第3节光的折射全反射光的色散
一、折射定律及折射率
1．折射定律(如图所示)
(1)内容：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。
(2)表达式：sin θ1
sin θ2＝n12，式中n12是比例常数。
(3)在光的折射现象中，光路是可逆的。
2．折射率
(1)物理意义：折射率仅反映介质的光学特性，折射率大，说明光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小。
(2)定义式：n＝sin θ1 sin θ2，
(3)计算公式：n＝c
v，因为v＜c，所以任何介质的折射率都大于1。
二、光的全反射和光的色散
1．全反射
(1)条件：
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。
(2)临界角：折射角等于90°时的入射角，用C表示，sin C＝1 n。
(3)应用：
①全反射棱镜。
②光导纤维，如图所示。
2．光的色散
(1)光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象。
(2)光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长有序排列。
(3)光的色散现象说明：
①白光为复色光；
②同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率越大；
③不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速越慢。
1．思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)
(1)某种玻璃对蓝光的折射率比红光大，蓝光和红光以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光的折射角较大。(×)
(2)在水中，蓝光的传播速度大于红光的传播速度。(×)
(3)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。(√)
(4)光从空气射入玻璃时，只要入射角足够大就可能发生全反射。(×)
(5)光纤通信利用了全反射的原理。(√)
(6)晚上，在池水中同一深度的两点光源分别发出红光和蓝光，蓝光光源看起来浅一些。(√) 2．(多选)下列光线由空气射入半圆形玻璃砖，或者由玻璃砖射入空气的光路图中，正确的是(玻璃的折射率为1.5)()
A B C D E
BDE[光由空气进入玻璃时，折射角小于入射角，A图错误，B图正确；
光由玻璃进入空气时，发生全反射的临界角sin C＝1
n ＝2
3
，sin 45°＝2
2
＞2
3
，将发
生全反射，C图错误，D图正确；sin 30°＝1
2＜2
3
，不会发生全反射，E图正确。]
3．(多选)关于光的传播现象及应用，下列说法正确的是()
A．一束白光通过三棱镜后形成了彩色光带是光的色散现象
B．光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大
C．海面上的海市蜃楼将呈现倒立的像，位置在实物的上方，又称上现蜃景D．一束色光从空气进入水中，波长将变短，色光的颜色也将发生变化
E．一束白光从空气斜射进入水中，也将发生色散
ABE[一束白光通过三棱镜后形成了彩色光带是光的色散现象，A正确；由全反射的条件可知，内芯材料的折射率比外套材料的折射率要大，故B正确；海市蜃楼将呈现正立的像，位置在实物的上方，又称上现蜃景，C错误；色光进入水中，光的频率不变，颜色不变，D错误；白光斜射入水中，由于水对不同色光的折射率不同，各种色光将分开，故E正确。]
4.(2019·安庆二模)在阳光的照射下，充满雾气的瀑布上方常会出现美丽的彩虹，彩虹是太阳光射入球形水珠经折射、内反射、再折射后形成的，其光线传播路径如图所示，图中的圆面代表水珠过球心的截面，太阳光平行截面射入球形水珠后，最后出射光线a、b分别代表两种不同颜色的光线，则水珠对a、b 两束光折射率的大小关系是n a________n b；a、b两种光在水珠内传播速度大小关系是v a________v b。(均填“>”或“<”)
[解析]由题图可知当复色光a、b沿同一方向射入水珠时会发生色散现象，光线a偏折较大，故n a>n b；根据n＝c v可知a光折射率较大，其速度较小，故v a [答案]>< 5．(2019·衡水中学模拟)宽为10 m且中央水深为4 m的池塘边有一棵树，站在正对岸边的人看到树顶端的倒影与池塘底部中央的点光源在一条直线上。已知人眼到水面的高度为1.5 m，树顶端到水面的高度为6 m。则水的折射率为 ________；若在水面上各处都看不到该光，则至少要在水面上铺设直径为________m的遮光膜。 [解析]根据题意画出光路图，如图所示。 BF＝10 m，CD＝4 m，AB＝1.5 m，EF＝6 m，由几何关系知OB＝2 m， OD＝3 m，OA＝2.5 m，OC＝5 m，则水的折射率n＝OB OA OD OC ＝4 3 ；若在水面上各处 都看不到该光，则发生了全反射，sin C＝1 n ＝3 4 ，设遮光膜半径为R，tan C＝R 4 m ， 解得R＝12 7 m<5 m，所以遮光膜的最小直径为 24 7 m＝ 247 7m。 [答案] 4 3 247 7 折射定律和折射率的理解及应用[讲典例示法] 1．对折射率的理解 (1)折射率大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中传播速度的大小v＝ c n。 (2)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。 (3)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．光路的可逆性 在光的折射现象中，光路是可逆的。如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射。 [典例示法]如图所示，在注满水的游泳池的池底有一点光源A，它到池边的水平距离为3.0 m。从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等 于全反射的临界角，水的折射率为4 3。 (1)求池内的水深； (2)一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到池面的高度为2.0 m。当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接收的光线与竖直方向的夹角恰好为45°。求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留1位有效数字)。 思路点拨：解此题的关键是根据题意画出光路图，并结合几何关系分析计算。 [解析](1)光由A射向B恰好发生全反射，光路如图甲所示。 甲 则sin θ＝1 n ，得sin θ＝3 4 又|AO|＝3 m，由几何关系可得：|AB|＝4 m，|BO|＝7 m，所以水深7 m。 (2)光由A点射入救生员眼中光路图如图乙所示。 乙 由折射定律有n ＝sin 45°sin α 可知sin α＝328 tan α＝323 ＝32323 设|BE |＝x ，由几何关系得 tan α＝|AQ ||QE |＝3 m －x 7 m 。 代入数据得x ＝? ????3－316123 m ≈1.3 m ， 由几何关系得，救生员到池边的水平距离为|BC |＝2 m －x ≈0.7 m 。 [答案] (1)7 m (2)0.7 m 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。 [跟进训练] 折射现象分析 1.(多选)如图所示，MN 是介质1和介质2的分界面，介质1、2的绝对折射率分别为n 1、n 2，一束细光束从介质1射向介质2中，测得θ1＝60°，θ2＝30°，根据你所学的光学知识判断下列说法正确的是( ) A．介质2相对介质1的相对折射率为 3 B．光在介质2中的传播速度小于光在介质1中的传播速度 C．介质1相对介质2来说是光密介质 D．光从介质1进入介质2可能发生全反射现象 E．