(全国版)2019版高考物理一轮复习 第15章 选考部分 第55课时 光的折射和全反射学案.doc
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第55课时 光的折射和全反射
考点1 折射定律及折射率的应用
1.光的折射
光从一种介质斜射入另一种介质时,(传播方向会改变,这种现象叫做光的折射。
2.入射角与折射角的定性关系
入射角:入射光线与法线间的夹角,一般用i表示。
折射角:折射光线与法线间的夹角,一般用r表示。
实验表明:当入射角变化时(折射角随着改变。
3.斯涅耳定律(折射定律)
入射角的正弦与折射角的正弦之比是一个常数,即=n。
4.折射率
(1)定义
光从(真空射入某种介质发生折射时,入射角i的正弦与折射角r的(正弦之比,用n表示。
(2)定义式:n=(。
(3)意义:介质的折射率反映了光在介质中的(偏折度。
(4)折射率与光速的关系
光在不同介质中的(传播速度不同,且都小于光在真空中的传播速度;某种介质的折射率,等于光在真空中的(速度与光在这种介质中的(速度之比,即n=。
[例1] (2017·株洲二模)某次探矿时发现一天然透明矿石,经测量其折射率n=。人工打磨成球形后置于空气中(如图所示),已知球半径R=10 cm,MN是一条通过球心O的直线,单色细光束AB平行于MN射向球体,B为入射点,AB与MN间距为d=5 cm,CD为出射光线,求:
(1)光从B点传到C点的时间;
(2)CD与MN所成的角α。
解析 光路图如图所示。
(1)设光线在B点界面的入射角与折射角分别为θ1、θ2。
由数学知识得
sinθ1===,所以θ1=45°,
由折射率n=得sinθ2===,
光在球体中传播的速度v=,
BC间的距离s=2Rcosθ2,
则光线在球中传播的时间
t===×10-9 s。
(2)设在C点折射角为β,根据光路可逆性得β=θ1=45°
由几何知识得
COP=π-θ1-BOC=180°-45°-120°=15°
因α+COP=β,得α=β-COP=45°-15°=30°。
答案 (1)×10-9 s (2)30°
折射率公式n=中,无论光是从真空射入介质,还是光从介质射入真空,i为真空中的大角,r为介质中的小角,即n1。
1.关于折射率,下列说法正确的是( )
A.根据=n可知,介质的折射率与入射角的正弦成正比
B.根据=n可知,介质的折射率与折射角的正弦成反比
C.根据n=可知,介质的折射率与介质中的光速成反比
D.同一频率的光由第一种介质进入第二种介质时,折射率与波长成正比
答案 C
解析 介质的折射率n由介质本身及光的频率决定,与入射角、折射角无关,A、B错误;光在不同介质中光速不同,这正是光发生折射的原因,n与v成反比,C正确;把v=λf代入n=得n=,即n与λ成反比,D错误。
2.如图所示,一束光线从空气射入某介质,入射光线与反射光线夹角为90°,折射光线与入射光线延长线间夹角θ为15°,求:
(1)该介质的折射率;
(2)光在该介质中传播的速度。
答案 (1) (2)2.12×108 m/s
解析 (1)由反射定律可知α=β,由于α+β=90°,故入射角α=45°;由图可知r+θ=α=45°,由于θ=15°,故折射角r=30°,所以该介质的折射率n===。
(2)由折射率与速度的关系n=得
v== m/s≈2.12×108 m/s。
3.(人教版选修3-4 P47例题改编)人站在距槽边D为L=1.2 m处,刚好能看到槽底B的位置,人眼距地面的高度为H=1.6 m。槽中注满某透明液体时,人刚好能看到槽中央O点处。求液体的折射率及光在液体中的传播速度。
答案 1.71 1.75×108 m/s
解析
由题意作图如图所示,连接人眼与B点,延长CD作为法线,从图中可以看出,折射角θ2=CDB。连接D与O点,则入射角θ1=CDO。因为sinθ2==,又因为sinθ1==,由sinθ2===,得BD=OC,CD=,代入得CD=OC,所以sinθ1==。故液体的折射率n==≈1.71,光在液体中的速度为v=≈1.75×108 m/s。
考点2 光的全反射及应用
1.发生全反射的条件
(1)光必须从(光密介质射入(光疏介质,例如从水中或玻璃中射入空气中。
(2)(入射角必须(大于或等于临界角。
2.临界角:折射角等于(90°时的入射角。若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时,发生全反射的临界角为C,则sinC=(。
3.全反射现象可以从能量的角度去理解:当光由光密介质射向光疏介质时,在入射角逐渐(增大的过程中,反射光的能量逐渐增强,折射光的能量逐渐减弱,当入射角(等于临界角时,折射光的能量已经减弱为零,这时就发生了(全反射。
注意:(1)光密介质不是指密度大的介质,而是指折射率较大的介质,折射率的大小与介质的密度无关。
(2)无论是应用折射定律,还是应用全反射分析问题,都应准确作出光路图,个别问题还要注意找出符合边界条件或恰好发生全反射的对
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