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1、选修选修3 34 4波与相对论波与相对论第三单元光的折射全反射第三单元光的折射全反射 知识整合基础知识整合基础 知识点一光的折射折射率知识点一光的折射折射率 填一填填一填 1光的折射光的折射光光从从一一种种介介质质进进入入另另一一种种介介质质时时，传传播播方方向向发发生生改改变变的的现现象称为光的折射现象象称为光的折射现象同一同一 两侧两侧 正比正比 可逆可逆 之比之比 频率频率 3108 大于大于1 小于小于 练一练练一练 大大气气中中空空气气层层的的密密度度是是随随着着高高度度的的增增加加而而减减小小的的从从大大气气外外射射来来一一束束阳阳光光，如如下下所所示示的的四四个个图图中中，能能粗
2、粗略略表表示示这这束束阳阳光光射射到地面的路径的是到地面的路径的是()【解解析析】光光从从光光疏疏介介质质进进入入光光密密介介质质时时，发发生生折折射射折折射光线靠近法线，故射光线靠近法线，故B正确正确【答案【答案】B知知识点二全反射光点二全反射光导纤维 填一填填一填 1全反射全反射(1)条件：条件：光从光从_射入射入_入射角入射角_临界角界角(2)现象：象：_完全消失，只剩下完全消失，只剩下_光密介质光密介质光疏介质光疏介质等于或大于等于或大于折射光折射光反射光反射光全反射全反射 光的全反射光的全反射 2光的色散光的色散(1)定定义义：含含有有多多种种颜颜色色的的光光被被分分解解为为单单色色
3、光光的的现现象象叫叫做做光光的的色色散散，如如图图所所示示，光光谱谱中中_在在最最上上端端，_在在最下端，中间是橙、黄、绿、青、蓝等色光最下端，中间是橙、黄、绿、青、蓝等色光(2)白白光光的的组组成成：光光的的色色散散现现象象说说明明白白光光是是_光光，是是由由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种单色光组成的种单色光组成的红光红光紫光紫光复色复色(3)折折射射率率与与介介质的的密密度度没没有有关关系系，光光密密介介质不不是是指指密密度度大大的介的介质(4)折折射射率率的的大大小小不不仅与与介介质本本身身有有关关，还与与光光的的频率率有有关关同同一一种种介介质中中，频率率越越
4、大大的的色色光光折折射射率率越越大大，传播播速速度度越越小小(5)同同一一种种色色光光，在在不不同同介介质中中虽然然波波速速、波波长不不同同但但频率相同率相同2平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球球)对光路的控制对光路的控制类别类别项目项目平行玻璃砖平行玻璃砖三棱镜三棱镜圆柱体圆柱体(球球)结构结构玻璃砖上下表面玻璃砖上下表面是平行的是平行的横截面为三角形的三横截面为三角形的三棱镜棱镜横截面是圆横截面是圆典典例例1(2013全全国国新新课标卷卷)如如图，三三棱棱镜的的横横截截面面为直直角角三三角角形形ABC，A30，B60.一一束束平平行行于于AC边的的光光线自自AB边的的
5、P点点射射入入三三棱棱镜，在在AC边发生生反反射射后后从从BC边的的M点点射出若光射出若光线在在P点的入射角和在点的入射角和在M点的折射角相等点的折射角相等【解解析析】(1)光光路路图图如如图图所所示示，图图中中N点点为为光光线线在在AC边边发发生生反反射射的的入入射射点点设设光光线线在在P点点的的入入射射角角为为i、折折射射角角为为r，在在M点的入射角为点的入射角为r、折射角依题意也为、折射角依题意也为i，有，有【名师点睛【名师点睛】光的折射问题的规范求解光的折射问题的规范求解(1)一般解题步骤：一般解题步骤：根据题意准确作出光路图，注意作准法线根据题意准确作出光路图，注意作准法线利用数学知
6、识找到入射角和折射角利用数学知识找到入射角和折射角利用折射定律列方程利用折射定律列方程 针对训练针对训练 1(2014新新课课标标全全国国)一一厚厚度度为h的的大大平平板板玻玻璃璃水水平平放放置置，其其下下表表面面贴有有一一半半径径为r的的圆形形发光光面面在在玻玻璃璃板板上上表表面面放放置置一一半半径径为R的的圆纸片片，圆纸片片与与圆形形发光光面面的的中中心心在在同同一一竖直直线上上已已知知圆纸片片恰恰好好能能完完全全遮遮挡住住从从圆形形发光光面面发出出的的光光线(不考不考虑反射反射)，求平板玻璃的折射率，求平板玻璃的折射率考向二考向二对光的全反射的理解及光的全反射的理解及应用用1全反射的理解