光从介质1进入介质2，光的波长变短 ABE[光从介质1射入介质2时，入射角与折射角的正弦之比叫作介质2 相对介质1的相对折射率，所以有n21＝sin 60° sin 30° ＝3，选项A正确；因介质2相对介质1的相对折射率为3，可以得出介质2的绝对折射率大，因n＝c v，所以光在介质2中的传播速度小于光在介质1中的传播速度，选项B正确；介质2相对介质1来说是光密介质，选项C错误；光从光密介质射入光疏介质时，有可能发生全反射现象，选项D错误；光从介质1进入介质2，光的频率不变，速度变小，由v＝λf可知，光的波长变短，选项E正确。] 折射率的计算 2.如图所示，直角边AC长度为d的直角棱镜ABC置于桌面上，D为斜边BC的中点，桌面上的S点发射一条光线经D点折射后，垂直于AB边射出。已 知SC＝CD，光线通过棱镜的时间t＝ 3d 2c，c为真空中光速，不考虑反射光线。 求： (1)棱镜的折射率n。 (2)入射光线与界面BC间的夹角。 [解析] (1)光路如图所示，E 是光线在AB 边的射出点，设光线通过棱镜的速度为v ，则 DE ＝12d ， 即v t ＝12 d 结合n ＝c v 解得：n ＝3。 (2)光线射到界面BC ，设入射角为i ，折射角为r ，则有： i ＝π2 －θ r ＝π2 －2θ 根据折射定律有：n ＝ sin i sin r 解得：θ＝30°。 [答案] (1)3 (2)30° 光的折射、全反射的综合 [讲典例示法] 1．分析综合问题的基本思路 (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等于临界角，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，应熟练掌握跟折射率有关的所有关系式。 2．求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。 [典例示法](2018·全国卷Ⅱ)如图所示，△ABC是一直角三棱镜的横截面，∠A＝90°，∠B＝60°。一细光束从BC边的D点折射后，射到AC边的E点，发生全反射后经AB边的F点射出。EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG 的中点。不计多次反射。 (1)求出射光相对于D点的入射光的偏角； (2)为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？ 思路点拨：(1)根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图。 (2)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。 [解析](1)光线在BC面上折射，由折射定律有sin i1＝n sin r1 ① 式中，n为棱镜的折射率，i1和r1分别是该光线在BC面上的入射角和折射角。光线在AC面上发生全反射，由反射定律有 i2＝r2 ② 式中i 2和r 2分别是该光线在AC 面上的入射角和反射角。 光线在AB 面上发生折射，由折射定律有 n sin i 3＝sin r 3 ③ 式中i 3和r 3分别是该光线在AB 面上的入射角和折射角。 由几何关系得 i 2＝r 2＝60°，r 1＝i 3＝30° ④ F 点的出射光相对于D 点的入射光的偏角为 δ＝(r 1－i 1)＋(180°－i 2－r 2)＋(r 3－i 3) ⑤ 由①②③④⑤式得 δ＝60°。 ⑥ (2)光线在AC 面上发生全反射，光线在AB 面上不发生全反射，有 n sin i 2≥n sin C >n sin i 3 ⑦ 式中C 是全反射临界角，满足 n sin C ＝1 ⑧ 由④⑦⑧式知，棱镜的折射率n 的取值范围应为 233 ≤n <2。 ⑨ [答案] (1)60° (2)233 ≤n <2 求解全反射现象中光的传播时间的技巧 (1)准确地判断出恰好发生全反射的临界光线是解题的关键。 (2)光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定，所以作光路图时应尽量与实际相符。 (3)光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化，即v＝c n 。 (4)利用t＝l v 求解光的传播时间。 [跟进训练] 全反射现象的应用 1.(多选)一光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，可看成一段直线，其内芯和外套的材料不同，光在内芯中传播，下列关于光导纤维的说法正确的是() A．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射B．内芯的折射率比外套的大，光传播时在外套与外界的界面上发生全反射C．波长越长的光在光纤中传播的速度越大 D．频率越大的光在光纤中传播的速度越大 E．若紫光以如图所示角度入射时，恰能在光纤中发生全反射，则改用红光以同样角度入射时，不能在光纤中发生全反射 ACE[当内芯的折射率比外套的大时，光传播时在内芯与外套的界面上才能发生全反射，故选项A正确，B错误；波长越长的光，频率越小，介质对它 的折射率n越小，根据公式v＝c n ，光在光纤中传播的速度越大，故选项C正确， D错误；根据sin C＝1 n 知，折射率越大，全反射临界角越小，红光的折射率小，则全反射临界角大，若紫光恰能发生全反射，则红光不能发生全反射，故选项E 正确。] 光的折射和全反射的综合计算 2.(2019·唐山一模)如图所示，内径为R、外径为R′＝2R的环状玻璃砖的 圆心为O ，折射率为n ＝2。一束平行于对称轴O ′O 的光线由A 点进入玻璃砖，到达B 点(未标出)刚好发生全反射。求： (1)玻璃砖的临界角； (2)A 点处光线的入射角和折射角。 [解析] (1)由题给条件画出光路图，如图所示，因在B 点刚好发生全反射，则 sin C ＝1n ＝12 得C ＝45°。 (2)在△OAB 中，OA ＝2R ，OB ＝R ，由正弦定律得 sin (180°－C )2R ＝sin r R 得sin r ＝12 ，r ＝30° 由sin i sin r ＝n 得i ＝45°。 [答案] (1)45° (2)45° 30° 3.如图为三棱柱形棱镜的横截面，该横截面为直角边为d ＝1 m 的等腰直角 三角形。一细光束由AB面斜射入，并逐渐调节入射角及入射点的位置，使细光束经AB面折射后直接射到AC面，且当细光束与AB面的夹角为θ＝30°时，该细光束恰好不能从AC面射出。求： (1)该棱镜的折射率为多大； (2)如果入射点到A点的距离为d 7 ，光在真空中的传播速度为c＝3.0×108 m/s，则光束从AB面传播到AC面所用的时间应为多少？(结果可保留根号) [解析](1)由题意作出光路图，如图所示 由几何关系可知入射角为 α＝90°－θ＝60° 由于在AC面发生了全反射，则n＝1 sin γ 又因为β＋γ＝π 2 在AB面上：n＝sin α sin β 解得：n＝7 2 。 (2)由几何关系可知OE＝d 7 ，因为sin γ＝2 7 所以cos γ＝3 7，则DE＝OE cos γ ＝d 3 ＝3 3m 光在棱镜中的速度为v＝c n ＝6 7 ×108 m/s 则光束从AB面传播到AC面所用的时间 t ＝ DE v ＝21 18×10 －8 s。 [答案](1) 7 2(2) 21 18×10 －8 s 光的色散和光路控制[依题组训练] 1．光的色散 (1)成因：棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光通过棱镜后的偏折程度最小，对紫光的折射率最大，紫光通过棱镜后的偏折程度最大，从而产生色散现象。 (2)现象：一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带。 2．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制 类别 项目 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 线向棱镜底边偏折 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 [题组训练] 1.(多选)如图所示，从点光源S发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的ab间形成一条彩色光带。下列说法中正确的是() A．a侧是红光，b侧是紫光 B．在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长 C．