(通用版)2021版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第14章 振動(dòng) 波動(dòng) 光 電磁波 相對(duì)論 第3節(jié) 光的折射 全反射 光的色散教學(xué)案
《(通用版)2021版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第14章 振動(dòng) 波動(dòng) 光 電磁波 相對(duì)論 第3節(jié) 光的折射 全反射 光的色散教學(xué)案》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《(通用版)2021版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第14章 振動(dòng) 波動(dòng) 光 電磁波 相對(duì)論 第3節(jié) 光的折射 全反射 光的色散教學(xué)案(16頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、第3節(jié) 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(如圖所示) (1)內(nèi)容:折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi),折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè);入射角的正弦與折射角的正弦成正比。 (2)表達(dá)式:=n12,式中n12是比例常數(shù)。 (3)在光的折射現(xiàn)象中,光路是可逆的。 2.折射率 (1)物理意義:折射率僅反映介質(zhì)的光學(xué)特性,折射率大,說(shuō)明光從真空射入到該介質(zhì)時(shí)偏折大,反之偏折小。 (2)定義式:n=, (3)計(jì)算公式:n=,因?yàn)関<c,所以任何介質(zhì)的折射率都大于1。 二、光的全反射和光的色散 1.全反射 (1)條件: ①光從光密
2、介質(zhì)射入光疏介質(zhì)。 ②入射角大于或等于臨界角。 (2)臨界角:折射角等于90°時(shí)的入射角,用C表示,sin C=。 (3)應(yīng)用: ①全反射棱鏡。 ②光導(dǎo)纖維,如圖所示。 2.光的色散 (1)光的色散現(xiàn)象:含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象。 (2)光譜:含有多種顏色的光被分解后,各種色光按其波長(zhǎng)有序排列。 (3)光的色散現(xiàn)象說(shuō)明: ①白光為復(fù)色光; ②同一介質(zhì)對(duì)不同色光的折射率不同,頻率越大的色光折射率越大; ③不同色光在同一介質(zhì)中的傳播速度不同,波長(zhǎng)越短,波速越慢。 1.思考辨析(正確的畫“√”,錯(cuò)誤的畫“×”) (1)某種玻璃對(duì)藍(lán)光的折射率比紅光大,藍(lán)
3、光和紅光以相同的入射角從空氣斜射入該玻璃中,藍(lán)光的折射角較大。 (×) (2)在水中,藍(lán)光的傳播速度大于紅光的傳播速度。 (×) (3)在潛水員看來(lái),岸上的所有景物都出現(xiàn)在一個(gè)倒立的圓錐里。 (√) (4)光從空氣射入玻璃時(shí),只要入射角足夠大就可能發(fā)生全反射。 (×) (5)光纖通信利用了全反射的原理。 (√) (6)晚上,在池水中同一深度的兩點(diǎn)光源分別發(fā)出紅光和藍(lán)光,藍(lán)光光源看起來(lái)淺一些。 (√) 2.(多選)下列光線由空氣射入半圓形玻璃磚,或者由玻璃磚射入空氣的光路圖中,正確的是(玻璃的折射率為1.5)( ) A B C D E BDE [光由
