高三物理一轮复习选修3-4振动与波光学第二章光相对论第1讲光的折射全反射课件.ppt
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- 物理 一轮 复习 选修 _4 振动 波光 第二 相对论 折射 全反射 课件
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1、第二章光相对论第1讲光的折射全反射【知识梳理】知识点1光的折射定律折射率1.折射现象:光从一种介质进入另一种介质时,在界面上传播方向_的现象。2.折射定律:观察光路图,填出空格内容。发生改变(1)折射定律内容:折射光线与入射光线、法线处在_,折射光线与入射光线分别位于_的两侧;入射角的正弦与_成正比。(2)表达式:n12=,式中n12是比例系数。(3)在光的折射现象中,光路是_的。同一平面内法线折射角的正弦可逆12sinsin3.折射率:(1)定义:光从真空射入某种介质发生折射时,_的比值。(2)定义式:_。不能说n与_成正比,与sin2成反比。折射率由介质本身的光学性质和_决定。入射角的正弦
2、与折射角的正弦12sinnsinsin1光的频率(3)物理意义:折射率仅反映介质的光学特性,折射率大,说明光从真空射入到该介质时_,反之偏折小。(4)计算公式:n=_,因vc,故任何介质的折射率总_(选填“大于”或“小于”)1。cv偏折大大于知识点2全反射、光导纤维及光的色散1.全反射:观察如图折射光路,将空格填充。(1)全反射的条件:光从_射入_。入射角_临界角。(2)全反射现象:折射光完全消失,只剩下_。光密介质光疏介质大于或等于反射光(3)临界角:_等于90时的入射角,用C表示,且sinC=。(4)如图所示的光导纤维传输过程,由此可知,光导纤维的传输原理:利用_。折射角光的全反射1n2.
3、光的色散:(1)色散现象:白光通过三棱镜会形成_七种色光组成的彩色光谱。(2)成因:由于n红n紫,所以以相同的入射角射到棱镜界面时,红光和紫光的折射角_,紫光折射得更明显些,当它们射出另一个界面时,紫光的偏折角_,红光的偏折角_。由红到紫不同最大最小【易错辨析】(1)某种玻璃对蓝光的折射率比红光大,蓝光和红光以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中,蓝光的折射角较大()(2)光从空气射入玻璃时,只要入射角足够大可能发生全反射()(3)在水中,蓝光的传播速度大于红光的传播速度()(4)在潜水员看来,岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里()(5)光纤通信利用了全反射的原理()(6)晚上,在池水中同一深
4、度的两点光源分别发出红光和蓝光,蓝光光源看起来浅一些()提示:(1)。由折射定律n=得知,以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中,折射率越大,折射角越小,则蓝光的折射角较小。(2)。光只有从光密介质射入光疏介质时才能发生全反射;而空气为光疏介质;玻璃为光密介质;故光从空气进入玻璃时,不会发生全反射。12sinrsinr(3)。红光的折射率小,根据v=可知红光在水中的传播速度比蓝光的大。(4)。光从空气折射进入人眼,人眼认为光是沿直线传播的,所以岸上所有景物都出现在一个倒立的圆锥里。(5)。光纤通信利用了全反射的原理。cn(6)。光源在水中的视深为h视=,因为红光的折射率最小,则红光看起来较深,蓝光
5、看起来浅一些。hn实考点1折射定律折射率 【核心要素精讲】对折射率的理解:(1)公式n=中,不论是光从真空射入介质,还是从介质射入真空,1总是真空中的光线与法线间的夹角,2总是介质中的光线与法线间的夹角。12sinsin(2)折射率由介质本身性质决定,与入射角的大小无关。(3)折射率与介质的密度没有关系,光密介质不是指密度大的介质,光疏介质不是指密度小的介质。(4)折射率的大小不仅与介质本身有关,还与光的频率有关。同一种介质中,频率越大的色光折射率越大,传播速度越小。(5)同一种色光,在不同介质中虽然波速、波长不同,但频率相同。(6)折射率大小不仅反映了介质对光的折射本领,也反映了光在介质中传
