镜两次折射后，射出方向(fngxing)与入射方向与入射方向(fngxing)相比，向底边偏折相比，向底边偏折(若棱镜的折射率比棱镜外介质的折射率若棱镜的折射率比棱镜外介质的折射率小，则结论相反小，则结论相反)由于各种色光的折射率不同，因此一束白光经三棱镜折由于各种色光的折射率不同，因此一束白光经三棱镜折射后发生色散现象射后发生色散现象(红光偏折最小，紫光偏折最大红光偏
3、折最小，紫光偏折最大)第五页，共42页。2全反射棱镜全反射棱镜横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜选择适横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜选择适当的入射点可以使入射光线经过全反射棱镜的作用后偏转当的入射点可以使入射光线经过全反射棱镜的作用后偏转90或或180，如图，如图131所示要特别所示要特别(tbi)注意两种用法中注意两种用法中光线在哪个表面发生全反射光线在哪个表面发生全反射第六页，共42页。3平行平行(pngxng)玻璃砖与三棱镜的比较玻璃砖与三棱镜的比较平行玻璃砖三棱镜结构玻璃砖上下表面是平行的横截面为三角形的三棱镜对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移
4、通过玻璃棱镜光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折第七页，共42页。第八页，共42页。成像特点通过平行玻璃砖看物体时看到的都是物体的虚像隔着棱镜看物体的像是正立的虚像，像的位置向棱镜的顶角方向偏移应用实例测定玻璃的折射率全反射棱镜，可改变光的行进方向第九页，共42页。(2013江苏苏北四市检测江苏苏北四市检测)如图如图132所示，直角三角形所示，直角三角形ABC为一三棱镜的横截面，为一三棱镜的横截面，A30.一束单色光从空气射一束单色光从空气射向向BC上的上的E点，并偏折到点，并偏折到AB上的上的F点，光线点，光线EF平行于底边平行于底边(d bin)AC.已知入射方向与已知入射方向与BC的
5、夹角为的夹角为30.试通过计算判试通过计算判断光在断光在F点能否发生全反射点能否发生全反射第十页，共42页。【答案【答案(d n)】发生全反射】发生全反射第十一页，共42页。1如图如图133所示，两块同样的玻璃直角三棱镜所示，两块同样的玻璃直角三棱镜ABC，两，两者的者的AC面平行放置，在它们之间是均匀的未知名透明介面平行放置，在它们之间是均匀的未知名透明介质一单色细光束质一单色细光束(gungsh)O垂直于垂直于AB面入射，在图示的出面入射，在图示的出射光线中射光线中()第十二页，共42页。A1、2、3(彼此平行彼此平行(pngxng)中的任一条都有可能中的任一条都有可能B4、5、6(彼此平
6、行彼此平行(pngxng)中的任一条都有可能中的任一条都有可能C7、8、9(彼此平行彼此平行(pngxng)中的任一条都有可能中的任一条都有可能D只能是只能是4、6中的某条中的某条【解析】两块直角三棱镜中间的部分为未知名的介【解析】两块直角三棱镜中间的部分为未知名的介质，可等效为质，可等效为AC两面平行两面平行(pngxng)的介质砖，虽不知其折射的介质砖，虽不知其折射率与玻璃折射率大小的关系，但经过该介质砖后的折射光线率与玻璃折射率大小的关系，但经过该介质砖后的折射光线一定与入射光线一定与入射光线O平行平行(pngxng)，则只能是，则只能是4、5、6中的任意中的任意一条，一条，B选项正确选
7、项正确【答案】【答案】B第十三页，共42页。前面已学习了测定玻璃折射率的一些方法，下面再介绍前面已学习了测定玻璃折射率的一些方法，下面再介绍几种测液体几种测液体(如水如水)折射率的一些方法折射率的一些方法1成像法成像法利用水面的反射成像和水的折射成像利用水面的反射成像和水的折射成像方法：如图方法：如图134所示，在一盛满水的所示，在一盛满水的烧杯中，紧挨杯口竖直烧杯中，紧挨杯口竖直(sh zh)插一直尺，在插一直尺，在直尺的对面观察水面，直尺的对面观察水面，第十四页，共42页。能同时看到直尺在水中的部分和露出水面部分的像，若能同时看到直尺在水中的部分和露出水面部分的像，若从点从点P P看到直尺
