物理選考部分 第二章 光 電磁波 相對(duì)論 2.1 光的折射 全反射

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1、第二章光電磁波相對(duì)論第1講光的折射全反射【知識(shí)導(dǎo)圖】同一兩側(cè)比值頻率12sinsin光密介質(zhì)光疏介質(zhì)大于或等于反射光入射角折射角1n【微點(diǎn)撥】求解光的折射、全反射問題的四點(diǎn)提醒:(1)光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對(duì)而言的。同一種介質(zhì),相對(duì)于其他不同的介質(zhì),可能是光密介質(zhì),也可能是光疏介質(zhì)。(2)如果光線從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì),則無論入射角多大,都不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象。(3)光的反射和全反射現(xiàn)象,均遵循光的反射定律,光路均是可逆的。(4)當(dāng)光射到兩種介質(zhì)的界面上時(shí),往往同時(shí)發(fā)生光的折射和反射現(xiàn)象,但在全反射現(xiàn)象中,只發(fā)生反射,不發(fā)生折射?！净垩奂m錯(cuò)】(1)光的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象叫光的折射。糾錯(cuò):_。

2、(2)密度大的介質(zhì)一定是光密介質(zhì)。糾錯(cuò):_。光由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)的現(xiàn)象,叫光的折射折射率大的介質(zhì)為光密介質(zhì),密度大的介質(zhì)折射率不一定大(3)光從空氣射入玻璃時(shí),只要入射角足夠大可能發(fā)生全反射。糾錯(cuò):_。(4)在水中,紅光的傳播速度比藍(lán)光的傳播速度小。糾錯(cuò):_。光從玻璃射向空氣時(shí),才有可能發(fā)生全反射紅光的折射率小,根據(jù)v= 可知紅光的傳播速度比藍(lán)光大cn(5)在水池中同一深度的紅色和綠色小球,紅色小球看起來淺一些。糾錯(cuò):_球在水中的視深h視= ,因?yàn)榧t光的折射率最小,所以紅色球看起來較深。hn實(shí)(6)某種玻璃對(duì)藍(lán)光的折射率比紅光大,藍(lán)光和紅光以相同的入射角從空氣斜射入該玻璃中,藍(lán)光的折射角

3、較大。糾錯(cuò):_。由n= 知,以相同的入射角從空氣射入該玻璃時(shí),折射率越大,折射角越小,故藍(lán)光的折射角小12sinsin考點(diǎn)1折射定律折射率【典題探究】 【典例1】(2017全國卷)如圖,一玻璃工件的上半部是半徑為R的半球體,O點(diǎn)為球心;下半部是半徑為R、高為2R的圓柱體,圓柱體底面鍍有反射膜。有一平行于中心軸OC的光線從半球面射入,該光線與OC之間的距離為0.6R。已知最后從半球面射出的光線恰好與入射光線平行(不考慮多次反射)。求該玻璃的折射率。導(dǎo)學(xué)號(hào)04450300【解題探究】(1)求玻璃的折射率應(yīng)用到的公式是什么?提示:n= 。(2)在光折射時(shí),光路是可逆的嗎?提示:光路可逆。12sins

4、in【解析】如圖所示,根據(jù)光路的對(duì)稱性與光路的可逆性知,與入射光線相對(duì)于OC軸對(duì)稱的出射光線一定與入射光線平行,故從半球面射入的折射光線,將從圓柱體中心C點(diǎn)反射。設(shè)光線在半球面的入射角為i,折射角為r,由折射定律有:sin1=nsin2;由正弦定理有: 由幾何關(guān)系,入射點(diǎn)的法線與OC的夾角為i。設(shè)入射光線與OC的距離為L(zhǎng),由題設(shè)條件和幾何關(guān)系有:sin1= ;由以上幾式解得:sin2= 答案:1.43212sinsin()2RR LR6,n2.05 1.43205【通關(guān)秘籍】 理解折射率的六個(gè)角度:(1)公式n= 中,不論是光從真空射入介質(zhì),還是從介質(zhì)射入真空,1總是真空中的光線與法線間的夾角