6、播速度的大小v=。cn【高考命题探究】【典例1】(2016全国卷)如图,玻璃球冠的折射率为 ,其底面镀银,底面的半径是球半径的 倍;在过球心O且垂直于底面的平面(纸面)内,有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的M点,该光线的延长线恰好过底面边缘上的A点。求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角。世纪金榜导学号42722300332【思考探究】光线从M点射入玻璃球冠会发生全反射吗?在M点光路图如何?提示:不会发生全反射,光从光密介质射入光疏介质才可能发生全反射;连接OM即为该面的法线,进而找到入射角和折射角。本题关键之处是借助于光的折射与反射定律作出光路图,同时利用几何关系来辅助计算。【
7、解析】设球的半径为R,球冠底面中心为O,连接OO,则OOAB,设OAO=,则有 即=30。由题意MAAB,得OAM=60,如图所示。3RO A32cosOAR2,设M点的入射角、折射角分别为i、r,N点的入射角为i1,玻璃的折射率为n,由于OAM为等边三角形,则有i=60根据折射定律有:sini=nsinr,将n=代入,可得r=30过N点作法线NE,由于NE平行于AM,有i1=30由反射定律知反射角i2=303连接N、O,由几何关系知MNO=60,故ENO=30由于ENO为反射角,NO为反射光线,这一光线经球面再次折射后不改变方向,所以光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角=180-E
8、NO=150答案:150【强化训练】1.(2017龙岩模拟)某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n。如图甲所示,O是圆心,MN是法线,AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径。该同学测得多组入射角i和折射角r,作出sini-sinr图象如图乙所示。则()A.光由A经O到B,n=1.5B.光由B经O到A,n=1.5C.光由A经O到B,n=0.67D.光由B经O到A,n=0.67【解析】选B。由图象可得:sinisinr,则ir,所以光线从玻璃射入空气折射,即光由B经O到A。根据折射定律得 由图象得:所以可得,n=1.5,故B正确,A、C、D错误。sini1sinrnsini0
9、.61sinr0.91.52.如图所示,一束单色光从空气入射到棱镜的AB面上,经AB和AC两个面折射后从AC面进入空气。当出射角i和入射角i相等时,出射光线相对于入射光线偏转的角度为。已知棱镜顶角为,则计算棱镜对该色光的折射率表达式为()sinsin22A Bsinsin22sinsinC Dsin()sin()22【解析】选A。如图所示,设AB面上的折射角为,AC面上的入射角为,由于i=i,由光的折射定律及光路可逆知=,又设两法线的夹角为,则由几何关系得:+=180,又由+=180,则解得:=,又由几何关系得:+=i+i,解得:i=,则棱镜对该色光的折射率n=故A正确。22sinsini2s
10、insin2,【加固训练】如图所示,一艘赛艇停在平静的水面上,赛艇前部上端有一标记P,在其正前方A处有一浮标。潜水员从P前方s=4m处开始下潜,当下潜至深度为H=2 m的B处时,才能看到赛艇尾端后方水面上的景物,且看到P刚好被浮标挡住。测得PA、BA与竖直方向的夹角分别为53和37。忽略赛艇吃水深度,求赛艇的长度L。sin53=0.8,cos53=0.6。7【解析】水的折射率为潜水员和B点连线与竖直方向的夹角刚好为临界角,设临界角为,则有:sin=由几何知识:sin=解得,赛艇的长度:L=2m。12sinsin534nsinsin373,1n22sLH(sL),答案:2m考点2光的折射全反射
