高三物理一轮复习 第十四章光的反射和折射教学案 新人教版

第十四章　光的反射和折射 本章以光的直线传播为基础，利用光线的概念研究光的反射和折射现象，它是光学的重要组成部分。本章考查重点是平面镜成像规律、折射定律。在备考时有以下两点应值得注意：1.将静态光学问题转化成动态光学问题；2.对日常生活中光现象的观察和分析。 知识网络： 高考要求： 内 容 要求 1． 3． Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅰ 近几年高考对本章知识的考查特点： 本章内容在近几年高考中考得最多的是折射率、折射角、全反射临界角、以及平面镜成像和光的直线传播、光速等。目前高考命题已由知识立意转为能力立意，且把能力的考查放在首位。因此高考对本章知识的考查一方面多与社会、自然、和现代科技相联系，例如1999年全国卷的第5题，假设地球 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面不存在大气层时，人们观察到日出的时刻与实际存在大气层相比较是提前、沿后还是不变的问题，2000年全国卷第19题计算被转动的激光器两次照射到的实验小车的运动速度问题，2002年全国理综卷第19题门上观察孔问题。另一方面光的反射和折射是研究光现象发生中所遵从的规律，实际应用过程中它与运动学、动力学、物理光学知识以及地理现象有密切联系。例如1998年上海第8题、第14题，1999年上海第8题都是光的折射现象与物理光学知识的综合题目，1999年第14题是光的直线传播与数学、地理知识的综合题目，2000年第19题是光的直线传播与运动学的综合题目。 专题一、光的直线传播 光的反射 平面镜 ［考点分析］ 一、本专题考点 光的直线传播、本影和半影是Ⅰ类要求，光的反射、反射定律、平面镜成像作图法是Ⅱ类要求。 二、理解和掌握内容 1. 光的直线传播 （1）光源：能够自行发光的物体。光源可以把其它形式的能转化为光能。 （2）介质：能够传播光的物质。 （3）光直线传播的条件：光在同种均匀介质中传播。例如光在密度不均匀的大气中传播时，大气的折射率发生变化，则光线的路径将发生弯曲而不再沿直线传播，“蒙气差”、“海市蜃楼”现象都证明了这一点。 （4）光线：它是根据光的直线传播规律定义出来的，它是细光束的抽象，是一种理想模型，实际并不存在。 （5）光速：在真空中的传播速度 ，光在任何介质中的传播速度都小于 。 （6）本影和半影：①影：影是自光源发出并与投影物体表面相切的光线在背光面的后方围成的区域。②本影：光源在投影物体后形成的光线完全不能到达的区域。③半影：发光面较大的光源在投影物体后形成的只有一部分光照射的区域。④日食和月食：人位于月球的本影区内能看到日全食，位于月球的半影区内能看到日偏食，位于月球本影区的延伸区域（即“伪本影”区，实际属于半影区）能看到日环食，因此地球上不同区域的人可同时分别看到日全食和日偏食或日环食和日偏食；当月球反光面部分或全部位于地球的本影区时，人类分别能看到月偏食或月全食。 2．光的反射 （1）反射定律：反射光线跟入射光线和法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居在法线两侧，反射角等于入射角。 （2）平面镜成像：①成像特点：正立、等大的虚像，像和物关于平面镜对称。②作图：依据反射定律作图；依据物像对称性作图。 （3）漫反射现象中的每一条光线仍然符合反射定律。 光路可逆。 3． 难点释疑 （1）平面镜能够改变光的传播方向，但不能改变光束的性质。平面镜所成的像对物而言是左右倒置的。 （2）平面镜成像的作图技巧：先根据平面镜成像有对称性的特点，确像点的位置，再补画入射光线与反射光线，还需注意，镜后的反向延长线要画虚线，虚线不加箭头。 （3）确定平面镜成像的观察范围的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ：若要看到平面镜中的像，则需借助边界光线，边界光线的公共部分，即为完整像的观察范围。 （4）光速很快在短距离的传播时间可以根据题意忽略不计。 ［例题精析］ 例1（2000年高考题）一辆实验小车可沿水平地面（图中纸面）上的长直轨道匀速向右运动。有一台发出细光束的激光器装在水平转台Ｍ上，到轨道的距离ＭＮ为 ，如图16－1所示。转台匀速转动，使激光束在水平面内扫描，扫描一周的时间为 ，光束转动方向如图中箭头所示。当光束与ＭＮ的夹角为45ｏ时，光束正好射到小车上，如果再经过 光束又射到小车上，则小车的速度为多少？（结果保留二位数字） 解析：在 内光束转过角度 ① 有两种情况如图16－2所示：（1）光束照到小车时，小车正靠近N点， 内光束与MN的夹角从45°变为30°，小车走过L1，速度应为 ② 　 由图可知 ③ 由②、③两式并代入数值，得　 ④ 　　（2）光束照到小车时，小车正在远离N点，Δt内光束与MN的夹角从45°变为60°，小车走过L2，速度为 ⑤ 　　由图可知 ⑥ 　　由⑤、⑥两式并代入数值，得 ⑦ 思考拓宽：（1）本题为运动学的题目，但首先应用光的直线传播来分析问题，并且由于光速很快，所以在短距离的传播时间可以忽略不计。 （2）注意题目的多种情况分析,提高思维的全面性。 本题如果已知小车的速度为2.9m/s，除MN外其它条件不变，则MN的值是多少？ 例2（1995年高考题）图16－3中AB表示一直立的平面镜,P1P2是水平放置的米尺(有刻度的一面朝着平面镜),MN是屏,三者互相行.屏MN上的ab表示一条竖直的缝(即a、b之间是透光的.)某人眼睛紧贴米尺上的小孔S(其位置见图),可通过平面镜看到米尺的一部分刻度。试在本题的图上用三角板作图求出可看到的部位,并在P1P2上把这部分涂以标志“ ” 解析：画法1：如图16－4所示，首先以轴对称找出像点 ,连结Sa延长线交于平面镜上一点c，连结 c并延长到P1P2上的d点，即得到看到部分的左边界，用同样的方法，再连 b 延长到P1P2上的f点，即得到看到部分的右边界，最后涂上标志。 画法2：如图16－5所示，先用轴对称找出屏和米尺的虚像位置，连结Sa延长到 上的一点D，D为看到部分左边界的像点。由像点据对称性找到物点d。后连结 延长线交 上的一点E，E为看到部分右边界的像点，同理可在米尺上找到右边的边界f，最后涂上标志。 思考拓宽：（1）画出观察范围的关键是正确和充分利用边界条件。 （2）光路是可逆的，本题的两种画法都有体现，最后完成光路时要注意光线是从尺发出经平面镜反射后进入观察者眼中的。绝对不能从S点发出。 发光物体S1S2置于平面镜AB之前，画出S1S2在平面镜中的像。若人眼在位置P如图16－6所示，要使人看不到S1S2的像，应把平面镜的哪一部分遮住？ [能力提升] 1.以下说法正确的是： A.在漫反射中，每一条光线不一定都遵从反射定律 B.如果甲能从平面镜中看到乙的眼睛，那么乙也一定能从平面镜中看到甲的眼睛 C.光束被平面镜反射，若入射光束不变，镜面绕过入射点平行镜面的轴转动θ角，则反射光束将转动2θ角 D.潜水员从水下看到游泳池边上人头的位置比实际位置低 2.在较高的日光灯下看一支钢笔在桌面上的投影时，会发现随着钢笔逐渐向日光灯靠近，投影逐渐模糊不清了，这是由于： A.发生了明显的衍射现象 B.桌面后来未处于钢笔的影区 C.桌面后来未处于钢笔的本影区 D.桌面后来未处于钢笔的半影区 3.如图16-7所示， M是平面镜，当一个人由A点出发以2m/s的速度作匀速直线运动时，有关它的像的移动速度，下列说法正确的是（ ） A.