5、,2總是介質(zhì)中的光線與法線間的夾角。(2)折射率由介質(zhì)本身性質(zhì)決定,與入射角的大小無關(guān)。12sinsin(3)折射率與介質(zhì)的密度沒有關(guān)系,光密介質(zhì)不是指密度大的介質(zhì),光疏介質(zhì)不是指密度小的介質(zhì)。(4)折射率的大小不僅與介質(zhì)本身有關(guān),還與光的頻率有關(guān)。同一種介質(zhì)中,頻率越大的色光折射率越大,傳播速度越小。(5)同一種色光,在不同介質(zhì)中雖然波速、波長(zhǎng)不同,但頻率相同。(6)折射率大小不僅反映了介質(zhì)對(duì)光的折射本領(lǐng),也反映了光在介質(zhì)中傳播速度的大小v= 。cn【考點(diǎn)沖關(guān)】 1.(多選)如圖所示,實(shí)線為空氣和水的分界面,一束藍(lán)光從空氣中的A點(diǎn)沿AO1方向(O1點(diǎn)在分界面上,圖中O1點(diǎn)和入射光線都未畫出)

6、射向水中,折射后通過水中的B點(diǎn)。圖中O點(diǎn)為A、B連線與分界面的交點(diǎn)。下列說法正確的是()A.O1點(diǎn)在O點(diǎn)的右側(cè)B.藍(lán)光從空氣中射入水中時(shí),速度變小C.若沿AO1方向射向水中的是一束紫光,則折射光線有可能通過B點(diǎn)正下方的C點(diǎn)D.若沿AO1方向射向水中的是一束紅光,則折射光線有可能通過B點(diǎn)正上方的D點(diǎn)E.若藍(lán)光沿AO方向射向水中,則折射光線有可能通過B點(diǎn)正上方的D點(diǎn)【解析】選B、C、D。據(jù)折射定律知,光由空氣斜射入水中時(shí)入射角大于折射角,則畫出光路圖如圖所示,知O1點(diǎn)應(yīng)在O點(diǎn)的左側(cè),故A錯(cuò)誤。光從光疏介質(zhì)(空氣)進(jìn)入光密介質(zhì)(水)中時(shí),速度變小,故B正確。紫光的折射率大于藍(lán)光,所以折射角要小于藍(lán)光

7、的,則可能通過B點(diǎn)下方的C點(diǎn),故C正確。若是紅光,折射率小于藍(lán)光,折射角大于藍(lán)光,則可能通過B點(diǎn)上方的D點(diǎn),故D正確。若藍(lán)光沿AO方向射入,據(jù)折射定律,知折射光線不能通過B點(diǎn)正上方的D點(diǎn),故E錯(cuò)誤。2.(2017全國卷)一直桶狀容器的高為2l,底面是邊長(zhǎng)為l的正方形;容器內(nèi)裝滿某種透明液體,過容器中心軸DD、垂直于左右兩側(cè)面的剖面圖如圖所示。容器右側(cè)內(nèi)壁涂有反光材料,其他內(nèi)壁涂有吸光材料。在剖面的左下角處有一點(diǎn)光源,已知由液體上表面的D點(diǎn)射出的兩束光線相互垂直,求該液體的折射率。【解析】設(shè)液體的折射率為n,依題意作出光路圖如圖: 據(jù)折射定律有nsin2=sinnsin1=sin依題意有+=90

8、據(jù)幾何關(guān)系有:sin1= 222( )22lllsin2= 聯(lián)立解得n=1.55答案:1.55 22323()22lll【加固訓(xùn)練】(多選)(2018唐山模擬)如圖所示,光在真空和介質(zhì)的界面MN上發(fā)生偏折,那么下列說法正確的是()A.光是從真空射向介質(zhì)B.介質(zhì)的折射率為1.73C.光在介質(zhì)中的傳播速度為1.73108 m/sD.反射光線與折射光線成60角E.反射光線與折射光線成90角【解析】選B、C、E。因?yàn)檎凵浣谴笥谌肷浣?所以光是從介質(zhì)射向真空的,選項(xiàng)A錯(cuò)誤。據(jù)折射率公式n= ,所以n=1.73,選項(xiàng)B正確。再由折射率n= ,代入數(shù)據(jù)得v=1.73108 m/s,選項(xiàng)C正確。反射光線與折射