三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率 D．在三棱镜中a侧光的速率比b侧光小 E．在三棱镜中a、b两侧光的速率相同 BCD[由题图可以看出，a侧光偏折得较厉害，三棱镜对a侧光的折射率较大，所以a侧光是紫光，波长较短，b侧光是红光，波长较长，A错误，B、 C正确；又v＝c n ，所以三棱镜中a侧光的传播速率小于b侧光的传播速率，D 正确，E错误。] 2.(多选)(2019·南宁二中检测)如图所示，一束由两种单色光混合的复色光沿PO方向射向一上、下表面平行的厚玻璃平面镜的上表面，得到三束光Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。下列有关这三束光的判断正确的是() A．光束Ⅰ仍为复色光，光束Ⅱ、Ⅲ为单色光 B．光束Ⅱ在玻璃中的传播速度比光束Ⅲ小 C．增大α角且α<90°，光束Ⅱ、Ⅲ会远离光束Ⅰ D．改变α角且α<90°，光束Ⅱ、Ⅲ一定与光束Ⅰ平行 E．减小α角且α>0，光束Ⅲ可能会在上表面发生全反射 ABD[由题意画出如图所示的光路图，可知光束Ⅰ是反 射光线，所以仍是复色光，而光束Ⅱ、Ⅲ由于折射率的不同 导致偏折分离，所以光束Ⅱ、Ⅲ是单色光，故A正确；由于 光束Ⅱ的偏折程度大于光束Ⅲ，所以玻璃对光束Ⅱ的折射率大于对光束Ⅲ的折射 率，根据v＝c n 可知，光束Ⅱ在玻璃中的传播速度比光束Ⅲ小，故B正确；当增大α角且α<90°，即入射角减小时，光束Ⅱ、Ⅲ会靠近光束Ⅰ，故C错误；因为厚玻璃平面镜的上下表面是平行的，根据光的入射角与反射角相等以及光的可逆性，可知改变α角且α<90°，光束Ⅱ、Ⅲ一定与光束Ⅰ平行，故D正确；减小α角且α>0，根据折射定律，光的折射角增大，根据光的可逆性知，光束Ⅲ不可能在上表面发生全反射，故E错误。] 实验：测定玻璃的折射率[依题组训练] 1．实验原理 如图所示，当光线AO1以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO1对应的出射光线O2B，从而求出折射光线O1O2和折 射角θ2，再根据n12＝sin θ1 sin θ2或n＝ PN QN′ 算出玻璃的折射率。 2．实验步骤 (1)如图所示，把白纸铺在木板上。 (2)在白纸上画一直线aa′作为界面，过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线。 (3)把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa′重合，再用直尺画出玻 璃砖的另一边bb ′。 (4)在线段AO 上竖直地插上两枚大头针P 1、P 2。 (5)从玻璃砖bb ′一侧透过玻璃砖观察大头针P 1、P 2的像，调整视线的方向直到P 1的像被P 2的像挡住。再在bb ′一侧插上两枚大头针P 3、P 4，使P 3能挡住P 1、P 2的像，P 4能挡住P 3本身及P 1、P 2的像。 (6)移去玻璃砖，在拔掉P 1、P 2、P 3、P 4的同时分别记下它们的位置，过P 3、P 4作直线O ′B 交bb ′于O ′。连接O 、O ′，OO ′就是玻璃砖内折射光线的方向。∠AON 为入射角。∠O ′ON ′为折射角。 (7)改变入射角，重复实验。 [题组训练] 1．某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行。正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图所示。 (1)此玻璃的折射率计算式为n ＝________(用图中的θ1、θ2表示)。 (2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度________(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。 [解析] (1)光线由空气射入玻璃的入射角i ＝90°－θ1，折射角r ＝90°－θ2， 由折射率的定义可得：n ＝sin i sin r ＝sin (90°－θ1)sin (90°－θ2)＝cos θ1cos θ2 。 (2)根据平行玻璃砖对光线的影响可知，玻璃砖宽度越大，侧移量越大，折射角的测量误差越小。 [答案] (1)cos θ1cos θ2???? ??或sin (90°－θ1)sin (90°－θ2) (2)大 2．如图所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率。在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P 1、P 2确定入射光线，并让入射光线过圆心O ，在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针P 3，使P 3挡住P 1、P 2的像，连接 OP 3，图中MN 为分界线，虚线半圆与玻璃砖对称，B 、C 分别是入射光线、折射光线与圆的交点，AB 、CD 均垂直于法线并分别交法线于A 、D 点。 (1)设AB 的长度为l 1，AO 的长度为l 2，CD 的长度为l 3，DO 为的长度为l 4，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量________，则玻璃砖的折射率可表示为________。 (2)该同学在插大头针P 3前不小心将玻璃砖以O 为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 [解析] (1)sin θ1＝l 1BO ，sin θ2＝l 3CO ，因此玻璃砖的折射率n ＝sin θ1sin θ2＝l 1BO l 3CO ＝l 1l 3 ，因此只需测量l 1和l 3即可。 (2)玻璃砖顺时针转过一个小角度，在处理数据时，认为l 1是不变的，即入 射角不变，而l 3减小，所以测量值n ＝l 1l 3 将偏大。 [答案] (1)l 1和l 3 l 1l 3 (2)偏大 3．(2019·济南质检)某同学测量玻璃砖的折射率，准备了下列器材：激光笔、直尺、刻度尺、一面镀有反射膜的平行玻璃砖。如图所示，直尺与玻璃砖平行放置，激光笔发出的一束激光从直尺上O 点射向玻璃砖表面，在直尺上观察到 A 、 B 两个光点，读出OA 间的距离为20.00 cm ，AB 间的距离为6.00 cm ，测得图中直尺到玻璃砖上表面距离d 1＝10.00 cm ，玻璃砖厚度d 2＝4.00 cm 。玻璃的折射率n ＝________，光在玻璃中的传播速度v ＝________ m/s 。(光在真空中传播速度c ＝3.0×108 m/s ，结果保留2位有效数字) [解析]作出光路图如图所示，根据几何知识可得入射角i＝45°，折射角r ＝37°，故折射率n＝sin i sin r≈1.2，故v＝c n ＝2.5×108 m/s。 [答案] 1.2 2.5×108 页脚内容1 考点一 光的折射和全反射 13．[2015·江苏单科,12B(3)](难度★★)人造树脂是常用的眼镜镜片材料．如图所 示，光线射在一人造树脂立方体上，经折射后，射在桌面上的P 点．已知光 线的入射角为30°，OA ＝5 cm ，AB ＝20 cm ，BP ＝12 cm ，求该人造树脂材 料的折射率n . 14．[2015·山东理综，38(2)](难度★★★)半径为R 、介质折射率为n 的透明圆柱体，过其轴线OO ′的截面如图所示．位于截面所在平面内的一细束光线，以角i 0由O 点入射,折射光线由上边界的A 点射出．当光线在O 点的入射角减小至某一值时，折射光线在上边界的B 点恰好发生全反射．求A 、B 两点间的距离． 15. [2015·海南单科，16(2)，8分](难度★★★)一半径为R 的半圆柱形玻璃砖，横 截面如图所示．已知玻璃的全反射临界角γ(γ＜π3 )．与玻璃砖的底平面成 (π 2 －γ)角度、且与玻璃砖横截面平行的平行光射到玻璃砖的半圆柱面上．经 柱面折射后，有部分光(包括与柱面相切的入射光)能直 接从玻璃砖底面射 出．若忽略经半圆柱内表面反射后射出的光．求底面透光部分的宽度． 16．[2014·新课标全国Ⅱ，34(2)，10分](难度★★★)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． 17．[2014·新课标全国Ⅰ，34(2)，9分](难度★★★)一个半圆柱形玻璃砖，其横截面是半径为R的半圆，AB为半圆的直径，O为圆心，如图所示．