高中物理 第4章 光的折射与全反射章末整合提升学案 鲁科版选修3-4-鲁科版高二选修3-4物理学案VIP免费

第4章光的折射与全反射光的折射与全反射一、光的折射、全反射的综合应用几何光学是以光线为工具研究光的传播规律，所以解决几何光学问题的关键是根据“光的传播规律”画出光路图，然后再利用几何学知识，寻找相应的边角关系．1．几何光学主要包括四条原理：(1)光的直线传播规律；(2)光的反射定律；(3)光的折射定律；(4)光路可逆原理．2．解题时常用的三个公式：(1)折射定律公式：n＝；(2)折射率与光速的关系n＝；(3)全反射的临界角sinC＝.3．注意法线的画法：法线画成虚线；法线垂直于界面，如果界面是圆面，那应该垂直于圆的切线，即法线沿半径指向圆心．例1图1固定的半圆形玻璃砖的横截面如图1，O点为圆心，OO′为直径MN的垂线．足够大的光屏PQ紧靠玻璃砖右侧且垂直于MN.由A、B两种单色光组成的一束光沿半径方向射向O点，入射光线与OO′夹角θ较小时，光屏NQ区域出现两个光斑，逐渐增大θ角，当θ＝α时，光屏NQ区域A光的光斑消失，继续增大θ角，当θ＝β时，光屏NQ区域B光的光斑消失，则()A．玻璃砖对A光的折射率比对B光的大B．A光在玻璃砖中传播速度比B光的大C．α＜θ＜β时，光屏上只有1个光斑D．β＜θ＜时，光屏上只有1个光斑解析随入射角增大最先消失的是A光，所以A光的临界角小于B光的临界角，根据sinC＝可知nA＞nB，选项A正确，B错误；反射光线从玻璃砖的右侧射出，在NP部分会一直有一个AB光重合的光斑．所以α＜θ＜β时，B光不会发生全反射，在光屏上会有两个光斑，选项C错误；β＜θ＜时，两种光都发生全反射，光屏上只有一个光斑出现在NP部分，选项D正确．答案AD二、测折射率的方法测折射率常见的方法有成像法、插针法及全反射法，不管哪种方法其实质相同，由折射定律n＝知，只要确定出入射角i及折射角r可测出介质的折射率．例2在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图2甲所示．图2(1)在图3中画出完整的光路图；图3(2)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n＝________(保留三位有效数字)．(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图3乙所示．图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和________(填“A”或“B”)．解析(1)分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点，并延长与玻璃砖边分别相交，标出传播方向，然后连接玻璃砖边界的两交点，即为光线在玻璃砖中传播的方向．光路如图所示．(2)设方格纸上正方形的边长为1，光线的入射角为i，折射角为r，则sini＝≈0．798，sinr＝≈0.521.所以玻璃的折射率n＝＝≈1.53.(3)由题图乙可知，光线P1P2入射到玻璃砖上时，相当于光线射到了一个三棱镜上，因此出射光线将向底边偏折，所以出射光线过P3和A.答案(1)见解析图(2)1.53(说明：±0.03范围内都可)(3)A例3图4如图4所示，半球形玻璃砖的平面部分水平，底部中点有一小电珠．利用游标卡尺(或直尺)测量出有关数据后，可计算玻璃的折射率．试完成以下实验步骤：(1)若S发光，则在玻璃砖平面上方看到平面中有一圆形亮斑，用游标卡尺测出________和________(写出对应字母和其表示的意义)．(2)写出玻璃折射率的表达式：________(用上述测量的物理量的字母表示)．解析如图，由几何关系和全反射知识，sinC＝，解得n＝或n＝.答案(1)圆形亮斑的直径d1(或半径r1)半球形玻璃砖的直径d2(或半径r2)(2)(或)