若人沿AO方向运行，则像速大小也是2m/s B.若人沿AB方向运行，则像对人的速度是4m/s C.若人沿AB方向运行，则像对人的速度是2m/s D.若人不动，平面镜以沿OA方向大小为2m/s的速度向A靠近，则像速为4m/s 4.小球以速率v沿水平面做匀速直线运动，要使小球在平面镜中的像也以速率v向上做匀速运动，则平面镜的放置方法是（ ） A.在球前方，平面镜反射面与水平面成135º角 B.在球前方，平面镜反射面与水平面成45º角 C.在球后方，平面镜反射面与水平面成135º角 D.在球后方，平面镜反射面与水平面成45º角 5.一立方体房间，一侧壁中央装有一平面镜，站在地面中央，眼睛位于立方体中央的人，恰能从镜中看到背后墙的全像，则平面境与对面墙的面积之比为 。 6.一人肩宽40cm，两眼间距6cm，足够长的平面镜至少 cm宽， 此人可在镜中看到自己的全身像。 7.如图16-8所示，激光液面控制仪的原理是：固定一束激光AO以入射角i照射液面，反射光OB射到水平光屏上，屏上用光电管将光讯号变成电讯号，电讯号输入控制系统用以控制液面高度，如果发现光点在屏上向右移动了s的距离射到 点，由此可知液面降低了 。 8．如图16-9所示，平面镜与x轴平行放置，其两端的坐标分别为（-2,2），（0,2），人眼位于x轴上+2处。当发光点P从坐标原点O沿x轴负方向运动到 区间，人眼可以从平面镜中看到P点的像。 9.图16-10中A是不透明的障碍物，M是平面镜，S是点光源，请画图确定A右侧S不能直接照到，而通过M的反射能照亮的区域， 并用阴影表示。 10.某人在湖边的一平台上观测气球，平台高出平静湖面h米（人自身高度可略去）他看到空中气球时，仰角为300，他看湖中气球倒影时，俯角是600，求此气球静止在距湖面多高的空中？ 11.图16-11是探照灯正在水平面内以O点为圆心做匀角速转动，ω=0.05rad/s,AB是一堵墙，探照灯距墙的垂直距离d=50m。某时刻灯光恰好垂直投射到墙面上形成光斑，从这一时刻开始，求20π/3秒时刻亮斑在墙上移动的即时速度。 12．如图16-12所示，蜡烛AB置于平板玻璃MN前1m处。紧靠MN背后有与AB等高的蜡烛CD。现使CD以2m/s的速度向右匀速移动，要在2s时，能从玻璃的左侧透过玻璃看到右侧只有一支蜡烛，则必须同时使玻璃MN由静止开始以多大的加速度向右做匀加速运动？ 13．赤道上一位观察者在日落两小时后发现他正上方天空中的一颗卫星正好消失。已知地球半径为R，试求此卫星此时距地面的高度。 14．如图16-13所示，一发光点S从A点沿AB连线方向做匀速直线运动，速率 ，与出发点A相距L=3m处有一垂直于纸面的轴O， 垂直于AB，平面镜MN可绕O轴旋转，为使发光点S经平面镜成像始终处于与AB平行的PO连线上，试求时间t=1s后平面镜转过的角度。 [拓展研究] 材料介绍：回归反光膜 夜晚，当车灯发出的光照在道路标志牌上时，牌上的字特别醒目，而照在其它物体上时，物体看起来比较模糊。这是因为道路标志牌上有一层神奇的物质——回归反光膜。 当一束光射到回光反射膜上之后，大部分反射光线大致沿与入射光相逆的方向返回；并且在入射角相当大的变化范围内，大部分光都将逆向返回，这种现象被成为“回归反光”。 我们知道，光束照射到物质的表面会发生反射，不管是镜面反射还是漫反射，其中的每一条光线都遵从反射定律，只有当入射角等与零时，反射光会与入射光方向相反。难道回归反光现象不遵从反射定律吗？ 原来，回归反光膜的表面均匀分布着细微的可以使光束回归的反射光学元件——球体反射元件或立方角体反射元件。下面以球体反射元件为例介绍回归反光原理。 假设将一束平行光线射向水珠，光线经折射、反射、再折射后，不再是平行光，如图甲所示，这就是水珠的散射现象，因此，水珠不能实现光束的回归反射。