玻璃的折射率为n＝ 2. (1)一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面，若光线到达上表面后，都能从该表面射出，则入射光束在AB上的最大宽度为多少？ (2)一细束光线在O点左侧与O相距 3 2 R处垂直于AB从下方入射，求此光线从玻璃 砖射出点的位置． 18．[2014·山东理综，38(2)](难度★★★)如图，三角形ABC为某透明介质的横截面，O为BC边的中点，位于截面所在平面内的一束光线自O以角i入射，第一次到达AB边恰好发生全反射．已知θ＝15°，BC 边长为2L，该介质的折射率为 2.求： (1)入射角i； (2)从入射到发生第一次全反射所用的时间(设光在真空中的速度为c，可能用到： sin 75°＝6＋2 4或tan 15°＝(2－3)． 19．[2014·江苏单科，12B(3)](难度★★★)Morpho蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒，这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉．电子显微镜下鳞片结构的示意图见题图．一束光以入射角i从a点入射，经过折射和反射后从b点出射．设鳞片的折射率为n，厚度为d， 页脚内容2 光的折射与全反射（一）测试 A 卷 一、选择题 1、目前，我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络，光纤通信是一种现代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务. 关于光纤通信的下列说法, 正确的是（） A．光纤通信利用光作为载体来传递信息B．光导纤维传递光信号是利用光的衍射原理 C．光导纤维传递光信号是利用光的色散原理D．目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝2、如图所示，两束单色光a、b分别照射到玻璃三棱镜AC面上的同一点，且都垂直AB边射出三棱镜（） A．a光的频率高B．b光的波长大C．a光穿过三棱镜的时间短D．b光穿过三棱镜的时间短 3、两种单色光由水中射向空气时发生全反射的临界角分别为θ1、θ2，已知θ1>θ2 , 用n1、n2分别表示水对两单色光的折射率，v1、v2 分别表示两单色光在水中的传播速度，则（） A．n1< n2，v1 2018年高考物理学史总结 物理学史这部分内容在高考卷上通常以选择题形式出现（实验题中也会小概率出现），分值在6分以下，一般情况下不会出偏难怪的，毕竟这不是考纲里的重点。复习建议：以现有的生活经验常识为主，稍加了解就可以。现总结如下：1、伽利略 （1）通过理想实验推翻了亚里士多德“力是维持运动的原因”的观点 （2）推翻了亚里士多德“重的物体比轻物体下落得快”的观点 2、开普勒：提出开普勒行星运动三定律； 3、牛顿 （1）提出了三条运动定律。 （2）发现表万有引力定律； 4、卡文迪许：利用扭秤装置比较准确地测出了引力常量G 5、爱因斯坦 （1）提出的狭义相对论（经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体） （2）提出光子说，成功地解释了光电效应规律，并因此获得诺贝尔物理学奖（3）提出质能方程2 E ，为核能利用提出理论基础 MC 6、库仑：利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律——库仑定律。 7、焦耳和楞次 先后独立发现电流通过导体时产生热效应的规律，称为焦耳——楞次定律（这个很冷门！以教材为主！） 8、奥斯特 发现南北放置的通电直导线可以使周围的磁针偏转，称为电流的磁效应。 9、安培：研究电流在磁场中受力的规律(安培定则)，分子电流假说，磁场能对电流产生作用 10、洛仑兹：提出运动电荷产生了磁场和磁场对运动电荷有作用力（洛仑兹力）的观点。 11、法拉第 （1）发现了由磁场产生电流的条件和规律——电磁感应现象（教材上是这样的，实际不是有一定历史原因，以教材为主！） （2）提出电荷周围有电场，提出可用电场描述电场，提出电磁场、磁感线、电场线的概念 12、楞次：确定感应电流方向的定律，愣次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 13、亨利：发现自感现象（这个也比较冷门）。 14、麦克斯韦：预言了电磁波的存在，指出光是一种电磁波，为光的电磁理论奠定了基础。 15、赫兹： （1）用实验证实了电磁波的存在并测定了电磁波的传播速度等于光速。 （2）证实了电磁理的存在。 16、普朗克 提出“能量量子假说”——解释物体热辐射（黑体辐射）规律电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份的，即量子理论 13.2 全反射 【教学目标】 （一）知识与技能 1．知道什么是光疏介质，什么是光密介质。 2．理解光的全反射。 3．理解临界角的概念，能判断是否发生全反射，并能解决有关的问题。 4．知道全反射棱镜、光导纤维及其应用。 （二）过程与方法 1．会定性画出光疏介质进入光密介质或从光密介质进入光疏介质时的光路图。 2．会判断是否发生全反射并画出相应的光路图。 3．会用全反射解释相关的现象。 4．会计算各种介质的临界角。 （三）情感、态度与价值观 体会本节实验中“让入射光正对半圆形玻璃砖中心从曲面入射”是在设计实验时设计者为突出主要矛盾而控制实验条件达到略去次要矛盾的高明做法。 【教学重点】全反射条件，临界角概念及应用。 【教学难点】临界角概念、临界条件时的光路图及解题。 【教学方法】采用实验观察、猜想、印证、归纳的方法得出全反射现象的发生条件、临界角概念等。 【教学用具】 光学演示仪（由激光发生器、带量角度的竖直面板、半圆形玻璃砖等组合） 【教学过程】 （一）引入新课 让学生甲到黑板前完成图1及图2两幅光路图（完整光路图） 图1 图2 （估计学生甲画图时会遗漏反射光线） 师：光在入射到空气和水的交界面处时，有没有全部进入水中继续传播呢？ 生：有一部分被反射回去。 （学生甲补画上反射光线） 师：很好。甲同学正确地画出了光从空气进入水中时的折射角… 生：小于入射角。 师：光从水中进入空气时，折射角… 生：大于入射角。 师：对。那么如果两种介质是酒精和水呢？请乙同学到前面来完成光路图。 图3 图4 学生乙顺利完成两图。 （二）进行新课 1．光密介质和光疏介质 （1）给出光密介质和光疏介质概念。 （2）让学生指出图1中的光密介质和光疏介质，再指出图2中的光密介质和光疏介质。让学生自己体会出一种介质是光密介质还是光疏介质其实是相对的。 （3）（投影片出示填空题） 光从光疏介质进入光密介质，折射角________入射角；光从光密介质进入光疏介质，折射角________入射角。 （本题让学生共同回答） 2．全反射 （设置悬念，诱发疑问） 师：在图2和图3中，折射角都是大于入射角的。设想，当入射角慢慢增大时，折射角会先增大到90°，如果此时我们再增大入射角，会怎么样呢？ （这时可以让学生自发议论几分钟） 生甲：对着图2说，可能折射到水中吧？。 （其余学生有的点头，有的犹疑） 生乙：应该没有了吧？ 生丙：最好做实验看看。 师：好，那就让我们来做实验看看。 （1）出示实验器材，介绍实验。 师：半圆形玻璃砖可以绕其中心O在竖直面内转动如图6所示，入射光方向不变始终 正对O点入射。 学案正标题 一、考纲要求 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． 二、知识梳理 1.折射定律 (1)内容：如图所示，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． (2)表达式：＝n. (3)在光的折射现象中，光路是可逆的． 2.折射率 (1)折射率是一个反映介质的光学性质的物理量． (2)定义式：n＝. (3)计算公式：n＝，因为v ①含义：截面是三角形的玻璃仪器，可以使光发生色散，白光的色散表明各色光在同一介质中的折射率不同． ②三棱镜对光线的作用：改变光的传播方向，使复色光发生色散． 三、要点精析 1.折射定律及折射率的应用 （1）折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关． （2）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． （3）同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小 （4）公式n＝中，不论是光从真空射入介质，还是从介质射入真空，θ1总是真空中 的光线与法线间的夹角，θ2总是介质中的光线与法线间的夹角． 