（四川）2020--2021人教物理选修3-4课件：第十三章　习题课光的折射和全反射26张含答案

(共26张PPT)
人教版选修3-4第十三章习题课：光的折射和全反射
探究一
探究二
当堂检测
测定玻璃的折射率
问题导引
采用插针法测玻璃砖的折射率,针对这一实验回答下列问题:
(1)实验中在木板上插大头针A、B时应注意什么?插大头针C、D时应注意什么?
(2)实验中能不能把玻璃砖的界面当尺子画边界线?为什么?
(3)实验中画玻璃砖边界线a'时,如果画宽或画窄了(与边界线a仍平行),对测量结果有何影响?
(4)实验中按要求画好玻璃砖边界线a、a'后,操作时玻璃砖向上或向下平移了一点距离,对测量结果有何影响?
(5)实验中某同学用半圆形玻璃砖代替平行玻璃砖,对测量结果有何影响?
探究一
探究二
当堂检测
要点提示:(1)①各针均竖直插在木板上;②A与B之间、B与O之间、C与D之间、C与O'之间距离稍大一些;③插C时要挡住A、B的像,插D时要挡住C和A、B的像。
(2)不能。容易磨损玻璃砖的光洁面,影响实验效果。
(3)边界线a'如果画宽了,测得的折射率偏小;边界线a'如果画窄了,测得的折射率偏大。
(4)对测量结果没有影响。
(5)对测量结果没有影响。
探究一
探究二
当堂检测
名师精讲
1.实验目的、原理和器材
探究一
探究二
当堂检测
2.实验注意事项
(1)实验时,尽可能将大头针竖直插在纸上,且P1和P2之间、P2和O点之间、P3与P4之间、P3与O'之间距离要稍大一些,这样可以减小确定光路方向时出现的误差。
(2)入射角θ1应适当大一些,以减小测量角度的误差,但入射角不宜太大,太大会导致反射光太强、折射光太弱,不易确定P3、P4的位置。
(3)在操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁光学面,更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。
(4)在实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。
探究一
探究二
当堂检测
典例剖析
例题1某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率。开始玻璃砖的位置如图中实线所示,使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上,该直线垂直于玻璃砖的直径边,然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动,同时在玻璃砖的直径边一侧观察P1、P2的像,且P2的像挡住P1的像。如此观察,当玻璃砖转到图中虚线位置时,上述现象恰好消失。此时只需测量出　　　　　　　　,即可计算出玻璃砖的折射率。请用你的测量量表示出折射率n=　　　　　。?
探究一
探究二
当堂检测
解析:玻璃砖转动时,射在其直径所在平面内的光线的入射角增大,当增大到等于临界角θ时,发生全反射现象。因sin
θ
=
,可见只要测出临界角即可求得折射率n,而θ和玻璃砖直径绕O点转过的角度相等,因此只要测出玻璃砖直径边绕O点转过的角度即可。
探究一
探究二
当堂检测
变式训练1小明同学设计了一个用刻度尺测半圆形玻璃折射率的实验如图甲所示,他进行的主要步骤是
A.用刻度尺测玻璃砖的直径AB的大小d。
B.先把白纸固定在木板上,将玻璃砖水平放置在白纸上,用笔描出玻璃砖的边界,将玻璃砖移走,标出玻璃砖的圆心O、直径AB、AB的法线OC。
C.将玻璃砖放回白纸的原处,长直尺MN紧靠A点并与直径AB垂直放置。
D.调节激光器,使PO光线从玻璃砖圆弧面沿半径方向射向圆心O,并使长直尺MN的左、右两端均出现亮点,记下左侧亮点到A点的距离x1,右侧亮点到A点的距离x2。
探究一
探究二
当堂检测
(1)小明利用实验数据计算玻璃折射率的表达式为n=　　　　。?
(2)关于上述实验,以下说法正确的是　　　　。?
A.在∠BOC的范围内,改变入射光PO的入射角,直尺MN上可能只出现一个亮点
B.左侧亮点到A点的距离x1一定小于右侧亮点到A点的距离x2
C.左侧亮点到A点的距离x1一定大于右侧亮点到A点的距离x2
D.要使左侧亮点到A点的距离x1增大,应减小入射角
探究一
探究二
当堂检测
解析:(1)画出光路图如图所示,折射光线交于MN上的E点,反射光线交于MN上的F点。光从光密介质射入光疏介质时,折射率
探究一
探究二
当堂检测
(2)当入射角大于或等于临界角时,发生全反射,则只有反射光线照射到MN上,所以MN上可能只出现一个亮点,故A项正确;由图乙知,θ角大于α角,所以左侧亮点到A点的距离总是比右侧亮点到A点的距离小,故B项正确,C项错误;要想左侧亮点到A点的距离增大,必须减小折射角,由折射率公式可知,要减小折射角,必须减小入射角,故D项正确。
探究一
探究二
当堂检测
全反射现象的有关应用
问题导引
回答下面问题:(1)海市蜃楼和沙漠蜃景都是光线经过多次折射后最终发生全反射的结果,那为什么“蜃楼”在空中,而“蜃景”在地面呢?