7、全反射的理解(1)如如果果光光线从从光光疏疏介介质进入入光光密密介介质，则无无论入入射射角角多多大大，都不会都不会发生全反射生全反射现象象(2)光的全反射光的全反射现象遵循光的反射定律，光路是可逆的象遵循光的反射定律，光路是可逆的(3)当当光光射射到到两两种种介介质的的界界面面上上时，往往往往同同时发生生光光的的折折射射和和反反射射现象象，但但在在全全反反射射现象象中中，只只发生生反反射射，不不发生生折折射射当折射角等于当折射角等于90时，实际上就已上就已经没有折射光了没有折射光了(4)全全反反射射现象象可可以以从从能能量量的的角角度度去去理理解解：当当光光由由光光密密介介质射射向向光光疏疏介
8、介质时，在在入入射射角角逐逐渐增增大大的的过程程中中，反反射射光光的的能能量量逐逐渐增增强，折折射射光光的的能能量量逐逐渐减减弱弱，当当入入射射角角等等于于临界界角角时，折射光的能量已折射光的能量已经减弱减弱为零，零，这时就就发生了全反射生了全反射2全反射的有关现象及应用全反射的有关现象及应用(1)海海水水浪浪花花呈呈白白色色、玻玻璃璃(水水)中中气气泡泡看看起起来来特特别别亮亮、沙沙漠漠蜃蜃景景、夏夏天天的的柏柏油油路路面面看看起起来来“水水淋淋淋淋”的的、海海市市蜃蜃楼楼、钻钻石石的夺目光彩、水下灯照不到整个水面、全反射棱镜等的夺目光彩、水下灯照不到整个水面、全反射棱镜等(2)光光导纤维：
9、结构构：简称称光光纤，是是一一种种透透明明的的玻玻璃璃纤维丝，直直径径在在几几微微米米到到一一百百微微米米之之间，由由内内芯芯和和外外套套两两层组成成，内内芯芯的的折折射射率率大于外套的折射率，即内芯是光密介大于外套的折射率，即内芯是光密介质，外套是光疏介，外套是光疏介质原原理理：光光在在光光纤的的内内芯芯中中传播播，每每次次射射到到内内、外外层的的界界面上面上时，都要求入射角大于，都要求入射角大于临界角，从而界角，从而发生全反射生全反射【解题引路【解题引路】(1)此题中的光密介质和光疏介质分别指什么？此题中的光密介质和光疏介质分别指什么？(2)光线从玻璃射到半圆柱体界面时如何作法线？光线从玻
10、璃射到半圆柱体界面时如何作法线？【提提示示】(1)玻玻璃璃空空气气(2)连连接接圆圆心心与与入入射射点点(即即一一条条半径半径)【尝试解题】【尝试解题】_【名师点睛【名师点睛】分析全反射问题的基本思路分析全反射问题的基本思路(1)画出恰好发生全反射的临界光线，作好光路图；画出恰好发生全反射的临界光线，作好光路图；(2)应用几何知识分析边、角关系，找出临界角；应用几何知识分析边、角关系，找出临界角；(3)判断发生全反射的范围判断发生全反射的范围考向三考向三对色散色散现象的理解象的理解1光光的的色色散散现现象象：白白光光(或或复复色色光光)通通过三三棱棱镜后后会会出出现由由各各单色色光光组成成的的
11、按按一一定定次次序序排排列列的的彩彩色色光光带，这种种现象象叫叫色色散散，彩色光彩色光带叫光叫光谱(如如图所示所示)2原原理理：棱棱镜镜对对不不同同单单色色光光的的折折射射率率不不同同，即即红红光光折折射射率率最最小小，紫紫光光折折射射率率最最大大，所所以以在在入入射射角角相相同同时时，紫紫光光比比红红光光偏折程度大偏折程度大3各种色光的比较各种色光的比较颜色颜色红橙黄绿蓝靛紫红橙黄绿蓝靛紫频率频率低低高高同一介质折射率同一介质折射率小小大大同一介质中速率同一介质中速率大大小小波长波长大大小小临界角临界角大大小小通过棱镜的偏向角通过棱镜的偏向角小小大大【解题引路【解题引路】(1)根据所给信息确
12、定折射率随波长根据所给信息确定折射率随波长的变化关系的变化关系(2)根据各种色光的波长，确定经过三棱镜后的偏折程度根据各种色光的波长，确定经过三棱镜后的偏折程度【尝试解题】【尝试解题】_【名师点睛【名师点睛】解解决决色色散散问问题题要要熟熟记记，各各种种色色光光在在同同一一介介质质中中的的折折射射率率、速度、波长各量的大小排列顺序速度、波长各量的大小排列顺序 针对训练针对训练 3(2015安安徽徽宿宿州州调调研研)一一束束由由红红、蓝蓝两两单单色色光光组组成成的的光光以以入入射射角角由由空空气气射射到到半半圆圆形形玻玻璃璃砖砖表表面面的的A处处，AB是是半半圆圆的的直直径径进进入入玻玻璃璃后后
