【同步】高中物理人教版(2019)選擇性必修1：第4章專題提升5光的折射和全反射課件

第四章專題提升5光的折射和全反射重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.進(jìn)一步理解折射率、折射定律、全反射條件及其規(guī)律。(物理觀念)2.利用折射定律、全反射條件等能夠解決相關(guān)的光學(xué)問題。(科學(xué)思維)重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點(diǎn)一平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對光路的控制導(dǎo)學(xué)探究【例1】

(2021山東卷)超強(qiáng)超短光脈沖產(chǎn)生方法曾獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),其中用到的一種脈沖激光展寬器截面如圖所示。在空氣中對稱放置四個(gè)相同的直角三棱鏡,頂角為θ。一細(xì)束脈沖激光垂直第一個(gè)棱鏡左側(cè)面入射,經(jīng)過前兩個(gè)棱鏡后分為平行的光束,再經(jīng)過后兩個(gè)棱鏡重新合成為一束,此時(shí)不同頻率的光前后分開,完成脈沖展寬。已知相鄰兩棱鏡斜面間的距離d=100.0mm,脈沖激光中包含兩種頻率的光,它們在棱鏡中的折射率分別為(1)為使兩種頻率的光都能從左側(cè)第一個(gè)棱鏡斜面射出,求θ的取值范圍;(2)若θ=37°,求兩種頻率的光通過整個(gè)展寬器的過程中,在空氣中的路程差ΔL(保留3位有效數(shù)字)。答案

(1)0<θ<45°(或θ<45°)

(2)14.4mm解析

(1)設(shè)C是全反射的臨界角,光線在第一個(gè)三棱鏡右側(cè)斜面上恰好發(fā)生全反射時(shí),根據(jù)折射定律得sin

C=①代入較大的折射率得C=45°②所以頂角θ的范圍為0<θ<45°(或θ<45°)。③(2)脈沖激光從第一個(gè)三棱鏡右側(cè)斜面射出時(shí)發(fā)生折射,設(shè)折射角分別為α1和α2。由折射定律得方法技巧

平行玻璃磚、三棱鏡、圓柱體(球)對光路控制的比較

比較項(xiàng)平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)結(jié)構(gòu)玻璃磚上、下表面是平行的橫截面為三角形橫截面是圓對光線的作用

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比較項(xiàng)平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)應(yīng)用測定玻璃的折射率

全反射棱鏡,改變光的傳播方向改變光的傳播方向?qū)c(diǎn)演練1.一寬為L的長方體透明介質(zhì)與右側(cè)的熒光屏平行放置,其右表面距離熒光屏的距離也為L,在透明介質(zhì)的左側(cè)L處有一點(diǎn)光源S,該光源在熒光屏上的投影點(diǎn)為O,點(diǎn)光源S發(fā)出一細(xì)光束,細(xì)光束經(jīng)透明介質(zhì)折射后射到熒光屏上的A點(diǎn),經(jīng)測量可知AO兩點(diǎn)之間的距離為(2+)L,已知光在真空中的速度為c,α=45°。求:(1)該透明介質(zhì)的折射率大小;(2)細(xì)光束從發(fā)射到射到熒光屏上所用的時(shí)間。解析

(1)作出光路圖如圖所示,入射角為α=45°,設(shè)折射角為β,光束從透明介質(zhì)出射時(shí)偏離入射點(diǎn)距離為x,2.如圖所示,細(xì)光束a射到折射率為

的透明球表面,入射角為45°,在球的內(nèi)壁經(jīng)過一次反射后,從球面射出的光線為b,則入射光線a與出射光線b之間的夾角α為(

)A.45° B.30° C.60° D.75°B解析

畫出入射光線與反射光線,它們一定是關(guān)于半徑對稱的,根據(jù)光路可逆,光線從球外射向球內(nèi),在球內(nèi)反射一次,再折射出球外,整個(gè)光路如圖所示,由折射定律得

,則r=30°,由幾何關(guān)系,得

=r-(i-r)=2r-i,有α=4r-2i=4×30°-2×45°=30°,故入射光線與出射光線間的夾角為30°,故B正確,A、C、D錯(cuò)誤。探究點(diǎn)二折射和全反射的綜合問題【例2】

