高考总复习物理课件43 折射定律

\n内容要求光的折射定律Ⅱ折射率Ⅰ全反射　光导纤维Ⅰ光的干涉、衍射和偏振现象Ⅰ实验：测定玻璃的折射率　用双缝干涉测光的波长\n本章包括“光的折射”、“光的波动性”两部分．“光的折射”以光的直线传播为基础，主要讨论光的折射现象中所遵循的基本规律——折射定律．其中光的折射定律、折射率、全反射现象及几何光路图是本章的重点之一．对光的波动性这部分内容，高考命题一般比较简单，由于这部分知识大多是从理论上作了初步解释，没有严格的定量推导，命题的方向将突出实际现象的解释和应用，如增透膜、劈尖干涉等．\n本章复习的重点及核心内容是光的折射定律、全反射现象和光的干涉等．掌握光的折射定律及折射率的计算，会分析全反射现象，了解光导纤维的工作原理．在光的波动性的复习中，应会分析干涉条件及干涉等现象．本章所涉及的概念、规律、现象必须理清并熟练掌握．复习时，一定要多看课本，尤其是与实际联系较多的内容要反复阅读，加深理解．\n课时43折射定律\n考点一　光的折射定律►基础梳理◄光的折射：光从一种介质进入另一种介质中，在两种介质的界面处，传播方向发生改变，这种现象叫光的折射．光的折射定律：入射光线、法线、折射光线都在同一个平面内；入射光线和折射光线分居在法线两侧；入射角的正弦值和折射角正弦值的比值恒定，即＝n(常数)．\n►疑难详析◄1．在光的折射中光路是可逆的．2．折射不仅可以改变光的传播方向，还可以改变光束的性质．\n►深化拓展◄1．光从一种介质射入另一种介质时，折射角大小随着入射角大小的变化而变化，但是两个角的正弦之比恒定；2．光从同一介质射入不同介质时，＝n的比值大小不同，即对于不同的介质，常量n不同，它是一个能够反映介质光学性质的物理量.\n►基础梳理◄折射率：光从空气或真空进入某种介质中，入射角的正弦和折射角的正弦之比，叫该介质的折射率，即n＝.介质的折射率等于光在真空中的速度c与光在该介质中的传播速度v的比值，即n＝.\n►疑难详析◄1．某种介质的折射率是指光从真空或空气进入该介质时入射角与折射角的正弦之比，如果是从该介质进入空气或真空，则入射角与折射角的正弦之比等于折射率的倒数；2．介质的折射率实际上指的是绝对折射率，所谓绝对折射率是指光从真空进入介质时入射角与折射角的正弦之比；\n3．空气的折射率≈1，其他介质的折射率都>1；4．折射率大小反映了介质的光学性质和入射光的频率：(1)折射率越大，说明介质对光的偏折作用越大，光线偏离原来传播方向的程度越厉害，(2)介质对光的折射率越大，说明该光在该介质中的传播速度越小，(3)相对于同一介质，折射率越大的光，其频率越大．\n►深化拓展◄1．折射率由介质本身和光的频率共同决定，同一频率的不同介质折射率不同，不同频率的光对同一介质折射率也不同．\n2．折射定律＝n(常数)与折射率定义式n＝有区别．折射定律＝n，所涉及的两种介质是任意的，其中的n与两种介质的性质、入射光的频率都有关，该比值n实质是这两种介质的相对折射率．而折射率定义式n＝，它所涉及的入射介质只能是真空，其中n只与出射介质的性质、入射光的频率有关，这里的n实质是出射介质的绝对折射率．\n考点三　实验：测定玻璃的折射率一、实验目的测定玻璃的折射率二、实验原理用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的折射光线，用量角器测量出入射角θ1和折射角θ2，再根据折射定律n＝计算出玻璃的折射率．\n三、实验器材玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉、量角器、三角板(或直尺)、铅笔．四、实验步骤1．把白纸铺在木板上．2．在白纸上画一直线aa′作为界面，过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线．3．把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa′重合，再用直尺画出玻璃砖的另一边bb′.\n4．在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2.5．从玻璃砖bb′一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向直到P1的像被P2的像挡住．再在bb′一侧插上两枚大头针P3、P4，使P3能挡住P1、P2的像，P4能挡住P1、P2的像及P3本身．\n6．移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置，过P3、P4作直线O′B交bb′于O′.连接OO′，OO′就是玻璃砖内折射光线的方向．