4、空氣進(jìn)入玻璃時(shí),折射角小于入射角,A圖錯(cuò)誤,B圖正確;光由玻璃進(jìn)入空氣時(shí),發(fā)生全反射的臨界角sin C==,sin 45°=>,將發(fā)生全反射,C圖錯(cuò)誤,D圖正確;sin 30°=<,不會(huì)發(fā)生全反射,E圖正確。] 3.(多選)關(guān)于光的傳播現(xiàn)象及應(yīng)用,下列說(shuō)法正確的是( ) A.一束白光通過(guò)三棱鏡后形成了彩色光帶是光的色散現(xiàn)象 B.光導(dǎo)纖維絲內(nèi)芯材料的折射率比外套材料的折射率大 C.海面上的海市蜃樓將呈現(xiàn)倒立的像,位置在實(shí)物的上方,又稱上現(xiàn)蜃景 D.一束色光從空氣進(jìn)入水中,波長(zhǎng)將變短,色光的顏色也將發(fā)生變化 E.一束白光從空氣斜射進(jìn)入水中,也將發(fā)生色散 ABE [一束白光通過(guò)三棱鏡
5、后形成了彩色光帶是光的色散現(xiàn)象,A正確;由全反射的條件可知,內(nèi)芯材料的折射率比外套材料的折射率要大,故B正確;海市蜃樓將呈現(xiàn)正立的像,位置在實(shí)物的上方,又稱上現(xiàn)蜃景,C錯(cuò)誤;色光進(jìn)入水中,光的頻率不變,顏色不變,D錯(cuò)誤;白光斜射入水中,由于水對(duì)不同色光的折射率不同,各種色光將分開(kāi),故E正確。] 4.(2019·安慶二模)在陽(yáng)光的照射下,充滿霧氣的瀑布上方常會(huì)出現(xiàn)美麗的彩虹,彩虹是太陽(yáng)光射入球形水珠經(jīng)折射、內(nèi)反射、再折射后形成的,其光線傳播路徑如圖所示,圖中的圓面代表水珠過(guò)球心的截面,太陽(yáng)光平行截面射入球形水珠后,最后出射光線a、b分別代表兩種不同顏色的光線,則水珠對(duì)a、b兩束光折射率的大小關(guān)
6、系是na________nb;a、b兩種光在水珠內(nèi)傳播速度大小關(guān)系是va________vb。(均填“>”或“<”)
[解析] 由題圖可知當(dāng)復(fù)色光a、b沿同一方向射入水珠時(shí)會(huì)發(fā)生色散現(xiàn)象,光線a偏折較大,故na>nb;根據(jù)n=可知a光折射率較大,其速度較小,故va
7、______m的遮光膜。 [解析] 根據(jù)題意畫出光路圖,如圖所示。 BF=10 m,CD=4 m,AB=1.5 m,EF=6 m,由幾何關(guān)系知OB=2 m,OD=3 m,OA=2.5 m,OC=5 m,則水的折射率n==;若在水面上各處都看不到該光,則發(fā)生了全反射,sin C==,設(shè)遮光膜半徑為R,tan C=,解得R= m<5 m,所以遮光膜的最小直徑為 m= m。 [答案] 折射定律和折射率的理解及應(yīng)用 [講典例示法] 1.對(duì)折射率的理解 (1)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=。 (2)折射率的大小不僅與介質(zhì)本身有關(guān),
8、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。 (3)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。 2.光路的可逆性 在光的折射現(xiàn)象中,光路是可逆的。如果讓光線逆著原來(lái)的折射光線射到界面上,光線就會(huì)逆著原來(lái)的入射光線發(fā)生折射。 [典例示法] 如圖所示,在注滿水的游泳池的池底有一點(diǎn)光源A,它到池邊的水平距離為3.0 m。從點(diǎn)光源A射向池邊的光線AB與豎直方向的夾角恰好等于全反射的臨界角,水的折射率為。 (1)求池內(nèi)的水深; (2)一救生員坐在離池邊不遠(yuǎn)處的高凳上,他的眼睛到池面的高度為2.0 m。當(dāng)他看到正前下方的點(diǎn)光源A時(shí),他的眼睛所接收的
