選修3-4光的折射-全反射-光的色散(共10頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 第3講光的折射全反射光的色散知識(shí)一光的折射1折射定律(如圖1231)圖1231(1)內(nèi)容：折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(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)(3)在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的2折射率(1)物理意義：折射率僅反映介質(zhì)的光學(xué)特性，折射率大，說明光從真空射入到該介質(zhì)時(shí)偏折大，反之偏折小(2)定義式：n12，不能說n12與sin 1成正比、與sin 2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(jì)算公式：n，因?yàn)関c，所以任何介質(zhì)的折射率總大于1.(1)光在發(fā)生折

2、射時(shí)，入射角的正弦與折射角的正弦成正比并不是入射角與折射角成正比(2)介質(zhì)的折射率由介質(zhì)本身的光學(xué)性質(zhì)決定與入射角、折射角無關(guān)知識(shí)二光的全反射現(xiàn)象和光的色散1全反射(1)條件：光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)入射角大于或等于臨界角(2)現(xiàn)象：折射光完全消失，只剩下反射光(3)臨界角：折射角等于90°時(shí)的入射角，用C表示，sin C.(4)應(yīng)用：全反射棱鏡光導(dǎo)纖維，如圖1232.圖12322光的色散(1)色散現(xiàn)象：白光通過三棱鏡會(huì)形成由紅到紫七種色光組成的彩色光譜，如圖1233.圖1233(2)成因：由于n紅n紫，所以以相同的入射角射到棱鏡界面時(shí)，紅光和紫光的折射角不同，就是說紫光偏折得更明顯

3、些，當(dāng)它們射出另一個(gè)界面時(shí)，紫光的偏折角最大，紅光偏折角最小考點(diǎn)一光的折射和全反射一、對(duì)折射率的理解1公式n中，不論是光從真空射入介質(zhì)，還是從介質(zhì)射入真空，1總是真空中的光線與法線間的夾角，2總是介質(zhì)中的光線與法線間的夾角2折射率由介質(zhì)本身性質(zhì)決定，與入射角的大小無關(guān)3折射率與介質(zhì)的密度沒有關(guān)系，光密介質(zhì)不是指密度大的介質(zhì)4折射率的大小不僅與介質(zhì)本身有關(guān)，還與光的頻率有關(guān)同一種介質(zhì)中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越小5同一種色光，在不同介質(zhì)中雖然波速、波長不同，但頻率相同二、對(duì)全反射現(xiàn)象的理解1光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，例如從水中或玻璃中射入空氣中2入射角必須大于或等于臨界角3全反射

4、現(xiàn)象可以從能量的角度去理解：當(dāng)光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，在入射角逐漸增大的過程中，反射光的能量逐漸增強(qiáng)，折射光的能量逐漸減弱，當(dāng)入射角等于臨界角時(shí)，折射光的能量已經(jīng)減弱為零，這時(shí)就發(fā)生了全反射圖1234(多選)(2013·天津高考)固定的半圓形玻璃磚的橫截面如圖1234，O點(diǎn)為圓心，OO為直徑MN的垂線足夠大的光屏PQ緊靠玻璃磚右側(cè)且垂直于MN.由A、B兩種單色光組成的一束光沿半徑方向射向O點(diǎn)，入射光線與OO夾角較小時(shí)，光屏NQ區(qū)域出現(xiàn)兩個(gè)光斑，逐漸增大角，當(dāng)時(shí)，光屏NQ區(qū)域A光的光斑消失，繼續(xù)增大角，當(dāng)時(shí)，光屏NQ區(qū)域B光的光斑消失，則()A玻璃磚對(duì)A光的折射率比對(duì)B光的大BA光

5、在玻璃磚中傳播速度比B光的大C<<時(shí)，光屏上只有1個(gè)光斑D<<時(shí)，光屏上只有1個(gè)光斑【解析】根據(jù)全反射定律和n解決問題當(dāng)A光光斑消失時(shí)，sin ；當(dāng)B光光斑消失時(shí)，sin .由于>，故nA>nB，選項(xiàng)A正確；根據(jù)n，得vA<vB，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；當(dāng)<<時(shí)，A光發(fā)生全反射，B光發(fā)生折射和反射，在光屏PQ上有兩個(gè)光斑，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；當(dāng)<<時(shí)，A、B兩光都發(fā)生全反射，光屏PQ上有一個(gè)光斑，選項(xiàng)D正確【答案】AD圖1235如圖1235所示，一玻璃球體的半徑為R，O為球心，AB為直徑來自B點(diǎn)的光線BM在M點(diǎn)射出，出射光線平行于AB，另一光線BN

