魯科版物理選修3-4配套學(xué)案第4章光的折射與全反射本章優(yōu)化總結(jié)Word版含答案

本章優(yōu)化總結(jié)測(cè)介質(zhì)折射率的方法1.測(cè)水的折射率（1）成像法原理：利用水面的反射成像和水的折射成像.方法：如圖所示，在一盛滿水的燒杯中，緊挨杯口豎直插入一直尺，在直尺的對(duì)面觀察水面，能同時(shí)看到直尺在水中的部分和露出水面部分的像，若從點(diǎn)P看到直尺在水下最低點(diǎn)的刻度B的像B′（折射成像）恰好跟直尺在水面上刻度A的像A′（反射成像）重合，讀出AC、BC的長(zhǎng)，量出燒杯內(nèi)徑d，即可求出水的折射率為n＝eq\r(\f(BC2＋d2,AC2＋d2)).（2）插針?lè)ㄔ恚汗獾恼凵涠?方法：如圖所示，取一方木板，在板上畫(huà)出互相垂直的兩條線AB、MN，從它們的交點(diǎn)O處畫(huà)直線OP（使∠PON<45°），在直線OP上P、Q兩點(diǎn)垂直地插兩枚大頭針.把木板放入水中，使AB與水面相平，MN與水面垂直.在水面上觀察，調(diào)整視線使P的像被Q的像擋住，再在木板S、T處各插一枚大頭針，使S擋住Q、P的像，T擋住S及Q、P的像.從水中取出木板，畫(huà)出直線ST，量出圖中的角i、r，則水的折射率為n＝eq\f(sini,sinr).（3）視深法原理：利用視深公式h′＝eq\f(h,n).方法：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.調(diào)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h′，再測(cè)出水的實(shí)際深度h，則水的折射率n＝eq\f(h,h′).（4）全反射法原理：全反射現(xiàn)象.方法：在一盛滿水的大玻璃缸下面放一發(fā)光電珠，如圖所示.在水面上觀察，看到一圓形的發(fā)光面，量出發(fā)光面直徑D及水深h，則水的折射率n＝eq\f(\r(D2＋4h2),D).2.測(cè)玻璃的折射率插針?lè)ǎ哼\(yùn)用光在玻璃兩個(gè)界面處的折射.如圖所示為兩面平行的玻璃磚對(duì)光路的側(cè)移.用插針?lè)ㄕ页雠c入射光線AO對(duì)應(yīng)的出射光線O′B，確定出O′點(diǎn)，畫(huà)出折射光線OO′，量出入射角i和折射角r，據(jù)n＝eq\f(sini,sinr)計(jì)算出玻璃的折射率.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(kāi)始玻璃磚的位置如圖中實(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＝.[思路點(diǎn)撥]P1、P2的像恰好消失，說(shuō)明沿P1、P2的光線發(fā)生全反射，玻璃磚繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)過(guò)的角即臨界角.[解析]看不到P1、P2兩根針，說(shuō)明沿P1P2的光線發(fā)生了全反射，如圖所示，入射角i＝θ＝C，由sinC＝eq\f(1,n)得n＝eq\f(1,sinC)＝eq\f(1,sinθ).[答案]玻璃磚繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)過(guò)的角度θeq\f(1,sinθ)求解本題的關(guān)鍵是確定發(fā)生全反射的臨界角，方法是根據(jù)法線始終和玻璃磚直徑垂直，直徑轉(zhuǎn)過(guò)的角度就是法線轉(zhuǎn)過(guò)的角度.1.某同學(xué)利用“插針?lè)ā睖y(cè)定玻璃的折射率，所用的玻璃磚兩面平行.正確操作后，作出的光路圖及測(cè)出的相關(guān)角度如圖所示.（1）此玻璃的折射率計(jì)算式為n＝（用圖中的θ1、θ2表示）；（2）如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇，為了減小誤差，應(yīng)選用寬度（選填“大”或“小”）的玻璃磚來(lái)測(cè)量.