9、光線與豎直方向的夾角恰好為45°。求救生員的眼睛到池邊的水平距離(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)。 思路點(diǎn)撥:解此題的關(guān)鍵是根據(jù)題意畫出光路圖,并結(jié)合幾何關(guān)系分析計(jì)算。 [解析] (1)光由A射向B恰好發(fā)生全反射,光路如圖甲所示。 甲 則sin θ=,得sin θ= 又|AO|=3 m,由幾何關(guān)系可得:|AB|=4 m,|BO|= m,所以水深 m。 (2)光由A點(diǎn)射入救生員眼中光路圖如圖乙所示。 乙 由折射定律有n= 可知sin α= tan α== 設(shè)|BE|=x,由幾何關(guān)系得 tan α==。 代入數(shù)據(jù)得x= m≈1.3 m, 由幾何關(guān)系得,救生員到池邊的水平
10、距離為|BC|=2 m-x≈0.7 m。 [答案] (1) m (2)0.7 m 解決光的折射問(wèn)題的思路 (1)根據(jù)題意畫出正確的光路圖。 (2)利用幾何關(guān)系確定光路中的邊、角關(guān)系,要注意入射角、折射角均以法線為標(biāo)準(zhǔn)。 (3)利用折射定律、折射率公式求解。 (4)注意:在折射現(xiàn)象中光路是可逆的。 [跟進(jìn)訓(xùn)練] 折射現(xiàn)象分析 1.(多選)如圖所示,MN是介質(zhì)1和介質(zhì)2的分界面,介質(zhì)1、2的絕對(duì)折射率分別為n1、n2,一束細(xì)光束從介質(zhì)1射向介質(zhì)2中,測(cè)得θ1=60°,θ2=30°,根據(jù)你所學(xué)的光學(xué)知識(shí)判斷下列說(shuō)法正確的是( ) A.介質(zhì)2相對(duì)介質(zhì)1的相對(duì)折射
11、率為 B.光在介質(zhì)2中的傳播速度小于光在介質(zhì)1中的傳播速度 C.介質(zhì)1相對(duì)介質(zhì)2來(lái)說(shuō)是光密介質(zhì) D.光從介質(zhì)1進(jìn)入介質(zhì)2可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 E.光從介質(zhì)1進(jìn)入介質(zhì)2,光的波長(zhǎng)變短 ABE [光從介質(zhì)1射入介質(zhì)2時(shí),入射角與折射角的正弦之比叫作介質(zhì)2相對(duì)介質(zhì)1的相對(duì)折射率,所以有n21==,選項(xiàng)A正確;因介質(zhì)2相對(duì)介質(zhì)1的相對(duì)折射率為,可以得出介質(zhì)2的絕對(duì)折射率大,因n=,所以光在介質(zhì)2中的傳播速度小于光在介質(zhì)1中的傳播速度,選項(xiàng)B正確;介質(zhì)2相對(duì)介質(zhì)1來(lái)說(shuō)是光密介質(zhì),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí),有可能發(fā)生全反射現(xiàn)象,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;光從介質(zhì)1進(jìn)入介質(zhì)2,光的頻率不變,速度變小
12、,由v=λf可知,光的波長(zhǎng)變短,選項(xiàng)E正確。] 折射率的計(jì)算 2.如圖所示,直角邊AC長(zhǎng)度為d的直角棱鏡ABC置于桌面上,D為斜邊BC的中點(diǎn),桌面上的S點(diǎn)發(fā)射一條光線經(jīng)D點(diǎn)折射后,垂直于AB邊射出。已知SC=CD,光線通過(guò)棱鏡的時(shí)間t=,c為真空中光速,不考慮反射光線。求: (1)棱鏡的折射率n。 (2)入射光線與界面BC間的夾角。 [解析] (1)光路如圖所示,E是光線在AB邊的射出點(diǎn),設(shè)光線通過(guò)棱鏡的速度為v,則 DE=d, 即vt=d 結(jié)合n= 解得:n=。 (2)光線射到界面BC,設(shè)入射角為i,折射角為r,則有: i=-θ r=-2θ 根據(jù)折射定律有
