物理课件:教科版选修3-4第四章 光的折射(4份)

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名称 物理课件:教科版选修3-4第四章 光的折射(4份)
格式 zip
文件大小 2.4MB
资源类型 教案
版本资源 教科版
科目 物理
更新时间 2012-10-12 11:21:10

文档简介

(共20张PPT)
第3节 光的全反射
学习目标:
1.知道光密介质和光疏介质,理解光的全反射现象.
2.知道全反射的条件,能应用全反射条件解决有关问题.
3.初步了解光导纤维的工作原理和光纤在生产、生活中的应用.
重点难点:
1.解释全反射现象,发生全反射时临界角的计算.
2.能判断是否发生全反射,并能进行相关计算.
课标定位

3

核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
课标定位
课前自主学案
一、全反射现象
1.光密介质和光疏介质
光的传播速度_____的介质,即折射率大的介质叫______介质.两种介质相比较,光的传播速度_____的介质,即折射率小的介质叫_____介质.
2.全反射现象:光从__________射到__________的界面时,全部被反射回原介质的现象.
较小
光密
较大
光疏
光密介质
光疏介质
思考感悟
夏季的早晨,从某一方向看到植
物叶子上的露珠格外明亮,玻璃
中的气泡从侧面看也特别明亮,
这是什么道理呢?
提示:这是因为在露珠和叶子的界面上发生了光的全反射现象.
图4-3-1
二、全反射的条件
1.发生全反射的条件
(1)光线从_____介质射入______介质.
(2)入射角____________临界角.
2.临界角C
折射角等于____时的_____角叫做临界角.
光密
光疏
大于或等于
90°
入射
三、光导纤维和光纤工作原理
1.光导纤维对光的传导原理:利用了_______原理.
2.光导纤维的构造
光导纤维是非常细的特制玻璃丝,直径从几微米到几十微米之间,由内芯和外层透明介质两层组成.内芯的折射率比外套的___,光传播时在内芯与外套的界面上发生________.
全反射

全反射
3.光导纤维的应用——光纤通信
光纤通信先将_____信号转换为___信号,利用光纤把___信号输出;到接收端再将光信号还原为声音信号.
4.光纤通信的主要优点:_____大、衰减小、____________强、传输速率高.
声音