9、光線成90角,選項(xiàng)D錯(cuò)誤,E正確。sin 60sin 30cv考點(diǎn)2光的全反射 【典題探究】 【典例2】(2017全國卷)如圖,一半徑為R的玻璃半球,O點(diǎn)是半球的球心,虛線OO表示光軸(過球心O與半球底面垂直的直線)。已知玻璃的折射率為1.5?，F(xiàn)有一束平行光垂直入射到半球的底面上,有些光線能從球面射出(不考慮被半球的內(nèi)表面反射后的光線)。求:導(dǎo)學(xué)號(hào)04450301(1)從球面射出的光線對(duì)應(yīng)的入射光線到光軸距離的最大值。(2)距光軸 的入射光線經(jīng)球面折射后與光軸的交點(diǎn)到O點(diǎn)的距離。R3【題眼直擊】有些光線能從球面射出還有些光線發(fā)生了_。全反射【解析】(1)如圖所示,從球面射出的光線對(duì)應(yīng)的入射光線

10、到光軸距離的最大值,這個(gè)入射光剛好發(fā)生全反射,其臨界角C的正弦sinC= ,由幾何關(guān)系可知從球面射出的光線對(duì)應(yīng)的入射光線到光軸距離的最大值dm=RsinC= R12n323(2)設(shè)距光軸 的入射光線經(jīng)球面折射后與光軸的交點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為L(zhǎng)。由幾何關(guān)系可知:R3入射角sin= ,由折射定律n= 解得sin= ,=30,由正弦定理得: 解得L= 答案: 13sinsin12LRsin150sin(30)，3 2 23 R5 3 2 23 R21R 235【遷移訓(xùn)練】 遷移1:全反射原理的實(shí)際應(yīng)用 (多選)一光纖通訊中信號(hào)傳播的主要載體是光導(dǎo)纖維,它的結(jié)構(gòu)如圖所示,可看成一段直線,其內(nèi)芯和外套的材料

11、不同,光在內(nèi)芯中傳播,下列關(guān)于光導(dǎo)纖維的說法中正確的是()A.內(nèi)芯的折射率比外套的大,光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射B.內(nèi)芯的折射率比外套的大,光傳播時(shí)在外套與外界的界面上發(fā)生全反射C.波長(zhǎng)越長(zhǎng)的光在光纖中傳播的速度越大D.頻率越大的光在光纖中傳播的速度越大E.若紫光以如圖所示角度入射時(shí),恰能在光纖中發(fā)生全反射,則改用紅光以同樣角度入射時(shí),不能在光纖中發(fā)生全反射【解析】選A、C、E。當(dāng)內(nèi)芯的折射率比外套的大時(shí),光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上才能發(fā)生全反射,故A正確,B錯(cuò)誤;波長(zhǎng)越長(zhǎng)的光,頻率越小,介質(zhì)對(duì)它的折射率n越小,根據(jù)公式v= ,光在光纖中傳播的速度越大,故C正確,D錯(cuò)誤;根據(jù)si

12、nC= 知,折射率越大,全反射臨界角越小,紅光的折射率小,則全反射臨界角大,若紫光恰能發(fā)生全反射,則紅光不能發(fā)生全反射,故E正確。cn1n遷移2:應(yīng)用全反射原理求入射角或折射角某工件由三棱柱和 圓柱兩個(gè)相同透明玻璃材料組成,其截面如圖所示。ABC為直角三角形,ABC=30, 圓的半徑為R,CE貼緊AC。一束單色平行光沿著截面從AB邊射入工件后垂直CE進(jìn)入 圓柱,該玻璃材料對(duì)該光的折射率為n= 。1414142(1)求該平行光進(jìn)入AB界面時(shí)的入射角。(2)若要使到達(dá)CD面的光線都能從CD面直接折射出,該 圓柱至少要沿AC方向向上移動(dòng)多大距離?14【解析】(1)光路如圖,光線在BC界面發(fā)生反射后垂

