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1、基礎課基礎課3光的折射全反射光的折射全反射知識點一、光的折射定律折射率知識點一、光的折射定律折射率1折射現(xiàn)象折射現(xiàn)象光從一種介質斜射進入另一種介質時傳播方向發(fā)生光從一種介質斜射進入另一種介質時傳播方向發(fā)生_的的現(xiàn)象，如圖現(xiàn)象，如圖1所示。所示。改變改變圖圖1兩側兩側正比正比偏折角大偏折角大頻率頻率知識點二、全反射光導纖維知識點二、全反射光導纖維1全反射全反射(1)定義：光從光密介質射入光疏介質，當入射角增大到某一定義：光從光密介質射入光疏介質，當入射角增大到某一角度時，折射光線角度時，折射光線_，只剩下反射光線的現(xiàn)象。，只剩下反射光線的現(xiàn)象。(2)條件：條件：光從光密介質射向光疏介質。光從光密
2、介質射向光疏介質。入射角入射角_臨界角。臨界角。(3)臨界角：折射角等于臨界角：折射角等于90時的入射角。若光從光密介質時的入射角。若光從光密介質(折射率為折射率為n)射向真空或空氣時，發(fā)生全反射的臨界角為射向真空或空氣時，發(fā)生全反射的臨界角為C，則則sin C_。介質的折射率越大，發(fā)生全反射的臨界。介質的折射率越大，發(fā)生全反射的臨界角越小。角越小。消失消失大于等于大于等于2光導纖維光導纖維光導纖維的原理是利用光的全反射光導纖維的原理是利用光的全反射(如圖如圖2)。圖圖2思考判斷思考判斷答案答案(1)(2)(3)(4)(5)折射定律的理解與應用折射定律的理解與應用2平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體平
3、行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球球)對光路的控制對光路的控制解析解析介質的折射率是一個反映介質光學性質的物理量，由介介質的折射率是一個反映介質光學性質的物理量，由介質本身和光的頻率共同決定，與入射角、折射角無關，故選項質本身和光的頻率共同決定，與入射角、折射角無關，故選項A、B均錯；由于真空中的光速是個定值，故均錯；由于真空中的光速是個定值，故n與與v成反比是正確成反比是正確的，這也說明折射率與光在該介質中的光速是有聯(lián)系的，選項的，這也說明折射率與光在該介質中的光速是有聯(lián)系的，選項C正確；由于正確；由于vf，當，當f一定時，一定時，v與與成正比，又成正比，又n與與v成反比，成反比，故故n與與也成反
4、比，選項也成反比，選項D正確。正確。答案答案CD圖圖3A30 B45C60 D75答案答案A3光經(jīng)過平行玻璃磚的色散光經(jīng)過平行玻璃磚的色散(2017昆明七校調研昆明七校調研)(多選多選)如圖如圖4所示，一束光斜射向厚度為所示，一束光斜射向厚度為d的矩形玻璃磚，經(jīng)折射后射出的矩形玻璃磚，經(jīng)折射后射出a、b兩束光線，則下列說法正確的是兩束光線，則下列說法正確的是()圖圖4A玻璃磚對玻璃磚對a光的折射率小于對光的折射率小于對b光的折射率光的折射率B在真空中，在真空中，a光的波長小于光的波長小于b光的波長光的波長C在玻璃中，在玻璃中，a光的傳播速度大于光的傳播速度大于b光的傳播速度光的傳播速度D從玻璃
