高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第1节 光的折射复习课件ppt

这是一份高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第1节 光的折射复习课件ppt，共36页。

素养一　物理观念考点 光的折射与全反射1.光的折射与全反射现象:光斜射到两种不同介质的界面上,就能发生折射;光必须从光密介质射向光疏介质,且入射角不小于临界角时,才能发生全反射。2.光的折射与全反射现象的特点:
3.光的折射与全反射的关键词转化:
【素养评价】1.如图所示,一束光从空气垂直射到直角棱镜的AB面上,已知棱镜材料的折射率为1.4,则这束光进入棱镜后的光路图应为四个图中的(　　)
【解析】选D。由sinC= 可知全反射临界角为45°。光线与斜边交界处入射角为60°,大于临界角,因此在斜边会发生全反射,故A错误;光由光疏介质进入光密介质中,入射角大于折射角,由此可知光线与底边交界处入射角为30°,小于临界角,从底边射出,发生折射和反射现象,且折射角大于入射角。故B、C错误,D正确。
2.(多选)光导纤维技术在现代生产、生活与科技方面得以广泛应用。如图所示是一个质量均匀分布的有机玻璃圆柱的横截面,B、C为圆上两点,一束单色光沿AB方向射入,然后从C点射出。已知∠ABO=127°,∠BOC=120°。真空中光速c=3.0×108 m/s,sin53°=0.8,cs53°=0.6。则(　　)A.光在该有机玻璃中传播速度为1.875×108 m/sB.光在该有机玻璃中的折射率为1.8C.光在该有机玻璃中发生全反射的临界角为37°D.若将该材料做成长300 km的光导纤维,此单色光在光导纤维中传播的最短时间为1.6×10-3 s
【解析】选A、D。根据折射定律得n= =1.6,则光在该有机玻璃中传播的速度为v= m/s=1.875×108 m/s,故A正确,B错误;根据sinC= 得,sinC= =0.625,故C错误;当光线与光导纤维平行时,传播的时间最短,则传播的时间t= = s=1.6×10-3 s,故D正确。
3.如图,直角三角形ABC为一棱镜的横截面,∠A=90°,∠B=30°。一束光线平行于底边BC射到AB边上并进入棱镜,然后垂直于AC边射出。(1)求棱镜的折射率;(2)保持AB边上的入射点不变,逐渐减小入射角,直到BC边上恰好有光线射出。求此时AB边上入射角的正弦。
【解析】(1)光路图及相关量如图所示。光束在AB边上折射,由折射定律得
=n①式中n是棱镜的折射率。由几何关系可知α+β=60°②由几何关系和反射定律得β=β′=∠B③联立①②③式,并代入i=60°得n= ④(2)设改变后的入射角为i′,折射角为α′,由折射定律得 =n ⑤
依题意,光束在BC边上的入射角为全反射的临界角θc,且sinθc= ⑥由几何关系得θc=α′+30°⑦由④⑤⑥⑦式得入射角的正弦为sini′= 答案:(1) 　(2)
【补偿训练】(多选)一束光从空气射向折射率n= 的某种玻璃的表面,如图所示。i代表入射角,则(　　) A.当入射角i=0°时不会发生折射现象B.无论入射角i是多大,折射角r都不会超过45°C.欲使折射角r=30°,应以i=60°的角度入射D.当入射角i满足tani= 时,反射光线跟折射光线恰好互相垂直
【解析】选B、D。当入射角i=0°时光能从空气进入玻璃,故发生了折射,A错误;当入射角是90°时,根据折射定律n= ,解得r=45°,所以无论入射角i是多大,折射角r都不会超过45°,B正确;欲使折射角r=30°,根据折射定律n= ,解得i=45°,故C错误;当tani= 时,根据折射定律n= ,解得sinr=csi,所以反射光线跟折射光线恰好互相垂直,故D正确。
素养二　科学思维考点 光的折射、全反射的综合应用1.用几何光学分析光的折射、全反射的综合应用:
2.光的折射、全反射的综合应用的关键词转化:
【素养评价】1.(多选)如图所示为半圆形透明介质的横截面,其半径为R。一束光从半圆形透明介质的左边缘以入射角60°射入透明介质,光束在半圆形透明介质的弧形面发生两次反射后刚好从半圆形透明介质的另一边缘射出。已知光在真空中传播的速度为c。则(　　)A.透明介质的折射率为 B.透明介质的折射率为 C.透明介质全反射临界角的正弦值为 D.光线在透明介质中传播时间为
【解析】选B、C。由几何关系知,光束的折射角r=30°由n= 知介质的折射率n= ,故A错误,B正确;由sinC= 知,发生全反射临界角的正弦值为sinC= = ,故C正确;光线在介质中传播路程s=3R。传播时间t= ,又v= 知t= ,故D错误。
2.如图所示是一玻璃球体,其半径为R,O为球心,AB为直径,M点是玻璃球的最高点,来自B点的光线BD在D点射出,出射光线平行于AB,已知∠ABD=30°,光在真空中的传播速度为c。求:
(1)此玻璃的折射率和光从B到D所用的时间;(2)若增大∠ABD,光线能否在DM段发生全反射现象。
【解析】(1)如图,由几何知识可得入射角i=∠ABD=30°,
折射角r=2∠ABD=2×30°=60°,则此玻璃的折射率为 n= ;BD长度s=2Rcs30°= R,光在玻璃球内传播的速度v= ,