6、恰好在N點(diǎn)發(fā)生全反射已知ABM30°，求(1)玻璃的折射率；(2)球心O到BN的距離【解析】(1)設(shè)光線BM在M點(diǎn)的入射角為i，折射角為r，由幾何知識(shí)可知，i30°，r60°，根據(jù)折射定律得n代入數(shù)據(jù)得n.(2)光線BN恰好在N點(diǎn)發(fā)生全反射，則BNO為臨界角Csin C設(shè)球心到BN的距離為d，由幾何知識(shí)可知dRsin C聯(lián)立式得dR.【答案】(1)(2)R考點(diǎn)二不同光學(xué)器件對(duì)光路的控制作用類別項(xiàng)目平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)結(jié)構(gòu)玻璃磚上下表面平行橫截面為三角形橫截面是圓對(duì)光線的作用通過平行玻璃磚的光線不改變傳播方向，但要發(fā)生側(cè)移通過三棱鏡的光線經(jīng)兩次折射后，出射光

7、線向棱鏡底面偏折圓界面的法線是過圓心的直線，經(jīng)過兩次折射后向圓心偏折圖1236(2013·新課標(biāo)全國卷)如圖1236為一光導(dǎo)纖維(可簡化為一長玻璃絲)的示意圖，玻璃絲長為L，折射率為n，AB代表端面已知光在真空中的傳播速度為c.(1)為使光線能從玻璃絲的AB 端面?zhèn)鞑サ搅硪欢嗣?，求光線在端面AB上的入射角應(yīng)滿足的條件；(2)求光線從玻璃絲的AB端面?zhèn)鞑サ搅硪欢嗣嫠璧淖铋L時(shí)間【解析】(1)設(shè)光線在端面AB上C點(diǎn)(見右圖)的入射角為i，折射角為r，由折射定律有sin insin r, 設(shè)該光線射向玻璃絲內(nèi)壁D點(diǎn)的入射角為，為了使該光線可在此光導(dǎo)纖維中傳播，應(yīng)有式中，是光線在玻璃絲內(nèi)發(fā)生

8、全反射時(shí)的臨界角，它滿足nsin 1由幾何關(guān)系得r90°由式得sin i(2)光在玻璃絲中傳播速度的大小為v光速在玻璃絲軸線方向的分量為vxvsin 光線從玻璃絲端面AB傳播到其另一端面所需時(shí)間為T光線在玻璃絲中傳播，在剛好發(fā)生全反射時(shí)，光線從端面AB傳播到其另一端面所需的時(shí)間最長，由式得Tmax【答案】(1)sin i(2)圖1237雨后太陽光入射到水滴中發(fā)生色散而形成彩虹設(shè)水滴是球形的，圖1237中的圓代表水滴過球心的截面，入射光線在過此截面的平面內(nèi)，a、b、c、d代表四條不同顏色的出射光線，則它們可能依次是()A紫光、黃光、藍(lán)光和紅光B紫光、藍(lán)光、黃光和紅光C紅光、藍(lán)光、黃光和

9、紫光D紅光、黃光、藍(lán)光和紫光【解析】四種光線紅、黃、藍(lán)、紫的頻率為f紅<f黃<f藍(lán)<f紫，故其折射率n紅<n黃<n藍(lán)<n紫，因折射率大，光在折射時(shí)，偏折程度大，故太陽光經(jīng)水滴折射后，在水中傳播，從上到下依次為紅光、黃光、藍(lán)光、紫光，再由光的反射定律，結(jié)合傳播圖可知其反射后從上到下順序顛倒，因此出射光依次為紫光、藍(lán)光、黃光和紅光，B正確，A、C、D均錯(cuò)【答案】B考點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率一、實(shí)驗(yàn)原理如圖1238所示，當(dāng)光線AO1以一定的入射角1穿過兩面平行的玻璃磚時(shí)，通過插針法找出跟入射光線AO1對(duì)應(yīng)的出射光線O2B，從而求出折射光線O1O2和折射角2，再根