如果折射率较大的玻璃珠（ ）代替水珠，理论计算与实验结果都表明，玻璃珠可以实现光的回归反射，如图乙所示，除少数光线被散射外，绝大部分光将沿着与入射光线大致相反的方向返回。如果将玻璃球做得足够小，便成为球体反射元件。 用回归反光膜制作交通标志牌时，首先 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 图案、文字、号码、数字等，然后按设计的样品剪刻反光膜，反光膜的图样在扯掉护纸层后，用背胶贴服附在普通材料（如铝板）制作的基板上，制成交通标志牌，用高品质的回归反光材料制成的交通标志牌，可使夜间汽车前灯的照明光线返回，明亮的标志与黑暗的背景形成鲜明的对比，十分醒目，而光照到用普通材料的交通标志牌上将会被漫反射，这样只有极少数的光线返回人眼中，故而难以看清。 正是因为回归反光膜具有良好的“醒目反光性能”，它除了用于制作交通标志牌外，还用于标志机场跑道、高等级公路的轮廓线。此外，它还广泛应用于广告业，以增强广告夜间的可视性与宣传效果。 专题二、光的折射、全反射、棱镜 [考点分析] 一、本专题考点 光的折射、折射定律、折射率、全反射和临界角是Ⅰ类要求，棱镜、光的色散是Ⅱ类要求。 二、理解和掌握内容 1． 光的折射 （1）定义：光线从一种介质进入另一种介质，传播方向发生改变的现象，叫做光的折射现象。 （2）折射定律：折射光线跟入射光线和法线在同一平面上，并且分别位于法线两侧，入射角i的正弦跟折射角r的正弦成正比，即 。 （3）折射率：①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，叫做这种介质的折射率，即 。它还等于光在真空中的速度c跟光在这种介质中的速度v之比，即 。 ②折射率的物理意义是反映了介质对光的偏折本领,折射率大的光在界面上发生折射时光线偏折的程度大,即光的传播方向偏离原来方向的角度大. ③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. （4）发生光的折射现象时，光路可逆。如光从介质射向真空（或空气）， 有： 2. 全反射 （1）全反射:光从光密介质射入光疏介质时,在界面处一部分光被反射回原介质中,一部分光被折射到另一种介质中,随着入射角的增大,折射角逐渐增大,且折射光线越来越弱,反射光线越来越强,当入射角增大到一定角度,折射角达到90°时,折射光线完全消失,只剩下反射光线,这种现象叫做全反射. （2）产生条件：①光线由光密介质射向光疏介质；②入射角i大于（或等于）临界角C （3）临界角:折射角等于90°时的入射角叫做临界角。临界角C（对真空）的计算：当光线由某种折射率为n的介质射入真空(或空气)时， 。 2． 棱镜 （1）光线通过棱镜后向着棱镜的底面偏折。 （2）物体发出的光线经棱镜折射后可以成虚像。 （3）光的色散①白光通过三棱镜后会发生色散，出射光束变为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光的光束。②色散形成的原因：同一介质对不同频率的入射光，折射率n不同，入射光频率越高，介质的折射率就越大，当各种色光以相同的入射角射入时，偏折程度不同而使不同色光分开形成色散。 4．难点释疑（1）入射角、反射角和折射角是相对应的光线与法线所成的角，所以一定要找好法线。折射角往往出错，尤其是在光线旋转或界面变化时更应该加倍小心。 （2）在同一介质中频率越高的光折射率越大，平时我们说的某介质的折射率是指对波长为5893Å的黄光而言的，切不可误认为是对各种色光折射率的平均值。 （3）光从真空进入介质时，频率不变，速率变小，波长变短。