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1、准兑市爱憎阳光实验学校高三物理第三节准兑市爱憎阳光实验学校高三物理第三节 全反射全反射第四节第四节 光的色散光的色散【同步信息同步信息】一.本周教学内容：第三节 全反射第四节 光的色散二.知识要点：1.知道全反射、临界角的概念。2.理解发生全反射的条件，并能解释和计算相关问题。3.知道棱镜对单色光的偏折作用。4.知道光的色散现象及发生色散的原因，知道棱镜材料对不同色光的折射率不同。三.、难点解析：1.光从光密介质射向光疏介质时，当入射角增大到某一角度，折射光线完全消失，只剩下反射光线的现象叫全反射。从能量角度看，光在两种介质界面上发生反射和折射时，不计介质的吸收，入射光能量会分配成反射和折射两
2、，其中反射光线能量随入射角的增大而增强。折射光线能量随入射角的增大而减弱，当发生全反射时，折射光能量于零。入射光能量完全转化为反射光的能量。全反射现象是自然界中常见的现象，如水中的气泡看起来特别明亮，大气中的蜃楼都是全反射现象。全反射现象在生产实践中也有着广泛的用，如“光纤通信就是利用了光的全反射现象。2.全反射发生的充要条件是：光从光密介质射向光疏介质；入射角于或大于临界角。临界角指折射角于 90时的入射角。当光由介质射向空气或真空时，临界角 c 的正弦 sinc1n。3.在处理穿越不同介质的光路问题时。要注意判断是否会发生全反射。在确未发生全反射的条件下，才能用折射律处理问题。4.光线从棱
3、镜的一个侧面射入。经另一个侧面射出，由于两次折射，出射光线向棱镜的底边偏折。在保持入射角 i 和棱镜顶角 A 不变的条件下，棱镜材料的折射率越大，偏折角 越大，如以下图所示。5.白光通过棱镜会发生色散，在光屏上形成一条彩色的光带，红光在最上端，紫光在最下端，如以下图所示。色散现象说明：1白光是复色光；2同介质对不同色光有不同的折射率。由 ncv可知，不同色光在介质中传播速度不同红光偏折最小，折射率最小，故红光传播速度最大，紫光偏折最大，故紫光速度最小。6.横截面是腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。在光学仪器中。常用全反射棱镜来改变光路的传播方向。【典型例题】【典型例题】例 1 水的折射率为43，
4、在水面下方放一个强点光源 s，那么在水面上方可以看到一个圆形的透光面。要求用较简单的方法测出强光源在水中的实际深度。请说明你的方法。并计算出结果。解：解：置于水中的强光源发出的光从水中射向空气时。当入射角大于或于临界角时，光线就不能射出水面。所以，由强光源发出的光会在其正上方的水面上形成一圆形透光面。测出此透光面的直径，即可根据全反射知识计算出强光源在水中的实际深度。如以下图所示，设水面上透光面的半径为 R点光源距水面为 H，那么H R37tanc，又 sinc=1n=4。解得 H3R。说明：说明：如果发现水面上的圆形透光面的半径在逐渐增大，那么该点光源在上浮还是下沉？如果圆形透光面的半径随时
5、间均匀增大。点光源在做什么性质的运动？请读者思考。例 2 如以下图所示是长为 L，折射率为 n 的玻璃纤维置于空气中。假设从 A端面入射的光在其中恰好能发生全反射，并经屡次反射后从 B 端射出。设光在空气中的传播速度为 C。求光由 A 端到 B 端所用的时间。解：解：光纤传播光时必须使光在玻璃纤维内部传播，即在玻璃纤维与外层介质之间的面处发生全反射。全反射临界角为 C，sinC 1nsinC xl，x lsinC。经过屡次反射的路程总和乘以临界角的正弦于光纤轴线长度。路程总和于轴线长 L 除以临界角的正弦。光由 A 端传播到 B 端的时间于总路程除以光速 v。sLnLnn2tLvsinCc1c
6、c，式中 c 为真空中光速。n 光由 A 端传播到 B 端的时间为n2Lc。例 3 如以下图所示。ABC 为腰三棱镜，顶角 A 的角度为，一条光线由 AB边入射，棱镜中的折射光线与底边 BC 平行。出射光线与入射光线之间的偏折角为，求玻璃的折射率。解：解：做出两次折射的法线 l1、l2，得、。EFBC，BC，B+C+2+2，由光路可逆，得，1+=2+，1=2，=1+2，=21=22=1+，=12+，A+EDF，+D=，=2，=12+n sinsinsinsin1()sin2。2sin2例 4 abc 为一全反射棱镜，它的主截面是腰直角三角形，如以下图所示，一束白光垂直入射到 ac 面上。在 a