13、直CE進(jìn)入 圓柱,由折射定律有 ,由幾何關(guān)系可知光線在BC界面的入射角=60,在AB界面的折射角=30解得=45。14sinsin(2)設(shè)該光全反射臨界角為,則 =n,解得=45,光線在CD面的入射角為45,是光線能直接折射出來的臨界情況,則該 圓柱至少要上移的距離d=R-Rsin = R。答案:(1)45(2) R1sin14222222遷移3:應(yīng)用全反射原理求極值如圖,一透明半圓柱體折射率為n= ,半徑為R、長(zhǎng)為L(zhǎng)。一平行光束從半圓柱體的矩形表面垂直射入,從部分柱面有光線射出。求該部分柱面的面積S。 2【解析】半圓柱體的橫截面如圖所示,OO為半圓的半徑。設(shè)從A點(diǎn)入射的光線在B點(diǎn)處恰好滿足全

14、反射條件,由折射定律有sin= 式中,為全反射臨界角將n= 代入解得,= 由幾何關(guān)系得OOB=1n24S=2RLOOB代入題給條件得 S= RL答案: RL22【通關(guān)秘籍】 1.解決全反射問題五步走:(1)確定光是從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)。(2)應(yīng)用sinC= 確定臨界角。(3)根據(jù)題設(shè)條件,判定光在傳播時(shí)是否發(fā)生全反射。(4)如發(fā)生全反射,畫出入射角等于臨界角時(shí)的臨界光路圖。1n(5)運(yùn)用幾何關(guān)系或三角函數(shù)關(guān)系以及反射定律等進(jìn)行分析、判斷、運(yùn)算,解決問題。2.求解全反射現(xiàn)象中光的傳播時(shí)間的三個(gè)注意事項(xiàng):(1)全反射現(xiàn)象中,光在同種均勻介質(zhì)中的傳播速度不發(fā)生變化,即v= 。(2)全反射現(xiàn)象中,光

15、的傳播路程應(yīng)結(jié)合光路圖與幾何關(guān)系進(jìn)行確定。(3)利用t= 求解光的傳播時(shí)間。cnvl【加固訓(xùn)練】半徑為R、介質(zhì)折射率為n的透明圓柱體,過其軸線OO的截面如圖所示。位于截面所在平面內(nèi)的一細(xì)束光線,以角i0由O點(diǎn)入射,折射光線由上邊界的A點(diǎn)射出。當(dāng)光線在O點(diǎn)的入射角減小至某一值時(shí),折射光線在上邊界的B點(diǎn)恰好發(fā)生全反射。求A、B兩點(diǎn)間的距離?！窘馕觥慨?dāng)光線在O點(diǎn)的入射角為i0時(shí),設(shè)折射角為r0,由折射定律得 =n00sinisinr設(shè)A點(diǎn)與左端面的距離為dA,由幾何關(guān)系得sinr0= 若折射光線恰好發(fā)生全反射,則在B點(diǎn)的入射角恰好為臨界角C,設(shè)B點(diǎn)與左端面的距離為dB,由折射定律得sinC= 由幾何

16、關(guān)系得22ARdR1nsinC= 設(shè)A、B兩點(diǎn)間的距離為d,可得d=dB-dA聯(lián)立式得d= 答案: B22BddR22020nsin i1()Rsinin122020nsin i1()Rsinin1考點(diǎn)3光的色散及光路控制問題 【典題探究】 【典例3】(2015重慶高考)虹和霓是太陽光在水珠內(nèi)分別經(jīng)過一次和兩次反射后出射形成的,可用白光照射玻璃球來說明。兩束平行白光照射到透明玻璃球后,在水平的白色桌面上會(huì)形成MN和PQ兩條彩色光帶,光路如圖所示。M、N、P、Q點(diǎn)的顏色分別為()導(dǎo)學(xué)號(hào)04450302 A.紫、紅、紅、紫B.紅、紫、紅、紫C.紅、紫、紫、紅D.紫、紅、紫、紅【解析】選A。因?yàn)椴Ａ?/p>

