2018-2019学年高二物理新人教版选修3-4课件：第十三章 光 习题课

习题课:光的折射和全反射,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,测定玻璃的折射率 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?,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,要点提示：(1)各针均竖直插在木板上;A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;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。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,1.实验目的、原理和器材,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,2.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1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。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,【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= 。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,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时,发生全反射现象。因sin = ,可见只要测出临界角即可求得折射率n,而和玻璃砖直径绕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。 答案：玻璃砖直径边绕O点转过的角度 归纳总结利用n= 可计算玻璃折射率,此题中利用全反射临界角求折射率可看成入射角1=90°的情况。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,变式训练1导学号73884103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。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,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。 (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,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,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,折射率等于,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,(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,角大于角,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,问题导引,名师精讲,典例剖析,全反射现象的有关应用 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,问题导引,名师精讲,典例剖析,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,问题导引,名师精讲,典例剖析,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,问题导引,名师精讲,典例剖析,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,问题导引,名师精讲,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,问题导引,名师精讲,典例剖析,归纳总结对于其临界角,理论上就是光疏介质中的折射角等于90°时光密介质的入射角C,所以,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,变式训练2右图为光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图,玻璃丝长为L,折射率为n,AB代表端面。已知光在真空中的传播速度为c。为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面,求光线在端面AB上的入射角应满足的条件。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,解析：设光线在端面AB上C点(如图)的入射角为i,折射角为r, 由折射定律有 sin i=nsin r 设该光线射向玻璃丝内壁D点的入射角为,为了使该光线可在此光导纤维中传播,应有 其中,是光在玻璃丝内发射全反射时的临界角,则nsin =1 由几何关系得+r=90°,1 2 3,1.(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,1 2 3,2.(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( ),解析：如图所示,根据折射率定义有sin 1=nsin 2,nsin 3=1,答案：A,1 2 3,3.导学号73884104(折射定律)如图所示,一储油圆桶底面直径和高均为d,桶内无油时,从A点恰好看到桶底边缘上的B点,当桶内盛油的深度等于桶高的一半时,在A点沿AB方向看去,恰好看到桶底上的C点,其中BC= d。由此可求得这种油的折射率n= ,光在油中的传播速度v= 。,1 2 3,解析：桶内无油时,B点射出的光线经油桶边缘到达A点;当桶内盛油时,从C点射出的光线在油面上折射后,也沿OA方向射到A点,如图所示。 其中CO为入射光线,OA为折射光线,