7、b 上发生全反射，假设光线在 ac 面上入射点位置不变，改变入射光的方向不考虑自 bc 面反射的光线，红光的临界角大于紫光，那么A.使入射光按顺时针方向逐渐偏转，假设光从 ab 面射出，那么红光将先射出B.使入射光按顺时针方向逐渐偏转，假设光从 ab 面射出，那么紫光将先射出C.使入射光按逆时针方向逐渐偏转，假设光从 ab 面射出，那么紫光将先射出D.使入射光按逆时针方向逐渐偏转，假设光从 ab 面射出，那么红光将先射出答案：答案：A解：解：ac 面上的入射光顺时针转动时，ab 面上的入射光的入射角从 45减小，红光与紫光都是由全反射无透射到有透射。红光的折射率小，临界角大，在相同入射角的情况
8、下，红光的全反射先消失，红光先透射。由于色散，ab 面上红光的入射角总比紫光的小。红光透射得更早。正确选项为 A。【模拟试题】【模拟试题】1.光在某种介质中的传播速度为108ms假设要使光从此介质射向真空时发生全反射，那么入射角不可能的值是A.ll B.30 C.45 D.602.一束光从空气射向折射率 n2的某种玻璃的外表，如以下图所示，i表示入射角，那么A.无论入射角 i 有多大，折射角 r 都不会超过 45B.欲使折射角 r30，以 i45角度射入C.当入射角 iarctan2时，反射光线与折射光线恰好互相垂直D.以上结论都不正确3.以下现象中哪些是与光的全反射有关的A.露水或喷泉的水珠
9、，在阳光照耀下格外明亮B.沙漠旅行者，往往会看到前方有一潭晶莹的池水，却总是可望而不可及C.用光导纤维传输光信号、图像信号D.在盛水的玻璃杯中放一空试管，用灯光照亮玻璃杯侧面，在水面上观察水中的试管，看到试管壁特别明亮4.一光束以入射角从空气中射入一上下外表平行的玻璃砖上外表。那么A.假设较大，在上外表可能发生全反射B.无论多大，在上外表不可能发生全反射C.假设很大在下外表可能发生全反射D.无论多大，在下外表都不可能发生全反射5.如以下图所示，主截面为半圆形的柱体由折射率为2的材料构成，入射光线 a 沿半径方向射入柱体，b、c 分别是它的反射光线和折射光线。现在保持光线 a 入射的方向不变而使
10、柱体绕垂直于纸面通过 O 点的轴逆时针转过 15角，那么A.反射光线 b 将转动 15角B.反射光线 b 将转动 30角C.折射光线 c 将转动 45角D.折射光线 c 将转动 30角6.用下面的方法可以测量液体的折射率：取一个半径为 r 的软木塞。在它的圆心处插上一枚大头针，让软木塞浮在液面上。如以下图所示，调整大头针插入软木塞的深度。使它露在外面的长度为 h。这时从液面上方的各个方向都看不到大头针，求液体的折射率。7.在水下同样深度处有两个同样大小，但颜色不同的灯泡，一个是绿色、一个是。当它们发光时。在水面看到的灯光照亮区域大的是A.绿灯区域 B.红灯区域 C.两者样大 D.无法比拟8.如
11、以下图所示，两束颜色不同的单色光束 A 和 B 分别沿半径方向射入半圆形玻璃砖。出射光线都沿 OP 方向，以下说法中正确的选项是A.A 穿过玻璃砖所需的时间较长B.B 穿过玻璃砖所需的时间较长C.光由玻璃射向空气发生全反射时，A 的临界角小D.光由玻璃射向空气发生全反射时，B 的临界角小9.某种无色透明液体对红光、绿光和蓝光的折射率分别为 12、32、34。如果这些光从液体中射向液体与空气的交界面并且入射角于绿光的临界角。从液面上方俯视看。液体将呈现色。10.如以下图所示为直角三棱镜的横截面。A90，B30，底面BC 涂黑。入射光沿平行于底面 BC 的方向射向 AB 面，经 AB 面折射后射向 AC面。为使上述光线能从 AC 面射出。三棱镜的折射率 n 满足什么条件?11.如以下图所示为一直角三棱镜的横截面。A=30。折射率n2将棱镜放在真空中。有平行光射入 AB 面。其中一光经过棱镜后垂直 BC 面射出。求入射光对 AB 面的入射角。【试题答案】1.A 2.A、B、C 3.A、B、C、D 4.B、D 5.B、D 6.72r2h2r7.B 8.B、D 9.红 10.1n 11.45