解析：（1）據(jù)題意可知入射角為（90°－θ1），折射角為（90°－θ2），則玻璃的折射率為n＝eq\f(sin（90°－θ1）,sin（90°－θ2）)＝eq\f(cosθ1,cosθ2).（2）玻璃磚越寬，光線在玻璃磚內(nèi)的傳播方向越容易確定，測(cè)量結(jié)果越準(zhǔn)確，故應(yīng)選用寬度大的玻璃磚來(lái)測(cè)量.答案：（1）eq\f(cosθ1,cosθ2)（2）大光的折射與全反射的綜合應(yīng)用1.正確、靈活地理解應(yīng)用折射率公式教材中給出的折射率公式為n＝eq\f(sini,sinr)（i為真空中的入射角，r為某介質(zhì)中的折射角）.根據(jù)光路可逆原理，入射角、折射角是可以隨光路的逆向而“換位”的.我們可以這樣來(lái)理解、記憶：n＝eq\f(sini（空）,sinr（介）)?eq\f(1,n)＝eq\f(sini（介）,sinr（空）).2.對(duì)臨界角的理解光線從介質(zhì)進(jìn)入真空或空氣，r＝90°時(shí)，發(fā)生全反射，此時(shí)的入射角i（介）叫臨界角C.由eq\f(1,n)＝eq\f(sini（介）,sinr（空）)＝sinC.3.分析、計(jì)算問(wèn)題的應(yīng)用分析計(jì)算時(shí)要掌握好n的應(yīng)用及有關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)，如三角函數(shù)（尤其特殊角的函數(shù)）.例如同一介質(zhì)對(duì)紫光折射率大，對(duì)紅光折射率小.著重理解兩點(diǎn)：第一，光的頻率（顏色）由光源決定，與介質(zhì)無(wú)關(guān)；第二，同一介質(zhì)中，頻率越大的光折射率越大.再應(yīng)用n＝eq\f(c,v)等知識(shí)，就能準(zhǔn)確而迅速地判斷有關(guān)色光在介質(zhì)中的傳播速度、波長(zhǎng)、入射光線與折射光線偏折程度等問(wèn)題.如圖所示是一種折射率n＝1.5的棱鏡，用于某種光學(xué)儀器中.現(xiàn)有一束光線沿MN的方向射到棱鏡的AB界面上，入射角的大小i＝arcsin0.75.求此束光線射出棱鏡后的方向.[思路點(diǎn)撥]當(dāng)光入射到BC面上時(shí)要注意分析能否發(fā)生全反射.[解析]設(shè)光線進(jìn)入棱鏡后的折射角為r，作光路圖如圖所示，由eq\f(sini,sinr)＝n，得：sinr＝eq\f(sini,n)＝0.5，所以r＝30°，∠FND＝30°，所以∠DNB＝90°－30°＝60°，∠BDN＝180°－75°－60°＝45°，所以光線射到BC界面時(shí)的入射角i1＝90°－45°＝45°.光從棱鏡射進(jìn)空氣，臨界角C＝arcsineq\f(1,n)＝arcsin0.667<45°，因此光線射到BC界面時(shí)發(fā)生全反射，∠CDE＝180°－∠BDN－2i1＝45°，所以∠DEC＝180°－45°－45°＝90°，從而光線沿DE方向射出棱鏡時(shí)不改變方向，故此束光線射出棱鏡后的方向與界面AC垂直.[答案]光線射出棱鏡后的方向與界面AC垂直2.如圖所示，一棱鏡的截面為直角三角形ABC，∠A＝30°，斜邊AB＝a.棱鏡材料的折射率為eq\r(2).在此截面所在的平面內(nèi)，一條光線以45°的入射角從AC邊的中點(diǎn)M射入棱鏡.畫(huà)出光路圖，并求光線從棱鏡射出的點(diǎn)的位置（不考慮光線沿原路返回的情況）.解析：設(shè)入射角為θ1，折射角為θ2，由折射定律得eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n ①由已知條件及①式得θ2＝30° ②如果入射光線在法線的右側(cè)，光路圖如圖所示.設(shè)出射點(diǎn)為F，由幾何關(guān)系可得AF＝eq\f(3,8)a ③即出射點(diǎn)在AB邊上離A點(diǎn)eq\f(3,8)a的位置.如果入射光線在法線的左側(cè)，光路圖如圖所示.設(shè)折射光線與AB的交點(diǎn)為D.由幾何關(guān)系可知，D點(diǎn)的入射角θ＝60° ④設(shè)全反射的臨界角為C，則si