5、磚底邊射出的從玻璃磚底邊射出的a、b光傳播方向不平行光傳播方向不平行E如果只將玻璃磚的厚度如果只將玻璃磚的厚度d減半，那么從玻璃磚底邊射出的減半，那么從玻璃磚底邊射出的a、b光線間的距離將減小光線間的距離將減小答案答案ACE4光經(jīng)過三棱鏡的色散光經(jīng)過三棱鏡的色散(多選多選)如圖如圖5所示，一細束白光通過玻所示，一細束白光通過玻璃三棱鏡折射后分為各種單色光，取其中璃三棱鏡折射后分為各種單色光，取其中a、b、c三種色光，三種色光，下列說法正確的是下列說法正確的是()圖圖5A若若b光為綠光，則光為綠光，則c光一定不是藍光光一定不是藍光B若分別讓若分別讓a、b、c三色光通過一雙縫裝置，則三色光通過一雙
6、縫裝置，則a光形成的干涉光形成的干涉條紋的間距最小條紋的間距最小Ca、b、c三色光在玻璃三棱鏡中的傳播速度依次越來越小三色光在玻璃三棱鏡中的傳播速度依次越來越小D若讓若讓a、b、c三色光以同一入射角，從某介質射向空氣，三色光以同一入射角，從某介質射向空氣，b光恰能發(fā)生全反射，則光恰能發(fā)生全反射，則c光也一定能發(fā)生全反射光也一定能發(fā)生全反射答案答案AB應用光的折射定律解題的一般思路應用光的折射定律解題的一般思路(1)根據(jù)入射角、折射角及反射角之間的關系，作出比較完整根據(jù)入射角、折射角及反射角之間的關系，作出比較完整的光路圖。的光路圖。(2)充分利用光路圖中的幾何關系，確定各角之間的聯(lián)系，根充分利
7、用光路圖中的幾何關系，確定各角之間的聯(lián)系，根據(jù)折射定律求解相關的物理量：折射角、折射率等。據(jù)折射定律求解相關的物理量：折射角、折射率等。(3)注意在折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。注意在折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。方法技巧方法技巧光的折射、全反射的綜合應用光的折射、全反射的綜合應用求解光的折射、全反射問題的四點提醒求解光的折射、全反射問題的四點提醒(1)光密介質和光疏介質是相對而言的。同一種介質，相對于其光密介質和光疏介質是相對而言的。同一種介質，相對于其他不同的介質，可能是光密介質，也可能是光疏介質。他不同的介質，可能是光密介質，也可能是光疏介質。(2)如果光線從光疏介質進入光密介質，則無論入射角多
8、大，都如果光線從光疏介質進入光密介質，則無論入射角多大，都不會發(fā)生全反射現(xiàn)象。不會發(fā)生全反射現(xiàn)象。(3)在光的反射和全反射現(xiàn)象中，均遵循光的反射定律，光路均在光的反射和全反射現(xiàn)象中，均遵循光的反射定律，光路均是可逆的。是可逆的。(4)當光射到兩種介質的界面上時，往往同時發(fā)生光的折射和反當光射到兩種介質的界面上時，往往同時發(fā)生光的折射和反射現(xiàn)象，但在全反射現(xiàn)象中，只發(fā)生反射，不發(fā)生折射。射現(xiàn)象，但在全反射現(xiàn)象中，只發(fā)生反射，不發(fā)生折射。圖圖6(1)求池內(nèi)的水深；求池內(nèi)的水深；(2)一救生員坐在離池邊不遠處的高凳上，他的眼睛到池一救生員坐在離池邊不遠處的高凳上，他的眼睛到池面的高度為面的高度為2.