17、對(duì)紅光的折射率最小,對(duì)紫光的折射率最大,所以由題圖可知,M、N、P、Q點(diǎn)的顏色分別為紫、紅、紅、紫,故選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B、C、D錯(cuò)誤。【通關(guān)秘籍】 1.平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對(duì)光路的控制:類別類別項(xiàng)目項(xiàng)目平行玻璃平行玻璃磚磚三棱鏡三棱鏡圓柱體圓柱體( (球球) )結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)玻璃磚上玻璃磚上下下表面是平表面是平行行的的橫截面橫截面為三角為三角形形橫截面是圓橫截面是圓類別類別項(xiàng)目項(xiàng)目平行玻璃平行玻璃磚磚三棱鏡三棱鏡圓柱體圓柱體( (球球) )對(duì)光線對(duì)光線的作用的作用 通過平行通過平行玻璃磚的玻璃磚的光線不改光線不改變傳播方變傳播方向向, ,但要但要發(fā)生側(cè)移發(fā)生側(cè)移 通過三棱通過三棱鏡的光線

18、鏡的光線經(jīng)兩次折經(jīng)兩次折射后射后, ,出射出射光線向棱光線向棱鏡底邊偏鏡底邊偏折折 圓界面的圓界面的法線是過法線是過圓心的直圓心的直線線, ,經(jīng)過兩經(jīng)過兩次折射后次折射后向圓心偏向圓心偏折折類別類別項(xiàng)目項(xiàng)目平行玻璃平行玻璃磚磚三棱鏡三棱鏡圓柱體圓柱體( (球球) )應(yīng)用應(yīng)用測(cè)定玻璃測(cè)定玻璃的折射率的折射率全反射全反射棱鏡棱鏡, ,改改變光的變光的傳播方傳播方向向改變光的傳改變光的傳播方向播方向2.各種色光的比較:顏色顏色紅橙黃綠藍(lán)靛紫紅橙黃綠藍(lán)靛紫頻率頻率低低高高同一介質(zhì)中的折同一介質(zhì)中的折射率射率小小大大同一介質(zhì)中的速同一介質(zhì)中的速度度大大小小波長(zhǎng)波長(zhǎng)大大小小臨界角臨界角大大小小【考點(diǎn)沖關(guān)】

19、 1.(多選)(2018昆明模擬)如圖所示,一束光斜射向厚度為d的矩形玻璃磚,經(jīng)它折射后射出a、b兩束光線,則下列說法正確的是()A.玻璃磚對(duì)a光的折射率小于對(duì)b光的折射率B.在真空中,a光的波長(zhǎng)小于b光的波長(zhǎng)C.在玻璃中,a光的傳播速率大于b光的傳播速度D.從玻璃磚底邊射出的a、b光傳播方向不平行E.如果只將玻璃磚的厚度d減半,那么從玻璃磚底邊射出的a、b光線間的距離將減小【解析】選A、C、E。a光的偏折程度小,折射率小,故A正確;在真空中,折射率小的光波長(zhǎng)長(zhǎng),故B錯(cuò)誤;在玻璃中v= ,知a光的傳播速度較大,C正確;根據(jù)平行玻璃磚對(duì)光的控制作用,知出射光與入射光平行,D錯(cuò)誤;當(dāng)玻璃磚的厚度減

20、半時(shí),a、b兩出射光的間距也會(huì)減小,E正確。cn2.(多選)如圖所示,真空中有一個(gè)半徑為R、質(zhì)量分布均勻的玻璃球。頻率為f的激光束在真空中沿直線BC傳播,在C點(diǎn)經(jīng)折射進(jìn)入玻璃球,并在玻璃球表面的D點(diǎn)經(jīng)折射進(jìn)入真空中,已知COD=120,玻璃球?qū)υ摷す獾恼凵渎蕿?,則下列說法中正確的是(設(shè)c為真空中的光速)()3A.激光束的入射角i=60B.改變?nèi)肷浣莍的大小,激光束可能在玻璃球的內(nèi)表面發(fā)生全反射C.激光束在射入玻璃球后,頻率變小D.此激光束在玻璃中的波長(zhǎng)為 E.從C點(diǎn)射入玻璃球的激光束,在玻璃球中不經(jīng)反射傳播的最長(zhǎng)時(shí)間為 3c3f2 3Rc【解析】選A、D、E。由圖可知折射角=30,則 所以s

