2018届高考物理(人教新课标)总复习课件：13-1光的折射、全反射(39PPT)

当射向外球面的入射光线的入射角小于 θ1＝45° 时，这些光线都 会射出内球面．因此，以 OO′为中心线，O 为顶点，顶角为 120° 的圆锥球壳内有光线射出． 2 (2)由图中可知，h＝R′sin θ1＝ 2R· ＝R， 2 所以， 至少用一个半径为 R 的圆形遮光板， 圆心过 OO′轴并垂 直该轴放置，才可以挡住射出球壳的全部光线，这时球壳内部将没 有光线射出．
考向二
光的折射、全反射的综合应用
(2013· 琼海模拟)如图所示，用折射率 n＝ 2的玻璃做成内 径为 R、外径为 R′＝ 2R 的半球形空 心球壳，一束平行光射向此半球的外 表面，与中心对称轴 OO′平行，试求： (1)球壳内部有光线射出的区域； (2)要使球壳内部没有光线射出，至少用多大的遮光板，如何放 置才行？
2．光的色散 (1)色散现象 白光通过三棱镜会形成由红到紫七种色光组成的 彩色光谱，如图． (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 光的折射角不同，就是说紫光偏折得更明显些，当它们射到另一个 界面时，紫光的偏折角最大，红光偏折角最小．
一、对折射率的理解 1．折射率是用光线从真空斜射入介质，入射角正弦与折射角正 弦之比定义的，由于光路可逆，入射角、折射角随光路可逆而“换 sin真空角 位”．因此，在应用时折射率可记忆为 n＝ .(真空角为真 sin介质角 空中的光线与法线的夹角，介质角为介质中的光线与法线的夹角) 2．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 c 介质中传播速度的大小 v＝n.
【解析】 (1)设光线 BM 在 M 点的入射角为 i，折射角为 r，由 几何知识可知，i＝30° ，r＝60° ， sin r 根据折射定律得 n＝ ① sin i 代入数据得 n＝ 3② (2)光线 BN 恰好在 N 点发生全反射，则∠BNO 为临界角 C 1 sin C＝ ③ n 设球心到 BN 的距离为 d，由几何知识可知 d＝Rsin C④ 3 联立②③④式得 d＝ R⑤ 3 【答案】 (1) 3 3 (2) R 3
(4)“单位圆法”：以入射点 O 为圆心，以适当 长度 R 为半径画圆，交入射光线 OA 于 E 点，交折 射光线 OO′于 E′点，过 E 作 NN′的垂线 EH， 过 E′作 NN′的垂线 E′H′.如图所示，sin θ1＝ E′H′ EH sin θ1 EH ，sin θ2＝ ，OE＝OE′＝R，则 n＝ ＝ .只要 OE sin θ2 E′H′ OE′ 用刻度尺测出 EH、E′H′的长度就可以求出 n.
【ห้องสมุดไป่ตู้案】
(1)以 OO′为中心线，O 为顶点，顶角为 120° 的圆
锥球壳内部有光线射出． (2)至少用一个半径为 R 的圆形遮光板，圆心过 OO′轴并垂直 该轴放置． 【方法总结】 解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的两
个条件：一是光必须从光密介质射入光疏介质，二是入射角大于或 等于临界角．利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生 全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符， 这样更有利于问题的分析．
考向一
折射率的计算
(2012· 高考山东卷)如图所示，一玻璃球体 的半径为 R，O 为球心，AB 为直径．来自 B 点的光 线 BM 在 M 点射出，出射光线平行于 AB，另一光线 BN 恰好在 N 点发生全反射．已知∠ABM＝30° ，求 (1)玻璃的折射率； (2)球心 O 到 BN 的距离．
【解析】 (1)设光线 a′a 射入外球面，沿 ab 方向射向内球面， 1 1 刚好发生全反射，则 sin C＝n＝ .所以 C＝45° 2 在△Oab 中，Oa＝ 2R，Ob＝R sin180° －C sin θ2 所以 ＝ R ， 2R sin C 1 sin θ2＝ ＝ ，即 θ2＝30° ， 2 2 则∠θ＝C－θ2＝45° －30° ＝15° sin θ1 2 又∠O′Oa＝θ1，由 ＝n，得 sin θ1＝nsin θ2＝ ，所以 θ1 sin θ2 2 ＝45° 即∠O′Ob＝θ1＋θ＝45° ＋15° ＝60°
2． 一束光从空气射入折射率 n＝ 2的某种玻璃的表面， 则( A．当入射角大于 45° 时，会发生全反射现象 B．无论入射角多大，折射角都不会超过 45° C．欲使折射角等于 30° ，应以 45° 角入射 D．当入射角等于 arctan 2时，反射光线恰好跟折射光线垂直
)
解析：发生全反射，光必须由光密介质射向光疏介质，故 A 错； sin θ1 2 2 由 n＝ ＝ 2得：sin θ2＝ sin θ1≤ ，即 θ≤45° ，故 B 正确； sin θ2 2 2 sin θ1 sin θ1 由 ＝ 2得： θ1＝45° ， 故 C 对； 由 θ1＝arctan 2得： ＝ 2， sin 30° cos θ1 sin θ1 又 ＝ 2，所以 cos θ1＝sin θ2, θ1＋θ2＝90° ，故 D 正确． sin θ2 答案：BCD
第1节
光的折射
全反射