2.对全反射现象的四点提醒 （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.全反射的有关现象及应用 （1）海水中浪花呈白色、玻璃(水)中气泡看起来特别亮、沙漠蜃景、夏天的柏油路面看起来“水淋淋”的、海市蜃楼、钻石的夺目光彩、水下灯照不到整个水面、全反射棱镜等都与光的全反射有关． （2）光导纤维 ①结构：简称光纤，是一种透明的玻璃纤维丝，直径在几微米到一百微米之间，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，即内芯是光密介质，外套是光疏介质； ②原理：光在光纤的内芯中传播，每次射到内、外层的界面上时，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射． 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＝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.测定玻璃的折射率 （1）实验原理：用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O′B，确定出O′点，画出折射光线OO′，然后测量出角θ1和θ2，代入公式计算玻璃的折射率． （2）实验器材：白纸、图钉、大头针、直尺、铅笔、量角器、平木板、长方形玻璃砖．（3）实验过程： ①铺白纸、画线． 高中物理所有物理学史资料的汇总 1、胡克:英国物理学家;发现了胡克定律(F弹=kx 2、伽利略:意大利的著名物理学家;伽利略时代的仪器、设备十分简陋,技术也比较落后,但伽利略巧妙地运用科学的推理,给出了匀变速运动的定义,导出S正比于t2并给以实验检验;推断并检验得出,无论物体轻重如何,其自由下落的快慢是相同的;通过斜面实验,推断出物体如不受外力作用将维持匀速直线运动的结论。后由牛顿归纳成惯性定律。伽利略的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一。 3、牛顿:英国物理学家;动力学的奠基人,他总结和发展了前人的发现,得出牛顿定律及万有引力定律,奠定了以牛顿定律为基础的经典力学。 4、开普勒:丹麦天文学家;发现了行星运动规律的开普勒三定律,奠定了万有引力定律的基础。 5、卡文迪许:英国物理学家;巧妙的利用扭秤装置测出了万有引力常量。 6、布朗:英国植物学家;在用显微镜观察悬浮在水中的花粉时,发现了“布朗运动”。 7、焦耳:英国物理学家;测定了热功当量J=4.2焦/卡,为能的转化守恒定律的建立提供了坚实的基础。研究电流通过导体时的发热,得到了焦耳定律。 8、开尔文:英国科学家;创立了把-273℃作为零度的热力学温标。 9、库仑:法国科学家;巧妙的利用“库仑扭秤”研究电荷之间的作用,发现了“库仑定律”。 10、密立根:美国科学家;利用带电油滴在竖直电场中的平衡,得到了基本电荷e。 11、欧姆:德国物理学家;在实验研究的基础上,欧姆把电流与水流等比较,从而引入了电流强度、电动势、电阻等概念,并确定了它们的关系。 12、奥斯特:丹麦科学家;通过试验发现了电流能产生磁场。 13、安培:法国科学家;提出了著名的分子电流假说。 14、汤姆生:英国科学家;研究阴极射线,发现电子,测得了电子的比荷e/m;汤姆生还提出了“枣糕模型”,在当时能解释一些实验现象。 15、劳伦斯:美国科学家;发明了“回旋加速器”,使人类在获得高能粒子方面迈进了一步。 第3节 光的全反射 对应学生用书 P56 全反射现象及其条件 [自读教材·抓基础] 1．光疏介质和光密介质 名称 项目 光疏介质 光密介质 定义 折射率较小的介质 折射率较大的介质 折射特点 (1)光从光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角 (2)光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角 2．对全反射的理解 (1)全反射：光从光密介质射到光疏介质的界面时，全部被反射回原介质的现象。 (2)临界角：光从某种介质射向真空或空气时使折射角度变为90°时的入射角，称为这种介质的临界角。 (3)发生全反射的条件： 1.光疏介质和光密介质是相对而言的，两种介质相比较，折射率大的为光密介质，折射率小的为光疏介质。 2．要发生全反射，必须同时满足两个条件： (1)光由光密介质射入光疏介质。 (2)入射角大于或等于临界角。 3．光由光密介质射入光疏介质，折射角等于90°时的入射角即为临界角，对于光由介质射入空气(或真空)的情况， sin C ＝1 n 。 4．光导纤维由内芯和外套两层组成，光纤传输利用的是光的全反射原理，其内芯折射率一定比外套折射率大。 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。 (4)临界角与折射率的关系： 光由介质射入空气(或真空)时，sin C ＝1 n (公式)。 [跟随名师·解疑难] 1．光疏介质和光密介质的理解 不同介质的折射率不同，我们把折射率较小的介质叫做光疏介质，折射率较大的介质叫做光密介质。 (1)对光路的影响： 根据折射定律，光由光疏介质射入光密介质(例如由空气射入水)时，折射角小于入射角；光由光密介质射入光疏介质(例如由水射入空气)时，折射角大于入射角。 (2)光疏介质和光密介质的比较： (3)相对性： 光疏介质、光密介质是相对的。任何两种透明介质都可以通过比较光在其中传播速度的大小或折射率的大小来判定谁是光疏介质或光密介质 。 2．对全反射的理解 (1)全反射遵循的规律： 发生全反射时，光全部返回原介质，入射光与反射光遵循光的反射定律，由于不存在折射光线，光的折射定律不再适用。 (2)从能量角度来理解全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大。同时折射光线强度减弱，即折射光线能量减小，反射光线强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光线强度减弱到零，反射光的能量等于入射光的能量。 (3)临界角 ①不同介质的折射率不同，发生全反射的临界角也不同，介质的折射率越大，临界角越小。 ②不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越高的光的临界角越小，越易发生全反射。 第二节光的折射全反射棱镜 一、考点聚焦 ?光的折射，折射定律，折射率。全反射和临界角Ⅱ级要求 ?光导纤维Ⅰ级要求 ?棱镜，光的色散Ⅰ级要求 二、知识扫描 1．光射到两种介质的界面上后从第一种介质进入第二种介质时，其传播规律遵循折射定律．折射定律的差不多内容包含如下三个要点：①折射光线、法线、入射光线共面；②折射光线与入射光线分居法线两侧；③入射角的正弦与折射角的正弦之比等于两种介质的折射率之 比，即：。 当光从空气〔折射率为1〕射入折射率为的介质时，上式变为： 。折射现象中光路是可逆的。 2．对两种介质来讲，n较大〔即v较小〕的介质称光密介质。光从光密介质 光疏介质，折射角大于入射角。注意：〔1〕光从一种介质进入另一介质时，频率不变，光速和波长都改变。 〔2〕同一介质对频率较大〔速度较小〕的色光的折射率较大。〔3〕光的颜色由频率决定。 3．当光从光密介质射向光疏介质，且入射角不小于临界角时，折射光线将消逝，这一现象叫做光的全反射现象．应用全反射现象举例：〔1〕光导纤维。〔2〕全反射棱镜。 4．假设光从光密介质〔折射率为n〕射向光疏介质〔折射率为 〕时，发生全反射的临界角C可由如下公式求得：。当光从光密介质射向空气〔折 射率为1〕时，求得全反射的临界角的公式又可表为： 5．玻璃制成的三棱镜，其光学特性是：〔1〕单色光从棱镜的一个侧面入射而从另一侧面射出时，将向棱镜的底面偏折。隔着棱镜看到物体的虚像比实际位置向顶角方向偏移。〔2〕复色光通过棱镜，由于各种单色光的折射率不同而显现色散现象，白光色散后形成由红到紫按一定次序排列的光谱。红光通过棱镜时偏折角较小〔因对红光折射率较小〕，紫光偏折射角较大。 三、好题精析 例1：假设地球表面不存在大气层，那么人们观看到的日出时刻与实际存在大气层的情形相比〔〕 A．将提早 B．将延后 C．在某些地区将提早，在另一些地区将延后 D．