故光线从B传到D的时间为t= (2)发生全反射的临界角:sinC= ,所以临界角C<45°,从M点入射,入射角等于45°,所以若增大∠ABD,入射角可能大于临界角,所以光线可能在DM段发生全反射现象。答案:(1) 　 (2)可能在DM段发生全反射现象
3.如图,一半径为R的玻璃半球,O点是半球的球心,虚线OO′表示光轴(过球心O与半球底面垂直的直线)。已知玻璃的折射率为1.5。现有一束平行光垂直入射到半球的底面上,有些光线能从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线)。求:(1)从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值。(2)距光轴 的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离。
【解析】(1)如图所示,从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值,这个入射光刚好发生全反射,其临界角C的正弦sinC= ,由几何关系可知从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值dm=RsinC= R
(2)设距光轴 的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离为L。由几何关系可知: 入射角sinα= ,由折射定律n= 解得sinβ= ,β=30°,由正弦定理得: 解得L= 答案:(1) R　(2)
【补偿训练】　　(多选)一光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维,它的结构如图所示,可看成一段直线,其内芯和外套的材料不同,光在内芯中传播,下列关于光导纤维的说法正确的是(　　)A.内芯的折射率比外套的大,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射B.内芯的折射率比外套的大,光传播时在外套与外界的界面上发生全反射C.波长越长的光在光纤中传播的速度越大D.频率越大的光在光纤中传播的速度越大
【解析】选A、C。当内芯的折射率比外套的大时,光传播时在内芯与外套的界面上才能发生全反射,故选项A正确,B错误;波长越长的光,频率越小,介质对它的折射率n越小,根据公式v= ,光在光纤中传播的速度越大,故选项C正确,D错误。
素养三　科学探究考点 测定玻璃折射率1.测定玻璃折射率的方法:
2.测定玻璃折射率的关键词转化:
【素养评价】1.某研究小组的同学根据所学的光学知识,设计了一个测量液体折射率的仪器,如图所示,在一个圆盘上,过圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF,在半径OA上,垂直盘面插下两枚大头针P1、P2,并保持P1、P2位置不变,每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中,而且总使得液面与直径BC相平,EF作为界面的法线,然后在图中右上方区域观察P1、P2的像,并在圆周上插上大头针P3,使P3正好挡住P1、P2的像,通过计算,预先在圆周EC部分刻好了折射率的值,这样只要根据P3所插的位置,就可直接读出液体折射率的值。则
(1)图中P3、P4两位置中对应的折射率较大的是________。 (2)若∠AOF=30°,OP3与OC的夹角为30°,则P3处所对应的折射率的值为________。 
【解析】(1)根据折射率n= ,入射角r相等时,折射角i越大,折射率越大,可判断P4所对应的折射率值较大。(2)由题可知,AO方向作为入射光线方向,∠AOF等于入射角,r=30°。由题,使P3正好挡住P1、P2,说明P3在折射光线上,则OP3表示折射光线,折射角i等于60°,由折射定律得:n= = 。答案:(1)P4　(2)
2.在“测玻璃的折射率”实验中:(1)为了取得较好实验效果,下列说法正确的是________。  A.必须选用上下表面平行的玻璃砖B.选择的入射角应尽量小些C.大头针应垂直地插在纸面上D.大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些
(2)甲同学在量入射角和折射角时,由于没有量角器,在完成了光路图以后,以O点为圆心,OA为半径画圆,交OO′延长线于C点,过A点和C点作垂直法线的直线分别交法线于B点和D点,如图所示,若他测得AB=7 cm,CD=4 cm,则可求出玻璃的折射率n=________。  
(3)乙同学使用同一个玻璃砖完成实验,却发现测出的折射率明显大于理论值,反复检查实验操作过程后认为是用铅笔描出玻璃砖上下表面时出现了操作失误,由此可以判断该同学作出的两界面间距________(选填“大于”或“小于”)玻璃砖的实际宽度。  
【解析】(1)用插针法测定折射率时,玻璃砖上下表面不一定要平行,故A错误;为了减小测量的相对误差,选择的入射角应尽量大些,效果会更好,故B错误;为了准确确定入射光线和折射光线,大头针应垂直地插在纸面上,故C正确;大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些时,相同的距离误差,角度的测量误差会小些,故D正确。