第四章 素养拓展课(四) 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（粤教版2019）

素养拓展课(四)　光的折射和全反射 学习目标 1.能熟练掌握光的折射现象．正确画出光路图，应用光的折射定律解决问题． 2．能熟练掌握光的全反射的现象，并解决光的全反射相关的问题. 拓展点一　折射定律、折射率的应用问题 1．公式n＝中，不论是光从真空射人介质，还是从介质射人真空，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，光疏介质不是指密度小的介质． 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＝. 如图所示，半圆玻璃砖的半径R＝10 cm，折射率n＝，直径AB与屏幕MN垂直并接触于A点．激光束a以入射角i＝60°射向玻璃砖圆心O，结果在屏幕MN上出现两个光斑． (1)画出光路图； (2)求两光斑之间的距离L. 解析　(1)由折射定律和反射定律，画出光路图如图所示： (2)设折射角为γ，由n＝ 解得γ＝30° 反射角 β＝60° 两光斑之间的距离 L＝Rtan 30°＋Rtan 60°＝ cm≈23.1 cm 答案　(1)见解析　(2)23.1 cm [训练1]　 一个圆柱形筒，直径为12 cm，高为16 cm，人眼在筒侧上方某处观察，所见筒侧的深度为9 cm，当筒中装满液体时，则人眼又恰能看到筒侧的最低点．求： (1)此液体的折射率； (2)光在此液体中的传播速度． 解析　先画出一圆柱形筒，筒高为H＝16 cm，直径d＝12 cm.人眼在A处，筒侧底部“最低点”为B，筒内无液体时，人眼能见深度h＝9 cm.筒内盛满液体时，人眼看到B点．根据光的折射画出光路如图所示． (1)sin i＝ sin γ＝ 此液体的折射率n＝＝ ＝ (2)光在此液体中的传播速度v＝＝2.25×108 m/s 答案　(1)　(2)2.25×108 m/s 拓展点二　应用光的全反射解决问题的方法 1．确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质． 2．若光由光密介质进入光疏介质，则根据sin ic＝确定临界角，看是否发生全反射． 3．根据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路”． 4．运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理，运算及变换，进行动态分析或定量计算． 用某种透明材料制成的一块柱体形棱镜的水平截面图如图所示，圆心为O，FD为圆周．光线以入射角θ1＝60°射到棱镜AB面，经折射后，光线到达BF面上的O点并恰好不从BF面射出． (1)画出光路图； (2)求该棱镜的折射率n和光线在棱镜中传播的速度大小v(光在真空中的传播速度c＝3.0×108 m/s)． 解析　(1)光路图如图所示． (2)设光线在AB面的折射角为θ2，折射光线与OD的夹角为ic，则n＝ 由题意可知，光线在BF面恰好发生全反射，则sin ic＝ 由图可知，θ2＋ic＝90° 联立以上各式解得n≈1.3或 又n＝， 可解得v≈2.3×108 m/s或×108 m/s. 答案　(1)图见解析　(2)1.3或　2.3×108 m/s(或×108 m/s) [训练2]　半径为R的透明圆柱体固定于地面上，透明体对红光的折射率为n＝2，如图所示．今让一束平行于地面的红光射向圆柱体左侧，经折射红光照射到右侧地面上．则圆柱体右侧地面上的黑暗部分长度为________． 解析　光线从圆柱体射出的临界角满足sin ic＝＝所以ic＝30°.地面上黑暗部分如图中阴影所示，其长度为l＝－R＝R. 答案　R 1.(折射率)如图所示，一细束a光和一细束b光平行射到同一个三棱镜上，经折射后交于光屏上的同一个点M，若用n1和n2分别表示三棱镜对a光和b光的折射率，用v1和v2分别表示a光和b光在三棱镜中的光速，下列说法中正确的是(　　) A．n1>n2，v1<v2　　　　　　 B．n1<n2，v1<v2 C．n1<n2，v1>v2 D．n1>n2，v1>v2 A　[由题图可知，经三棱镜折射后，a光偏折比b光明显，故n1>n2，由v＝得，v1<v2，故A正确．] 2．(光的折射的应用)在泉城广场灯光音乐喷泉的水池中，有处于同一深度的若干彩灯，晚上在彩灯上方附近观察不同颜色彩灯的深度会有所不同，假设所有彩灯均视为点光源，现就红光灯和绿光灯比较，下列说法正确的是(　　) A．红光灯看起来较浅，因为红光折射率较大 B．绿光灯看起来较浅，因为绿光折射率较小 C．绿光灯看起来较深，因为绿光折射率较大 D．红光灯看起来较深，因为红光折射率