13、:n= 解得:θ=30°。 [答案] (1) (2)30° 光的折射、全反射的綜合 [講典例示法] 1.分析綜合問(wèn)題的基本思路 (1)判斷光線是從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)還是從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)。 (2)判斷入射角是否大于等于臨界角,明確是否發(fā)生全反射現(xiàn)象。 (3)畫出反射、折射或全反射的光路圖,必要時(shí)還可應(yīng)用光路的可逆原理畫出光路圖,然后結(jié)合幾何知識(shí)進(jìn)行推斷和求解相關(guān)問(wèn)題。 (4)折射率n是討論折射和全反射問(wèn)題的重要物理量,是聯(lián)系各物理量的橋梁,應(yīng)熟練掌握跟折射率有關(guān)的所有關(guān)系式。 2.求光的傳播時(shí)間的一般思路 (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
14、化,即v=。 (2)全反射現(xiàn)象中,光的傳播路程應(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。 [典例示法] (2018·全國(guó)卷Ⅱ)如圖所示,△ABC是一直角三棱鏡的橫截面,∠A=90°,∠B=60°。一細(xì)光束從BC邊的D點(diǎn)折射后,射到AC邊的E點(diǎn),發(fā)生全反射后經(jīng)AB邊的F點(diǎn)射出。EG垂直于AC交BC于G,D恰好是CG的中點(diǎn)。不計(jì)多次反射。 (1)求出射光相對(duì)于D點(diǎn)的入射光的偏角; (2)為實(shí)現(xiàn)上述光路,棱鏡折射率的取值應(yīng)在什么范圍? 思路點(diǎn)撥:(1)根據(jù)題設(shè)條件,判定光在傳播時(shí)是否發(fā)生全反射,畫出入射角等于臨界角時(shí)的臨界光路圖。 (2)運(yùn)用幾何關(guān)系或三角函
15、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(wèn)題。 [解析] (1)光線在BC面上折射,由折射定律有sin i1=nsin r1 ① 式中,n為棱鏡的折射率,i1和r1分別是該光線在BC面上的入射角和折射角。光線在AC面上發(fā)生全反射,由反射定律有 i2=r2 ② 式中i2和r2分別是該光線在AC面上的入射角和反射角。 光線在AB面上發(fā)生折射,由折射定律有 nsin i3=sin r3 ③ 式中i3和r3分別是該光線在AB面上的入射角和折射角。 由幾何關(guān)系得 i2=r2=60°,r1=i3=30° ④ F點(diǎn)的出射光相對(duì)于D點(diǎn)的入射光的偏角為 δ=(r1-i1)+(18
16、0°-i2-r2)+(r3-i3) ⑤ 由①②③④⑤式得 δ=60°。 ⑥ (2)光線在AC面上發(fā)生全反射,光線在AB面上不發(fā)生全反射,有 nsin i2≥nsin C>nsin i3 ⑦ 式中C是全反射臨界角,滿足 nsin C=1 ⑧ 由④⑦⑧式知,棱鏡的折射率n的取值范圍應(yīng)為 ≤n<2。 ⑨ [答案] (1)60° (2)≤n<2 求解全反射現(xiàn)象中光的傳播時(shí)間的技巧 (1)準(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)生全反射的臨界光線是解題的關(guān)鍵。 (2)光的傳播路程應(yīng)結(jié)合光路圖與幾何關(guān)系進(jìn)行確定,所以作光路圖時(shí)應(yīng)盡量與實(shí)際相符。 (3)光在同種均勻介質(zhì)中的傳播速度不發(fā)生變化,即v=