21、in i= ,i=60,選項(xiàng)A正確;當(dāng)入射角i90時(shí),折射角均小于臨界角,根據(jù)幾何知識(shí)可知光線在D點(diǎn)的入射角不可能大于臨界角,所以在D點(diǎn)不可能發(fā)生全反射,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;光的頻率由光源決定,與介質(zhì)無關(guān),所以光穿越玻璃球時(shí)頻率不變,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;此激光束在sin i3sin 30。32玻璃中的波速為v= ,由v=f得此激光在玻璃中的波長(zhǎng)為= ,選項(xiàng)D正確;從C點(diǎn)射入玻璃球的激光束,在玻璃球中不經(jīng)反射傳播的最長(zhǎng)路程為s=2R,則最長(zhǎng)時(shí)間為t= ,選項(xiàng)E正確。cnvc3cfnf3fs2R2 3Rcvc3【加固訓(xùn)練】(多選)如圖所示,截面為ABC的玻璃直角三棱鏡放置在空氣中,寬度均為d的紫、紅兩束光垂直照射

22、三棱鏡的一個(gè)直角邊AB,在三棱鏡的另一側(cè)放置一平行于AB邊的長(zhǎng)光屏,屏的距離遠(yuǎn)近可調(diào),在屏上出現(xiàn)紫、紅兩條光帶,則()A.可能紫色光帶在上,紅色光帶在下,紫色光帶較寬B.可能紫色光帶在下,紅色光帶在上,紫色光帶較寬C.可能紅色光帶在上,紫色光帶在下,紅色光帶較寬D.可能紅色光帶在下,紫色光帶在上,紅色光帶較寬E.紫色光在玻璃中傳播速度小于紅光【解析】選C、D、E。兩束光垂直直角邊AB射入玻璃時(shí)方向不變,射到斜邊AC時(shí)入射角相同。由于玻璃對(duì)紫光的折射率大于紅光的折射率,根據(jù)折射定律得知,從AC邊射出后,紫光的折射角大于紅光的折射角,紫光與光屏的夾角小于紅光與光屏的夾角,當(dāng)光屏與玻璃直角三棱鏡距離

23、較近時(shí),紫色光帶在上,紅色光帶在下,紫光較窄,紅光較寬。當(dāng)光屏與玻璃直角三棱鏡距離較遠(yuǎn)時(shí),紫色光帶在下,紅色光帶在上,由于從AC邊射出后,紫光的折射角大于紅光的折射角,紫光與光屏的夾角小于紅光與光屏的夾角,紫光較窄,紅光較寬。故A、B錯(cuò)誤,C、D正確;因紫光的折射率大于紅光,根據(jù)v= 可知,紫光在玻璃中的傳播速度小于紅光,故E正確。cn考點(diǎn)4實(shí)驗(yàn):測(cè)定玻璃的折射率 【典題探究】 【典例4】(2018鄭州模擬)(1)幾位同學(xué)做“用插針法測(cè)定玻璃折射率”實(shí)驗(yàn),圖示直線aa、bb表示在白紙上畫出的玻璃磚的兩個(gè)界面。幾位同學(xué)進(jìn)行了如下操作:A.甲同學(xué)選定的玻璃磚兩個(gè)光學(xué)面aa與bb不平行,其他操作正確

24、B.乙同學(xué)在白紙上正確畫出平行玻璃磚的兩個(gè)界面aa和bb后,將玻璃磚向aa方向平移了少許,其他操作正確C.丙同學(xué)在白紙上畫aa、bb兩界面時(shí),其間距比平行玻璃磚兩光學(xué)面的間距稍微大些,其他操作正確上述幾位同學(xué)的操作,對(duì)玻璃折射率的測(cè)定結(jié)果沒有影響的是_(填寫選項(xiàng)前的字母)。 (2)在用插針法測(cè)玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中,已確定好入射方向AO,插了兩枚大頭針P1和P2,如圖所示(是三條直線)。在以后的操作說法中你認(rèn)為正確的是_。 A.在bb側(cè)調(diào)整觀察視線,另兩枚大頭針P3和P4可能插在線上B.保持O點(diǎn)不動(dòng),減小入射角,在bb側(cè)調(diào)整觀察視線,另兩枚大頭針P3和P4可能插在線上C.保持O點(diǎn)不動(dòng),增大入射角