9、0 m。當他看到正前下方的點光源。當他看到正前下方的點光源A時，他的時，他的眼睛所接受的光線與豎直方向的夾角恰好為眼睛所接受的光線與豎直方向的夾角恰好為45。求救生。求救生員的眼睛到池邊的水平距離員的眼睛到池邊的水平距離(結果保留結果保留1位有效數(shù)字位有效數(shù)字)。解析解析(1)光由光由A射向射向B發(fā)生全反射，光路如圖甲所示。發(fā)生全反射，光路如圖甲所示。甲甲乙乙1應用全反射原理求折射率應用全反射原理求折射率如圖如圖7，一個三棱鏡的截面為等，一個三棱鏡的截面為等腰直角腰直角ABC，A為直角。此截面所在平面內(nèi)的光線沿平為直角。此截面所在平面內(nèi)的光線沿平行于行于BC邊的方向射到邊的方向射到AB邊，進入
10、棱鏡后直接射到邊，進入棱鏡后直接射到AC邊上，邊上，并剛好能發(fā)生全反射。該棱鏡材料的折射率為并剛好能發(fā)生全反射。該棱鏡材料的折射率為_。圖圖72應用全反射原理求極值應用全反射原理求極值如圖如圖8，一透明半圓柱體折射率為，一透明半圓柱體折射率為n2，半徑為，半徑為R、長為、長為L。一平行光束從半圓柱體的矩形表面。一平行光束從半圓柱體的矩形表面垂直射入，部分柱面有光線射出。求該部分柱面的面積垂直射入，部分柱面有光線射出。求該部分柱面的面積S。圖圖8圖圖9光線不能從光線不能從CD邊射出。邊射出。答案答案30不能不能解答全反射類問題的技巧解答全反射類問題的技巧 (1)解答全反射類問題時，要抓住發(fā)生全反
11、射的兩個條件：解答全反射類問題時，要抓住發(fā)生全反射的兩個條件： 光必須從光密介質射入光疏介質；光必須從光密介質射入光疏介質； 入射角大于或等于臨界角。入射角大于或等于臨界角。(2)利用好光路圖中的臨界光線，準確地判斷出恰好發(fā)生全反利用好光路圖中的臨界光線，準確地判斷出恰好發(fā)生全反射的光路圖是解題的關鍵，且在作光路圖時盡量與實際相符。射的光路圖是解題的關鍵，且在作光路圖時盡量與實際相符。方法技巧方法技巧實驗：測定玻璃的折射率實驗：測定玻璃的折射率1實驗原理與操作實驗原理與操作2.數(shù)據(jù)處理與誤差分析數(shù)據(jù)處理與誤差分析(1)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理計算法：計算每次折射率計算法：計算每次折射率n，求出平均值。
12、，求出平均值。圖象法圖象法(如圖所示如圖所示)單位圓法單位圓法(如圖所示如圖所示)(2)誤差分析誤差分析確定入射光線、出射光線時的誤差。故入射側、出射側所插確定入射光線、出射光線時的誤差。故入射側、出射側所插兩枚大頭針間距離宜大點；兩枚大頭針間距離宜大點；測量入射角與折射角時的誤差。故入射角不宜過小，但也不測量入射角與折射角時的誤差。故入射角不宜過小，但也不宜過大，過大則反射光較強，出射光較弱。宜過大，過大則反射光較強，出射光較弱。 (3)注意事項注意事項玻璃磚要用厚度較大的；玻璃磚要用厚度較大的；入射角應在入射角應在30到到60之間；之間；大頭針要豎直插在白紙上，且距離應盡量大一些。大頭針要
13、豎直插在白紙上，且距離應盡量大一些。1插針法測玻璃的折射率插針法測玻璃的折射率在在“測定玻璃的折射率測定玻璃的折射率”實驗中，實驗中，某同學經(jīng)正確操作插好了某同學經(jīng)正確操作插好了4枚大頭針，如圖枚大頭針，如圖10甲所示。甲所示。圖圖10(1)請在圖乙中畫出完整的光路圖；請在圖乙中畫出完整的光路圖；(2)對你畫出的光路圖進行測量和計算，求得該玻璃磚的折射率對你畫出的光路圖進行測量和計算，求得該玻璃磚的折射率n_(保留保留3位有效數(shù)字位有效數(shù)字)；(3)為了觀測光在玻璃磚不同表面的折射現(xiàn)象，某同學做了兩次為了觀測光在玻璃磚不同表面的折射現(xiàn)象，某同學做了兩次實驗，經(jīng)正確操作插好了實驗，經(jīng)正確操作插好
14、了8枚大頭針，如圖丙所示。圖丙中枚大頭針，如圖丙所示。圖丙中P1和和P2是同一入射光線上的是同一入射光線上的2枚大頭針，其對應出射光線上的枚大頭針，其對應出射光線上的2枚大枚大頭針是頭針是P3和和_ (填填“A”或或“B”)。解析解析(1)作光路圖時應注意作圖規(guī)范，所作光路圖如圖所示。作光路圖時應注意作圖規(guī)范，所作光路圖如圖所示。答案答案 (1)如圖所示如圖所示 (2)1.51(1.481.54均可均可) (3)A2全反射法測玻璃的折射率全反射法測玻璃的折射率某同學用大頭針、三角板、量角某同學用大頭針、三角板、量角器等器材測半圓形玻璃磚的折射率。開始時玻璃磚的位置如器等器材測半圓形玻璃磚的折射