8、在水下最低点的刻度看到直尺在水下最低点的刻度B B的像的像B(B(折射成像折射成像)恰好恰好跟直尺在水面上刻度跟直尺在水面上刻度A A的像的像A(A(反射反射(fnsh)(fnsh)成像成像)重合，读重合，读出出ACAC、BCBC的长，量出烧杯内径的长，量出烧杯内径d d，即可求出水的折射率，即可求出水的折射率第十五页，共42页。2插针法插针法原理：光的折射原理：光的折射(zhsh)定律定律方法：如图方法：如图135所示，取一方木板，在板上画出互相垂直所示，取一方木板，在板上画出互相垂直的两条线的两条线AB、MN，从它们的交点，从它们的交点O处画直线处画直线OP(使使PON45)，在直线，在直
9、线OP上上P、Q两点垂直插两枚大头针把木板放两点垂直插两枚大头针把木板放入水中，使入水中，使AB与水面相平，与水面相平，MN与水面垂直在水面上观与水面垂直在水面上观察，调整视线使察，调整视线使P的像被的像被Q的像挡住，再在木板的像挡住，再在木板S、T处各插一处各插一枚大头针，使枚大头针，使S挡住挡住Q、P的像，的像，T挡住挡住S及及Q、P的像从水中的像从水中取出木板，画出直线取出木板，画出直线ST，量出图中的角，量出图中的角i、r，则水的折射，则水的折射(zhsh)率率nsin i/sin r.第十六页，共42页。第十七页，共42页。3视深法视深法原理：利用视深公式原理：利用视深公式hh/n.
10、方法：在一盛水的烧杯底部放方法：在一盛水的烧杯底部放一粒绿豆，在水面上方吊一根一粒绿豆，在水面上方吊一根(y n)针，如图针，如图136所示调节针的位所示调节针的位置，直到针尖在水中的像与看到的置，直到针尖在水中的像与看到的绿豆重合，测出针尖距水面距离即绿豆重合，测出针尖距水面距离即为杯中水的视深为杯中水的视深h，再测出水的实际，再测出水的实际深度深度h，则水的折射率，则水的折射率nh/h.第十八页，共42页。第十九页，共42页。一圆柱形容器，底半径与高之比为一圆柱形容器，底半径与高之比为2 3，眼睛沿，眼睛沿DA方向方向(fngxing)看去恰能看到看去恰能看到底部边缘底部边缘P点，将容器注
11、满某种液体，点，将容器注满某种液体，眼睛仍保持沿眼睛仍保持沿DA方向方向(fngxing)看去，恰能看看去，恰能看到底部圆心到底部圆心Q点，如图点，如图138所示所示(1)求此液体的折射率；求此液体的折射率；(2)从液面上方垂直向下观察，桶底看起来的深度是多从液面上方垂直向下观察，桶底看起来的深度是多少？少？第二十页，共42页。第二十一页，共42页。【答案【答案(d n)】(1)1.44(2)是实际深度是实际深度0.69倍倍第二十二页，共42页。2在在“测定玻璃的折射率测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确实验中，某同学经正确(zhngqu)操作插好了操作插好了4枚大头针，如图枚大头针，如图1
12、39甲所示甲所示第二十三页，共42页。(1)在图丙中画出完整的光路图；在图丙中画出完整的光路图；(2)对你画出的光路图进行对你画出的光路图进行(jnxng)测量和计算，求得该玻测量和计算，求得该玻璃砖的折射率璃砖的折射率n_(保留保留3位有效数字位有效数字)；第二十四页，共42页。(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图乙所示图枚大头针，如图乙所示图中中P1和和P2是同一入射光线上的是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上枚大头针，其对应出射光线上的的2枚大头
13、针是枚大头针是P3和和_(填填“A”或或“B”)【解析】【解析】(1)分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点，分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点，并延长与玻璃砖边分别相交并延长与玻璃砖边分别相交(xingjio)，标出传播方向，然后，标出传播方向，然后连接玻璃砖边界的两交点，即为光线在玻璃砖中传播的方连接玻璃砖边界的两交点，即为光线在玻璃砖中传播的方向光路如图所示向光路如图所示第二十五页，共42页。第二十六页，共42页。【答案】【答案】(1)如图解析所示如图解析所示(2)1.53(说明说明(shumng)：0.03范围内都可范围内都可)(3)A第二十七页，共42页。第二十八页，共42页。若该材料若