∠AON为入射角，∠O′ON′为折射角．如图1所示．图1\n7．用量角器量出入射角θ1和折射角θ2的度数．查出它们的正弦值，并把这些数据记录在表格里．8．用上述方法分别求出入射角是15°、30°、45°、60°和75°时的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，记录在表格里．9．算出不同入射角时的值，比较一下，看它们是否接近一个常数．求出几次实验测得的的平均值，就是这块玻璃的折射率．\n五、误差分析1．入射光线、出射光线确定的不准确性造成误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些．2．测量入射角与折射角时有相对误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差．\n六、注意事项1．轻拿轻放玻璃砖，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的光学面．严禁把玻璃砖当直尺用．2．实验过程中，玻璃砖在纸面上的位置放好后就不可移动．3．插针P1与P2、P3与P4的间距要适当的大些，以减小确定光路方向时出现的误差．\n4．实验时入射角不能太小(接近零度)，否则会使测量误差加大；也不能太大(接近90°)，否则会不易观察到P1、P2的像．5．本实验中如果采用的不是两面平行玻璃砖，如采用三棱镜，半圆形玻璃砖等，只是出射光和入射光不平行，但一样能测出其折射率．\n\n(1)试求当液面高为H时，池底的光斑到出液口的距离x.(2)控制出液口缓慢地排出液体，使液面以vh的速率匀速下降，试求池底的光斑移动的速度vx.图2\n[解析](1)如图3所示由几何关系知图3\n\n\n题后反思：分析解决有关光的折射问题的一般思路：(1)根据题意画出正确的光路图．(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角均以法线为标准．(3)利用折射定律、折射率公式求解．(4)注意在折射现象中，光路是可逆的．\n(2009·江苏高考)图4是北京奥运会期间安置在游泳池底部的照相机拍摄的一张照片，相机的镜头竖直向上．照片中，水立方运动馆的景象呈现在半径r＝11cm的圆形范围内，水面上的运动员手到脚的长度l＝10cm.若已知水的折射率n＝，请根据运动员的实际身高估算该游泳池的水深h.(结果保留两位有效数字)\n图4\n答案：2.1m(1.6～2.6m)\n题型二　视深问题[例2]水底同一深度并列红、黄、绿、紫四个彩色球，从水面正上方垂直俯视，感觉上它们在同一深度吗？[解析]设S为水池底部的点光源，在由S发出的光线中选取一条垂直于水面MN的光线，由O点射出；另一条以与SO成极小角度从S射向水面的A点，由A折射到空气中．因入射角极小，故折射角也极小(所以如此假设，是因为由发光点发出的能进入眼睛的发散光束发散程度极小)．那么进入眼中的两条折射光线的反向延长线交于S′点，该点即为我们看到的水池底部点光源S的像点．S′点到水面的距离h′即为视深度．\n由图5可以看出视深度小于实际深度．图5\n由于水对红、黄、绿、紫四种色光的折射率不同，且n红<n黄<n绿<n紫，因此四个彩色球的视深度不同，且h′红>h′黄>h′绿>h′紫．因此人的感觉是紫色球最浅，红色球最深．\n[答案]不在同一深度，红色球最深，紫色球最浅．题后反思：视深问题的关键是将竖直向下看转化成一小角度往下斜看，否则就无法处理，同时又要考虑小角度时tanα≈sinα的关系，当角度太大即不是向下看时，视深与角度有关，站在不同位置有不同的视深．\n发出白光的细线光源ab，长度为l0，竖直放置，上端a恰好在水面以下，如图6.现考虑线光源ab发出的靠近水面法线(图中的虚线)的细光束经水面折射后所成的像，由于水对光有色散作用，若以l1表示红光成的像的长度，l2表示紫光成的像的长度，则()A．l1<l2<l0B．l1>l2>l0C．l2>l1>l0D．l2<l1<l0图6\n解析：b点发出的光从水中射向空气时光线要远离法线，在入射角相同的情况下，紫光偏折更大，故折射光线的反向延长线与ab的交点更偏上，像的长度更小，故选项D正确．或者直接算出b点的像深，图7\n又因水对紫光的折射率大于红光．故红光的像长大于紫光的像长．答案：D\n题型三　测定玻璃的折射率[例3]一块玻璃砖有两个相互平行的表面，其中一个表面是镀银的(光线不能通过此表面)．现要测定此玻璃的折射率．给定的器材还有：白纸、铅笔、大头针4枚(P1、P2、P3、P4)、带有刻度的直角三角板、量角器．实验时，先将玻璃砖放到白纸上，使上述两个相互平行的表面与纸面垂直．在纸上画出直线aa′和bb′，aa′表示镀银的玻璃表面，bb′表示另一表面，如图8所示．