适用于新教材2024版高考物理一轮总复习第13章光学电磁波相对论第1讲光的折射全反射课件

这是一份适用于新教材2024版高考物理一轮总复习第13章光学电磁波相对论第1讲光的折射全反射课件，共38页。PPT课件主要包含了内容索引，强基础固本增分，研考点精准突破，全反射，棱镜对光路的控制等内容，欢迎下载使用。

一、光的折射定律1.光的折射现象光从一种介质进入另一种介质时,　传播方向　发生改变的现象称为光的折射现象。 2.折射定律(1)内容:如图所示,折射光线与入射光线、法线处在　同一平面　内,折射光线与入射光线分别位于法线的　两侧　;入射角的　正弦　与折射角的　正弦　成正比。 
(3)在光的折射现象中,光路是　可逆　的。 
3.折射率(1)折射率是一个反映介质的光学特性的物理量。
(4)当光从真空(或空气)射入某种介质时,入射角大于折射角;当光由介质射入真空(或空气)时,入射角小于折射角。
二、全反射1.光密介质与光疏介质
3.全反射棱镜如图所示,玻璃棱镜的截面为等腰直角三角形,当光从图中所示的方向射入玻璃时,由于光的方向与玻璃面　垂直　,光线不发生偏折。但在玻璃内部,光射向玻璃与空气的界面时,入射角　大于　临界角,发生　全反射　。 
4.光导纤维当光在有机玻璃棒内传播时,如果从有机玻璃射向空气的入射角　大于　临界角,光会发生　全反射　,于是光在有机玻璃棒内沿着　锯齿　形路线传播。这就是光导纤维导光的原理。 
易错辨析·判一判(1)某种玻璃对蓝光的折射率比红光大,蓝光和红光以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中,蓝光的折射角较大。(　×　)(2)光纤通信利用了全反射的原理。(　√　)(3)晚上,在池水中同一深度的两点光源分别发出红光和蓝光,蓝光光源看起来浅一些。(　√　)(4)若光从空气中射入水中,它的传播速度一定增大。(　×　)
教材情境·想一想阅读人教版教材选择性必修第一册P94“做一做”——水流导光,完成下面题目。如图所示,一条圆柱形的光导纤维,长为L,它的内芯的折射率为n1,外层材料的折射率为n2,光从一端射入,经全反射后从另一端射出,所需的最长时间为t,求:(1)n1和n2的大小关系;
解析 (1)欲使光在内芯和外层材料的界面上发生全反射,需使内芯的折射率大于外层材料的折射率,即n1>n2。
对折射率的六点理解 (1)公式n= 中,不论光是从真空射入介质,还是从介质射入真空,θ1总是真空中的光线与法线间的夹角,θ2总是介质中的光线与法线间的夹角。(2)折射率由介质本身性质决定,与入射角的大小无关。(3)折射率与介质的密度没有关系,光密介质不是指密度大的介质。(4)折射率的大小不仅与介质本身有关,还与光的频率有关。同一种介质中,频率越大的色光折射率越大,传播速度越小。(5)同一种色光,在不同介质中虽然波速、波长不同,但频率相同。(6)折射率大小不仅反映了介质对光的折射本领,也反映了光在介质中传播速度的大小,v= 。
典例1.如图所示,一艘帆船静止在湖面上,帆船的竖直桅杆顶端高出水面3 m。距水面4 m的湖底P点发出的激光束,从水面出射后恰好照射到桅杆顶端,该出射光束与竖直方向的夹角为53°(取sin 53°=0.8),已知水的折射率为 。(1)求桅杆到P点的水平距离。(2)船向左行驶一段距离后停止,调整由P点发出的激光束方向,当其与竖直方向夹角为45°时,从水面射出后仍照射在桅杆顶端,求船行驶的距离。
思维点拨 1.先根据折射定律计算出折射角,然后解三角形求解。2.画出此时的光路图,由折射定律计算出折射角,由几何关系分别求出桅杆顶端到入射点的水平距离和入射点到P点的水平距离。答案 (1)7 m　(2)5.5 m
解析 (1)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1,到P点的水平距离为x2,桅杆高度为h1,P点处水深为h2,激光束在水中与竖直方向的夹角为θ。由几何关系有
由折射定律有sin 53°=nsin θ③设桅杆到P点的水平距离为x,则x=x1+x2④联立①②③④式并代入题给数据得x=7 m。⑤
