2021版高考物理大一轮复习通用版课件：14.第3讲　光的折射　全反射课件PPT

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知识点一　光的折射定律　折射率1．折射现象：光从一种介质进入另一种介质时，在界面上传播方向________的现象．如图所示．
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________与折射角的________的比值．(2)定义式：n＝________.(3)物理意义：折射率n反映介质的光学特性，不能说n与sin θ1成正比，与sin θ2成反比，n由介质本身的光学性质和光的________决定．
知识点二　全反射　光导纤维1．光密介质与光疏介质
3．光导纤维光导纤维的原理是利用光的全反射(如图)．
思考辨析(1)光的传播方向发生改变的现象，叫光的折射．(　　)(2)介质的折射率跟折射角的正弦成正比．(　　)(3)只有光从光密介质射向光疏介质并且入射角大于临界角时才能发生全反射．(　　)(4)密度大的介质就是光密介质．(　　)(5)光纤通信利用了光导纤维全反射的原理．(　　)(6)光在任何介质中的速度都大于真空中的速度．(　　)(7)入射角等于临界角时折射角等于90°.(　　)(8)发生光的色散现象是因为不同颜色的光折射率不同．(　　)(9)白光从水中射入空气中入射角逐渐增大时，红光先发生全反射．(　　)
教材改编[人教版选修3－4·P48·T1改编](多选)一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，下图中能正确描述其光路的是(　　)
练1　[2018·全国卷Ⅰ，34(1)]如图，△ABC为一玻璃三棱镜的横截面，∠A＝30°.一束红光垂直AB边射入，从AC边上的D点射出，其折射角为60°，则玻璃对红光的折射率为________．若改用蓝光沿同一路径入射，则光线在D点射出时的折射角________(填“小于”“等于”或“大于”)60°.
练2　[2018·全国卷Ⅲ，34(2)]如图，某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“·”(图中O点)，然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上，小标记位于AC边上．D位于AB边上，过D点做AC边的垂线交AC于F.该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察，恰好可以看到小标记的像；过O点做AB边的垂线交直线DF于E；DE＝2 cm，EF＝1 cm.求三棱镜的折射率．(不考虑光线在三棱镜中的反射) 
考点二　光的全反射师生共研1．解答全反射类问题的技巧(1)要抓住发生全反射的两个条件：①光必须从光密介质射入光疏介质；②入射角大于或等于临界角．(2)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．2．求解光的折射与全反射问题的“两点”提醒(1)如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象．(2)当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射．
例2 [2020·全国卷Ⅱ，34(2)]直角棱镜的折射率n＝1.5，其横截面如图所示，图中∠C＝90°，∠A＝30°，截面内一细束与BC边平行的光线，从棱镜AB边上的D点射入，经折射后射到BC边上．(ⅰ)光线在BC边上是否会发生全反射？说明理由；(ⅱ)不考虑多次反射，求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值．
解析：如图(a)所示，设从D点入射的光线经折射后恰好射向C点，光在AB边上的入射角为θ1，折射角为θ2，由折射定律有sin θ1＝n sin θ2①设从DB范围入射的光折射后在BC边上的入射角为θ′，由几何关系有θ′＝30°＋θ2②由①②式并代入题给数据得θ2＝30°③n sin θ′>1④所以，从DB范围入射的光折射后在BC边上发生全反射，反射光线垂直射到AC边，AC边上全部有光射出．
考点三　光的色散及光路控制问题师生共研1．各种色光的比较
2.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制
例3 [2020·安徽皖南八校联考](多选)频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚平行玻璃砖，单色光1、2在玻璃砖中折射角分别为30°和60°，其光路如图所示，下列说法正确的是(　　)A．射出折射光线1和2一定是平行光B．单色光1的波长大于单色光2的波长C．在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度D．图中单色光1、2通过玻璃砖所需的时间相等E．单色光1从玻璃射到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃射到空气的全反射临界角
练6　(多选)直线P1P2过均匀玻璃球球心O，细光束a、b平行且关于P1P2对称，由空气射入玻璃球的光路如图所示，a、b光相比(　　)A．玻璃对a光的折射率较小B．玻璃对a光的临界角较小C．b光在玻璃中的传播速度较小D．b光在玻璃中的传播时间较短E．b光在玻璃中的传播时间较长
考点四　实验：测定玻璃的折射率1．基本原理与操作
(2)误差分析①入射光线、出射光线确定的准确性造成误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些．②入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差．
例4 [2019·天津卷，9(2)]某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸．(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度________．A．选用两光学表面间距大的玻璃砖B．选用两光学表面平行的玻璃砖C．选用粗的大头针完成实验D．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些
解析：本实验考查光学中测定玻璃折射率的操作方法、误差分析、数据处理，培养考生的实验能力，体现实验探究中证据、解释的素养要素．(1)所用玻璃砖两表面是否平行，与提高实验精确度无关，故B错．选用细的大头针有利于提高精确度，故C错．所用玻璃砖两表面及插在玻璃砖同侧的两枚大头针的间距尽量大些，可以减小测量的相对误差，故A、D均正确．
(2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是________．
解析： (2)利用平行玻璃砖做本实验时，入射光线进入玻璃砖后折射光线靠近法线，而穿出玻璃砖的光线与入射光线平行，故根据孔洞作出的两条光线应平行且下面的光线应向左错开一小段距离．故A、B、C错误，D正确．
(3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率n＝________.(用图中线段的字母表示)
练7　某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率，开始玻璃砖的位置如图中实线所示，使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察P1、P2的像，且P2的像挡住P1的像．如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失，此时只需测量出_________________________，即可计算出玻璃砖的折射率，请用你测量的量表示出折射率n＝________.
玻璃砖直径边绕O点转过的角度θ
练8　在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图甲所示．
(1)在下图中画出完整的光路图．
(2)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n＝________.(保留三位有效数字)(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图乙所示．图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和________(选填“A”或“B”)．