10、據(jù)n12或n算出玻璃的折射率圖1238二、實(shí)驗(yàn)步驟1如圖1239所示，把白紙鋪在木板上圖12392在白紙上畫一直線aa作為界面，過aa上的一點(diǎn)O畫出界面的法線NN，并畫一條線段AO作為入射光線3把長方形玻璃磚放在白紙上，并使其長邊與aa重合，再用直尺畫出玻璃磚的另一邊bb.4在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2.5從玻璃磚bb一側(cè)透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像，調(diào)整視線的方向直到P1的像被P2的像擋住再在bb一側(cè)插上兩枚大頭針P3、P4，使P3能擋住P1、P2的像，P4能擋住P3本身及P1、P2的像6移去玻璃磚，在拔掉P1、P2、P3、P4的同時(shí)分別記下它們的位置，過P3、P4作直線

11、OB交bb于O.連接O、O，OO就是玻璃磚內(nèi)折射光線的方向AON為入射角OON為折射角7改變?nèi)肷浣?，重?fù)實(shí)驗(yàn)三、數(shù)據(jù)處理1計(jì)算法：用量角器測(cè)量入射角1和折射角2，并查出其正弦值sin 1和sin 2.算出不同入射角時(shí)的，并取平均值2作sin 1­sin 2圖象：改變不同的入射角1，測(cè)出不同的折射角2，作sin 1­sin 2圖象，由n可知圖象應(yīng)為直線，如圖12310所示，其斜率就是玻璃折射率圖123103“單位圓法”確定sin 1、sin 2，計(jì)算折射率n.以入射點(diǎn)O為圓心，以一定長度R為半徑畫圓，交入射光線OA于E點(diǎn)，交折射光線OO于E點(diǎn)，過E作NN的垂線EH，過E作NN

12、的垂線EH.如圖12311所示，sin 1，sin 2，OEOER，則n.只要用刻度尺測(cè)出EH、EH的長度就可以求出n.圖12311圖12312(2011·天津高考)某同學(xué)用大頭針、三角板、量角器等器材測(cè)半圓形玻璃磚的折射率開始玻璃磚的位置如圖12312中實(shí)線所示，使大頭針P1、P2與圓心O在同一直線上，該直線垂直于玻璃磚的直徑邊，然后使玻璃磚繞圓心O緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)在玻璃磚的直徑邊一側(cè)觀察P1、P2的像，且P2的像擋住P1的像如此觀察，當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)到圖中虛線位置時(shí)，上述現(xiàn)象恰好消失此時(shí)只須測(cè)量出_，即可計(jì)算出玻璃磚的折射率請(qǐng)用你的測(cè)量量表示出折射率n_.【解析】當(dāng)恰好看不見P1、P2的

13、像時(shí)，剛好發(fā)生全反射現(xiàn)象，此時(shí)玻璃磚直徑轉(zhuǎn)過的角度為臨界角，折射率n.【答案】玻璃磚直徑邊繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)過的角度1某種介質(zhì)對(duì)空氣的折射率是，一束光從該介質(zhì)射向空氣，入射角是60°，則下列光路圖中正確的是(圖中為空氣，為介質(zhì))()【解析】由題意知，光由光密介質(zhì)射向了光疏介質(zhì)，由sin C得C45°60°，故此時(shí)光在兩介質(zhì)的界面處會(huì)發(fā)生全反射，只有反射光線，沒有折射光線，故D選項(xiàng)正確【答案】D2(多選)如圖13213所示，有一束平行于等邊三棱鏡截面ABC的單色光從空氣射向E點(diǎn)，并偏折到F點(diǎn)，已知入射方向與邊AB的夾角為30°，E、F分別為AB、BC的中點(diǎn)，則()圖

14、13213A該棱鏡的折射率為B光在F點(diǎn)發(fā)生全反射C光從空氣進(jìn)入棱鏡，波長變小D從F點(diǎn)出射的光束與入射到E點(diǎn)的光束平行【解析】在E點(diǎn)作出法線可知入射角為60°，折射角為30°，折射率為，故A對(duì)；由光路的可逆性可知，在BC邊上的入射角小于臨界角，不會(huì)發(fā)生全反射，B錯(cuò)；由公式介，可知C對(duì)；三棱鏡兩次折射使得光線都向底邊偏折，不會(huì)與入射到E點(diǎn)的光束平行，故D錯(cuò)【答案】AC3(2013·四川高考)光射到兩種不同介質(zhì)的分界面，分析其后的傳播情形可知()A折射現(xiàn)象的出現(xiàn)說明光是縱波B光總會(huì)分為反射光和折射光C折射光與入射光的傳播方向總是不同的D發(fā)生折射是因?yàn)楣庠诓煌橘|(zhì)中的傳播