容量
抗干扰能力
核心要点突破
一、对光疏介质和光密介质的理解
1.相对性
光疏介质和光密介质是相对而言的,并没有绝对的意义.例如:水晶(n=1.55)对玻璃(n=1.5)是光密介质,而对金刚石来说(n=2.427),就是光疏介质.同一种介质到底是光疏介质还是光密介质,是不确定的.
2.对光路的影响
由折射定律n1sini=n2sinr可知,光若从光密介质进入光疏介质时,折射角大于入射角;反之,光由光疏介质进入光密介质时,折射角小于入射角.即光在折射率越大的介质中传播时,越靠近法线,在折射率越小的介质中传播时,越远离法线.
3.对光速的影响
由v= 可知,同一束光在光密介质中传播速度比在光疏介质中要小.
4.与密度无关
光疏和光密是从介质的光学特性来说的,并不是它的密度大小.例如,酒精的密度比水小,但酒精和水相比酒精是光密介质.
即时应用?(即时突破,小试牛刀)
下列说法正确的是(  )
A.因为水的密度大于酒精的密度,所以水是光密介质
B.因为水的折射率小于酒精的折射率,所以水对酒精来说是光疏介质
C.同一束光,在光密介质中的传播速度较大
D.同一束光,在光密介质中的传播速度较小
解析:选BD.因为水的折射率为1.33,酒精的折射率为1.36,所以水对酒精来说是光疏介质;由v=c/n可知,光在光密介质中的速度较小.
二、全反射的理解及求解的基本思路
1.对全反射的理解
(1)光的全反射是光从光密介质进入光疏介质时,折射光线消失,只剩下反射光线的现象.
(2)全反射是光的折射的特殊现象,光的反射定律适用于全反射.
(3)发生全反射的条件是:光由光密介质射入光疏介质,且入射角大于等于临界角.
(4)极限方法的正确运用是解决全反射问题的关键,全反射棱镜与光导纤维的分析需结合实际问题,画出光路图,借助几何关系分析解释.
课堂互动讲练
全反射条件及现象
例1
如图4-3-2,光线由空气透过半圆形玻璃砖的光路图中,正确的是(玻璃的折射率为1.5)(  )
图4-3-2
A.图乙、丁     B.图甲、丁
C.图乙、丙 D.图甲、丙
【答案】 A
【方法总结】 正确运用全反射的条件,画出光路图,求出临界角,再判断是否能发生全反射,是解决全反射问题的关键.
全反射现象的应用
例2
据报道:2010年广州亚运会,光纤通信网覆盖所有亚运场馆,为各项比赛提供了安全可靠的通信服务.光纤通信利用光的全反射将大量信息高速传输.如图4-3-3所示,一条圆柱形的光导纤维,长为L,它的玻璃芯的折射率为n1,外层材料的折射率为n2,光从一端射入经全反射后从另一端射出所需的最长时间为t,请探究分析以下问题:
(1)n1和n2的大小关系;
(2)最长时间t的大小.(图中标的φ为全反射的临界角,其中sinφ=n2/n1)
图4-3-3
知能优化训练
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第2节 学生实验:测定玻璃的折射率
学习目标:
1.掌握测定玻璃折射率的原理.
2.学会插针法测定玻璃的折射率.
重点难点:
1.折射光线的确定.
2.实验的正确操作及减小误差的方法.
课标定位

2

核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
课标定位
课前自主学案
一、实验目的
测定玻璃的折射率.
二、实验原理
如图4-2-1所示,当光线AO以一定入射角穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B,从而确定了玻璃砖中的折射光线OO′,量出入射角θ1和折射角θ2,根据n=_____ 算出玻璃的折射率.
图4-2-1
三、实验器材
________、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、三角板(或直尺)、铅笔.
四、实验步骤
1.用图钉把_____固定在木板上.
玻璃砖
白纸
2.在白纸上画一条直线aa′代表两种介质的______
,过aa′上的一点O画出界面的法线NN′,并画一条线段AO作为__________.
3.把长方形的玻璃砖放在白纸上,使它的一个长边跟aa′对齐,并画出玻璃砖的另一长边bb′.
4.在AO线段上______地插上两枚大头针G1、G2.
5.在玻璃砖bb′一侧透过玻璃砖观察大头针G1、G2的像,调整视线的方向直到G1的像被G2的像挡住;再在bb′一侧插上两枚大头针G3、G4,使G3能挡住G1、G2的像,G4能挡住G1、G2的像及G3本身.
界面
入射光线
竖直
6.移去玻璃砖,在拔掉G1、G2、G3、G4的同时分别记下它们的位置.过G3、G4作直线O′B交bb′于O′,连接O、O′,OO′就是玻璃砖内__________的方向,∠AON为入射角θ1,∠O′ON′为折射角θ2.
7.用_______量出入射角θ1和折射角θ2的度数,查出它们的正弦值,并把这些数据填入记录表格里.
8.用上述方法分别求出入射角是15°、30°、45°、60°、75°时的折射角,查出入射角和折射角的正弦值,记入表格里.
9.算出不同入射角时 的值,比较一下,看它们是否接近于一个常数,求出几次实验时测得数据的_______,就是玻璃的折射率.
折射光线
量角器
平均值
核心要点突破
一、实验数据的其他两种典型方法
1.在找到入射光线和折射光线以后,以入射点O为圆心,以任意长为半径画圆,分别与AO交于C点,与OO′(或OO′的延长线)交于D点,过C、D两点分别向NN′作垂线,交NN′于C′、D′,用直尺量出CC′和DD′的长,如图4-2-2所示.

