第1講光的折射全反射學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解折射率的概念,掌握光的折射定律。2.掌握發(fā)生全反射的條件并會(huì)用全反射的條件進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。1.2.3.1.思考判斷(1)在光的折射現(xiàn)象中,光路是可逆的。()(2)光由介質(zhì)射入空氣,折射角小于入射角。()(3)由n=cv可知任何介質(zhì)的折射率都大于1。((4)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)光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對(duì)而言的。同一種介質(zhì),相對(duì)于其他不同的介質(zhì),可能是光密介質(zhì),也可能是光疏介質(zhì)。()(6)密度大的介質(zhì)為光密介質(zhì),密度小的介質(zhì)為光疏介質(zhì)。()2.(人教版選擇性必修第一冊(cè)P89T3改編)一束光從某種介質(zhì)射入空氣中時(shí),入射角θ1=30°,折射角θ2=60°,光路如圖所示,則下列說(shuō)法正確的是()A.此介質(zhì)的折射率為3B.此介質(zhì)的折射率為3C.光在介質(zhì)中的速度比在空氣中的大D.當(dāng)入射角增大時(shí),折射角增大,折射率也增大考點(diǎn)一折射定律折射率1.對(duì)折射率的理解(1)折射率的大小不僅反映了介質(zhì)對(duì)光的折射本領(lǐng),也反映了光在該介質(zhì)中傳播速度的大小v=(2)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),與入射角和折射角的大小無(wú)關(guān)。①同一種介質(zhì)中,頻率越大的光折射率越大,傳播速度越小。②同一種光在不同介質(zhì)中,雖然波速、波長(zhǎng)不同,但頻率相同。2.光路的可逆性在光的折射現(xiàn)象中,光路是可逆的。如果讓光線逆著原來(lái)的折射光線射到界面上,光線就會(huì)逆著原來(lái)的入射光線發(fā)生折射。例1(2025·陜西部分學(xué)校適應(yīng)性考試)如圖,厚度為d=2.0cm的玻璃磚豎直固定在水平桌面上,其右表面鍍有反光膜,刻度尺在玻璃磚的左側(cè)與玻璃磚豎直平行放置,距玻璃磚左側(cè)表面距離為l=6.0cm。激光筆發(fā)出一束激光從刻度尺上的O點(diǎn)射向玻璃磚左表面,在刻度尺上觀察到P、Q兩個(gè)光點(diǎn)(光路未畫(huà)出),讀出O、P間的距離為16cm、P、Q間的距離為3.0cm。已知光在真空中的速度c=3.0×108m/s,求:(1)玻璃磚的折射率n;(2)激光從O點(diǎn)傳到P、Q兩點(diǎn)的時(shí)間差Δt(以上結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)。

解決光的折射問(wèn)題的思路(1)根據(jù)題意畫(huà)出正確的光路圖。(2)利用幾何關(guān)系確定光路中的邊、角關(guān)系,要注意入射角、折射角均以法線為標(biāo)準(zhǔn)。(3)利用折射定律求解。(4)注意折射現(xiàn)象中光路的可逆性。跟蹤訓(xùn)練1.(2025·山東濰坊模擬)水晶球是用天然水晶加工而成的一種透明的球形物品。如圖甲所示為一個(gè)質(zhì)量分布均勻的透明水晶球,半徑為a,過(guò)球心的截面如圖乙所示,PQ為直徑,一單色細(xì)光束從P點(diǎn)射入球內(nèi),折射光線與PQ夾角為37°,出射光線與PQ平行。已知光在真空中的傳播速度為c,sin37°=0.6,cos37°=0.8,則()A.光束在P點(diǎn)的入射角為53°B.“水晶球”的折射率為1.6C.光在“水晶球”中的傳播速度為34D.光在“水晶球”中的傳播時(shí)間為82.(2025·八省聯(lián)考山陜青寧卷,13)如圖,半徑為R的球面凹面鏡內(nèi)注有透明液體,將其靜置在水平桌面上,液體中心厚度CD為10mm。一束單色激光自中心軸上距液面15mm的A處以60°入射角射向液面B處,其折射光經(jīng)凹面鏡反射后沿原路返回,液體折射率為3。求:(1)光線在B點(diǎn)進(jìn)入液體的折射角;(2)凹面鏡半徑R。