一、光的折射与折射率 1．折射 光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向改变的现象． 2．折射定律(如图) (1)内容：折射光线与入射光线、法线处在同一平 面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入 射角的正弦与折射角的正弦成 正比 ． (2)表达式： sin θ1 ＝n12，式中 n12 是比例常数． sin θ2
(4)在白纸上放上玻璃砖， 使玻璃砖的一个长边与直线 aa′对齐， 并画出另一条长边的对齐线 bb′. (5)眼睛在 bb′的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方 向，使 P2 把 P1 挡住，然后在观察这一侧插上大头针 P3，使 P3 把 P1、 P2 都挡住，再插上 P4，使 P4 把前三个都挡住． (6)移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针 P3、P4 的针孔位置确定 出射光线及出射点 O′，连接 O、O′得线段 OO′. (7)用量角器测量入射角 θ1 和折射角 θ2，并查出其正弦值 sin θ1 和 sin θ2. sin θ1 (8)改变入射角，重复实验，算出不同入射角时的 ，并取平 sin θ2 均值．
1.光的折射定律Ⅱ 2.折射率Ⅰ 3.全反射、光导纤维Ⅰ 4.光的干涉、衍射和偏振现象Ⅰ 实验二：测定玻璃的折射率 实验三：用双缝干涉测光的波长
1.理解光的折射定律和折射率． 2.熟练掌握全反射的条件和临界角． 3.光的折射定律的应用，如光的色散、光导纤维临界角的分析 计算是高考的热点． 4.掌握介质的折射率与频率、传播速度、波长的关系． 5.光的干涉、衍射、偏振等知识应加强与实际问题相结合的能 力培养． 6.“测定玻璃的折射率”和“用双缝干涉测光的波长”这两个 实验一直是考查的重点.
3．数据处理 (1)计算法：用量角器测量入射角 θ1 和折射角 sin θ1 θ2，算出不同入射角时的 ，并取平均值． sin θ2 (2)图象法：改变不同的入射角 θ1，测出不同的折射角 θ2，作 sin sin θ1 θ1－sin θ2 图象，由 n＝ 可知图象应为直线，如图所示，其斜率 sin θ2 就是玻璃的折射率．
(3)在光的折射现象中，光路是 可逆 的．
3．折射率 (1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与
折射角的正弦的比值．
(2)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偏折大，反之偏折小． sin θ1 (3)定义式：n＝ .不能说 n 与 sin θ1 成正比、与 sin θ2 成反 sin θ2 比．折射率由介质本身的光学性质和光的 频率 决定． c (4)计算公式： n＝v， 因 v＜c， 故任何介质的折射率总大于(填“大 于”或“小于”)1.
三、实验：测定玻璃的折射率 1．实验原理 如图，用插针法确定出折射光线 OO′，测 出入射角∠AON 和折射角∠O′ON′，根据 n＝ sin θ1 即可测定折射率． sin θ2 2．实验步骤 (1)用图钉把白纸固定在木板上． (2)在白纸上画一条直线 aa′，并取 aa′上的一点 O 为入射点， 作过 O 的法线 NN′. (3)画出线段 AO 作为入射光线，并在 AO 上插上 P1、P2 两个大 头针．
A．甲光频率比乙光频率大 B．相同条件下，甲光比乙光容易发生衍射 C．对同种介质，甲光的折射率比乙光的折射率大 D．在同种介质中甲光光速比乙光光速小
解析：由折射情况示意图可以看出，介质对乙单色光的折射率 更大，由此可知，乙单色光频率较高，波长较短，在同种介质中光 速较小，所以，选项 B 正确． 答案：B
3． 折射率的大小不仅与介质本身有关， 还与折射光的频率有关： 同一种介质，对频率大的光折射率大，对频率小的光折射率小． 4．同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率不 变．
1．(2013· 浙江金丽衢联考)甲、乙两束单色光同 时射到两种介质的分界面 MN 上，由于发生折射后 合为一束，如图所示(反射光未画出)，则下列判断正 确的是( )
4．注意事项 (1)在用 n＝ sin θ1 计算介质折射率时，θ1 应为光线在空气中与法 sin θ2
线的夹角，θ2 应为光线在介质中与法线的夹角． (2)玻璃砖应选用厚度、宽度较大的． (3)大头针要插得竖直，且间隔要适当大些． (4)入射角不宜过大或过小，一般在 15° ～75° 之间． (5)不能用玻璃砖界面代替直尺画界线． (6)实验过程中，玻璃砖和白纸的相对位置不能改变．
二、光的折射、全反射的理解和应用 1．全反射现象的理解 (1)光线射向两种介质的界面上，会同时发生光的反射和折射． (2)若光从光密介质射人光疏介质，折射角就大于入射角． (3)当折射角等于 90° 时，实际上就已经没有折射光线了，这时的 入射角为临界角 C，当入射角 θ1 大于等于临界角 C 时，折射光线消 失，发生全反射现象(如图)．
解析：“P2 挡住 P1 的像的现象恰好消失”意味着刚好发生全反 射现象， 此时玻璃砖内光线的入射角恰好等于临界角 C， 玻璃砖转过 角 θ， 入射光路的法线也转过同样的角度， 入射角 θ＝C.根据 n＝ 1 得 n＝ . sin θ 答案：玻璃砖直径边绕 O 点转过的角度 θ 1 sin θ 1 sin C