专题：光的折射和全反射的综合应用 课件-2025-2026学年高二上学期物理教科版选择性必修第一册

第 四 章 光的折射和全反射的综合应用 1.了解全反射棱镜及其应用。 2.知道不同色光在折射现象和全反射现象中的传播特点(重点)。 3.能够熟练作出光路图，会利用光的反射定律、折射定律等规律解决有关问题(重难点)。 学习目标 内容索引 一、全反射棱镜 二、不同色光的折射与全反射 三、光的折射与全反射的综合应用 < 一 > 全反射棱镜 1.全反射棱镜 (1)定义：横截面为等腰直角三角形的玻璃砖叫作全反射棱镜。 (2)工作原理：利用全反射改变光的传播方向。 (3)用途：它在光学仪器中由于反射率几乎可达100%，常用来代替平面镜来改变光的方向。 2.全反射棱镜改变光路的几种情况 入射方式 项目 方式一 方式二 方式三 光路图       入射面 AB AC AB 全反射面 AC AB、BC AC 光线方向改变角度 90° 180° 0°(发生侧移) 　(多选)篆刻书法艺术家邓散木先生为毛泽东主席篆刻的龙钮大印，陈列于韶山毛泽东同志纪念馆。如图所示，两块底面为等腰直角三角形的玻璃棱柱，组合成一个正方体基座，龙钮大印置于基座正上方，游客可从基座右侧水平方向清晰地欣赏印章。下列说法正确的有 A.此现象体现了光的全反射原理 B.基座上部玻璃棱柱的折射率n< C.光从玻璃进入空气，波长变长 D.光从玻璃进入空气，波速变小 例1 √ √ 从基座右侧水平方向清晰地欣赏印章，表明光在上侧等腰直角三角形的玻璃棱柱的斜边发生了全反射，即此现象体现了光的全反射原理，故A正确； 根据几何关系可知，题图中入射光在等腰直角三角形的玻璃棱柱的斜边 的入射角为45°，则临界角C≤45°，由于n=，解得n≥，故B错误； 根据折射率与光速的关系有n=，光从玻璃进入空气，频率不变，传播速度变大，由于v=λf，可知，波长变长，故C正确，D错误。 返回 < 二 > 不同色光的折射与全反射 可见光中，白光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的光组成。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。 颜色 项目 红橙黄绿蓝靛紫 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 如图所示，某小区喷水池底部装有不同颜色的LED灯(可视为点光源)，可在水面形成不同颜色的光斑。若水面平静，红光与紫光在水面形成的光斑面积哪个更大？ 讨论交流 答案　相同的介质中，对不同颜色的光的折射率是不同的，对红光折射率较小，对紫光折射率大，由公式sin C=知红光临界角大，紫光的临界角小，故红光在水面形成的光斑面积更大。 　如图，一束光从真空中沿半径射入半球形玻璃砖，在O点分为两束单色光a、b。单色光a、b在真空中的波长分别为λa、λb，该玻璃对单色光a、b的折射率分别为na、nb，O为玻璃砖球心。则下列说法正确的是 A.λa>λb，na>nb B.λa>λb，na<nb C.λa<λb，na>nb D.λa<λb，na<nb 例2 √ 根据全反射临界角公式sin C=，由题图可知单色光a的临界角较小，则有na>nb； 由于玻璃砖对单色光a的折射率较大，则单色光a的频率大于单色光b的频率，则单色光a的波长小于单色光b的波长，即λa<λb，故选C。 返回 < 三 > 光的折射与全反射的综合应用 1.几何光学是指不考虑光的波动性、只以光线的概念为基础研究光的传播与成像规律的学科。高中阶段主要涉及以下原理和现象： (1)光的直线传播定律：光在同一种均匀介质中沿直线传播。 (2)光的反射定律：反射光线与入射光线、法线在同一平面内，反射光线、入射光线分居在法线两侧，且反射角等于入射角。 (3)光的折射定律：折射光线与入射光线、法线在同一平面内，折射光线、入射光线分居在法线两侧；入射角的正弦值与折射角的正弦值成正比。 公式：n=。 (4)全反射现象：光由光密介质射向光疏介质、且入射角≥临界角C时， 将发生全反射现象(其中sin C=)。 (5)光路的可逆性原理：在光传播过程中，将光线的方向反转时，它将逆着原来的路径传播。 2.解题基本思路： 解几何光学的题目时，首先应根据几何光学的基本原理画出光路图，然后利用几何知识找出相应的角、边关系，并完成计算。 　在天宫课堂“光学水球”实验中，王亚平老师在水球中注入少量气体，在水球内会形成一个气泡。在另一侧，我们可以观察到王老师一正一 例3 反两个像，如图甲所示。这是因为有一部分光线会进入水球中的气泡，形成了正立的人像，而另一部分无法进入气泡的光线，形成了倒立的人像。为了方便研究，我们简化为如图乙所示。已知：水球半径为R1，气泡半径为R2，两球为同心球，有两束平行光射入水球，其中a光沿半径方向射入，b光恰好在气泡表面发生全反射，水的折射率为n。求a、b两束平行光之间的距离x。 答案　R2 画出b光部分光路，如图所示 在M点，根据折射定律，有n=，b光在N点发生 全反射，有sin C=，在三角形OMN中，根据正弦 定理有=，a、b平行光之间的距离为x=R1sin i，联立以上四式 解得x=R2。 如图所示，玻璃半球半径为R，球心为O，AB为水平直径，M点是半球的最高点。半球内从A点发出与AB成θ=30°角的光线从BM间某点C平行于AB射出。 光在真空中的传播速度为c。求： (1)此玻璃的折射率； 针对训练 答案　 如图甲所示，由几何关系可得∠i=30°，∠r=60°， 根据折射定律有n===。 (2)光从A到C的时间； 答案　 光从A到C的时间为t=，v=，联立解得t=。 (3)若θ=45°，则光从A到B的时间。 答案　 若θ=45°， 因为sin C==<=sin 45°， 如图乙所示，当光的入射角为45°时，光在M点发生 全反射，反射光线经过B点，光从A到B的时间为t'==。 返回 第 四 章 本课结束 $