15、率。開始時玻璃磚的位置如圖圖11中實線所示，使大頭針中實線所示，使大頭針P1、P2與圓心與圓心O在同一直線上，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緩慢緩慢轉動，同時在玻璃磚直徑邊一側觀察轉動，同時在玻璃磚直徑邊一側觀察P1、P2的像，且的像，且P2的像的像擋住擋住P1的像。如此觀察，當玻璃磚轉到圖的像。如此觀察，當玻璃磚轉到圖11中虛線位置時，中虛線位置時，上 述 現(xiàn) 象 恰 好 消 失 。 此 時 只 需 測 量 出上 述 現(xiàn) 象 恰 好 消 失 。 此 時 只 需 測 量 出_，即可計算出玻璃磚的折，即可計算出玻璃磚的
16、折射率。請用你的測量值表示出折射率射率。請用你的測量值表示出折射率n_。圖圖1112015重慶理綜，重慶理綜，11(1)虹和霓是太陽光在水珠內(nèi)分別經(jīng)過虹和霓是太陽光在水珠內(nèi)分別經(jīng)過一次和兩次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球來說明。一次和兩次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球來說明。兩束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上會兩束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上會形成形成MN和和PQ兩條彩色光帶，光路如圖兩條彩色光帶，光路如圖12所示。所示。M、N、P、Q點的顏色分別為點的顏色分別為()圖圖12A紫、紅、紅、紫紫、紅、紅、紫 B紅、紫、紅、紫紅、紫、紅、紫C紅、紫、紫
17、、紅紅、紫、紫、紅 D紫、紅、紫、紅紫、紅、紫、紅解析解析玻璃對紅光的折射率最小，對紫光的折射率最大，由折玻璃對紅光的折射率最小，對紫光的折射率最大，由折射定律和反射定律可知射定律和反射定律可知M點為紫色、點為紫色、N點為紅色，點為紅色，P點為紅色，點為紅色，Q點為紫色，故點為紫色，故A項正確。項正確。答案答案A圖圖13解析解析設圖中設圖中N點為光線在球冠內(nèi)底面上點為光線在球冠內(nèi)底面上的反射點，所考慮的光線的光路圖如圖所的反射點，所考慮的光線的光路圖如圖所示。設光線在示。設光線在M點的入射角為點的入射角為i、折射角為、折射角為r，在在N點的入射角為點的入射角為i，反射角為，反射角為i，玻璃折，
18、玻璃折射率為射率為n。由于。由于OAM為等邊三角形，為等邊三角形，作底面在作底面在N點的法線點的法線NE，由于，由于NEAM，有，有i30根據(jù)反射定律，有根據(jù)反射定律，有i30連接連接ON，由幾何關系知，由幾何關系知MANMON，故有，故有MNO60由由式得式得ENO30于是于是ENO為反射角，為反射角，ON為反射光線。這一反射光線經(jīng)球面再為反射光線。這一反射光線經(jīng)球面再次折射后不改變方向。所以，經(jīng)一次反射后射出玻璃球冠的光次折射后不改變方向。所以，經(jīng)一次反射后射出玻璃球冠的光線相對于入射光線的偏角線相對于入射光線的偏角為為180ENO150答案答案150圖圖14解析解析當光線經(jīng)球心當光線經(jīng)球心O入射時，光路圖如圖入射時，光路圖如圖(a)所示。所示。圖圖(a)在玻璃體球面上光線恰好發(fā)生全反射時，光路圖如圖在玻璃體球面上光線恰好發(fā)生全反射時，光路圖如圖(b)所示。所示。圖圖(b)圖圖15(1)玻璃磚的折射率；玻璃磚的折射率；(2)該光束從該光束從AB邊上的邊上的D點射入玻璃磚到第一次射出玻璃磚所需點射入玻璃磚到第一次射出玻璃磚所需的時間。的時間。解析解析(1)作出光路圖，如圖所示，作出光路圖，如圖所示，
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