14、该材料(cilio)对此电磁波的折射率对此电磁波的折射率n1，正确反映，正确反映电磁波穿过该材料电磁波穿过该材料(cilio)的传播路径的示意图是的传播路径的示意图是()第二十九页，共42页。【解析】本题是一道创新题，其本质还是考查光的折【解析】本题是一道创新题，其本质还是考查光的折射定律由题意知，折射线和入射线位于法线的同一侧，射定律由题意知，折射线和入射线位于法线的同一侧，n1，由折射定律可知，由折射定律可知(k zh)，入射角等于折射角，所以选项，入射角等于折射角，所以选项B正确正确【答案】【答案】B第三十页，共42页。2(2014重庆高考重庆高考)打磨某剖面打磨某剖面如图如图1310所
15、示的宝石时，必须将所示的宝石时，必须将OP、OQ边与轴线的夹角边与轴线的夹角切磨在切磨在12，光线，光线(gungxin)一定在一定在OP边发生全反射边发生全反射B若若2，光线，光线(gungxin)会从会从OQ边射出边射出C若若1，光线，光线(gungxin)会从会从OP边射出边射出D若若1，光线，光线(gungxin)会在会在OP边发生全反射边发生全反射第三十二页，共42页。【解析】题图中，要使光线【解析】题图中，要使光线(gungxin)可在可在OP边发生边发生全反射，图中光线全反射，图中光线(gungxin)在在OP边上的入射角大于边上的入射角大于902.从从OP边上反射到边上反射到O
16、Q边的光线边的光线(gungxin)，入射角大于，入射角大于90(18031)3190可使光线可使光线(gungxin)在在OQ边边上发生全反射若上发生全反射若2，光线，光线(gungxin)不能在不能在OP边上发边上发生全反射；若生全反射；若1，光线，光线(gungxin)不能在不能在OQ边上发生全边上发生全反射，综上所述，选项反射，综上所述，选项D正确正确【答案】【答案】D第三十三页，共42页。第三十四页，共42页。【解析】【解析】(1)在在O点左侧，设点左侧，设从从E点射入的光线进入玻璃砖后在点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于上表面的入射角恰好等于(dngy)全反射的临界角
17、全反射的临界角，则，则OE区域的入区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出，如图，由全反射条件有砖射出，如图，由全反射条件有第三十五页，共42页。第三十六页，共42页。第三十七页，共42页。射到射到G点的光有一部分被反射点的光有一部分被反射(fnsh)，沿原路返回到达，沿原路返回到达C点射出点射出第三十八页，共42页。4(2013新课标全国卷新课标全国卷)如图如图1312所示为一光导纤维所示为一光导纤维(可简化为一可简化为一长玻璃丝长玻璃丝)的示意图，玻璃丝长为的示意图，玻璃丝长为L，折 射 率 为折 射 率 为 n，A B 代 表 端 面代 表 端 面(du
18、nmin)已知光在真空中的传播已知光在真空中的传播速度为速度为c.(1)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，求光线在端面AB上的入射角应满足(mnz)的条件；(2)求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间第三十九页，共42页。【解析】【解析】()设光线在端面设光线在端面AB上上C点点(见右图见右图)的入射角为的入射角为i，折射角，折射角为为r，由折射定律有，由折射定律有sin insin r,设该光线射向玻璃丝内壁设该光线射向玻璃丝内壁D点的入射角为点的入射角为，为了使该光，为了使该光线可在此光导纤维中传播，应有线可在此光导纤维中传播，应有(yn yu)式中，式中，是光线在玻璃丝内发生全反射时的临界角，它满是光线在玻璃丝内发生全反射时的临界角，它满足足nsin 1第四十页，共42页。第四十一页，共42页。第四十二页，共42页。
