新教材2023_2024学年高中物理第4章光及其应用专题提升5光的折射和全反射的综合应用课件教科版选择性必修第一册

这是一份新教材2023_2024学年高中物理第4章光及其应用专题提升5光的折射和全反射的综合应用课件教科版选择性必修第一册，共27页。

专题提升5　光的折射和全反射的综合应用 学 习 目 标1.理解平行玻璃砖、三棱镜等对光路的控制特点。(科学思维)2.会分析全反射和折射的综合问题。(科学思维)3.会利用全反射和折射原理解决实际问题。(科学思维)重难探究·能力素养全提升目录索引 学以致用·随堂检测全达标重难探究·能力素养全提升探究点一　平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制应用体验【例1】 (2021山东卷)超强超短光脉冲产生方法曾获诺贝尔物理学奖,其中用到的一种脉冲激光展宽器截面如图所示。在空气中对称放置四个相同的直角三棱镜,顶角为θ。一细束脉冲激光垂直第一个棱镜左侧面入射,经过前两个棱镜后分为平行的光束,再经过后两个棱镜重新合成为一束,此时不同频率的光前后分开,完成脉冲展宽。已知相邻两棱镜斜面间的距离d=100.0 mm,脉冲激光中包含两种频率的光,它们在棱镜中的折射率分别(1)为使两种频率的光都能从左侧第一个棱镜斜面射出,求θ的取值范围。(2)若θ=37°,求两种频率的光通过整个展宽器的过程中,在空气中的路程差ΔL。(保留3位有效数字)答案 (1)0<θ<45°(或θ<45°)　(2)14.4 mm解析 (1)设C是全反射的临界角,光线在第一个三棱镜右侧斜面上恰好发生全反射时,代入较大的折射率得C=45°所以顶角θ的范围为0<θ<45°(或θ<45°)。(2)脉冲激光从第一个三棱镜右侧斜面射出时发生折射,设折射角分别为α1和α2。方法技巧　平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制特点 对点演练1(2021浙江卷)用激光笔照射透明塑料制成的光盘边缘时观察到的现象如图所示。入射点O和两出射点P、Q恰好位于光盘边缘等间隔的三点处,空气中的四条细光束分别为入射光束a、反射光束b、出射光束c和d。已知光束a和b间的夹角为90°,则(　　)A.光盘材料的折射率n=2B.光在光盘内的速度为真空中光速的三分之二C.光束b、c和d的强度之和等于光束a的强度D.光束c的强度小于O点处折射光束OP的强度D探究点二　折射与全反射的综合问题应用体验【例2】 (2022重庆卷)如图所示,水面上有一透明均质球,上半球露出水面,下半球内竖直中心轴上有红、蓝两种单色灯(可视为点光源),均质球对两种色光的折射率分别为n红和n蓝。为使从光源照射到上半球面的光都能发生折射(不考虑光线在球内反射后的折射),红灯到水面的最大距离为h红。(1)求蓝灯到水面的最大距离。(2)两灯都装在各自到水面的最大距离处,蓝灯在红灯的上方还是下方?为什么?解析 (1)为使从光源照射到上半球面的光都能发生折射,关键是光线能够从水平方向折射出去,以红光为例,当折射角最大达到临界角C时,光线平行水面折射出去,光路图如图所示。假设半球半径为R,(2)蓝光的折射率n蓝大于红光的折射率n红, 结合n蓝>n红>1可知h蓝>h红所以蓝灯应该在红灯的下方。方法技巧　分析几何光学综合问题的基本思路(1)判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质。(2)判断入射角是否大于或等于临界角,明确是否会发生全反射现象。(3)画出反射、折射或全反射的光路图,必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图,然后结合几何知识推断和求解相关问题。对点演练2某同学到公园游玩,发现水池的水面下方有一水平放置的圆盘状光源,截面如图所示。光源发出的单色光照亮了水面上的一部分区域,已知光源的直径为d,距水面的距离也为d,水对光源发出的光的折射率为 ,当θ较小时,tan θ≈sin θ。求:(1)该同学在水面正上方看到的光源距水面的深度;(2)水面上被光源照亮区域的面积。学以致用·随堂检测全达标1231.(全反射、折射的综合问题)由透明材料制成的半圆柱体的截面图如图甲所示,一束细光束由真空沿着径向与AB成θ角射入,对射出的折射光线的强度随θ角的变化进行记录,得到的关系如图乙所示。图丙是同种材料制成的透明体,左侧是半径为R的半圆柱,右侧是长为8R、高为2R的长方体,一束单色光平行于透明体的前后表面从左侧A'点沿半径方向与长边成37°角射入透明体。已知光在真空中的传播速度为c,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,123下列说法正确的是(　　)A.该透明材料的临界角为37°D1231232.(利用全反射原理解决实际问题)一兴趣小组的同学将一枚大头针垂直插入半径为r的圆形薄软木片中心,并将其放入盛有水的碗中,如图所示,已知水的折射率为 。当在水面上任何角度都看不到大头针时,大头针末端离水面的最大距离h为(　　)A123解析 由题意知,要使在水面上任何角度都看不到大头针,应该使大头针反射的光在水面上任何位置都能发生全反射,即大头针反射光线到薄软木片边缘的入射角恰好为临界角,1233.(利用全反射原理解决实际问题)某广场有一个喷泉,喷泉底部装有五颜六色的彩灯。如图所示,如果彩灯为一个长MN=a、宽NP=b的矩形水平光带MNPQ(PQ未标注),放置在水池底部,灯带离水面的高度差为h,水池面积足够大,灯带发出的绿光在水中的折射率为n,真空中的光速为c,求:(1)灯带发出的绿光能射出水面的最短时间;(2)灯带发出绿光时有绿光直接射出的水面的面积。123123