由 ( 分别表示光在真空和介质中的波长)可知：在同一介质中，频率越高的光的速率越小，波长越短。 （4）折射率的大小与介质和光的频率有关，跟入射角大小无关，通常跟介质的密度无关（大气除外）。 （5）一束光射到介质分界面上，入射角等于0°时，折射角等于0°，虽然光的传播方向不变，但传播速度发生了改变。 （6）某种介质是光密介质还是光疏介质是相对而言的，例如水对空气来说是光密介质，但水对玻璃来说则是光疏介质。 （7）当光线从光密介质射入光疏介质，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱。一旦入射角等于临界角时，折射光的能量实际上已减弱为零，即已经发生全反射。 （8）要注意理解全反射与反射的区别:全反射是光由光密介质射向光疏介质时,在介质的表面的光线全部返回原介质的现象,而反射可以在任何一个物体的表面发生。 [例题精析] 例1 (1997年上海高考题)单色细光束射到折射率 的透明球表面，光束在过球心的平面内，入射角 ，研究经折射内后又经内表面反射一次，再经球面折射后射出的光线，如图16-14所示（图上已画出入射光和出射光）： （1）在图上大致画出光线在球内的路径和方向； （2）求入射光与出射光之间的夹角α； （3）如果入射的是一束白光，透明球的色散情况与玻璃相仿，问哪种颜色光的α角最大，哪种颜色光的α角最小？ 解析： （l）利用反射光线和入射光线的对称性作出球内的光路图如16-15所示。 （2）光线在A点发生折射，符合折射定律：由 得 ∴ . 由几何关系及对称性有 ， ，把 ， 代人得 （3）由折射定律得sinr=sini/n可知，n越小，sinr越大，r越大则 角越大。 ∴红光α最大，紫光α最小。 思考拓宽：（1）光束射到透明球的表面发生折射，符合折射定律，在第二次到达球表面时发生全反射，符合反射定律，第三次到达球表面时发生折射，射出球面，符合折射定律，作出光路图后，即可分析计算。 （2）注意球面上某点的法线就是这一点与球心的连线。 如图16-16，空心透明球壳折射率为n，内外半径分别为a、b，内表面涂有吸光物质、将射到内表面的光线完全吸收，当一束平行光线射向此球时，被吸收掉的光束截面积多大？（指这部分光进入空心球以前的横截面积） [提示：(1)．光线经球壳外表面折射后，除正中间一条光线外，其余光线均会有不同程度的偏折，越到边缘的光线，偏折越厉害，现在的关键是要确定被吸收的最边缘的光线。(2)．本题中，a、b、n没有具体数值，所以应根据实际情况，分析b从可能的最小到最大取值逐渐变化时，物理情境有何变化。 例2（1996高考题）在折射率为n、厚度为d的玻璃平板上方的空气中有一点光源S，从S发出的光线SA以角度θ入射到玻璃板上表面，经过玻璃板后从下表面射出，如图16-17所示。若沿此光线传播的光从光源到玻璃板上表面的传播时间与在玻璃板中的传播时间相等，点光源S到玻璃上表面的垂直距离 应是多少? 解析： 设光线在玻璃中的折射角为r，则光线从S到玻璃板上表面的传播距离 ；光线从S到玻璃板上表面的传播时间 ，其中c表示空气中的光速。 　　光线在玻璃板中的传播距离 ；光线在玻璃板中的传播速度 　　光线在玻璃板中的传播 ；据题意有 　　由折射定律   ，应用三角知识解得 思考拓宽：（1）解题时抓出题目中的关键条件是极为重要的，如本题中“光从光源到玻璃板上表面的时间与在玻璃板中的传播时间相等”是解题的主线。 （2）解题时应注意光在玻璃内外的传播速率不相等。 （3）注意正确应用三角 函数 excel方差函数excelsd函数已知函数     2 f x m x mx m      2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载 知识解答几何光学问题。 （1）光线从玻璃板的下表面射出时有可能发生全反射吗？ （2）如图16-18所示，宽度为a的平行光束从空气斜射到两面平行的玻璃板上表面，入射角为 ，光束中含有两种不同波长的单色光，玻璃对两种单色光的折射率分别为 , ,求： ①这两种光经过玻璃所需时间之比。 ②要使光束从玻璃的下表面出射时，能分成不相重叠的两束光，玻璃板的厚度d至少为多少?（结果可用根式表示） [能力提升] Ⅰ知识与技能 1.如图16-19所示，两束单色光a、b自空气射向玻璃，经折射形成复合光束 ，则下列说法正确的是： A.a光光子的能量比b光光子能量大 B.在空气中，a光的波长比b光波长短 C.在玻璃中，a光的光速小b 光的光速 D.玻璃对a光的临界角大于对b光的临界角 2.光导纤维是利用光的全反射规律来传输光信号的。如图16-20所示，一光导纤维内芯折射率为n1，外层折射率为n2，一束光信号与界面夹角为α由内芯射向外层,要在界面发生全反射必须满足的条件是 A.n1＞n２，α大于某一值 Ｂ.n1＜n２，α大于某一值 Ｃ.n1＞n２，α小于某一值 Ｄ.n1＜n２，α小于某一值 3.如图16－21中，abc为一全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形，如图所示，一束白光垂直入射到ac面上，在ab面上发生全反射。若光线入射点O的位置保持不变，改变光线的入射方向（不考虑自bc面反射的光线） A.使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab 面，则红光将首先射出 B.使入射光按图中顺时针方向逐渐偏转，则紫光将首先从ab面射出 C.使入射光按图中逆时针方向逐渐偏转，则红光将首先从ab面射出 D.使入射光按图中所示逆时针方向逐渐偏转，紫光将首先从ab面射出 4.如图16-22所示，有一块玻璃转， 其表面与侧面垂直，有入射光线从AB表面以α角射入从BC侧面射出，出射光线跟法线夹角为β，则玻璃的折射率n的值为 A. B. C. D. 5.如图16-23所示，将平面镜M斜放入一装清水的碗中，调整平面镜的倾斜角度，让一束太阳光斜射入水中经折射、反射、折射后射到PQ屏上，分为a、b、c三个光区，如右图所示，现将三瓶相同的红藻放在三个光区，则（设其他光不进入这三个光区） A.在a光区的红藻生长得慢 B.在b光区的红藻生长得慢 Ｃ.在c光区的红藻生长得慢 Ｄ.在三个光区的红藻生长速度相同 6.如图16-24所示，小光点S发出的白光，经三棱镜分光，有人沿折射后光线的反方向观察，透过棱镜可看到： A.白光点 B.光点上部红色，下部紫色 C.光点上部紫色，下部红色 D.未见光源的像 7．酷热的夏天，在平坦的柏油路上，你会看到在一定距离之外，地面显得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎还能看到远处车、人的倒影，但当你靠近“水面”时，它也随你的靠近而后退。对此现象正确的解释是： A.同海市蜃楼具有相同的道理，是由于光的全反射造成的 B.“水面”不存在，是由于酷热难耐，人产生的幻觉 C.太阳辐射到地面，使地表空气温度升高，折射率大，发生全反射 D.太阳辐射到地面，使地表空气温度升高，折射率大，发生全反射 8．如图16-25所示，假设一辆坦克壁厚17.3cm，上开一长方形孔，孔宽20cm，孔内装有一块厚度与坦克壁厚度相同的玻璃，要使坦克内观察者在孔中心O点视角为180o，则玻璃的折射率应为： A.1.5 B.1.6 C.1.8 D.2 9．如图16-26所示，真空中有一个半径为R，质量分布均匀的玻璃球，频率为 的细光束在真空中沿直线BC传播，并于玻璃表面C点经折射进入玻璃球，并在玻璃球表面的D点又经折射进入真空中。