物理选择性必修 第一册5 光的衍射教课课件ppt

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重难探究·能力素养全提升
探究点一　折射率与光路
1.正确、灵活地理解、应用折射率公式
2.光的折射率与光速、频率、波长关系的综合分析先由折射光路判断光的折射角大小关系,进而得出光的频率关系,然后再根据 判断出光速、波长的关系。(1)折射率与光的频率的关系:在同一介质中,频率越大的光折射率越大,当各种色光通过同一介质时,紫光折射率最大,红光折射率最小。(2)折射率与光速及波长的关系:当光从真空进入介质时,频率不变,速度减小,波长减小,
【例题1】 (2024福建宁德高二期末)将两块半径均为R、完全相同的透明半圆柱体A、B正对放置,圆心上下错开一定距离,如图所示。用一束单色光沿半径照射半圆柱体A,设圆心处入射角为θ。当θ=60°时,A右侧恰好无光线射出;当θ=30°时,有光线沿B的半径射出,射出位置与A的圆心相比下移h。不考虑多次反射。求:(1)半圆柱体对该单色光的折射率;(2)两个半圆柱体之间的距离d。
(2)当θ=30°时,由于光线沿B的半径射出,故射出半圆柱体A的光线经过B的圆心,光路图如图所示
对点演练1.(2024山东东营高二期末)如图所示,直角三角形ABC为一玻璃三棱镜的横截面,其中∠A=30°,直角边BC=a。在截面所在的平面内,一束单色光从AB边的中点O射入棱镜,入射角为i。如果i=45°,光线经折射再反射后垂直BC边射出,不考虑光线沿原路返回的情况。(1)求玻璃的折射率n;(2)若入射角i在0°~90°之间变化,求从O点折射到AC边上的光线射出的宽度(结果可用根式表示)。
解析 (1)设光线进入棱镜时的折射角为r,如图甲所示,由几何关系可知r=30°,根据折射定律得
探究点二　光的折射与全反射的综合问题
1.解决光的折射问题的常规思路(1)根据题意画出正确的光路图。(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系,要注意入射角、折射角均是光线与法线的夹角。(3)利用折射定律、折射率公式列式求解。
2.有关全反射定律的应用技巧(1)首先判断光是否从光密介质进入光疏介质,如果是,下一步就要再利用入射角和临界角的关系进一步判断,如果不是则直接应用折射定律解题即可。(2)分析光的全反射时,根据临界条件找出临界状态是解决这类题目的关键。(3)当发生全反射时,仍遵循光的反射定律和光路可逆性。
【例题2】 (2024浙江绍兴高二期末)如图所示,某种透明介质的截面图由直角三角形AOC和圆心为O、半径为R的四分之一圆OBC组成,其中∠A=60°。一束单色光从D点垂直AB面射入透明介质中,射到圆弧BC上时恰好发生全反射。已知D点与O点之间的距离为 R,光在真空中的传播速度为c。求:(1)单色光在介质中的传播速度v;(2)单色光第一次射出介质时的折射角θ。
解析 (1)设光在介质中发生全反射时的临界角为C0,作出光路图如图所示
(2)由几何关系知,EF与AB平行,则θ1=90°-∠EFC=90°-∠A=30°根据折射定律有 解得θ=45°。
教你破题获取题干关键信息↓画光路图找几何关系↓求出折射率↓求光在介质中的传播速度↓根据光路图确定光传播到AC面时的入射角↓确定在AC面发生折射射出介质↓求出光第一次射出介质时的折射角θ
方法技巧　画光路图,利用几何知识分析边、角关系并注意判断能否发生全反射,找出临界角,根据折射定律、全反射规律、几何关系等进行有关计算。
对点演练2.(2024山东滨州高二期末)如图所示,直角三棱镜ABC,∠C=30°,三棱镜材料的折射率n= ,一束与AB面成30°角的光线从AB面上O点射入棱镜,从AC面上O'点射出(O'点未画出),不考虑光在AB面上的反射。(1)判断三棱镜的BC面是否有光线射出,写出分析过程(不考虑多次反射);(2)求从O'点射出光线的折射角。
解析 (1)光路图如图所示,设AB面光线的入射角为i=60°,折射角为r,在AC面入射角为r',折射角为i',由折射定律可知
(2)由几何关系知β=30°则r'=30°由折射定律可得i'=60°。答案 (1)没有光线射出,分析过程见解析　(2)60°
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1.(光的折射与全反射的综合问题)(2024山东德州高二期末)现在高速公路上的标志牌都用“回归反光膜”制成,夜间行车时,它能把车灯射出的光逆向返回,所以标志牌上的字特别醒目。这种“回归反光膜”是用球体反射元件制作的。如图所示,一束单色光射入一玻璃球体,入射角为60°。已知光线在玻璃球内经一次反射后,再次折射回到空气中时与入射光线平行。此玻璃的折射率为(　　)
解析 光线在玻璃球内的光路图如图所示。A、C为折射点,B为反射点,作OD平行于入射光线,可知∠AOD=∠COD=60°,所以∠OAB=30°,玻璃球的折射率
2.(光的折射与全反射的综合问题)(2024北京海淀高二期末)截面为直角三角形ABC的玻璃砖如图所示,其中∠A=30°,一束光线从AB面的中点M平行于底边AC射入玻璃砖,已知AC=2a,光在玻璃中的折射率n= ,真空中光速为c,则光在该玻璃砖中的传播时间为(　　)
3.(折射率与光路)(2024广东东莞高二期末)某种光学元件由两种不同透明物质Ⅰ和Ⅱ制成,其横截面如图所示,O为AB中点,∠BAC=30°,半圆形透明物质Ⅰ的半径为R,一束光线在纸面内从半圆面上的P点沿PO方向射入,折射至AC面时恰好发生全反射,再从BC边上的Q点垂直射出BC边,已知透明物质Ⅰ对该光的折射率为n1= ,透明物质Ⅱ对该光的折射率为n2,真空中光速为c,求:(结果可用根式表示)(1)透明物质Ⅱ对该光的折射率n2;(2)光从P传到Q所用时间t。
解析 (1)由题意可知,光线射向AC面恰好发生全反射,反射光线垂直于BC面射出,光路图如图所示。设光线在透明物质Ⅱ中发生全反射的临界角为C0,在M点刚好发生全反射由几何关系可知C0=60°
4.(光的折射与全反射的综合问题)(2024山东临沂高二期末)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。(1)光线在BC边上是否会发生全反射?说明理由;(2)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 (1)如图所示,设光线在D点的入射角为i,折射角为r。折射光线射到BC边上的E点。设光线在E点的入射角为θ,由几何关系,有θ=90°-(30°-r)>60°根据题给数据得sin θ>sin 60°> 即θ大于全反射临界角,因此光线在E点发生全反射。