17、。 (4)利用t=求解光的傳播時(shí)間。 [跟進(jìn)訓(xùn)練] 全反射現(xiàn)象的應(yīng)用 1.(多選)一光纖通信中信號(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)芯和外套的材料不同,光在內(nèi)芯中傳播,下列關(guān)于光導(dǎo)纖維的說(shuō)法正確的是( ) 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 AC
18、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,故選項(xiàng)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,故選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤;根據(jù)sin C=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,故選項(xiàng)E正確。] 光的折射和全反射的綜合計(jì)算 2.(2019·唐山一模)如圖所示,內(nèi)徑為R、外徑為R′=R的環(huán)狀玻璃磚的圓心為O,折射率為n=。一束平行于對(duì)稱軸O′O的光線由A點(diǎn)進(jìn)入玻璃磚,到達(dá)B點(diǎn)(未標(biāo)出)剛好發(fā)生全反射。求: (1)玻璃磚的臨界角
19、; (2)A點(diǎn)處光線的入射角和折射角。 [解析] (1)由題給條件畫出光路圖,如圖所示,因在B點(diǎn)剛好發(fā)生全反射,則 sin C== 得C=45°。 (2)在△OAB中,OA=R,OB=R,由正弦定律得 = 得sin r=,r=30° 由=n 得i=45°。 [答案] (1)45° (2)45° 30° 3.如圖為三棱柱形棱鏡的橫截面,該橫截面為直角邊為d=1 m的等腰直角三角形。一細(xì)光束由AB面斜射入,并逐漸調(diào)節(jié)入射角及入射點(diǎn)的位置,使細(xì)光束經(jīng)AB面折射后直接射到AC面,且當(dāng)細(xì)光束與AB面的夾角為θ=30°時(shí),該細(xì)光束恰好不能從AC面射出。求: (1)該棱鏡的折
20、射率為多大; (2)如果入射點(diǎn)到A點(diǎn)的距離為,光在真空中的傳播速度為c=3.0×108 m/s,則光束從AB面?zhèn)鞑サ紸C面所用的時(shí)間應(yīng)為多少?(結(jié)果可保留根號(hào)) [解析] (1)由題意作出光路圖,如圖所示 由幾何關(guān)系可知入射角為 α=90°-θ=60° 由于在AC面發(fā)生了全反射,則n= 又因?yàn)棣拢茫? 在AB面上:n= 解得:n=。 (2)由幾何關(guān)系可知OE=,因?yàn)閟in γ= 所以cos γ=,則DE=== m 光在棱鏡中的速度為v==×108 m/s 則光束從AB面?zhèn)鞑サ紸C面所用的時(shí)間 t==×10-8 s。 [答案] (1) (2)×10-8 s 光
21、的色散和光路控制 1.光的色散 (1)成因:棱鏡材料對(duì)不同色光的折射率不同,對(duì)紅光的折射率最小,紅光通過(guò)棱鏡后的偏折程度最小,對(duì)紫光的折射率最大,紫光通過(guò)棱鏡后的偏折程度最大,從而產(chǎn)生色散現(xiàn)象。 (2)現(xiàn)象:一束白光通過(guò)三棱鏡后在屏上會(huì)形成彩色光帶。 2.平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對(duì)光路的控制 類別 項(xiàng)目 平行玻璃磚 三棱鏡 圓柱體(球) 結(jié)構(gòu) 玻璃磚上下表面是平行的 橫截面為三角形 橫截面是圓 對(duì)光線的作用 通過(guò)平行玻璃磚的光線不改變傳播方向,但要發(fā)生側(cè)移 通過(guò)三棱鏡的光線經(jīng)兩次折射后,出射光線向棱鏡底邊偏折 圓界面的法線是過(guò)圓心