(2023河南新鄭高二期末)如圖所示,勻質(zhì)透明球體的球心為O,半徑為R,置于真空中。一條光線DC平行于直徑AOB射向球體,若DC與AOB的距離H=R,光線從C點(diǎn)射入球體經(jīng)一次反射后由P點(diǎn)(圖中未標(biāo)出)再次折射回真空中,此時(shí)的出射光線剛好與入射光線平行,已知光在真空中的速度為c,則(

)A.球體的折射率為2B.球體的折射率為2C.光從C點(diǎn)射入到從P點(diǎn)射出,在球體中傳播的總時(shí)間為D.適當(dāng)改變?nèi)肷潼c(diǎn)的位置,光線進(jìn)入球體后,可在球體內(nèi)發(fā)生全反射現(xiàn)象C方法技巧

解決光的折射、全反射綜合問題的基本思路1.遵循的規(guī)律(1)光照射到兩種透明介質(zhì)的界面時(shí)會發(fā)生反射和折射現(xiàn)象,遵循反射定律和折射定律。(2)如果滿足光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)并且入射角不小于臨界角,則會發(fā)生全反射現(xiàn)象,遵循反射定律。2.基本思路:(1)分析光傳播的過程。光照射到兩種透明介質(zhì)的界面時(shí)會發(fā)生反射和折射現(xiàn)象,如果光是從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)要根據(jù)入射角和臨界角的關(guān)系判斷是否發(fā)生全反射。(2)畫出正確的光路圖。利用光路圖中的臨界光線,準(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)生全反射或符合題意的折射光路圖是解題的關(guān)鍵。(3)運(yùn)用幾何關(guān)系、三角函數(shù)關(guān)系、折射定律、反射定律等知識進(jìn)行求解。對點(diǎn)演練3.(多選)OMNE為半圓柱體玻璃磚的橫截面,直徑OE=d,一束由a光和b光組成的復(fù)色光,沿AO方向從上表面射入玻璃磚,入射角為θ。a光和b光折射后分別射到M點(diǎn)和N點(diǎn),如圖所示,a光在M點(diǎn)恰好發(fā)生全反射。已知光在真空中的傳播速度為c,下列說法正確的是(

)A.玻璃對a光的折射率小于b光B.玻璃對a光的折射率為C.a光由O到M所需時(shí)間為D.b光在N點(diǎn)也可能發(fā)生全反射BC學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)1231.(三棱鏡對光路的控制)如圖所示,一個(gè)三棱鏡的截面為等腰直角三角形△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(

)A123解析

如圖所示,根據(jù)折射率定義有sin

θ1=nsin

θ2,nsin

θ3=1,已知θ1=45°,θ2+θ3=90°,解得n=。1232.(光的折射和全反射的綜合問題)(2022全國甲卷)如圖所示,邊長為a的正方形ABCD為一棱鏡的橫截面,M為AB邊的中點(diǎn)。在截面所在平面內(nèi),一光線自M點(diǎn)射入棱鏡,入射角為60°,經(jīng)折射后在BC邊的N點(diǎn)恰好發(fā)生全反射,反射光線從CD邊的P點(diǎn)射出棱鏡。求棱鏡的折射率以及P、C兩點(diǎn)之間的距離。1231233.(光的折射和全反射的綜合問題)直角棱鏡的折射率n=1.5,其橫截面如圖所示,圖中∠C=90°,∠A=30°,平面內(nèi)一束與BC邊平行的光線,從棱鏡AB邊上的D點(diǎn)射入,經(jīng)折射后射到BC邊上。(1)光線在BC邊上是否會發(fā)生全反射?說明理由;(2)不考慮多次反射,求從AC邊射出的光線與最初的入射光線夾角的正弦值。123解析

(1)如圖所示,設(shè)光線在D點(diǎn)的入射角為i,折射角為r。折射光線射到BC邊上的E點(diǎn)。設(shè)光線在E點(diǎn)的入射角為θ,由幾何關(guān)系,有θ=90°-(30°-r)>60°根據(jù)題給數(shù)據(jù)得sin

θ>sin

60°>