不变 解析：如图，a是太阳射出的一束光线，由真空射向大气层发生 折射，沿b方向传播到P点，在P处的人便看到太阳。假如没有 大气层，光束使沿a直线传播，同样的时刻在P点便看不到太 阳，须等太阳再上升，使a光束沿b线方向时才能看到太阳， 故没有大气层时看到日出的时刻要比有大气层时延迟． 点评：此题要求考生能够联系实际建立物理模型，并依照光的折 射定律分析推理。 例2：如下图，一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为45o，下面四个光路图中，正确的选项是〔〕 新课标高考高中物理学史归纳总结 【新课标高考高中物理学史归纳总结(新人教版)】 必修部分：（必修 1、必修2） 一、力学： 1、1638年，意大利物理学家伽利略在《两种新科学的对话》中用科学推理论证重物体和轻物体下落一样快；并在比萨斜塔做了两个不同质量的小球下落的实验，证明了他的观点是正确的，推翻了古希腊学者亚里士多德的观点（即：质量大的小球下落快是错误的）； 2、1654年，德国的马德堡市做了一个轰动一时的实验马德堡半球实验； 3、1687年，英国科学家牛顿在《自然哲学的数学原理》著作中提出了三条运动定律（即牛顿三大运动定律）。 4、17世纪，伽利略通过构思的理想实验指出：在水平面上运动的物体若没有摩擦，将保持这个速度一直运动下去；得出结论：力是改变物体运动的原因，推翻了亚里士多德的观点：力是维持物体运动的原因。同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出：如果没有其它原因，运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。 5、英国物理学家胡克对物理学的贡献：胡克定律；经典题目：胡克认为只有在一定的条件下，弹簧的弹力才与弹簧的形变量成正比（对） 6、1638年，伽利略在《两种新科学的对话》一书中，运用观察－假设－数学推理的方法，详细研究了抛体运动。17世纪，伽利略通过理想实验法指出：在水平面上运动的物体若没有摩擦，将保持这个速度一直运动下去；同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出：如果没有其它原因，运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。 7、人们根据日常的观察和经验，提出“地心说”，古希腊科学家托勒密是代表；而波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”，大胆反驳地心说。 8、17世纪，德国天文学家开普勒提出开普勒三大定律； 9、牛顿于1687年正式发表万有引力定律；1798年英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测出了引力常量； 10、1846年，英国剑桥大学学生亚当斯和法国天文学家勒维烈（勒维耶）应用万有引力定律，计算并观测到海王星，1930年，美国天文学家汤苞用同样的计算方法发现冥王星。 9、我国宋朝发明的火箭是现代火箭的鼻祖，与现代火箭原理相同；但现代火箭结构复杂，其所能达到的最大速度主要取决于喷气速度和质量比（火箭开始飞行的质量与燃料燃尽时的质量比）；俄国科学家齐奥尔科夫斯基被称为近代火箭之父，他首先 第三届广东省物理师范生教学技能创新实践大赛 参赛教案 教材：粤教版高中物理选修3-4第4章第3节 授课对象：高中二年级学生 参赛选手：高远静 选手单位：华南师范大学 【课题】光的全反射 【教学时间】15分钟 【教学对象】高中二年级学生 【教材】粤教版高中物理选修3-4第4章第3节 【教学内容分析】 1.教材的地位和作用： 本节内容是在学习了初中内容的光的反射和高中内容的光的折射之后编写的，作为光的一种特殊现象来介绍，是反射现象和折射现象的拓展提升。全反射现象的研究，在全章中承上启下，既是对反射和折射知识的巩固与深化，又为日后光的干涉、衍射和偏振现象的学习作铺垫。同时，本节内容常常在日常生活中表现为光怪陆离的现象，通过本节课的教学有助于学生用物理科学知识解释神奇现象，有利于培养学生分析和解决实际问题的能力，激发学生学习物理的兴趣。此外，本节内容与生产和科技应用联系紧密，是实现课堂知识从生活走向物理，从物理走向社会，培养学生参与科技热情的重要教学内容。 全反射现象与人们的日常生活以及现代科学技术的发展紧密相关，所以，学习这部分知识有着重要的现实意义。 2．课程标准要求： 认识光的全反射现象。初步了解光导纤维的工作原理和光纤在生产、生活中的应用。认识光纤技术对经济社会生活的重大影响。 3．教材的编写思路： 教材把本节内容划分为两个知识点：一光的全反射，二光导纤维的结构与应用。 教材首先基于学生上一节学习的折射现象的知识和经验，提出一个逆向思维的引导性问题——当光从光疏介质斜射入光密介质时，入射角总是大于折射角。倘若让光束从光密射入光疏介质也会有类似的现象发生吗？——直接引入本节的学习内容。然后通过实验观察与思考，总结归纳光的全反射现象，并根据实验现象同时提出临界角的概念。接着，教材为了让学生明确研究光的全反射现象的现实意义和社会价值，专门在第二部分举出全反射现象的应用实例——光导纤维，并介绍了光导纤维的结构以及在光纤通信方面的应用。最后，为了培养学生的创新精神和实践能力，教材安排了自制学具的实践活动，并在教材网站上提供光纤和光缆的拓展知识阅读。课后练习要求学生自行总结发生全反射的条件以及推导临界角公式。 4. 教材的特点： 第一，注重光的全反射概念的形成过程，重视培养学生的科学探究能力；第二，突出光的全反射在生产和生活中的应用，重视STS教育；第三，注意到学生物理学习的差异性，加强了内容的选择性。 5．教材处理： （1）鉴于本节内容的综合性、资源丰富性和应用广泛性，同时考虑学生的可接受性，我重新梳理了本节知识的逻辑线索。对本节内容主要分两部分来处理：一是通过实验探究建立光的全反射概念及认 图14-2-1 图 14-2-2 第二节 光的折射、全反射 【基础知识再现】 一、光的折射现象 光传播到两种介质的分界面上，一部分光进入另一种介质中，并且改变了原来的传播方向，这种现象叫光的折射。 1、光的折射定律：同样要抓住“三线（入射光线、折射光线、法线）二角（入射角、折射角）。 如图14-2-1所示，光从真空（或空气）进入介质有：n r i =sin sin 2、折射率（n ） 定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角i 的正弦跟折射角r 的正弦之比n ，叫做这种介质的折射率。 r i n sin sin = 说明：①折射率是表示光线在透明介质界面上发生偏折程度的物理量，与入射角i 及折射角r 无关。在入射角相同时，对同一种光线、折射率越大，折射光线偏离原方向的程度越大。 ②折射率和光在介质中传播的速度有关。 v c n = 其中s m c /1038?=，v 为介质中光速，n 为介质折射率，总大于1，故光在介质中的速度必小于真空中的光速。 ③在折射现象中，当入射角为?0，折射角也为?0，这是个特殊现象，但仍是折射现象。 二、全反射 光照射到两种介质的界面上，光线全部反射回原介质的现象叫全反射。 发生全反射的条件： 1、从光密介质射向光疏介质。 2、入射角大于或等于临界角C 。n C 1sin = 。 说明：①光密介质和光疏介质是相对的，如酒精相对于水为光密介质，酒精相对于水晶来说是光疏介质。 ②光从光密介质到光疏介质时，折射角大于入射角。光从光疏介质射入到光密介质时，折射角小于入射角。 ③发生全反射时，遵从反射定律及能量守恒。此时折射光的能量已经减弱为零，反射光能量与入射光能量相等。 ④全反射的应用：光导纤维。 三、棱镜、光的色散 1、三棱镜可以改变光的行进方向，起控制光路的作用。三棱镜通过二次折射使光产生较大的偏向角，由于介质对不同的单色光的折射率不同，其中紫光折射率最大，红光折射 率最小，因此当白光射向三棱镜时，紫光偏折最明显，而红光偏折最小，这就形成了如图14-2-2所示的光的色散现象。 高考物理专题物理学史知识点全集汇编 一、选择题 1．在物理学发展过程中，许多科学家做出了贡献，下列说法正确的是（） A．伽利略利用“理想斜面”得出“力是维持物体运动的原因”的观点 B．牛顿提出了行星运动的三大定律 C．英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测出了万有引力常量 D．开普勒从理论和实验两个角度，证明了轻、重物体下落一样快，从而推翻了古希腊学者亚里士多德的“小球质量越大下落越快”的错误观点 2．