22、的直線,經(jīng)過(guò)兩次折射后向圓心偏折 [題組訓(xùn)練] 1.(多選)如圖所示,從點(diǎn)光源S發(fā)出的一細(xì)束白光以一定的角度入射到三棱鏡的表面,經(jīng)過(guò)三棱鏡的折射后發(fā)生色散現(xiàn)象,在光屏的ab間形成一條彩色光帶。下列說(shuō)法中正確的是( ) A.a(chǎn)側(cè)是紅光,b側(cè)是紫光 B.在真空中a側(cè)光的波長(zhǎng)小于b側(cè)光的波長(zhǎng) C.三棱鏡對(duì)a側(cè)光的折射率大于對(duì)b側(cè)光的折射率 D.在三棱鏡中a側(cè)光的速率比b側(cè)光小 E.在三棱鏡中a、b兩側(cè)光的速率相同 BCD [由題圖可以看出,a側(cè)光偏折得較厲害,三棱鏡對(duì)a側(cè)光的折射率較大,所以a側(cè)光是紫光,波長(zhǎng)較短,b側(cè)光是紅光,波長(zhǎng)較長(zhǎng),A錯(cuò)誤,B、C正確;又v=,所以三棱鏡中
23、a側(cè)光的傳播速率小于b側(cè)光的傳播速率,D正確,E錯(cuò)誤。] 2.(多選)(2019·南寧二中檢測(cè))如圖所示,一束由兩種單色光混合的復(fù)色光沿PO方向射向一上、下表面平行的厚玻璃平面鏡的上表面,得到三束光Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。下列有關(guān)這三束光的判斷正確的是( ) A.光束Ⅰ仍為復(fù)色光,光束Ⅱ、Ⅲ為單色光 B.光束Ⅱ在玻璃中的傳播速度比光束Ⅲ小 C.增大α角且α<90°,光束Ⅱ、Ⅲ會(huì)遠(yuǎn)離光束Ⅰ D.改變?chǔ)两乔姚?90°,光束Ⅱ、Ⅲ一定與光束Ⅰ平行 E.減小α角且α>0,光束Ⅲ可能會(huì)在上表面發(fā)生全反射 ABD [由題意畫出如圖所示的光路圖,可知光束Ⅰ是反射光線,所以仍是復(fù)色光,而光束Ⅱ、Ⅲ由于
24、折射率的不同導(dǎo)致偏折分離,所以光束Ⅱ、Ⅲ是單色光,故A正確;由于光束Ⅱ的偏折程度大于光束Ⅲ,所以玻璃對(duì)光束Ⅱ的折射率大于對(duì)光束Ⅲ的折射率,根據(jù)v=可知,光束Ⅱ在玻璃中的傳播速度比光束Ⅲ小,故B正確;當(dāng)增大α角且α<90°,即入射角減小時(shí),光束Ⅱ、Ⅲ會(huì)靠近光束Ⅰ,故C錯(cuò)誤;因?yàn)楹癫A矫骁R的上下表面是平行的,根據(jù)光的入射角與反射角相等以及光的可逆性,可知改變?chǔ)两乔姚?90°,光束Ⅱ、Ⅲ一定與光束Ⅰ平行,故D正確;減小α角且α>0,根據(jù)折射定律,光的折射角增大,根據(jù)光的可逆性知,光束Ⅲ不可能在上表面發(fā)生全反射,故E錯(cuò)誤。] 實(shí)驗(yàn):測(cè)定玻璃的折射率 1.實(shí)驗(yàn)原理 如圖所示,當(dāng)光線AO1
25、以一定的入射角θ1穿過(guò)兩面平行的玻璃磚時(shí),通過(guò)插針?lè)ㄕ页龈肷涔饩€AO1對(duì)應(yīng)的出射光線O2B,從而求出折射光線O1O2和折射角θ2,再根據(jù)n12=或n=算出玻璃的折射率。 2.實(shí)驗(yàn)步驟 (1)如圖所示,把白紙鋪在木板上。 (2)在白紙上畫一直線aa′作為界面,過(guò)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。 (3)把長(zhǎng)方形玻璃磚放在白紙上,并使其長(zhǎng)邊與aa′重合,再用直尺畫出玻璃磚的另一邊bb′。 (4)在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2。 (5)從玻璃磚bb′一側(cè)透過(guò)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的像擋住。再
