【物理】2018届一轮复习人教版光的折射全反射光导纤维教案

【物理】2018届一轮复习人教版光的折射全反射光导纤维教案

第 54 讲 光的折射 全反射 光导纤维 【教学目标】 1.理解折射率的概念，掌握光的折射定律. 2.掌握全反射的条件，会进行有关简单的计算． 【教学过程】 ★重难点一、折射定律及折射率的理解★ 1．对折射率的理解 (1)公式 n＝ sin i sin r中，不论是光从真空射入介质，还是从介质射入真空，i 总是真空中的光线 与法线间的夹角，r 总是介质中的光线与法线间的夹角。 (2)折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关。 (3)折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质。 (4)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。同一种介质中，频率越大的色 光折射率越大，传播速度越小。 (5)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。 2．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制 平行玻璃砖 三棱镜 圆柱体(球) 结构 玻璃砖上下表面是平行的 横截面为三角形的三 棱镜 横截面是圆 对光线的作用 通过平行玻璃砖的光线不 改变传播方向，但要发生 侧移 通过三棱镜的光线经 两次折射后，出射光 线向棱镜底面偏折 圆界面的法线是过圆 心的直线，经过两次 折射后向圆心偏折 应用 测定玻璃的折射率 全反射棱镜，改变光 的传播方向 改变光的传播方向 3.解决光的折射问题的思路 (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、折射角均以法线为标准。 (3)利用折射定律、折射率公式求解。 (4)注意：在折射现象中光路是可逆的。 【典型例题】如图所示，一束单色光从空气入射到棱镜的 AB 面上，经 AB 和 AC 两个面折 射后从 AC 面进入空气。当出射角 i′和入射角 i 相等时，出射光线相对于入射光线偏转的角 度为θ。已知棱镜顶角为α，则计算棱镜对该色光的折射率表达式为 ( ) A． α 2 B． θ 2 C． α 2 D． θ 2 【答案】 A 【解析】 当出射角 i′和入射角 i 相等时，由几何知识 ，作角 A 的平分线，角平分线过入射 光线的延长线和出射光线的反向延长线的交点、两法线的交点，如图所示。 可知∠1＝∠2＝ θ 2 ，∠4＝∠3＝ α 2 而 i＝∠1＋∠4＝ θ 2 ＋ α 2 由折射率公式 n＝ sin i sin∠4＝ α 2 选项 A 正确。 ★重难点二、全反射现象★ 1．光的折射与全反射的综合问题求解的基本思路 (1)判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质。 (2)判断入射角是否大于临界角，明确是否发生全反射现象。 (3)画出反射、折射或全反射的光路图，必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图，然后 结合几何知识进行推断和求解相关问题。 (4)折射率 n 是讨论折射和全反射问题的重要物理量，是联系各物理量的桥梁，对跟折射率 有关的所有关系式应熟练掌握。 2．求解光的折射、全反射问题的四点提醒 (1)光密介质和光疏介质是相对而言的。同一种介质，相对于其他不同的介质，可能是光密 介质，也可能是光疏介质。 (2)如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象。 (3)在光的反射和全反射现象中，均遵循光的反射定律，光路均是可逆的。 (4)当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中， 只发生反射，不发生折射。 3．求解全反射现象中光的传播时间的一般思路 (1)全反射现象中，光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化，即 v＝ c n。 (2)全反射现象中，光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定。 (3)利用 t＝ l v求解光的传播时间。 4．解决全反射问题的一般方法 (1)确定光是从光密介质进入光疏介质。 (2)应用 sin C＝ 1 n确定临界角。 (3)根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射。 (4)如发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图。 (5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算，解决问题。 5.解答全反射类问题的技巧 (1)解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的两个条件。 ①光必须从光密介质射入光疏介质； ②入射角大于或等于临界角。 (2)利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且 在作光路图时尽量与实际相符。 【典型例题】一厚度为 h 的大平板玻璃水平放置，其下表面贴有一半径为 r 的圆形发光面。 在玻璃板上表面放置一半径为 R 的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上。 已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求平板玻璃的折射 率。 【答案】 h 2 【解析】如图所示，考虑从圆形发光面边缘的 A 点发出的一条光线，假设它斜射到玻璃上 表面的 A′点发生折射， 根据折射定律有 nsin θ＝sin α① 式中，n 是玻璃的折射率，θ是入射角，α是折射角。现假设 A′恰好在纸片边缘。由题意， 在 A′点刚好发生全反射，故α＝ π 2 ② 设 AA′线段在玻璃上表面的投影长为 L，由几何关系有 sin θ＝ L L2＋h2③ 由题意，纸片的半径应为 R＝L＋r④ 联立以上各式得 n＝ h 2⑤