【志鴻優(yōu)化設(shè)計】（江蘇專用）2014屆高考物理 第十三章光學(xué) 電磁波 相對論第一節(jié)光的折射 全反射教學(xué)案

1 第十三章第十三章 光學(xué)光學(xué) 電磁波電磁波 相對論相對論 考綱要求權(quán)威解讀 光的折射定律 折射率 光的全反射 光導(dǎo)纖維 光的干涉 衍射和偏振 激光的特性及應(yīng)用 電磁波譜 電磁波及其應(yīng)用 狹義相對論 質(zhì)能關(guān)系 1 會分析與計算介質(zhì)的折射率 2 理解光導(dǎo)纖維的原理及應(yīng)用 作 光路圖是幾何光學(xué)的重要解題手段 又是考查重點 3 知道光的特征現(xiàn)象 4 以電磁波 的特點為線索進行識記 5 了解相對論 能根據(jù)質(zhì)能方程簡 單計算 測定玻璃的折射率實驗作光路圖是關(guān)鍵 會處理數(shù)據(jù) 第一節(jié)第一節(jié) 光的折射光的折射 全反射全反射 一 光的折射定律 1 光的折射現(xiàn)象 光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時 發(fā)生改變的現(xiàn)象稱為光的折射現(xiàn)象 2 光的折射定律 內(nèi)容 折射光線與入射光線 法線處在同一平面內(nèi) 折射光線和入射光線分別位于法 線的兩側(cè) 入射角的 跟折射角的 成正比 公式 n 1 2分別為入射角和折射角 n為常數(shù) sin 1 sin 2 3 折射率 1 定義 光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時 入射角的正弦與折射角的正弦之比 叫做這種介質(zhì)的絕對折射率 簡稱折射率 2 公式 n 3 物理意義 折射率是表示光線從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時 發(fā)生偏折程度的物 理量 與入射角 1及折射角 2大小 4 n 其中c v分別是光在真空 介質(zhì)中的速度 5 在光的折射現(xiàn)象中 光路是 的 二 全反射 1 光密介質(zhì)與光疏介質(zhì) 2 全反射 光從 介質(zhì)入射到 介質(zhì)的分界面上時 光 反射回光密介質(zhì)的現(xiàn)象 這種現(xiàn)象叫全反射 3 臨界角 2 折射角等于 時的入射角 稱為臨界角 當光從折射率為n的某種介質(zhì)射向真空 空氣 時 發(fā)生全反射的臨界角用 sin C 計算 1 關(guān)于全反射 下列說法中正確的是 A 光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時可能產(chǎn)生全反射 B 光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時可能產(chǎn)生全反射 C 光從折射率大的介質(zhì)射向折射率小的介質(zhì)時可能產(chǎn)生全反射 D 光從傳播速度小的介質(zhì)射向傳播速度大的介質(zhì)時可能產(chǎn)生全反射 2 一束光從某種介質(zhì)射入空氣中時 入射角 1 30 折射角 2 60 折射光 路如圖所示 則下列說法正確的是 A 此介質(zhì)折射率為 3 3 B 此介質(zhì)折射率為 3 C 相對于空氣此介質(zhì)是光密介質(zhì) D 光在介質(zhì)中速度比在空氣中大 3 單色光在真空中的傳播速度為c 波長為 0 在水中的傳播速度是v 波長為 水對這種單色光的折射率為n 當這束單色光從空氣斜射入水中時 入射角為 1 折 射角為 2 下列說法中正確的是 A v 0 c n c v B 0 n v c sin 2 sin 1 C v cn 0 v c D 0 v c n sin 1 sin 2 4 易錯辨析 請你判斷下列表述正確與否 對不正確的 請予以更正 1 折射率的大小由介質(zhì)本身和光的頻率共同決定 與入射角 折射角的大小無關(guān) 2 光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對而言的 同一種介質(zhì) 相對于其他不同的介質(zhì) 可能 是光密介質(zhì) 也可能是光疏介質(zhì) 3 我國使用的寬帶光纖通信網(wǎng)絡(luò)利用了光的衍射原理 4 光由一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時 