25、,在bb側(cè)調(diào)整觀察視線,看不清P1和P2的像,這可能是光在bb側(cè)面發(fā)生全反射【解析】(1)甲同學(xué)選定的玻璃磚兩個(gè)光學(xué)面aa和bb不平行,不會(huì)影響入射角和折射角的確定;乙同學(xué)將玻璃磚向aa方向平移了少許,直線aa、bb之間的距離仍然等于玻璃磚的厚度,入射角和折射角的大小不變;丙同學(xué)在白紙上畫aa和bb間距比平行玻璃磚兩光學(xué)面的間距稍微大些,使畫出的入射點(diǎn)向左移,出射點(diǎn)向右移,所畫的折射角比實(shí)際值大,算得的折射率將偏小。(2)由折射定律得知,光線通過平行玻璃磚后向一側(cè)發(fā)生側(cè)移,由于光線在上表面折射時(shí),折射角小于入射角,則出射光線向一側(cè)偏移,如圖,故另兩枚大頭針P3和P4不可能插在線上,故A錯(cuò)誤。若

26、保持O點(diǎn)不動(dòng),減小入射角,折射角也減小,另外兩枚大頭針P3和P4可能插在線上,故B正確。若保持O點(diǎn)不動(dòng),增大入射角,在bb側(cè)調(diào)整觀察視線,看不清P1和P2的像,反射光增強(qiáng),折射光線減弱,根據(jù)光路可逆性原理得知,光線不可能在bb 界面發(fā)生全反射,故C錯(cuò)誤。答案:(1)A、B(2)B【通關(guān)秘籍】 1.實(shí)驗(yàn)步驟:(1)鋪白紙、畫線。如圖所示,將白紙用圖釘按在繪圖板上,先在白紙上畫出一條直線aa作為界面,過aa上的一點(diǎn)O畫出界面的法線NN,并畫一條線段AO作為入射光線。 把平行玻璃磚平放在白紙上,使它的邊長(zhǎng)跟aa對(duì)齊,畫出玻璃磚的另一條長(zhǎng)邊bb。(2)插針與測(cè)量。在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、

27、P2,透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像,調(diào)整視線的方向,直到P1的像被P2擋住,再在觀察的這一側(cè)依次插兩枚大頭針P3、P4,使P3擋住P1、P2的像,P4擋住P1、P2的像及P3,記下P3、P4的位置。移去玻璃磚連接P3、P4并延長(zhǎng)交bb于O,連接OO即為折射光線,入射角1=AON,折射角2=OON。用量角器測(cè)出入射角和折射角,查出它們的正弦值。改變?nèi)肷浣?,重復(fù)實(shí)驗(yàn),記錄相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)。2.數(shù)據(jù)處理:(1)計(jì)算法:用量角器測(cè)量入射角1和折射角2,并查出其正弦值sin1和sin2。算出不同入射角時(shí)的 ,并取平均值。12sinsin(2)作sin1-sin2圖象:改變不同的入射角1,測(cè)出不同的折

28、射角2,作sin1-sin2圖象,由n= 可知圖象應(yīng)為直線,如圖所示,其斜率就是玻璃折射率。12sinsin(3)“單位圓法”確定sin1、sin2,計(jì)算折射率n。以入射點(diǎn)O為圓心,以一定長(zhǎng)度R為半徑畫圓,交入射光線OA于E點(diǎn),交折射光線OO于E點(diǎn),過E作NN的垂線EH,過E作NN的垂線EH。如圖所示,sin1= ,sin2= ,OE=OE=R,則n= 。只要用刻度尺測(cè)出EH、EH的長(zhǎng)度就可以求出n。EHOEEHOE 12sinEHsinEH 【考點(diǎn)沖關(guān)】 1.(2016四川高考)某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定半圓形玻璃磚的折射率n。如圖甲所示,O是圓心,MN是法線,AO、BO分別表示某次測(cè)量時(shí)光線在空氣