伽利略是实验物理学的奠基人，下列关于伽利略在实验方法及实验成果的说法中不正确的是 A．开创了运用逻辑推理和实验相结合进行科学研究的方法 B．通过实验发现斜面倾角一定时，不同质量的小球从不同高度开始滚动，加速度相同C．通过实验和理想实验，提出了惯性的概念，从而奠定了牛顿力学的基础 D．为了说明力是维持物体运动的原因用了理想实验法 3．下列选项不符合历史事实的是（） A．富兰克林命名了正、负电荷 B．库仑在前人工作的基础上通过库仑扭秤实验确定库仑定律 C．麦克斯韦提出电荷周围存在一种特殊的物质--电场 D．法拉第为了简洁形象描述电场，提出电场线这一辅助手段 4．2014年，我国在实验中发现量子反常霍尔效应，取得世界级成果。实验在物理学的研究中有着非常重要的作用，下列关于实验的说法中正确的是() A．在探究求合力的方法的实验中运用了控制变量法 B．密立根利用油滴实验发现电荷量都是某个最小值的整数倍 C．牛顿运用理想斜面实验归纳得出了牛顿第一定律 D．库仑做库仑扭秤实验时采用了归纳的方法 5．发明白炽灯的科学家是() A．伏打 B．法拉第 C．爱迪生 D．西门子 6．了解物理规律的发现过程，学会像科学家那样观察和思考，往往比掌握知识本身更重要。以下符合史实的是( ) A．焦耳发现了电流的磁效应 B．法拉第发现了电磁感应现象，并总结出了电磁感应定律 C．惠更斯总结出了折射定律 D．英国物理学家托马斯杨利用双缝干涉实验首先发现了光的干涉现象 7．下列描述中符合物理学史的是（） A．开普勒发现了行星运动三定律，从而提出了日心说 B．牛顿发现了万有引力定律并测定出引力常量G C．法拉第在实验中观察到，在通有恒定电流的静止导线附近的固定导线圈中，会出现感应电流 D．楞次在分析了许多实验事实后提出，感应电流应具有这样的方向，即感应电流的磁场 高考物理物理学史知识点全集汇编含解析(5) 一、选择题 1．第一个准确测量出万有引力常量的科学家是（） A．B．C．D． 2．下面说法中正确的是（） A．库仑定律是通过实验总结出来的关于点电荷相互作用力跟它们间的距离和电荷量关系的一条物理规律 B．库仑定律适用于点电荷，点电荷就是很小的带电体 C．库仑定律和万有引力定律很相似，它们都不是平方反比规律 D．当两个点电荷距离趋近于零时，库仑力则趋向无穷 3．在物理学发展过程中，许多科学家做出了贡献，下列说法正确的是() A．自然界的电荷只有两种，美国科学家密立根将其命名为正电荷和负电荷，美国物理学家富兰克林通过油滴实验比较精确地测定了电荷量e的数值 B．卡文迪许用扭秤实验测定了引力常量G和静电力常量k的数值 C．奥斯特发现了电流间的相互作用规律，同时找到了带电粒子在磁场中的受力规律D．开普勒提出了三大行星运动定律后，牛顿发现了万有引力定律 4．物理学中最早使用理想实验方法、发现万有引力定律、最早引入了电场概念并提出用电场线表示电场和发现电流磁效应分别由不同的物理学家完成，他们依次是（） A．伽利略、牛顿、法拉第和奥斯特 B．牛顿、卡文迪许、洛伦兹和安培 C．伽利略、卡文迪许、库仑和奥斯特 D．伽利略、牛顿、库仑和洛伦兹. 5．以下说法符合历史事实的是（） A．伽利略总结了导师第谷留下的大量天文观测数据，发现了行星三大定律 B．库仑采用放大法，利用扭秤装置测出了万有引力常量．因此被誉为第一个称量地球质量的人 C．法拉第首先提出了电场的概念，而且为了形象地描述电场，他又引入了电场线的概念D．牛顿对自由落体运动进行了深入仔细的研究，将理想斜面实验的结论合理外推，得出自由落体运动是匀变速运动 6．在物理学建立、发展的过程中，许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步，关于科学家和他们的贡献，下列说法正确的是() A．古希腊学者亚里士多德认为物体下落的快慢由它们的重量决定，伽利略在他的《两种新科学的对话》中利用逻辑推断，使亚里士多德的理论陷入了困境 第二节 全反射 教学目标 一、知识目标 1.知道什么是光疏介质，什么是光密介质. 2.理解光的全反射. 3.理解临界角的概念，能判断是否发生全反射，并能解决有关的问题. 4.知道光导纤维及其应用. 二、能力目标 1.会定性画出光疏介质进入光密介质或从光密介质进入光疏介质时的光路图. 2.会判断是否发生全反射并画出相应的光路图. 3.会用全反射解释相关的现象. 4.会计算各种介质的临界角. 三、德育目标 通过对蜃景现象的学习明确一切迷信或神话只不过是在人们未能明了科学真相时才托付于自然力的一种做法. ●教学重点 全反射条件，临界角概念及应用. ●教学难点 临界角概念、临界条件时的光路图及解题. ●教学方法 本节课主要采用实验观察、猜想、印证、归纳的方法得出全反射现象的发生条件、临界角概念等，对阅读材料“蜃景”补充了录像资料或CAI 课件，使其有更生动的感性认识. ●教学用具 光学演示仪（由激光发生器、带量角度的竖直面板、半圆形玻璃砖等组合） ●教学过程 一、引入新课 让学生甲到黑板前完成图19—21及图19—22两幅光路图（完整光路图） （学生甲画图时遗漏了反射光线） ［教师］光在入射到空气和水的交界面处时，有没有全部进入水中继续传播呢？ ［学生］有一部分被反射回去. （学生甲补画上反射光线） ［教师］很好.甲同学正确地画出了光从空气进入水中时的折射角… ［学生齐答］小于入射角. ［教师］光从水中进入空气时，折射角… ［学生齐答］大于入射角. ［教师］对.那么如果两种介质是酒精和水呢？ 二、新课教学 （一）光密介质和光疏介质 1.给出光密介质和光疏介质概念. 2.让学生指出图19—21中的光密介质和光疏介质，再指出图19—23中的光密介质和光疏介质.让学生自己体会出一种介质是光密介质还是光疏介质其实是相对的. 3.光从光疏介质进入光密介质，折射角________入射角；光从光密介质进入光疏介质，折射角________入射角. （本题让学生共同回答） （二）全反射 （设置悬念，诱发疑问） ［教师］在图19—22和图19—23中，折射角都是大于入射角的设想，当入射角慢慢增大时，折射角会先增大到90°，如果此时我们再增大入射角，会怎么样呢？ （这时可以让学生自发议论几分钟） ［学生甲］对着图19—22说是折射到水中去吗？ ［教师］你认为会出现图19—25这种情况吗？ （其余学生有的点头，有的犹疑） ［学生乙］应该没有了吧. ［学生丙］最好做实验看看. ［教师］好，那就让我们来做实验看看. 1.出示实验器材，介绍实验 . ［教师］半圆形玻璃砖可以绕其中心O在竖直面内转动如图19—26所示，入射光方向不变始终正对O点入射. 继续转动玻璃砖，学生看到当折射角趋于90°时，折射光线已经看不见了，只剩下反射光线.继续转动玻璃砖，增大入射角，都只有反射光线. （学生恍然大悟） ［教师］什么结果？ ［学生］折射角达到90°时，折射光线没有了，只剩下反射光线. ［教师］这种现象就叫全反射. （三）发生全反射的条件 1.临界角C ［要求学生根据看到的现象归纳］ 高考必备——高考物理学史知识点 鉴于每年高考中都会考到物理学史的相关知识，为便于同学们更好地复习备战2016年高考，本资料从教科书及历次模拟考试试卷中把有关物理学史的内容按“力学”、“热学”、“电、磁学”、“光学、原子物理”、“量子力学”总结成文，供同学们复习参考。 一、力学中的物理学史 1、前384年—前322年，古希腊杰出思想家亚里士多德：在对待“力与运动的关系”问题上，错误的认为“维持物体运动需要力”。 2、1638年意大利物理学家伽利略：最早研究“匀加速直线运动”；论证“重物体不会比轻物体下落得快”的物理学家；利用著名的“斜面理想实验”得出“在水平面上运动的物体若没有摩擦，将保持这个速度一直运动下去即维持物体运动不需要力”的结论； 伽利略还发明了空气温度计；理论上验证了落体运动、抛体运动的规律；还制成了第一架观察天体的望远镜；第一次把“实验”引入对物理的研究，开阔了人们的眼界，打开了人们的新思路；发现了“摆的等时性”等。 3、1683年，英国科学家牛顿：总结三大运动定律、发现万有引力定律。另外牛顿还发现了光的色散原理；创立了微积分、发明了二项式定理；研究光的本性并发明了反射式望远镜。其最有影响的著作是《自然哲学的数学原理》。 4、1798年英国物理学家卡文迪许：利用扭秤装置比较准确地测出了万有引力常量 G=6.67×11-11N·m2/kg2（微小形变放大思想）。 5、1905年爱因斯坦：提出狭义相对论，经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体。即“宏观”、“低速”是牛顿运动定律的适用范围。 二、热学中的物理学史 1、1827年英国植物学家布朗：发现悬浮在水中的花粉微粒不停地做无规则运动的现象——布朗运动。 