(2)设激光束在水中与竖直方向的夹角为45°时,从水面出射的方向与竖直方向夹角为i',由折射定律有sin i'=nsin 45°⑥设船向左行驶的距离为x',此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1',到P点的水平距离为x2',则x1'+x2'=x'+x⑦
规律方法 解决光的折射问题的思路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。
对点演练1.(2022浙江卷)如图所示,用激光笔照射半圆形玻璃砖圆心O点,发现有a、b、c、d四条细光束,其中d是光经折射和反射形成的。当入射光束a绕O点逆时针方向转过小角度Δθ时,b、c、d也会随之转动,则(　　)A.光束b顺时针旋转角度小于ΔθB.光束c逆时针旋转角度小于ΔθC.光束d顺时针旋转角度大于ΔθD.光束b、c之间的夹角减小了2Δθ答案 B
解析 光束a入射到半圆形玻璃砖表面(直径)时,产生反射光束b和折射光束c,同时折射光束c在半圆形玻璃砖圆弧表面产生反射,一部分光线原路返回,并在直径界面处再次发生反射产生光束d(还有少部分沿光线a的路径反向发射出去)。当光束a逆时针转过小角度Δθ时,根据反射定律,光束b顺时针旋转角度等于Δθ,选项A错误;入射光线与折射光线的方向遵循折射定律,由于n= >1,故入射角α比折射角β变化快,因此光束c逆时针旋转角度小于Δθ,选项B正确;光束d是光束c反射后形成的,因此该光束会顺时针旋转一小于Δθ的角度,选项C错误;根据以上分析,光束b顺时针旋转、c逆时针旋转,因此两者之间的夹角减小,减小的角度小于2Δθ,选项D错误。
2.一大型游乐场建有一个半球形游泳池,游泳池半径为R,池内注满水。一潜泳者在水面下方游动,其头罩上带有一单色光源,游泳池水面上的最大发光面积为游泳池面积的 ,光在真空中的传播速度为c,求:(1)池内水的折射率;(2)射出水面的光在水中传播的最长时间。
1.求解光的折射、全反射问题的四点提醒(1)光密介质和光疏介质是相对而言的。同一种介质,相对于其他不同的介质,可能是光密介质,也可能是光疏介质。(2)如果光线从光疏介质进入光密介质,则无论入射角多大,都不会发生全反射现象。(3)光的反射和全反射现象,均遵循光的反射定律,光路均是可逆的。(4)当光射到两种介质的界面上时,往往同时发生光的折射和反射现象,但在全反射现象中,只发生反射,不发生折射。
2.求解光的折射和全反射问题的思路
3.求解全反射现象中光的传播时间的注意事项
典例2.(2022全国甲卷)如图所示,边长为a的正方形ABCD为一棱镜的横截面,M为AB边的中点。在截面所在平面内,一光线自M点射入棱镜,入射角为60°,经折射后在BC边的N点恰好发生全反射,反射光线从CD边的P点射出棱镜。求棱镜的折射率以及P、C两点之间的距离。
对点演练3.(2023山东日照模拟)王亚平在太空实验授课时,进行了水球光学实验。在空间站中的微重力环境下有一个水球,如果在水球中心注入空气,形成球形气泡,内外两球面球心均在O点,如图所示。一束单色光从外球面上的A点以与A、O连线成i角射入球中。已知水的折射率为 ,内球面半径为3R,外球面半径为5R,真空中的光速为c,sin 37°=0.6。求:(1)光在水中的传播速度v;(2)能使光在内球表面上发生全反射的入射角i的取值范围。
4.(2021山东卷)超强超短光脉冲产生方法曾获诺贝尔物理学奖,其中用到的一种脉冲激光展宽器截面如图所示。在空气中对称放置四个相同的直角三棱镜,顶角为θ。一细束脉冲激光垂直第一个棱镜左侧面入射,经过前两个棱镜后分为平行的光束,再经过后两个棱镜重新合成为一束,此时不同频率的光前后分开,完成脉冲展宽。已知相邻两棱镜斜面间的距离d= 100.0 mm,脉冲激光中包含两种频率的光,它们在棱镜中的折射率分别为
(1)为使两种频率的光都能从左侧第一个棱镜斜面射出,求θ的取值范围。(2)若θ=37°,求两种频率的光通过整个展宽器的过程中,在空气中的路程差ΔL。(保留3位有效数字)答案 (1)0°<θ<45°(或θ<45°)　(2)14.4 mm
解析 (1)设C是全反射的临界角,光线在第一个三棱镜右侧斜面上恰好发生全反射时,根据折射定律得
代入较大的折射率得C=45°所以顶角θ的范围为0°<θ<45°(或θ<45°)。