13、分分为为两两束束，分分别别为为AC、AD，它它们们从从A到到C和和从从A到到D的时间分别为的时间分别为t1和和t2，则，则()AAC是蓝光，是蓝光，t1小于小于t2BAC是红光，是红光，t1小于小于t2CAC是蓝光，是蓝光，t1等于等于t2DAC是红光，是红光，t1大于大于t2三、实验器材三、实验器材木木板板、白白纸纸、玻玻璃璃砖砖、大大头头针针、图图钉钉、量量角角器器、三三角角板板、铅笔铅笔四、实验步骤四、实验步骤1用图钉把白纸固定在木板上用图钉把白纸固定在木板上2在在白白纸纸上上画画一一条条直直线线aa，并并取取aa上上的的一一点点O为为入入射射点点，作过作过O的法线的法线NN.3画画出出
14、线线段段AO作作为为入入射射光光线线，并并在在AO上上插插上上P1、P2两两根根大头针大头针4在在白白纸上上放放上上玻玻璃璃砖，使使玻玻璃璃砖的的一一条条长边与与直直线aa对齐，并画出另一条，并画出另一条长边的的对齐线bb.5眼眼睛睛在在bb的的一一侧透透过玻玻璃璃砖观察察两两个个大大头针并并调整整视线方方向向，使使P1的的像像被被P2的的像像挡住住，然然后后在在眼眼睛睛这一一侧插插上上大大头针P3，使使P3挡住住P1、P2的的像像，再再插插上上P4，使使P4挡住住P3和和P1、P2的像的像6移移去去玻玻璃璃砖，拔拔去去大大头针，由由大大头针P3、P4的的针孔孔位位置确定出射光置确定出射光线O
15、B及出射点及出射点O，连接接O、O得得线段段OO.五、误差分析五、误差分析1入射光线和折射光线确定的不准确性入射光线和折射光线确定的不准确性2测量入射角和折射角时的误差测量入射角和折射角时的误差六、注意事项六、注意事项1玻璃砖应选用厚度、宽度较大的玻璃砖应选用厚度、宽度较大的2大头针应竖直地插在白纸上，且间隔要大些大头针应竖直地插在白纸上，且间隔要大些3实实验验时时入入射射角角不不宜宜过过大大或或过过小小，一一般般在在1575之之间间4玻玻璃璃砖砖的的折折射射面面要要画画准准，不不能能用用玻玻璃璃砖砖界界面面代代替替直直尺尺画界线画界线5实验过程中，玻璃砖和白纸的相对位置不能改变实验过程中，玻
16、璃砖和白纸的相对位置不能改变典典例例4(2015徐徐州州模模拟拟)“测测定定玻玻璃璃的的折折射射率率”实实验验中中，在在玻玻璃璃砖砖的的一一侧侧竖竖直直插插两两个个大大头头针针A、B，在在另另一一侧侧再再竖竖直直插插两两个个大大头头针针C、D.在在插插入入第第四四个个大大头头针针D时时，要要使使它它_如如图图是是在在白白纸纸上上留留下下的的实实验验痕痕迹迹，其其中中直直线线a、a是是描描在在纸纸上上的的玻玻璃璃砖砖的的两两个个边边根根据据该该图图可可算算得得玻玻璃璃的的折折射射率率n_.(计算结果保留两位有效数字计算结果保留两位有效数字)针对训练针对训练 4(2015南南京京高高三三上上学学期
17、期质质检检)在在“测测定定玻玻璃璃的的折折射射率率”实验中，某同学经正确操作插好了实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图甲所示枚大头针，如图甲所示(3)为了了观测光光在在玻玻璃璃砖不不同同表表面面的的折折射射现象象，某某同同学学做做了了两两次次实验，经正正确确操操作作插插好好了了8枚枚大大头针，如如图乙乙所所示示图中中P1和和P2是是同同一一入入射射光光线上上的的2枚枚大大头针，其其对应出出射射光光线上上的的2枚大枚大头针是是P3和和_(填填“A”或或“B”)【解解析析】(1)连连接接两两大大头头针针1、2所所在在的的点点延延长长线线与与梯梯形形玻玻璃璃砖砖上上表表面面交交于于O，再再
18、连连接接两两大大头头针针3、4所所在在的的点点延延长长线线与与梯梯形形玻玻璃璃砖砖下下表表面面交交于于O，再再连连接接OO，标标上上箭箭头头以以示示光光线线传传播播方向如图甲所示方向如图甲所示(3)光光斜斜射射入入两两底底面面平平行行玻玻璃璃砖砖的的一一个个表表面面，折折射射光光线线会会从从另另一一个个表表面面平平行行原原入入射射光光线线射射出出玻玻璃璃砖砖图图乙乙中中两两条条件件平平行行光光线线入入射射，P1P2左左边边的的光光线线会会从从梯梯形形玻玻璃璃砖砖另另一一底底面面平平行行射射出出，是是沿沿着着大大头头针针P4并并与与B方方向向平平行行射射出出；而而光光线线P1P2将将由由梯梯形形玻玻璃砖侧面出射，方向为璃砖侧面出射，方向为P3和和A的连线的连线【答答案案】(1)如如解解析析甲甲图图所所示示(2)1.51(说说明明：0.03范范围围内都可内都可)(3)A