2、1661年英国物理学家玻意耳发现：一定质量的气体在温度不变时，它的压强与体积成反比（即为玻意耳定律） 3、1787年法国物理学家查理发现：一定质量的气体在体积不变时，它的压强与热力学温度成正比（即为查理定律） 4、1802年法国物理学家盖·吕萨克发现：一定质量的气体在压强不变时，它的体积与热力学温度成正比（即为盖·吕萨克定律） 三、电、磁学中的物理学史 1、1785年法国物理学家库仑：类比万有引力定律，通过实验发现了电荷之间的相互作用规律——库仑定律。并测量（是否为库伦测得有争议）出了静电力常量k=9.0×10^9 N·m2/C2 2、1826年德国物理学家欧姆：通过实验得出导体中的电流跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比即欧姆定律。 3、1820年，丹麦物理学家奥斯特：电流可以使周围的磁针发生偏转，称为电流的磁效应。 4、1831年英国物理学家法拉第：发现了由磁场产生电流的条件和规律——电磁感应现象。 4.3《光的全反射》教案 教学目标 一、知识目标 1. 知道什么是光疏介质，什么是光密介质. 2. 理解光的全反射. 3. 理解临界角的概念，能判断是否发生全反射，并能解决有关的问题. 4. 知道光导纤维及其应用. 二、能力目标 1. 会定性画出光疏介质进入光密介质或从光密介质进入光疏介质时的光路图. 2. 会判断是否发生全反射并画出相应的光路图. 3. 会用全反射解释相关的现象. 4. 会计算各种介质的临界角. 三、德育目标 1. 体会本节实验中“让入射光正对半圆形玻璃砖中心从曲面入射”是在设计实验时设计者为突出主要矛盾而控制实验条件达到略去次要矛盾的高明做法. 2. 通过对蜃景现象的学习再次明确一切迷信或神话只不过是在人们未能明了科学真相时才托付于自然力的一种做法. ?教学重点全反射条件，临界角概念及应用. ?教学难点临界角概念、临界条件时的光路图及解题. ?教学方法本节课主要采用实验观察、猜想、印证、归纳的方法得出全反射现象的发生条件、临界角概念等，对阅读材料“蜃景”补充了录像资料或CAI 课件，使其有更生动的感性认识. ?教学用具 光学演示仪（由激光发生器、带量角度的竖直面板、半圆形玻璃砖等组合）?教学过程 、引入新课 让学生甲到黑板前完成以下两幅光路图（完整光路图） （学生甲画图时遗漏了反射光线） ［教师］光在入射到空气和水的交界面处时，有没有全部进入水中继续传播呢？ ［学生］有一部分被反射回去. （学生甲补画上反射光线） ［教师］很好.甲同学正确地画出了光从空气进入水中时的折射角?［学生齐答］小于入射角. ［教师］光从水中进入空气时，折射角? ［学生齐答］大于入射角. ［教师］对.那么如果两种介质是酒精和水呢？ 二、新课教学 （一）光密介质和光疏介质 1. 给出光密介质和光疏介质概念. 2. 让学生自己体会一种介质是光密介质还是光疏介质其实是相对的. 3. _____________________________________ 光从光疏介质进入光密介质，折射角 ____________________________________________ 入射角；光从光密介质进入 光疏介质，折射角 ________ 入射角. （本题让学生共同回答） （二）全反射 （设置悬念，诱发疑问） ［教师］在课本P70图4-3-1 中，折射角都是大于入射角的设想，当入射角慢慢增大时，折射角会先增大到90°，如果此时我们再增大入射角，会怎么样呢？ 这时可以让学生自发议论几分钟） 物理学史 1.（2013四川成都高三第二次诊断性检测理科综合试题，1）下列说法正确的是（） A. 牛顿测出了引力常量 B. 爱因斯坦提出了系统的电磁理论 C. 理想实验不能用于科学研究 D. 公式与采取的定义方式相同 2.（2014山西忻州一中、康杰中学、临汾一中、长治二中四校高三第三次联考理科综合试题，14）在物理学的重大发现中科学家们总结出了许多物理学方法，如理想实验法、控制变量法、极限思想法、类比法、科学假设法和建立物理模型法等。以下关于物理学研究方法的叙述不正确的是（） A．在不需要考虑物体本身的大小和形状时，用质点来代替物体的方法运用了假设法 B．根据速度的定义式，当趋近于零时，就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，该定义运用了极限思想法C．在实验探究加速度与力、质量的关系时，运用了控制变量法 D．在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程等分成很多小段，然后将各小段位移相加，运用了微元法 3.（2014山东潍坊高三3月模拟考试理科综合试题，14）许多科学家在物理学发展过程中做出了重要贡献，下列叙述中符合史实的是（） A．伽利略研究了天体的运动，并提出了行星运动的三定律 B．牛顿发现了万有引力定律，并通过扭秤实验测出了引力常量 C．库仑发现了点电荷间的作用规律，并提出了电场的概念 D．法拉第发现了电磁感应现象，并制造了世界上第一台发电机——法拉第圆盘发电机 4.（2014山东青岛高三第一次模拟考试理综物理，14）下列说法中正确的是（） A. 用点电荷来代替实际带电体是采用了理想模型的方法 B. 牛顿在对自由落体运动的研究中，首次采用以实验检验猜想和假设的科学方法 C. 法拉第最早引入了电场概念，并提出用电场线表示电场 D. 哥白尼大胆反驳地心说，提出了日心说，并发现行星沿椭圆轨道运行的规律 5.（2014江西重点中学协作体高三年级第一次联考，14）下列有关电磁学的四幅图中，说法不正确的是（） 高考物理物理学史知识点知识点训练附答案(4) 一、选择题 1．下列说法正确的是（） A．牛顿提出万有引力定律，并利用扭秤实验，巧妙地测出来万有引力常量 B．牛顿第一定律、牛顿第二定律都可以通过实验来验证 C．单位m、kg、s是一组属于国际单位制的基本单位 D．牛顿第一定律是牛顿第二定律在加速度等于零下的一个特例 2．下列有关物理常识的说法中正确的是 A．牛顿的经典力学理论不仅适用于宏观、低速运动的物体，也适用于微观、高速运动的物体 B．力的单位“N”是基本单位，加速度的单位“m/s2”是导出单位 C．库仑在前人工作的基础上提出了库仑定律，并利用扭秤实验较准确地测出了静电力常量k D．沿着电场线方向电势降低，电场强度越大的地方电势越高 3．物理学中最早使用理想实验方法、发现万有引力定律、最早引入了电场概念并提出用电场线表示电场和发现电流磁效应分别由不同的物理学家完成，他们依次是（） A．伽利略、牛顿、法拉第和奥斯特 B．牛顿、卡文迪许、洛伦兹和安培 C．伽利略、卡文迪许、库仑和奥斯特 D．伽利略、牛顿、库仑和洛伦兹. 4．在物理学建立、发展的过程中，许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步，关于科学家和他们的贡献，下列说法正确的是() A．古希腊学者亚里士多德认为物体下落的快慢由它们的重量决定，伽利略在他的《两种新科学的对话》中利用逻辑推断，使亚里士多德的理论陷入了困境 B．德国天文学家开普勒对他导师第谷观测的行星数据进行了多年研究，得出了万有引力定律 C．英国物理学家卡文迪许利用“卡文迪许扭秤”首先较准确的测定了静电力常量 D．牛顿首次提出“提出假说，数学推理实验验证，合理外推”的科学推理方法 5．下列说法错误的是 A．安培发现了通电导线周围存在磁场 B．法拉第发现了电磁感应现象及其规律 C．库仑通过扭秤实验研究发现了库仑定律 D．洛伦兹研究发现了运动电荷在磁场中受到的磁场力的规律 6．下列说法中正确的是（） A．奥斯特发现了电磁感应现象 B．牛顿通过理想斜面实验得出了维持运动不需要力的结论 C．玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱现象，推动了量子理论的发展 D．光照在金属板上时，金属能否发生光电效应现象与入射光的强度有关． 7．下列说法正确的是( )光的折射和全反射
高中物理—光的折射与全反射测试
2018高中物理学史(归纳整理版)
13.2 光的全反射教案
光的折射、全反射
高中物理所有物理学史资料的汇总
高中物理第四章光的折射第3节光的全反射教学案教科版选修3
第二节光的折射全反射棱镜
新课标高考高中物理学史归纳总结
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光的折射全反射
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