考點(diǎn)二全反射1.解答全反射問(wèn)題的技巧(1)解答全反射問(wèn)題時(shí),要抓住發(fā)生全反射的兩個(gè)條件:①光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)。②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(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)生全反射的光路圖是解題的關(guān)鍵,且在作光路圖時(shí)盡量與實(shí)際相符。2.全反射的應(yīng)用(1)全反射棱鏡(2)光導(dǎo)纖維說(shuō)明:內(nèi)芯相對(duì)于外套為光密介質(zhì),內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率。例2(2024·廣東卷,6)如圖所示,紅綠兩束單色光,同時(shí)從空氣中沿同一路徑以角θ從MN面射入某長(zhǎng)方體透明均勻介質(zhì)。折射光束在NP面發(fā)生全反射,反射光射向PQ面。若θ逐漸增大,兩束光在NP面上的全反射現(xiàn)象會(huì)先后消失。已知在該介質(zhì)中紅光的折射率小于綠光的折射率。下列說(shuō)法正確的是()A.在PQ面上,紅光比綠光更靠近P點(diǎn)B.θ逐漸增大時(shí),紅光的全反射現(xiàn)象先消失C.θ逐漸增大時(shí),入射光可能在MN面發(fā)生全反射D.θ逐漸減小時(shí),兩束光在MN面折射的折射角逐漸增大聽(tīng)課筆記

解決全反射問(wèn)題的一般步驟(1)確定光是從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)。(2)應(yīng)用sinC=1n(3)根據(jù)題設(shè)條件,判定光在傳播時(shí)是否發(fā)生全反射。(4)如果發(fā)生全反射,畫(huà)出入射角等于臨界角時(shí)的臨界光路圖。(5)運(yùn)用幾何關(guān)系或三角函數(shù)關(guān)系以及反射定律等進(jìn)行分析、判斷、運(yùn)算,解決問(wèn)題。跟蹤訓(xùn)練3.(2025·廣西河池市模擬)如圖所示,一透明材料制成的圓柱形棒,長(zhǎng)度為6m。一束光線從圓柱形棒的一個(gè)底面圓心垂直射入,經(jīng)2.5×10-8s從另一底面圓心射出。保持入射點(diǎn)不變,調(diào)整光線的入射方向,使其在材料內(nèi)部恰好發(fā)生全反射(光在真空中的速度為3×108m/s),則光線通過(guò)透明材料的時(shí)間為()A.2.5×10-8s B.3.3×10-8sC.3.125×10-8s D.4.95×10-8s考點(diǎn)三光的折射和全反射的綜合問(wèn)題例3[2024·全國(guó)甲卷,34(2)]一玻璃柱的折射率n=3,其橫截面為四分之一圓,圓的半徑為R,如圖所示。截面所在平面內(nèi),一束與AB邊平行的光線從圓弧入射。入射光線與AB邊的距離由小變大,距離為h時(shí),光線進(jìn)入柱體后射到BC邊恰好發(fā)生全反射。求此時(shí)h與R的比值。

求解光的折射和全反射問(wèn)題的思路(1)確定研究的光線該光線一般是入射光線,還有可能是反射光線或折射光線;若研究的光線不明確,根據(jù)題意分析、尋找,如臨界光線、邊界光線等。(2)畫(huà)光路圖找入射點(diǎn),確認(rèn)界面,并畫(huà)出法線,根據(jù)反射定律、折射定律作出光路圖,結(jié)合幾何關(guān)系,具體求解。(3)注意兩點(diǎn)從光疏→光密:一定有反射、折射光線;從光密→光疏:如果入射角大于或等于臨界角,一定發(fā)生全反射。跟蹤訓(xùn)練4.(多選)(2024·甘肅卷,10)如圖為一半圓柱形均勻透明材料的橫截面,一束紅光a從空氣沿半徑方向入射到圓心O,當(dāng)θ=30°時(shí),反射光b和折射光c剛好垂直。下列說(shuō)法正確