第4章 专题拓展6 光的折射和全反射（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

光及其应用 专题拓展6　光的折射和全反射 第四章 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 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，光疏介质也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。同一种介质对频率越大的色光的折射率越大。 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＝ )。 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 【例1】 如图所示，半圆形玻璃砖的半径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°射向玻璃砖的圆心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。 答案：(1)见解析图　(2)23.1 cm 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 [练1] 如图所示，一棱镜的截面为直角三角形ABC，∠A＝30°，斜边AB＝a。棱镜材料的折射率为 。在此截面所在的平面内，一条光线以45°的入射角从AC边的中点M射入棱镜。画出光路图，并求光线从棱镜射出的点的位置。(不考虑光线沿原路返回的情况) 答案：见解析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 探究点二__ ________应用光的全反射解决问题的方法 全反射及发生条件 (1)全反射：光从光密介质射入光疏介质时，若入射角增大到某一角度，折射光线就会消失，只剩下反射光线的现象。 (2)临界角： (3)发生条件：光从光密介质射入光疏介质且入射角大于等于临界角。 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 【例2】 在完全透明的水下某处，放一点光源，在水面上可见到一个圆形透光平面。如果圆形透光平面的半径匀速增大，则光源在(　　) A.加速上升 B．加速下沉 C．匀速上升 D．匀速下沉 D 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 (1)从M下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为θ，求θ的正弦值； (2)被测物体自上而下微小移动，使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，求玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围(只考虑在被测物体表面反射一次的光线)。 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 素养训练 学业评价 1．一束单色光由空气进入水中，则该光在空气和水中传播时(　　) A．速度相同，波长相同 B．速度不同，波长相同 C．速度相同，频率相同 D．速度不同，频率相同 D 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 24 素养训练 学业评价 2．光射到两种不同介质的分界面，分析其后面的传播情况可知(　　) A．折射现象的出现说明光是纵波 B．光总会分为反射光和折射光 C．折射光与入射光的传播方向总是不同的 D．发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同 D 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 26 素养训练 学业评价 3．(多选)一单色光，在真空中的波长为λ0，在玻璃中的波长为λ，波速为v，玻璃对这种色光的折射率为n，已知光在真空中的速度为c，此光从玻璃射向真空发生全反射的临界角为C，则(　　) AC 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 28 素养训练 学业评价 4．如图所示，为了观察门外的情况，可在门上开一小圆孔，将一块圆柱形玻璃嵌入其中，圆柱体轴线与门面垂直。从圆柱底面中心看出去，可以看到的门外入射光线与轴线间的最大夹角称为视场角。已知该玻璃的折射率为n，圆柱长为l，底面半径为r，则视场角是(　　) B 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 30 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 31 课时梯级训练(28) 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 章末综合检测(四) 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 谢谢观看 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 物理观念 科学探究 科学态度与责任 折射定律和全反射的规律。 1.折射定律、折射率。 2．全反射、临界角。 能用折射定律和全反射的规律解决实际问题。 探究点一______折射定律和折射率的应用问题 1．公式n＝中，不论是光从真空射入介质，还是从介质射入真空，i总是真空中的光线与法线的夹角，r总是介质中的光线与法线的夹角。 2．折射率由介质本身决定，与入射角的大小无关。 (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r，则n＝ 代入数据解得r＝30° 反射角 β＝i＝60° 两光斑之间的距离 L＝R tan 30°＋R tan 60°＝ cm≈23.1 cm。 设入射角为θ1，折射角为θ2，由折射定律得＝n① 由已知条件及①式得θ2＝30°② 如果入射光线在法线的右侧，光路图如图甲所示。设出射点为F，由θ2＝30°得光线垂直于AB射出，且由几何关系可得AF＝a③ 甲 即出射点在AB边上离A点a的位置。 如果入射光线在法线的左侧，光路图如图乙所示。 乙 设折射光线与AB边的交点为D。由几何关系可知，在D点的入射角θ＝60°④ 设全反射的临界角为C，则sin C＝⑤ 由⑤式和已知条件得C＝45°⑥ 因此光在D点发生全反射。 设此光线的出射点为E，由几何关系得 ∠DEB＝90°，BD＝a－2AF⑦ BE＝BD sin 30°⑧ 联立③⑦⑧式得BE＝a 即出射点在BC边上离B点a的位置。 sin C＝。 点光源S发出的光经水面折射后，进入空气，其光路如图所示，水面上的发光面的半径r和点光源的深度h之间满足r＝h·tan C，即r与h成正比，据题意知，r均匀增大，则h也随时间均匀增大，即点光源S匀速下沉，D正确。 [练2] (2023·山东卷)一种反射式光纤位移传感器可以实现微小位移测量，其部分原理简化如图所示。两光纤可等效为圆柱状玻璃丝M、N，相距为d，直径均为2a，折射率为n(n<)。M、N下端横截面平齐且与被测物体表面平行。激光在M内多次全反射后从下端面射向被测物体，经被测物体表面镜面反射至N下端面，N下端面被照亮的面积与玻璃丝下端面到被测物体距离有关。 答案：(1)　(2)<b< (1)由题意可知当光在两侧刚好发生全反射时，从M下端面出射的光与竖直方向的夹角最大，设光在M下端与竖直方向的偏角为α，此时sin C＝＝cos α 可得sin α＝ 又因为n＝ 所以sin θ＝n sin α＝。 (2)根据题意要使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，光路图如图所示 则玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围应该为b1<b<b2 当距离最近时有tan θ＝ 当距离最远时有tan θ＝ 根据(1)可知tan θ＝ 联立可得b1＝，b2＝ 所以满足条件的范围为<b<。 不同的单色光频率不相同，同一单色光在不同介质内传播的过程中，光的频率不会发生改变；由公式v＝可以判断，水的折射率大于空气的折射率，所以该单色光由空气进入水中后传播速度减小，波长减小，D正确。 光的折射不能反映光是纵波还是横波，由光的偏振现象可知光是横波，A错误；当光从光密介质射入光疏介质，且入射角大于等于临界角时，发生全反射现象，没有折射光，B错误；当光线垂直于界面入射时，折射光与入射光的传播方向相同，C错误；发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同，D正确。 A．sin C＝ B．sin C＝ C．sin C＝ D．sin C＝ 单色光在真空中传播时，速度为c，设其频率为f，因波长为λ0，则有c＝λ0f，该光在玻璃中传播时，波长为λ，波速为v，则有v＝λf，玻璃对此单色光的折射率n＝＝，临界角为C，则有sin C＝＝＝，A、C正确，B、D错误。 A．arcsin B．arcsin C．arcsin D．arcsin 门外光线经圆柱形玻璃折射后进入眼睛，其光路如图。 根据折射定律得n＝① 根据几何关系得sin θ2＝② 解得sin θ1＝，则θ1＝arcsin ，B正确。 $$