11、【核心要素精讲】对全反射现象的理解:(1)光必须从光密介质射入光疏介质,例如从水中或玻璃中射入空气中。(2)入射角必须大于或等于临界角。(3)全反射现象可以从能量的角度去理解:当光由光密介质射向光疏介质时,在入射角逐渐增大的过程中,反射光的能量逐渐增强,折射光的能量逐渐减弱,当入射角等于临界角时,折射光的能量已经减弱为零,这时就发生了全反射。【高考命题探究】【典例2】(2016全国卷)如图,在注满水的游泳池的池底有一点光源A,它到池边的水平距离为3.0m。从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角,水的折射率为 。世纪金榜导学号4272230143(1)求池内的水深。(
12、2)一救生员坐在离池边不远处的高凳上,他的眼睛到池面的高度为2.0m。当他看到正前下方的点光源A时,他的眼睛所接收的光线与竖直方向的夹角恰好为45。求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留1位有效数字)。【解析】(1)如图,设到达池边的光线的入射角为i。依题意,水的折射率n=,光线的折射角=90。由折射定律有43nsini=sin 由几何关系有sini=式中,l=3m,h是池内水的深度。联立式并代入题给数据得h=m2.6 m 22hll7(2)设此时救生员的眼睛到池边的距离为x。依题意,救生员的视线与竖直方向的夹角为=45。由折射定律有nsini=sin式中,i是光线在水面的入射角。设池底点光
13、源A到水面入射点的水平距离为a。由几何关系有sini=x+l=a+h 式中h=2m。联立各式得x=(3 -1)m0.7 m答案:(1)2.6m(2)0.7m22aah723【迁移训练】迁移1:全反射原理的实际应用打磨某剖面如图所示的宝石时,必须将OP、OQ边与轴线的夹角切磨在12,光线一定在OP边发生全反射B.若2,光线会从OQ边射出C.若1,光线会从OP边射出D.若C,越小越容易发生全反射,选项A、C错误,选项D正确。较大时,已从OP边射出,选项B错误。1n迁移2:应用全反射原理求入射角或折射角如图所示,三角形ABC为某透明介质的横截面,O为BC边的中点,位于截面所在平面内的一束光线自O以角
14、i入射,第一次到达AB边恰好发生全反射。已知=15,BC边长为2L,该介质的折射率为 。求:2(1)入射角i。(2)从入射到发生第一次全反射所用的时间(设光在真空中的速度为c,可能用到:sin75=或tan15=2-)。6243【解析】(1)根据全反射规律可知,光线在AB面上P点的入射角等于临界角C,由折射定律得sinC=代入数据得C=45 设光线在BC面上的折射角为r,由几何关系得r=30由折射定律得n=联立式,代入数据得i=45 1nsinisinr(2)在OPB中,根据正弦定理得 设所用时间为t,光线在介质中的速度为v,得OP=vt v=联立式,代入数据得t=OPLsin75sin45c
15、n62L2c答案:(1)45(2)62L2c迁移3:应用全反射原理求极值如图,一透明半圆柱体折射率为n=,半径为R、长为L。一平行光束从半圆柱体的矩形表面垂直射入,从部分柱面有光线射出。求该部分柱面的面积S。2【解析】半圆柱体的横截面如图所示,OO为半圆的半径。设从A点入射的光线在B点处恰好满足全反射条件,由折射定律有sin=式中,为全反射临界角将n=代入解得,=由几何关系得OOB=S=2RLOOB1n24代入题给条件得S=RL答案:RL22【规律总结】解决全反射问题五步走(1)确定光是从光密介质进入光疏介质。(2)应用sinC=确定临界角。(3)根据题设条件,判定光在传播时是否发生全反射。1
16、n(4)如发生全反射,画出入射角等于临界角时的临界光路图。(5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算,解决问题。【加固训练】半径为R、介质折射率为n的透明圆柱体,过其轴线OO的截面如图所示。位于截面所在平面内的一细束光线,以角i0由O点入射,折射光线由上边界的A点射出。当光线在O点的入射角减小至某一值时,折射光线在上边界的B点恰好发生全反射。求A、B两点间的距离。【解析】当光线在O点的入射角为i0时,设折射角为r0,由折射定律得 =n 设A点与左端面的距离为dA,由几何关系得sinr0=00sinisinr22ARdR若折射光线恰好发生全反射,则在B点的入射角恰好为临界
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