15、速度不同【解析】光的折射不能反映光是縱波還是橫波，由光的偏振現(xiàn)象可知光是橫波，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，且入射角大于或等于臨界角時(shí)，發(fā)生全反射現(xiàn)象，沒有折射光，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；當(dāng)光線垂直于界面入射時(shí)，折射光與入射光的傳播方向相同，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；發(fā)生折射是因?yàn)楣獾膫鞑ニ俣仍诓煌橘|(zhì)中不同，選項(xiàng)D正確【答案】D4觀察者看見太陽從地平線升起時(shí)，關(guān)于太陽位置的下列敘述中正確的是()A太陽位于地平線之上B太陽位于地平線之下C太陽恰位于地平線D大氣密度不知，無法判斷【解析】太陽光由地球大氣層外的真空射入大氣層時(shí)要發(fā)生折射，根據(jù)折射定律，折射角小于入射角，折射光線進(jìn)入觀察者的眼睛，觀察者認(rèn)為光線來自

16、它的反向延長線這樣使得太陽的實(shí)際位置比觀察者看見的太陽位置偏低【答案】B5(2012·北京高考)一束單色光由空氣射入玻璃，這束光的()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【解析】單色光由空氣射入玻璃時(shí)，根據(jù)v知，光的速度v變慢，光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，光的頻率不變，根據(jù)v知光從空氣射入玻璃時(shí)，波長變短，故選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B、C、D錯(cuò)誤【答案】A6如圖12314所示，一個(gè)三棱鏡的截面為等腰直角ABC，A為直角此截面所在平面內(nèi)的光線沿平行于BC邊的方向射到AB邊，進(jìn)入棱鏡后直接射到AC邊上，并剛好能發(fā)生全反射該棱鏡材料的折射率為()圖1

17、2314A.B. C.D.【解析】根據(jù)折射率定義有，sin1nsin2，nsin31，已知145°，又2390°，解得：n.A對(duì)【答案】A7(2011·安徽高考)實(shí)驗(yàn)表明，可見光通過三棱鏡時(shí)各色光的折射率n隨波長的變化符合科西經(jīng)驗(yàn)公式：nA，其中A、B、C是正的常量太陽光進(jìn)入三棱鏡后發(fā)生色散的情形如圖12315所示則()圖12315A屏上c處是紫光B屏上d處是紅光C屏上b處是紫光 D屏上a處是紅光【解析】由公式可知，光的波長越長，折射率越小而在太陽光的可見光范圍內(nèi)，從紅光到紫光的波長越來越短，即折射率越來越大，所以a處是紅光，d處是紫光，則A、B、C錯(cuò)誤，D正確【

18、答案】D8(2013·福建高考)一束由紅、紫兩色光組成的復(fù)色光，從空氣斜射向玻璃三棱鏡下面四幅圖中能正確表示該復(fù)色光經(jīng)三棱鏡折射分離成兩束單色光的是()【解析】解答本題首先要搞清楚七種色光在同一介質(zhì)中折射率的大小關(guān)系，其次還要明確三棱鏡有使光線向底邊偏折的作用在玻璃中，有n紅<n紫，所以在玻璃中，紅光的折射角大于紫光的折射角，故選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤；三棱鏡有使光線向底邊偏折的作用，折射率越大的光，越偏向底邊，故選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤【答案】B9(多選)圖12316(2012·天津高考)半圓形玻璃磚橫截面如圖12316，AB為直徑，O點(diǎn)為圓心在該截面內(nèi)有a 、b 兩束單色可見光從空氣垂直于AB射入玻璃磚， 兩入射點(diǎn)到O的距離相等兩束光在半圓邊界上反射和折射的情況如圖所示，則a、b兩束光()A在同種均勻介質(zhì)中傳播，a光的傳播速度較大B以相同的入射角從空氣斜射入水中，b光的折射角大C若a光照射