已知 ，玻璃球对该激光的折射率为 ，则下列说法中正确的是： A.一个光子在穿过玻璃球的过程中能量逐渐变小 B.此激光束在玻璃中穿越的时间为 （其中 为真空中的光速） C.改变入射角 的大小，细光束可能在玻璃球的内表面发生全反射 D.激光束的入射角 10.如图16-27所示，ABC为等腰三棱镜，顶角A的角度为α，一条光线从AB边入射，折射线与底面BC平行，出射光线与入射光线的偏向角β，则该三棱镜的折射率n＝________。 Ⅱ 能力与素质 11.如图16-28所示，用三棱镜做测定玻璃折射率的实验。先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2挡住。接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像。P4挡住P3和P1、P2的像，在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图所示。 　 (1)在本题的图上画出所需的光路。 　　(2)为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是____，____ ，在图上标出它们。 　　(3)计算折射率的公式是n＝____。 12.如图16-29所示，等腰直角棱镜ABO的两腰长都是16cm。为了测定它的折射率， 将棱镜放在直角坐标系中， 使两腰与轴重合，从OB边的C点注视A棱发现A棱的视位置在OA边D点。在C、D两点插上大头针，看出C点坐标位置（0，12），D点的坐标位置（9，0），由此计算出该物质折射率为 。 13.如图16-30所示，透明介质球的半径为R，光线DC平行于直径AB射到介质球的C点，DC与AB的距离H=0.8R。 ①试说明为什么DC光线进入介质球后，第一次再到达介质球的界面时，在界面上不会发生全反射。 ②若DC光线进入介质球后，第二次再到达介质球的界面时，从球内射出的光线与入射光线DC平行，求介质球的折射率。 14．如图16-31所示， 为一直角三棱镜的截面，其顶角 ，P为垂直于直线BCD的光屏，现一宽度等于AB的单色平行光垂直射向AB面，在屏P上形成一条宽度等于 的光带，试作出光路图并求棱镜的折射率。 [拓展研究] 1．研究全反射棱镜对光路的控制作用。 截面是等腰直角三角形的棱镜（通常是玻璃做成的）又叫全反射棱镜。它的特殊作用一般有下列几种情况： 2．光导纤维 ⑴在医学上用光导纤维做光导管，做成内视镜，检查人体内脏器官是否有病变。 例如右图所示,横截面为矩形的粗细均匀的玻璃棒被弯成半圆形状,其内半径为R,玻璃棒水平端面宽度为d.如果一束平行光垂直于水平端面A射入,并使之全部从玻璃棒水平端面B射出,玻璃的折射率n=1.5,求R与d的最小比值是多少?（ ） ⑵“信息高速公路”是现代国家信息基础设备一个形象化的比喻，它所描述的基础设施就是以最新的数字化光纤传输，智能化计算机处理和多媒体终端服务等多技术装备的，地区、国家或国际规模的多用户、大容量和高速度的交互式综合信息网络系统。 效果验收 1．如图16-32所示，一个小球（体积很小）紧靠点光源S的左侧水平抛出，恰好落在墙角A处。则在小球运动的过程中，竖直墙壁上球影的运动情况是 A.匀速直线运动 B.匀加速直线运动 C.加速度逐渐增大的直线运动. D.加速度逐渐减小的直线运动. 2．当月球绕地球旋转时，正好转到太阳和地球之间，在地球上某些地方便发生日食。下列说法中正确的是 A.月球背面的本影区地面上将发生日全食 B.在月球背面的半影区地面上将发生日偏食 C.发生日环食时月球距地球比发生日全食时月球距地球近些 D.发生日环食时月球距地球比发生日全食时月球距地球远些 3.如图16-33所示,a、b、c三条光线会聚于S点。