图4-2-2
图4-2-3
二、注意事项及误差分析
1.注意事项
(1)实验中,玻璃砖在纸上的位置不可移动.
(2)用手拿玻璃砖时,手只能接触玻璃砖的毛面或棱,不能触摸光洁的光学面,严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖的另一边bb′.
(3)大头针应竖直地插在白纸上,且玻璃砖每一侧的两枚大头针G1与G2间、G3与G4间的距离应大一些,以减小确定光路方向时造成的误差.
(4)实验时,入射角θ1不宜过小,否则会增大测量角度的误差;入射角也不宜过大,因入射角太大时,折射光线太弱.
(5)为减小实验误差,要改变入射角,重复实验,所以应将每次实验所得的插孔进行编号,以免造成混乱.
玻璃砖应选用宽度较大的,宜在5 cm以上,若宽度太小,则测量误差较大.
2.误差分析
(1)入射光线、出射光线确定的准确性造成误差,故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些,玻璃砖应宽一些.
(2)入射角和折射角的测量造成误差,故入射角应适当,一般取入射角在30°~70°,以减小测量的相对误差.
(3)出射点位置确定不准造成误差.
若实验中入射点选择不合适,使光线从玻璃砖的侧面射出,而没有从与入射面平行的另一面射出,会造成很大误差,故实验中应注意玻璃砖的边界,使光线从互相平行的两面射入和射出.
(4)玻璃砖的边界确定不准确造成误差.
若实验中移动了玻璃砖,或所画边界与玻璃砖实际边界不重合,会造成入射角或折射角错误,故实验中应使所画边界与玻璃砖实际边界一致,且实验中保持玻璃砖位置不动.
课堂互动讲练
实验步骤的考查
例1
一块玻璃砖有两个相互平行的表面,其中一个表面是镀银的(光线不能通过此表面).现要测定此玻璃的折射率.给定的器材还有:白纸、铅笔、大头针4枚(G1、G2、G3、G4)、带有刻度的直角三角板、量角器.实验时,先将玻璃砖放到白纸上,使上述两个相互平行的表面与纸面垂直.
在纸上画出直线aa′和bb′,aa′表示镀银的玻璃表面,bb′表示另一表面,如图4-2-4所示.然后,在白纸上竖直插上两枚大头针G1、G2(位置如图).用G1、G2的连线表示入射光线.
图4-2-4
(1)为了测量玻璃的折射率,应如何正确使用大头针G3、G4?__________________________________
__________________________________________
试在题图中标出G3、G4的位置.
(2)然后,移动玻璃砖与大头针.试在题图中通过作图的方法标出光线从空气到玻璃中的入射角θ1与折射角θ2.简要写出作图步骤:__________________
___________________________________________
(3)写出θ1、θ2表示的折射率公式为n=________.
【精讲精析】 (1)由于aa′镀银,所以光不能从aa′面射出玻璃砖,而是在aa′面上发生反射,因此要在bb′一侧观察G1、G2(经bb′折射、aa′反射,再经bb′折射后)的像,在适当的位置插上G3,使得G3与G1、G2的像在一条直线上,即让G3挡住G1、G2的像;再插上G4,让它挡住G2或(G1)的像和G3.G3、G4的位置如图4-2-5所示.
图4-2-5
【答案】 见精讲精析
实验误差的分析
例2
在利用插针法测定玻璃折射率的实验中:
(1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa′和bb′后,不小心碰了玻璃砖使它向aa′方向平移了少许,如图4-2-6所示.则他测出的折射率将____________(填“偏大”、“偏小”或“不变”).