光的頻率不變 一 對折射率的理解 自主探究自主探究 1 在一次討論中 老師問道 假如水中相同深度處有a b兩種不同顏色的 單色點光源 有人在水面上方同等條件下觀測發(fā)現(xiàn) b在水下的像比a深 關(guān)于這兩種光 在水中的性質(zhì) 同學(xué)們能做出什么判斷 有同學(xué)回答如下 b光的折射率大 a光的傳播速度小 b光的頻率大 a光的波長比b光的短 根據(jù)老師的假定 以上回答正確的是 3 A B C D 思考 1 折射率公式n 中 1 2的含義 sin 1 sin 2 思考 2 折射率與入射角大小有關(guān)嗎 思考 3 光線從折射率大的 光密 介質(zhì)射向折射率小的 光疏 介質(zhì) 入射角與折 射角的大小關(guān)系 反之怎樣 思考 4 色光的頻率由什么來決定 二 對全反射的理解 自主探究自主探究 2 一束單色光由左側(cè)射入盛有清水的薄壁圓柱形玻璃杯 如圖為過軸線的截 面圖 調(diào)整入射角 光線恰好在水和空氣的界面上發(fā)生全反射 已知水的折射率為 4 3 求 sin 的值 思考 1 全反射發(fā)生的條件 思考 2 全反射現(xiàn)象從能量角度如何去理解 命題研究一 折射定律及折射率的應(yīng)用 題例 1 一半徑為R的 球體放置在水平面上 球體由折射率為的透明材料制成 1 43 現(xiàn)有一束位于過球心O的豎直平面內(nèi)的光線 平行于桌面射到球體表面上 折射入球體后 再從豎直表面射出 如圖所示 已知入射光線與桌面的距離為R 光在真空中的傳播速 3 2 度為c 求 1 出射角 2 光穿越球體的時間 解題要點 規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié) 光的折射問題的規(guī)范求解 1 一般解題步驟 1 依據(jù)題意準確作出光路圖 注意作準法線 2 利用數(shù)學(xué)知識找到入射角或折射角 3 利用折射定律列方程 2 應(yīng)注意的問題 1 根據(jù)折射定律和入射光線畫出折射光線 找到入射角和折射角 要注意入射角 折射角是入射光線 折射光線與法線的夾角 2 應(yīng)用公式n 時 一定要確定準哪個角在分子上 哪個角在分母上 sin i sin r 4 3 注意在折射現(xiàn)象中 光路是可逆的 命題研究二 光的折射 全反射的綜合應(yīng)用 題例 2 2012 海南瓊海模擬 如圖所示 用折射率n 的玻璃做成內(nèi)徑為R 2 外徑為R R的半球形空心球殼 一束平行光射向此半球的外表面 與中心對稱軸2 OO 平行 試求 1 球殼內(nèi)部有光線射出的區(qū)域 2 要使球殼內(nèi)部沒有光線射出 至少用多大的遮光板 如何放置才行 解題要點 規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié) 解答這一類光學(xué)臨界問題要利用折射定律和全反射的條件 在分析 研究光路時 常 要假設(shè)某一條光線恰能符合題意要求 據(jù)此畫出其反射 折射或全反射的光路圖 再進行 推斷或求解 1 如圖 半圓形玻璃磚置于光屏PQ的左下方 一束白光沿半徑方向從A點射入玻璃 磚 在O點發(fā)生反射和折射 折射光在光屏上呈現(xiàn)七色光帶 若入射點由A向B緩慢移動 并保持白光沿半徑方向入射到O點 觀察到各色光在光屏上陸續(xù)消失 在光帶未完全消失 之前 反射光的強度變化以及光屏上最先消失的光分別是 A 減弱 紫光 B 減弱 紅光 C 增強 紫光 D 增強 紅光 2 2012 北京理綜 一束單色光經(jīng)由空氣射入玻璃 這束光的 A 速度變慢 波長變短 B 速度不變 波長變短 C 頻率增高 波長變長 D 頻率不變 波長變長 3 一束光從空氣射向折射率為的某種介質(zhì) 若反射光線與折射光線垂直 則入射角 3 為 真空中的光速為c 則光在該介質(zhì)中的傳播速度為 4 2012 山東濰坊一模 如圖是透明圓柱介質(zhì)的橫截面 C D為圓上兩點 一束單 色光沿BC方向入射 從D點射出 已知 COD 90 BCO 120 1 求介質(zhì)的折射率 2 改變 BCO的大小 能否在介質(zhì)的內(nèi)表面發(fā)生全反射 5 參考答案參考答案 基礎(chǔ)梳理自測基礎(chǔ)梳理自測 知識梳理 一 1 傳播方向 2 正弦 正弦 3 2 3 無關(guān) sin 1 sin 2 4 c v 5 可逆 二 1 光密 光疏 2 光密 光疏 全部 3 90 1 