(2)全反射棱镜的横截面为什么是等腰直角三角形?
(3)全反射棱镜与平面镜相比有哪些优点?全反射棱镜有哪些具体的应用?
(4)光导纤维由内芯和外套组成,哪一部分折射率大?为什么?
探究一
探究二
当堂检测
要点提示:(1)越靠近海面的空气层折射率越大,远处景物发出的光线射向空中时不断折射,直至发生全反射,观察者看到空中射来的光线形成的虚像即是“蜃楼”。与之相反的是,越靠近沙漠地面的空气层折射率越小,远处景物发出的光线射向地面时不断折射,直至发生全反射,观察者看到地面反射来的光线形成的虚像即是“蜃景”。
(2)各种玻璃的临界角为32°~42°,横截面为等腰直角三角形的棱镜,光从任一侧面垂直射入,在另一个反射面的入射角都是45°,均能发生全反射。
(3)反射率高,失真小;双筒望远镜中就有全反射棱镜,自行车的后尾灯实际也是塑料的全反射棱镜。
(4)光导纤维内芯的折射率比外套大;保证光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。
探究一
探究二
当堂检测
知识链接光学纤维束现在已成为一种新的光学基本元件,在光通信、光学窥视及光学特殊照明等方面有很重要的应用。
探究一
探究二
当堂检测
名师精讲
1.全反射产生的条件是光从光密介质射入到光疏介质,且入射角大于或等于临界角。光疏介质和光密介质是相对而言的。
探究一
探究二
当堂检测
典例剖析
例题2
如图所示,光从长方体透明介质的上表面AB射入,射到侧面AD上(设AD边很长),讨论下列问题:
(1)不管入射角多大,要使光均不能从AD面射出,则介质的折射率应满足什么条件?
(2)当介质的折射率为n时,光可能从AD面射出。光从AD面射出,则入射角i必须满足什么条件?
探究一
探究二
当堂检测
探究一
探究二
当堂检测
变式训练2(2019·安徽安庆模拟)如图所示,某透明介质的截面由直角三角形AOC和圆心为O、半径为R的四分之一圆BOC组成,其中∠OAC=53°。现让一组平行光由AB边上OD部分垂直入射介质。已知该介质的折射率n=
,光在真空中的传播速度为c,sin
53°=0.8,cos
53°=0.6。
(1)若让这组平行光均能从BC边出射,求这组平行光的最大宽度;
(2)若OD=0.6R,由D点入射的光线将途经AC边上E点,且AE=0.65R,求该光线在介质中的传播时间。(结果可用根号表示)
探究一
探究二
当堂检测
由D点入射的光线至BC边的O1处入射角i1=C时,恰好发生全反射,则这组平行光的最大宽度为
(2)依题意,由D点入射的光线至BC边的O1处入射角为i1,则有sin
i1=0.6,i1=37°可知,i1>C
光线在O1处发生全反射至AC边上E点处,由几何关系易知OO1∥AC
则有i2=90°-37°=53°>C,再次发生全反射至OA边垂直出射,由等腰三角形可得O1E=R,则光线在介质中的路程为
S=Rcos
37°+R+AEcos
37°=2.32R
探究一
探究二
当堂检测
探究一
探究二
当堂检测
1.(折射定律)如图所示,在两束光的交点P前,放一块长方形的玻璃砖,则交点位置变化情况是(　　)
A.不变
B.向左
C.向右
D.可能向左,也可能向右,由光的颜色决定
解析:两条光线在透过玻璃砖后,都向外侧平移了一小段距离,所以交点向右移动一段距离。
答案:C
探究一
探究二
当堂检测
2.(全反射)如图所示,一个三棱镜的截面为等腰直角三角形△ABC,∠A为直角。此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边,进入棱镜后直接射到AC边上,并刚好能发生全反射。该棱镜材料的折射率为(　　)
探究一
探究二
当堂检测
答案:A
探究一
探究二
当堂检测
3.(2019·河北石家庄模拟)如图,某种材料制成的三角形棱镜ABC,其中∠A=53°,∠B=90°,在棱镜右侧距离BC边为d处有一竖直光屏MN,已知AC=4d,E为AC上的一点,且AE=4EC,O点为C点在光屏上的投影。现有a、b两种单色光组成的细光束,从E点垂直AC边射入棱
光在真空中的传播速度为c,不考虑a光在棱镜中的反射,sin
53°=0.8。求:
(1)射到光屏MN上的光点到O点的距离;
(2)a光在棱镜中传播的时间。
探究一
探究二
当堂检测
解析:(1)画出光路图如图所示,在界面BC发生折射时,入射角为i,折射角分别为ra、rb,
由几何关系知i=37°
解得sin
ra=0.8,sin
ra=1,ra=90°
说明b光在BC边上发生了全反射
探究一
探究二
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