图4-2-6
(2)乙同学在画界面时,不小心将两界面aa′、bb′间距画得比玻璃砖宽度大些,如图4-2-7所示,则他测得的折射率____________(填“偏大”、“偏小”或“不变”).
图4-2-7
【精讲精析】 (1)如图4-2-8甲所示,甲同学利用插针法确定入射光线、折射光线后,测得的入射角、折射角没有受到影响,因此测得的折射率将不变.
图4-2-8
(2)如图乙所示,乙同学利用插针法确定入射光线、折射光线后,测得的入射角不受影响,但测得的折射角比真实的折射角偏大,因此测得的折射率偏小.
【答案】 (1)不变 (2)偏小
知能优化训练
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本章优化总结
专题归纳整合
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知识体系构建
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光的折射和全反射现象的分析与计算
例1
如图4-1所示,一束光线以60°的入射角射到一水平放置的平面镜上,反射后在上方与平面镜平行的光屏上留下一光点P.现在将一块上下两面平行的透明体平放在平面镜上,则进入透明体的光线经平面镜反射后再从透明体的上表面射出,打在光屏上的P′点,P′点在P点的左侧3.46 cm处,已知透明体对光的折射率为(取1.73).
图4-1
(1)作出后来的光路示意图,标出P′位置;
(2)透明体的厚度为多大?
(3)光在透明体里运动的时间为多长?
图4-2
【答案】 (1)见精讲精析图 (2)1.5 cm (3)2×10-10s
测定介质的折射率
1.测水的折射率,常见的方法有成像法、插针法、视深法及全反射法等.
(1)成像法
原理:利用水面的反射成像和水面的折射成像.
图4-3
方法:如图4-4所示,取一方木板,在板上画出互相垂直的两条线AB、MN,从它们的交点O处画直线OP(使∠PON<45°),在直线OP上P、Q两点垂直插两枚大头针.把木板竖直插入水中,使AB与水面相平,MN与水面垂直.在水面上观察,调整视线使P的像被Q的像挡住,再在木板S、T处各插一枚大头针,使S挡住Q、P的像,T挡住S及Q、P的像.从水中取出木板,画出直线ST,量出图中的角i、r,则水的折射率n=sini/sinr.
图4-4
(3)视深法
原理:利用视深公式h′=h/n.
图4-5
方法:在一盛水的烧杯底部放一粒绿豆,在水面上方吊一根针,如图4-5所示.调节针的位置,直到针尖在水中的像与看到的绿豆重合,测出针尖距水面距离即为杯中水的视深h′,再测出水的实际深度h,则水的折射率n=h/h′.
例2
用“插针法”测定透明半圆柱玻璃砖的折射率,O为玻璃截面的圆心,使入射光线跟玻璃砖的平面垂直,如图4-8所示的四个图中G1、G2、G3和G4是四个学生实验插针的结果.
图4-8
(1)在这四个图中肯定把针插错了的是__________.
(2)在这四个图中可以比较准确地测出折射率的是____________.计算玻璃的折射率的公式是_____.
图4-9
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第1节 光的折射定律
学习目标:
1.知道光的反射和折射现象,理解折射定律.
2.理解折射率的概念及与光速的关系,并能用来进行有关计算.
重点难点:
1.折射现象及折射定律的理解.
2.折射率的理解及其计算.
课标定位