n 基礎(chǔ)自測 1 ACD 解析 解析 發(fā)生全反射的條件是 光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì) 入射角大于 或等于臨界角 選項 A C D 正確 2 BC 解析 解析 由n 知 選項 B C 正確 A D 錯誤 sin 2 sin 13 3 B 解析 解析 由n 知 0 n 由n 知 c v 0f f 0 sin 1 sin 2 c v v c 選項 B 正確 sin 2 sin 1 4 答案 答案 1 正確 2 正確 3 錯誤 光纖通信利用了光的全反射原理 4 正確 核心理解深化核心理解深化 自主探究 1 C 解析 解析 由b在水下的像比a深可知 光束a的折射率較大 說 法正確 故選項 C 正確 提示 1 公式n 中 不論是光從真空射入介質(zhì) 還是從介質(zhì)射入真空 1 sin 1 sin 2 總是真空中的光線與法線間的夾角 2總是介質(zhì)中的光線與法線間的夾角 2 折射率是由介質(zhì)本身的光學(xué)性質(zhì)和光的頻率決定的 與入射角大小無關(guān) 3 光線從折射率大的 光密 介質(zhì)射向折射率小的 光疏 介質(zhì) 入射角小于折射角 光線從折射率小的 光疏 介質(zhì)射向折射率大的 光密 介質(zhì) 入射角大于折射角 4 色光的頻率由色光自身來決定 同一種色光 在不同介質(zhì)中雖然波速 波長不同 但頻率相同 自主探究 2 答案 答案 7 3 解析 解析 當光線在水面發(fā)生全反射時有 sin C 1 n 當光線從左側(cè)射入時 由折射定律有 n sin sin f 2 C 聯(lián)立這兩式代入數(shù)據(jù)可得 sin 7 3 提示 1 條件 光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì) 入射角大于等于臨界角 2 當光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時 在入射角逐漸增大的過程中 反射光的能量逐漸 增強 折射光的能量逐漸減弱 當入射角等于臨界角時 折射光的能量已經(jīng)減弱為零 這 時就發(fā)生了全反射 6 考向探究突破考向探究突破 題例 1 答案 答案 1 60 2 R c 解析 解析 1 設(shè)入射光線與 球體的交點為C 連接OC OC即為入射點的法線 因此 1 4 圖中的角 為入射角 過C點作球體水平表面的垂線 垂足為B 如圖所示 依題意 COB 又由 OBC知 sin 3 2 設(shè)光線在C點的折射角為 由折射定律得 sin sin 3 由 式得 30 由幾何關(guān)系知 光線在球體的豎直表面上的入射角 如圖所示為 30 由折射定律得 sin sin 1 3 因此 sin 3 2 解得 60 2 由幾何知識知 ACO為等腰三角形 故 2 cos 30 R AC 光線在球體內(nèi)的傳播速度為v c n 設(shè)光穿越球體的時間為t 則t AC v 由 得t R c 題例 2 答案 答案 1 以O(shè)O 為中心線 O為頂點 頂角為 120 的圓錐球殼內(nèi)部有 光線射出 2 至少用一個半徑為R的圓形遮光板 圓心過OO 軸并垂直該軸放置 解析 解析 1 設(shè)光線a a射入外球面 沿ab方向射向內(nèi)球面 剛好發(fā)生全反射 則 sin C 1 n 1 2 所以C 45 在 Oab中 Oa R Ob R 2 所以 sin 180 C 2R sin r R 7 sin r 即r 30 sin C 2 1 2 則 C r 45 30 15 又 O Oa i 由 n 得 sin i sin r sin i nsin r 所以i 45 2 2 即 O Ob i 45 15 60 當射向外球面的入射光線的入射角小于 i 45 時 這些光線都會射出內(nèi)球面 因此 以O(shè)O 為中心線 O為頂點 頂角為 120 的圓錐球殼內(nèi)有光線射出 2 由圖中可知 h R sin i R R 所以 至少用一個半徑為R的圓形遮 2 2 2 光板 圓心過OO 軸并垂直該軸放置 才可以擋住射出球殼的全部光線 這時球殼內(nèi)部將 沒有光線射出 演練鞏固提升演練鞏固提升 1 C 解析 解析 因n紅 n紫 再由臨界角公式 sin C 可得 C紅 C紫 因此當增大入 1 n 射角時 紫光先發(fā)生全反射 紫光先消失 且當入射光的入射角逐漸增大時 折射光強度 會逐漸減弱 反射光強度會逐漸增強 選項