高考物理 主题3 光及其应用 微型专题 几何光学的原理及应用学案（必修1）-人教版高三必修1物理学案

微型专题 几何光学的原理及应用[学科素养与目标要求] 物理观念：1.知道光的直线传播规律.2.知道光的反射定律、折射定律和全反射的规律.3.知道光的可逆原理.科学思维：1.会根据几何光学的基本原理画出光路图.2.会利用几何关系找出相应的角、边关系.一、几何光学的基本原理及应用几何光学就是以光线为工具，研究光的传播规律.解几何光学的题目，首先根据几何光学的基本原理画出光路图，然后利用几何关系找出相应的角、边关系.几何光学研究的是光线传播的规律，主要包括五条基本规律.1.光的直线传播规律：光在同一种均匀介质中沿直线传播2.光的反射定律(1)反射光线与入射光线、法线在同一平面内，反射光线、入射光线分居在法线两侧.(2)反射角等于入射角.3.光的折射定律折射光线与入射光线、法线在同一平面内，折射光线、入射光线分居在法线两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比.公式：n12＝.其中 θ1为入射光线与法线的夹角，θ2为折射光线与法线的夹角.4.光的全反射规律发生全反射的条件是：(1)由光密介质射向光疏介质；(2)入射角 θ≥临界角 C，其中 sinC＝.5.光的可逆原理在反射、折射和直线传播中，光路都是可逆的.例 1 如图 1 所示，一棱镜的截面为直角三角形 ABC，∠A＝30°，斜边 AB＝a.棱镜材料的折射率为.在此截面所在的平面内，一条光线以 45°的入射角从 AC 边的中点 M 射入棱镜.画出光路图，并求光线从棱镜射出的点的位置(不考虑光线沿原路返回的情况).图 1答案 见解析解析 设入射角为 θ1，折射角为 θ2，由折射定律得＝n①由已知条件及①式得 θ2＝30°②如果入射光线在法线的右侧，光路图如图甲所示.设出射点为 F，由 θ2＝30°得光线垂直于AB 射出，且由几何关系可得 AF＝a③甲即出射点在 AB 边上离 A 点 a 的位置.如果入射光线在法线的左侧，光路图如图乙所示.乙设折射光线与 AB 边的交点为 D.由几何关系可知，在 D 点的入射角 θ＝60°④设全反射的临界角为 C，则 sinC＝⑤由⑤式和已知条件得 C＝45°⑥因此，光在 D 点发生全反射.设此光线的出射点为 E，由几何关系得∠DEB＝90°，BD＝a－2AF⑦BE＝BDsin30°⑧联立③⑦⑧式得 BE＝a即出射点在 BC 边上离 B 点 a 的位置.求解几何光学的题目首先要画出光路图，然后利用相应的公式结合几何知识分析边、角关系.而光从光密介质射到光疏介质时，首先要判断是否发生了全反射.二、全反射和临界角的综合问题分析光的全反射、临界角...