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第十四单元 光学
光的折射和全反射复习课
一：课标要求
1.3.1 通过实验，理解光的折射定律。会测量材料的折射率。
1.3.2 知道光的全反射现象及其产生的条件。初步了解光纤的工作原理、光纤技术在生产生活中的应用。
例1 演示光沿水柱（或弯曲的玻璃柱）的传播。
例2 观察光缆的结构，分析光的全反射在光纤中是如何产生的。
折射定律
实验与变式
规律、现象
应用
现象、原因
现象、原因
折射率 n 是反映介质光学性质的物理量，
它的大小由介质本身及入射光的频率决定
折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。
定义式：
（真空射入介质）
折射定律
01
折射率
02
二：知识回顾
光从光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫作全反射，这时的入射角叫作临界角。
全反射
01
关系式
03
条件
02
①光从光密介质射入光疏介质
②入射角大于或等于临界角
n越大，临界角越小，也就越容易发生全发射。
二：知识回顾
三:常见现象
1
2
A
A＇
三:常见现象
三:常见现象
三:常见现象
三:常见现象
虹
内紫外红
霓
内红外紫
三:常见现象
1.如图所示，一束单色光射入一半径为1cm的玻璃球体，入射角为600。已知光线在玻璃球内经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行，真空中的光速 c =3×108m/s，求：
①此玻璃的折射率 n ；
②该单色光在此玻璃中的传播速度 v 和时间 t 。
四:典型问题
θ
θ
θ
θ
600
α
α
平行光线，内错角之和1800
①
②
1.如图所示，一束单色光射入一半径为1cm的玻璃球体，入射角为600。已知光线在玻璃球内经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行，真空中的光速 c =3×108m/s，求：
①此玻璃的折射率n；
②该单色光在此玻璃中的传播速度v和时间t．
总结解题中的几个关键点：
1.由已知画好光路图并对应常见模型；
2.用对称、可逆等方法寻找几何关系；
3.用折射率等公式计算。
四:典型问题
四:典型问题
A．该宝石的折射率
B．红光从入射到N点射出经历的时间为
C．调整红光的入射角 i ，可使光线在 ED 边上 发生全反射
D．换成蓝光进行鉴定，光线有可能在 ED 边上发生全反射
2．测定折射率是鉴定宝石真假的一种方法。如图所示，ABCDE 为某种宝石的截面图，，现使一束红光以入射角射到 AC 边上某点，在 CE 边中点 M 发生全反射，并从ED边上N点折射出，其中 CE= ，EN =2mm ，则（ ）
A B
C D
E
M
N
2mm
得MN=4mm，θ=300
θ
θ
α
α
钻石
四:典型问题
θ
α
α
θ
θ
α
C
E
M
N
入射光线
出射光线
四:典型问题
A．该宝石的折射率
B．红光从入射到N点射出经历的时间为
C．调整红光的入射角 i ，可使光线在 ED 边上 发生全反射
D．换成蓝光进行鉴定，光线有可能在 ED 边上发生全反射
2．测定折射率是鉴定宝石真假的一种方法。如图所示，ABCDE为某种宝石的截面图，，现使一束红光以入射角 射到 AC 边上某点，在 CE 边中点 M 发生全反射，并从ED边上N点折射出，其中 CE= ，EN =2mm ，则（ ）
B
3.在水池中放置一个点光源，其到水面的距离 ，则有光射出的水面区域面积。水的折射率 。
h
C
四:典型问题
r
总结解题中的几个关键点：
1.由已知建立光路模型并对应常见模型；
2.画出临界光线，寻找几何关系；
3.用全反射定律和折射定律等公式计算。
四:典型问题
（回顾课本原题）在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里，为什么？这个圆锥的顶角是多大？
（回顾课本原题）用下面方法可以测量液体折射率：取一半径为 r 的软木塞，在它圆心处插上一枚大头针，让软木塞浮在液面上，调整大头针插入软木塞深度，使它露在外面的长度为 h ，这时从液面上方的各个方向向液体中看，恰好看不到大头针，利用测得数据 r 和 h ，求液体的折射率（用 r 和 h 表示）；
四:典型问题
4．在水池底部水平放置三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体，直角边的长度为0.9m，水的折射率 ，细灯带到水面的距离 ，则有光射出的水面形状（用阴影表示）为（ ）
四、典型问题
四:典型问题
r
临界情况？
r
若灯带边长为a
选 C
a
四:典型问题
5.如图甲所示，发光二极管（LED）可高效地将电能转化为光能，在照明、平板显示、医疗器件等领域具有广泛的用途。LED的原理结构如图乙所示，管芯的发光面紧贴半球形透明介质，人们能从半球形表面看到发出的光。已知半球球心O点为发光面AB的中点，半球和发光面的半径分别为R和r，则（　　）
A．发光二极管发出的光由透明介质进入空气时，光的速度变小了
B．若半球形表面（弧面）的任意位置都有整个发光面的光射出，则介质折射率应小于R/r
C．若透明介质的折射率为1.7，发光面的直径为 2 mm，为使半球形表面（弧面）的任意位置都有整个发光面的光射出， R 必须大于 3.4 mm
D．无论 R 和 r 大小关系如何，不可能在半球形表面（弧面）任意位置都有整个发光面的光射出
B
R
α
R
r
方法一：辅助圆；方法二，正弦定理
小结
圆边界对称模型——反光膜
平行玻璃砖模型变式——钻石切割
点光源立体空间——鱼眼中的世界
线光源立体空间——水中灯夜景观
面光源立体空间——发光二极管
四:典型问题
拓展：我们有时候可以观察到太阳周围的明亮光晕圈，如图1所示。这种光学现象是由太阳光线在卷层云中的冰晶折射而产生的，其色彩排序为内红外紫。为了理解光晕现象，我们将问题简化为二维。如图3为一束紫光在冰晶上的折射光线， 表示冰晶上的入射角， 表示为
经过第一个界面的折射角， 表示为光线离开晶体的折射角，以及表示为入射和出射光线之间的偏转角。假设冰晶可以在二维上看成一个正六边形且不考虑其他的反射、折射。则以下说法中正确的是（　　）
A．在冰晶内红光的光速比紫光小
B．若图3中紫光满足= =600，则可知冰晶对该光折射率n=
C．对于从H点以相同入射角入射的光线，红光的偏转角θD，比紫光的偏转角θD大
D．光晕内侧为蓝色，外侧为红色
600
θ2
方法二：由对称性得HI平行于AB
正六边形
β
四:典型问题
拓展：我们有时候可以观察到太阳周围的明亮光晕圈，如图1所示。这种光学现象是由太阳光线在卷层云中的冰晶折射而产生的，其色彩排序为内红外紫。为了理解光晕现象，我们将问题简化为二维。如图3为一束紫光在冰晶上的折射光线， 表示冰晶上的入射角， 表示为
经过第一个界面的折射角， 表示为光线离开晶体的折射角，以及表示为入射和出射光线之间的偏转角。假设冰晶可以在二维上看成一个正六边形且不考虑其他的反射、折射。则以下说法中正确的是（　　）
A．在冰晶内红光的光速比紫光小
B．若图3中紫光满足= =600，则可知冰晶对该光折射率n=
C．对于从H点以相同入射角入射的光线，红光的偏转角θD，比紫光的偏转角θD大
D．光晕内侧为蓝色，外侧为红色
BD

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