第4章 光的折射和全反射 章末小结与质量评价(Word教参)-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理选择性必修第一册（鲁科版2019）

一、知识体系建构——理清物理观念 二、综合考法融会——强化科学思维 光的折射与全反射 [典例]　一半径为R的半圆柱形玻璃砖，横截面如图所示。已知玻璃的全反射临界角为r。与玻璃砖的底平面成角度、且与玻璃砖横截面平行的平行光射到玻璃砖的半圆柱面上。经柱面折射后，有部分光(包括与柱面相切的入射光)能直接从玻璃砖底面射出。若忽略经半圆柱内表面反射后射出的光，求底面透光部分的宽度。 [解析]　如图所示，设光线从A沿半径方向进入半圆柱形玻璃砖，恰好与法线重合，折射光线恰好射入圆心O处，由图中几何关系，可知该光线在O点的入射角恰好等于临界角而发生全反射。由几何光路可知：从部分射入的光线在BO界面发生全反射，无光线射出，从部分射入的光线在OD界面有光线射出。 由全反射条件知∠OCD＝r 由几何关系，可知∠COD＝r，∠CDO＝π－2r 即＝，得OD＝。 [答案]　 [融会贯通] 1．光的折射与全反射现象 光斜射到两种不同介质的界面上，就能发生折射；光必须从光密介质射向光疏介质，且入射角不小于临界角时，才能发生全反射。 2．光的折射与全反射现象的特点 物理观念 情境 特征物理量 公式 折射 折射率n：折射率反映介质的光学特性，折射率大偏折角大 n＝ n＝ 全反射 临界角C：折射角等于90°时的入射角，介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小 sin C＝ [对点训练] 1．(多选)如图为一直角棱镜的横截面，∠bac＝90°，∠abc＝60°。一平行细光束从O点沿垂直于bc面的方向射入棱镜。已知棱镜材料的折射率n＝，若不考虑入射光线在bc面上的反射光，则有光线(　 ) A．从ab面射出 B．从ac面射出 C．从bc面射出，且与bc面斜交 D．从bc面射出，且与bc面垂直 解析：选BD　由全反射条件，sin C＝＝，所以C＝45°。由已知几何知识和反射定律、折射定律作出光路图如图所示，通过分析计算可以判断：光线在ab面发生全反射，在ac面不发生全反射，既有折射光线，又有反射光线，且其反射光线垂直于bc面射出，故A、C错误，B、D正确。 2.如图所示，在清澈平静的水底，抬头向上观察，会看到十分有趣的景象：(水的临界角C＝48.8°) (1)水面外的景物(蓝天、白云、树木、房屋)，都呈现在顶角θ＝97.6°的倒立圆锥底面的“洞”内； (2)“洞”外是水底的镜像； (3)“洞”边呈彩色，且七色的顺序为内紫外红。 试分析上述水下观天的奇异现象。 解析：(1)水面外的景物射向水面的光线，凡入射角0≤i≤90°时，都能折射入水中被人观察到(如图所示)。根据折射定律，在i＝90°的临界条件下n＝，sin r＝＝＝sin C。 因为水的临界角C＝48.8°，所以，倒立圆锥的顶角为θ＝2r＝2C＝97.6°。 (2)水底发出的光线，通过水面反射成虚像，也可以在水下观察到，但是由于“洞”内有很强的折射光，所以只有在“洞”外才能看到反射光(尤其是全反射光)形成的水底镜像。 (3)光线从空气中折射入水中时，要发生色散现象：红光的折射率最小，偏向角最小；紫光的折射率最大，偏向角最大。因为眼睛感觉光线是沿直线传播的，所以从水中看到的彩色“洞”边，是内紫外红。 答案：见解析 光学器件对光路的控制 [典例]　(2022·福州高二质检)如图所示是一玻璃球体，其半径为R，O为球心，AB为直径，M点是玻璃球的最高点，来自B点的光线BD在D点射出，出射光线平行于AB，已知∠ABD＝30°，光在真空中的传播速度为c。求： (1)此玻璃球的折射率和光从B到D所用的时间； (2)若增大∠ABD，光线能否在DM段发生全反射现象。 [解析]　(1)如图，由几何知识可得入射角i＝∠ABD＝30° 折射角r＝2∠ABD＝2×30°＝60° 则此玻璃的折射率为n＝＝，BD长度s＝2Rcos 30°＝R 光在玻璃球内传播的速度v＝ 故光线从B传到D的时间为t＝＝。 (2)发生全反射的临界角：sin C＝＝<，所以临界角C<45°，从M点入射，入射角等于45°，所以若增大∠ABD，入射角可能大于临界角，所以光线能在DM段发生全反射现象。 [答案]　(1)　　(2)能 [融会贯通] 常见光学器件的折射光路图： 平行玻璃砖 三棱镜 圆柱体(球) 通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移 通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折 圆界面的法线是过圆心的直线，经过两次折射后向圆心偏折 [对点训练] (多选)光导纤维技术在现代生产、生活与科技方面得以广泛应用。如图所示是一个质量均匀分布的有机玻璃圆柱的横截面，O点为圆心，B、C为圆上两点，一束单色光沿AB方向射入，然后从C点射出。已知∠ABO＝127°，∠BOC＝120°。真空中光速c＝3.0×