1

核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
课标定位
课前自主学案
一、光的反射和折射现象
1.光的反射:当光射到两种介质的__________,一部分光仍回到原来的介质里继续传播的现象.
2.光的折射:光线从一种介质照射到两种介质的分界面时,一部分光_____另一种介质继续传播的现象.
二、光的折射定律
入射光线 、折射光线和法线在__________内,入射光线与折射光线分居_____两侧,入射角的正弦值与折射角的正弦值之比为一常数.
分界面时
进入
同一平面
法线
三、介质的折射率
1.定义:光从_____射入某种介质发生折射时,入射角i的________与折射角r的________的比值,叫做这种介质的折射率,用符号n表示.
2.定义式:n= _____.
3.折射率与光速的关系
光在不同介质中的_____不同,且都_____光在真空中的传播速度;某种介质的折射率等于光在真空中的速度c与光在这种介质中的速度v之比,即n=____.
真空
正弦值
正弦值
速度
小于
c/v
思考感悟
天空中无数的星星,是和太阳一样的发光天体.在晴朗的夜晚,我们看到的是一闪一闪的星星,这是为什么?
提示:大气的抖动是时刻不停的,并与气候密切相关,一般抖动明显的大气由于折射形成一次闪烁的时间间隔是1~4秒,所以,我们观望星空时,看到的星光是闪烁的了.
核心要点突破
一、对光的折射定律的理解
1.光的折射现象的认识
如图4-1-1所示,当光线入射到两种介质的分界面上时,一部分光被反射回原来的介质,即反射光线OB.另一部分光进入第二种介质,并改变了传播方向,即光线OC,这种现象叫做光的折射现象,光线OC称为折射光线.折射光线与法线的夹角称为折射角r.
图4-1-1
2.对定律内容的理解
(1)“同面内”:“折射光线与入射光线、法线在同一平面内”,这句话大体上说明了三线的空间位置:折射光线在入射光线与法线决定的平面内,即三线共面.
(2)“线两旁”:“折射光线与入射光线分居在法线两侧”,这句话把折射光线的位置又作了进一步的确定,使得折射光线的“自由度”越来越小.(i>0)
二、对折射率的理解
对折射率n的理解可以从以下四个方面理解
1.当光从真空射入某一介质时,入射角i、折射角r都可以发生变化,但它们的正弦值之比是不变的,是一个常数,例如,当介质是水时,这个常数是1.33.
特别提醒:(1)折射率的定义式中i为真空中光线与法线的夹角,不一定是入射角;r为介质中的光线与法线的夹角,也不一定是折射角.
(2)介质的折射率与介质的密度没有必然联系,密度大,折射率未必大,如水和酒精,水的密度较大,但水的折射率较小.
(3)介质的折射率由介质的性质和光的频率共同决定,与入射角和折射角无关.
解析:选D.介质的折射率仅与介质本身及光的颜色有关,与入射角或折射角的大小无直接关系,故A、B均错;介质折射率取决于介质和光的颜色,无光照射时,介质仍为原介质,折射率不会等于零,任何介质的折射率均大于1,故C错;光由一种介质进入另一种介质中时,对于不同颜色的光,入射角相同时,折射角不同,故D正确.
课堂互动讲练
光的反射、折射光路的计算
例1
(2011年成都模拟)如图4-1-2所示,半圆玻璃砖的半径R=10 cm,折射率为n= ,直径AB与屏幕垂直并接触于A点,激光a以入射角i=30°射向半圆玻璃砖的圆心O,结果在水平屏幕MN上出现了两个光斑.求两个光斑之间的距离L.
图4-1-2
图4-1-3
【答案】  23.1 cm
【方法总结】 解答此类问题要注意:(1)根据题意画出正确的光路图;(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系,要注意入射角、折射角的确定;(3)利用反射定律、折射定律求解;(4)注意光路可逆性、对称性的应用.
光的折射率的计算
例2
如图4-1-4所示,人站在距槽边D为l=1.2 m处,刚好能看到槽底的B位置,人眼距地面的高度H=1.6 m,槽中注满某种透明液体时,人刚好能看到槽底中央O点处.求:
图4-1-4
(1)液体的折射率;
(2)光在该液体中的传播速度.
【自主解答】 (1)光路图如图4-1-5所示.
图4-1-5
【答案】 (1)1.7 (2)1.76×108 m/s
【方法总结】 (1)准确、规范地画出光路图是解决几何光学问题的前提和关键.(2)从光路图上找准入射角和折射角,应用数学知识求出它们的正弦值,必要时可以利用光路可逆原理辅助解题.
知能优化训练
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