然后在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2.用P1、P2的连线表示入射光线．\n(1)为了测量折射率，应如何正确使用大头针P3、P4?_______________________试在题图中标出P3、P4的位置．图8\n(2)然后，移去玻璃砖与大头针．试在题图中通过作图的方法标出光线从空气中射到玻璃中的入射角θ1与折射角θ2.简要写出作图步骤．_______________________(3)写出用θ1、θ2表示的折射率公式为n＝________.\n[解析](1)在bb′一侧观察P1、P2(经bb′折射，aa′反射，再经bb′折射后)的像，在适当的位置插上P3，使得P3与P1、P2的像在一条直线上，即让P3挡住P1、P2的像；再插上P4，让它挡住P2(或P1)的像和P3，P3、P4的位置如图9所示．图9\n(2)①过P1、P2作直线与bb′交于O；②过P3、P4作直线与bb′交于O′；③利用刻度尺找到OO′的中点M；④过O点作bb′的垂线CD，过M点作bb′的垂线与aa′相交于N，连接ON；⑤∠P1OD＝θ1，∠CON＝θ2.(3)n＝[答案]见解析\n题后反思：注重对实验基本原理、基本技能和方法的考查，一直是高考命题的根本原则．因此，理解并熟练掌握实验的原理、方法，是学生做好实验和备考的重中之重．另外，在数据处理上，可将正弦之比转化为线段长度之比，使数据处理变得简单而准确．\n用三棱镜做测定玻璃折射率的实验，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2挡住，接着在眼睛所图10在的一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像，在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图10所示．\n(1)在本题的图上画出所需的光路．(2)为了测出棱镜玻璃的折射率．需要测量的量是________、________，在图上标出它们．(3)计算折射率的公式是n＝________.解析：(1)如图11所示，连接P1、P2交AB于O点，连接P3、P4交AC于O′点，连接OO′，过O点作AB面的法线MN，延长OO′到G点，使OG＝OE，过E点作法线MN的垂线交MN于F点，过G点作法线MN的垂线，交MN于H点．\n图11\n1．(2008·全国卷Ⅰ)一束由红、蓝两单色光组成的光线从一平板玻璃砖的上表面以入射角θ射入，穿过玻璃砖自下表面射出．已知该玻璃对红光的折射率为1.5.设红光与蓝光穿过玻璃砖所用的时间分别为t1和t2，则在θ从0°逐渐增大至90°的过程中()A．t1始终大于t2B．t1始终小于t2C．t1先大于后小于t2D．t1先小于后大于t2\n图12答案：B\n2．(2008·全国卷Ⅱ)一束单色光斜射到厚平板玻璃的一个表面上，经两次折射后从玻璃板另一个表面射出，出射光线相对于入射光线侧移了一段距离．在下列情况下，出射光线侧移距离最大的是()A．红光以30°的入射角入射B．红光以45°的入射角入射C．紫光以30°的入射角入射D．紫光以45°的入射角入射\n解析：侧移距离是指出射光线与原入射方向的垂直距离．同一种光线相比折射率相等，入射角越大侧移距离越大，即B项侧移距离大于A项．D项侧移距离大于C项．又在入射角相同时，折射率越大，侧移距离越大，所以紫光在45°的入射角入射时，侧移距离最大，即D项正确．答案：D\n3．(2008·四川高考)如图13，一束单色光射入一玻璃球体，入射角为60°，已知光线在玻璃球内经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行．此玻璃的折射率为()A.B．1.5C.D．2图13\n图14答案：C\n4．(2008·宁夏高考)一半径为R的1/4球体放置在水平桌面上，球体由折射率为的透明材料制成．现有一束位于过球心O的竖直平面内的光线，平行于桌面射到球体表面上，折射入球体后再从竖直表面射出，如图15所示．已知入射光线与桌面的距离为R/2.求出射角θ.图15\n\n图16答案：θ＝60°\n5．某同学用如下方法测玻璃的折射率：先将平行玻璃砖固定在水平桌面的白纸上，画出两侧界面MN、PQ，在玻璃砖的一侧用激光照射，在光源同侧且与MN平行的光屏上得到两光点A、B，两光线的位置如图17所示．测得入射光线与界面的夹角α为30°，光屏上两光点之间的距离L＝3.0cm，玻璃砖的厚度h＝2.0cm，求玻璃的折射率．图17\n图18答案：1.44\n励志名言形成天才的决定因素应该是勤奋\n安全小贴上课间活动注意安全