29、和玻璃磚中的傳播路徑。該同學(xué)測(cè)得多組入射角i和折射角r,作出sini-sinr圖象如圖乙所示。則()導(dǎo)學(xué)號(hào)04450303A.光由A經(jīng)O到B,n=1.5B.光由B經(jīng)O到A,n=1.5C.光由A經(jīng)O到B,n=0.67D.光由B經(jīng)O到A,n=0.67【解析】選B。由圖象可得:sinisinr,則 ir,所以光線從玻璃射入空氣折射,即光由B經(jīng)O到A。根據(jù)折射定律得 由圖象得: 所以可得,n=1.5,故B正確,A、C、D錯(cuò)誤。sini1sinrnsini0.61sinr0.9 1.52.在“測(cè)玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)中:(1)為了取得較好的實(shí)驗(yàn)效果,A.必須選用上下表面平行的玻璃磚; B.選擇的入射角應(yīng)盡量

30、小些;C.大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上;D.大頭針P1和P2及P3和P4之間的距離適當(dāng)大些。其中正確的是_。 (2)甲同學(xué)在畫界面時(shí),不小心將兩界面aa和bb間距畫得比玻璃磚寬度大些,如圖1所示,則他測(cè)得的折射率_(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。 (3)乙同學(xué)在量入射角和折射角時(shí),由于沒有量角器,在完成了光路圖以后,以O(shè)點(diǎn)為圓心,OA為半徑畫圓,交OO延長(zhǎng)線于C點(diǎn),過A點(diǎn)和C點(diǎn)作垂直法線的直線分別交于B點(diǎn)和D點(diǎn),如圖2所示,則他只需要測(cè)量_ _,就可求出玻璃的折射率n=_。 【解析】(1)選C、D。用插針法測(cè)定折射率時(shí),玻璃磚上下表面不一定要平行,故A錯(cuò)誤;為了減小測(cè)量的相對(duì)誤差,選擇的入射角

31、應(yīng)盡量大些,可減小相對(duì)誤差,效果會(huì)更好,故B錯(cuò)誤;為了準(zhǔn)確確定入射光線和折射光線,大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上,故C正確;大頭針P1和P2及P3和P4之間的距離適當(dāng)大些時(shí),相同的距離誤差,引起的角度誤差會(huì)減小,效果會(huì)好些,故D正確。(2)如圖,實(shí)線是真實(shí)的光路圖,虛線是玻璃磚寬度畫大后的光路圖,由圖看出,在這種情況測(cè)得的入射角不受影響,但測(cè)得的折射角比真實(shí)的折射角偏大,根據(jù)折射定律n= 可知,測(cè)得的折射率偏小。sinisinr(3)根據(jù)折射定律得,n= 可知需要測(cè)量AB、CD的距離,折射率為 n= 。答案:(1)C、D(2)偏小(3)AB、CD的距離 ABsin AOBABAOsin DOCDCD

32、CCO，ABDCABDC【加固訓(xùn)練】用三棱鏡做測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)。先在白紙上放好三棱鏡,在棱鏡的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2,然后在棱鏡的另一側(cè)觀察,調(diào)整視線使P1的像被P2的像擋住。接著在眼睛所在的一側(cè)插兩枚大頭針P3、P4,使P3擋住P1、P2的像,P4擋住P3和P1、P2的像,在紙上標(biāo)出的大頭針位置和三棱鏡輪廓如圖所示。(1)在圖上畫出所需的光路。(2)為了測(cè)出棱鏡玻璃的折射率,需要測(cè)量的量是_,在圖上標(biāo)出它們。(3)計(jì)算折射率的公式是n=_【解析】(1)如圖所示,畫出通過P1、P2的入射光線,交AC面于O,畫出通過P3、P4的出射光線交AB面于O。連接OO,則光線OO就是入射光線P1P2在三棱鏡中的折射光線。(2)在所畫的圖上注明入射角1和折射角2,并畫出虛線部分。方法一:用量角器量出1和2。方法二:用直尺測(cè)出線段EF、OE、GH、OG的長(zhǎng)度。方法三:以入射點(diǎn)O為圓心,以適當(dāng)長(zhǎng)R為半徑畫圓,交入射光線于I,交折射光線(或折射光線的延長(zhǎng)線)于J,過I、J兩點(diǎn)分別向法線NN作垂線交法線于I、J點(diǎn)。用直尺量出II和JJ的長(zhǎng)。(3)方法一: 方法二:因?yàn)?則 12sinnsin12EFGHsinsinOEOG ，EFEFOGOEnGHOEGHOG。方法三:因?yàn)?答案:見解析12IIJJIIsinsinnRRJJ ，則