26、在bb′一側(cè)插上兩枚大頭針P3、P4,使P3能擋住P1、P2的像,P4能擋住P3本身及P1、P2的像。 (6)移去玻璃磚,在拔掉P1、P2、P3、P4的同時(shí)分別記下它們的位置,過(guò)P3、P4作直線O′B交bb′于O′。連接O、O′,OO′就是玻璃磚內(nèi)折射光線的方向?!螦ON為入射角?!螼′ON′為折射角。 (7)改變?nèi)肷浣?,重?fù)實(shí)驗(yàn)。 [題組訓(xùn)練] 1.某同學(xué)利用“插針?lè)ā睖y(cè)定玻璃的折射率,所用的玻璃磚兩面平行。正確操作后,作出的光路圖及測(cè)出的相關(guān)角度如圖所示。 (1)此玻璃的折射率計(jì)算式為n=________(用圖中的θ1、θ2表示)。 (2)如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚
27、可供選擇,為了減小誤差,應(yīng)選用寬度________(填“大”或“小”)的玻璃磚來(lái)測(cè)量。 [解析] (1)光線由空氣射入玻璃的入射角i=90°-θ1,折射角r=90°-θ2,由折射率的定義可得:n===。 (2)根據(jù)平行玻璃磚對(duì)光線的影響可知,玻璃磚寬度越大,側(cè)移量越大,折射角的測(cè)量誤差越小。 [答案] (1) (2)大 2.如圖所示,某同學(xué)用插針?lè)y(cè)定一半圓形玻璃磚的折射率。在平鋪的白紙上垂直紙面插大頭針P1、P2確定入射光線,并讓入射光線過(guò)圓心O,在玻璃磚(圖中實(shí)線部分)另一側(cè)垂直紙面插大頭針P3,使P3擋住P1、P2的像,連接OP3,圖中MN為分界線,虛線半圓與玻璃磚對(duì)稱,B、C分
28、別是入射光線、折射光線與圓的交點(diǎn),AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D點(diǎn)。 (1)設(shè)AB的長(zhǎng)度為l1,AO的長(zhǎng)度為l2,CD的長(zhǎng)度為l3,DO為的長(zhǎng)度為l4,為較方便地表示出玻璃磚的折射率,需用刻度尺測(cè)量________,則玻璃磚的折射率可表示為_(kāi)_______。 (2)該同學(xué)在插大頭針P3前不小心將玻璃磚以O(shè)為圓心順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一小角度,由此測(cè)得玻璃磚的折射率將________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。 [解析] (1)sin θ1=,sin θ2=,因此玻璃磚的折射率n===,因此只需測(cè)量l1和l3即可。 (2)玻璃磚順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小角度,在處理數(shù)據(jù)時(shí),認(rèn)為l1是不
29、變的,即入射角不變,而l3減小,所以測(cè)量值n=將偏大。 [答案] (1)l1和l3 (2)偏大 3.(2019·濟(jì)南質(zhì)檢)某同學(xué)測(cè)量玻璃磚的折射率,準(zhǔn)備了下列器材:激光筆、直尺、刻度尺、一面鍍有反射膜的平行玻璃磚。如圖所示,直尺與玻璃磚平行放置,激光筆發(fā)出的一束激光從直尺上O點(diǎn)射向玻璃磚表面,在直尺上觀察到A、B兩個(gè)光點(diǎn),讀出OA間的距離為20.00 cm,AB間的距離為6.00 cm,測(cè)得圖中直尺到玻璃磚上表面距離d1=10.00 cm,玻璃磚厚度d2=4.00 cm。玻璃的折射率n=________,光在玻璃中的傳播速度v=________ m/s。(光在真空中傳播速度c=3.0×108 m/s,結(jié)果保留2位有效數(shù)字) [解析] 作出光路圖如圖所示,根據(jù)幾何知識(shí)可得入射角i=45°,折射角r=37°,故折射率n=≈1.2,故v==2.5×108 m/s。 [答案] 1.2 2.5×108 16
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