第四章 专题拓展6 光的折射和全反射（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理 选择性必修 第一册（人教版2019）

专题拓展6　光的折射和全反射 物理观念 科学思维 科学态度与责任 进一步熟练掌握光的反射定律、折射定律和全反射的规律。 熟练利用几何关系找出边、角关系，并根据反射定律、折射定律解答有关问题。 了解两种“蜃景”现象及原理，培养应用物理知识解决实际问题的能力。 [对应学生用书P105] 探究点一___不同色光的比较 可见光中，由于不同颜色光的频率并不相同，它们在发生折射和全反射时也有许多不同，如下表： 　　　　　　　颜色 项目　　　　　　　 红橙黄绿青蓝紫 频率 低→高 波长 大→小 同一介质中的折射率 小→大 同一介质中的速度 大→小 临界角 大→小 通过棱镜的偏折角 小→大 【例1】 (多选)如图所示，从点光源S发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的ab间形成一条彩色光带。下列说法正确的是(　　) A．a侧是红光，b侧是紫光 B．在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长 C．三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率 D．在三棱镜中a侧光的速率比b侧光的小 BCD　解析：由题图可以看出，a侧光偏折得较厉害，三棱镜对a侧光的折射率较大，所以a侧光是紫光，波长较短，b侧光是红光，波长较长，A错误，B、C正确；又v＝，所以三棱镜中a侧光的传播速率小于b侧光的传播速率，D正确。 [练1] (多选)频率不同的两束单色光1和2均以45°角从同一点射入一厚玻璃砖，其光路如图所示。下列说法正确的是(　　) A．在玻璃砖中单色光1的波长大于单色光2的波长 B．在玻璃砖中单色光1的传播速度小于单色光2的传播速度 C．光从玻璃砖射向空气发生全反射时，单色光1的临界角大于单色光2的临界角 D．单色光1通过玻璃砖所需的时间大于单色光2通过玻璃砖所需的时间 BD　解析：由题图可知单色光1比单色光2偏折得厉害，则单色光1的折射率较大，频率较大，则单色光1的波长比较小，A错误；单色光1的折射率大，根据v＝可知，单色光1在玻璃中的传播速度小，B正确；由sin C＝可知，单色光1的折射率大，则单色光1的临界角较小，C错误；设单色光在玻璃砖内的折射角为r，玻璃砖的厚度为d，折射光线在玻璃砖内传播的距离为l，传播时间为t，由几何关系可得l＝，单色光折射率n＝，v＝，则t＝＝，由于单色光1的折射角较小，则单色光1通过玻璃砖所需时间较长，D正确。 探究点二___对两种“蜃景”的理解 1．对海上“蜃景”的理解 (1)气候条件：当大气比较平静且海面上的空气温差较大时(海面上空空气的温度随高度升高而逐渐变大)，空气的密度随温度的升高而减小，对光的折射率也随之减小。我们可以粗略地把空中的大气分成许多水平的空气层，如图所示。 (2)光路分析：远处的景物反射的光线射向空中时，不断被折射，射向折射率较小的上一层的入射角越来越大，当光线的入射角大到临界角时，就会发生全反射现象，光线就会从高空的空气层中通过空气的折射逐渐返回折射率较大的下一层。 (3)虚像的形成：当光线进入人的眼睛时，人总认为光是从反向延长线的方向发射而来的，所以地面附近的观察者就可以观察到物体正立的虚像，且虚像“漂浮”在远处的半空中，如图所示。 2．对沙漠“蜃景”的理解 (1)气候条件：夏天在沙漠里也会看到蜃景，太阳照到沙地上，接近沙面的热空气层比上层空气的密度小，折射率也小。 (2)光路分析：从远处物体射向地面的光线，进入折射率小的热空气层时被折射，入射角逐渐增大，也可能发生全反射。 (3)虚像的形成：人们逆着反射光线看去，就会看到远处物体的倒影，仿佛是从水面反射出来的一样，如图所示。 【例2】 如图所示，夏天，在平静无风的海面上，向远方望去，有时能看到山峰、船舶、集市、庙宇等出现在空中；沙漠里有时也会看到远处的水源、仙人掌近在咫尺，这就是“蜃景”。下列有关“蜃景”的说法错误的是(　　) A．海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率要小 B．沙面上上层空气的折射率比下层空气的折射率要小 C．A是“蜃景”，B是景物 D．C是“蜃景”，D是景物 B　解析：沙漠里下层空气温度比上层高，故沙漠地表附近的空气折射率从下到上逐渐增大，远处的景物发出的光线射向沙漠地表时，由于不断被折射，越来越偏离法线方向，进入下层的入射角不断增大，以致发生全反射，光线反射回空气，人们逆着光线看去，就会看到倒立的景物，从而产生了沙漠“蜃景”现象；海面上上层空气的温度比下层空气的温度高，故海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率要小，近处的景物反射的光线射向空中时，不断被折射，射向折射率较小的上一层的入射角增大到临界角时，就会发生全反射现象，光线就会从高空的空气层返回折射率较大的下一层，从而产生“蜃景”现象，A、C、D正确，B错误。 [练2] 如图所示，Ox轴沿