若在S点前任意位置放一平面镜放一平面镜，则 A.三条反射光线可能交于一点，也可能不交于一点 B.三条反射光线一定不交于一点 C.三条反射光线一定交于镜前一点 D.三条反射光线的延长线交于镜后一点 4.如图16-34所示，白光射到厚玻璃砖后，将发生色散，其中红光和紫光相比较 A.在玻璃砖里，紫光的折射角较大 B.在玻璃砖里，紫光的波长长 C.紫光穿过玻璃砖后与原方向的夹角较大 D.紫光穿过玻璃砖后偏离原来方向的距离较大 5.对下列自然现象的描述正确的是 A.在海面上，向远方望去，有时能看到远方的景物悬在空中。同样，在沙漠中也能观察到同样的现象 B.在沙漠中，向远方望去，有时能看到远方景物悬在空中。同样，在海面也能观察到同样的现象 C.在海面上，向远方望去，有时能看到远方的景物悬在空中。在沙漠中，向远方望去，有时远方景物的倒影 D.在海面上，向远方望去，有时能看到远方的景物的倒影。在沙漠中，向远方望去，有时能看到远方的景物悬在空中 6.如图16-35所示，两块同样的玻璃直角三棱镜ABC，两者的AC面是平行放置的，在它们之间是均匀的未知的透明介质，一单色细光束O垂直于AB面入射，在图示的出射光线中 A.1、2、3（彼此平行）中的任一条都有可能 B.4、5、6（彼此平行）中的任一条都有可能 C.7、8、9（彼此平行）中的任一条都有可能 D.只能是4、6中的某一条 7.点光源S通过带有圆孔的挡板N。照射到屏M上，形成直径为D的亮圆，如果在挡板靠近光源一侧放上一块厚玻璃时，如图16-36所示，这时点光源通过圆孔和玻璃，在屏上形成直径为d的亮圆。直径D和d的关系是。 A.d＞D B.d=D C.d＜D D.无法确定 8.如图16-37所示,白光通过棱镜色散,在屏上形成从红到紫的彩色光带,已知棱镜的顶角θ大于紫光的临界角。在入射角从大逐渐减小到零的过程中,彩色光带变化的情况是 A.红光最先消失,紫光最后消失 B.紫光最先消失,红光最后消失 C.紫光最先消失,蓝光最后消失 D.紫光最先消失,黄光最后消失 9.如图16-38所示,S为静止的点光源,M为与水平方向成θ角的平面镜,若平面镜在水平方向作振幅为A的简谐振动,则点光源S在平面镜中的虚象S， A.在水平方向作振幅为2Asinθ的简谐振动 B.在SS，连线上作振幅为2Asinθ的简谐振动 C.在水平方向上作振幅为4Asinθ的简谐振动 D. 在SS，连线上作振幅为4Asinθ的简谐振动 10.如图16-39，某人对着镜子试鞋.发现从镜子中看不见自己的脚,那么此人应该 A.向后退,离镜子远一些 B.向前进,离镜子近一些 C.将脚抬起来,离开地面 D.向下蹲一些 11.如图16-40所示,在A、B两处各灼烧一种纯净的化学物质,产生两种单色光,它们相互平行,分别射到平行玻璃砖上表面的a、b两点,从下表面的a，、b，两点射出,射出线与下表面的夹角分别为α、β.已知a，b，＞ab,下列说法正确的是 A.α＝β,在A处灼烧的是KCI,在B处灼烧的是Na2CO3 B.α＜β,在A处灼烧的是K2CO3,在B处灼烧的是NaCI C.α＜β,在A处灼烧的是NaCI,在B处灼烧的是K2CO3 D.α＝β,在A处灼烧的是Na2CO3,在B处灼烧的是KCI 12.如图16-41所示是一简易的潜望镜示意图，它由两个弯成直角的圆筒套在一起而成，E、F是安装在转角处的平面镜，都与水平面成450角。现转动两个套筒，使B段保持竖直方向，C段水平指向东方。人在A处通过潜望镜看到东方站立的人的像是 A.竖直方向,头向上 B.竖直向上,头向下 C.水平方向,头向东 D.水平方向,头向西 13.如图16-42有一水平放置的平面镜MN,在平面镜前45cm处有一与平面镜平行放置的平板ab在ab靠镜一侧有一点光源S,现要在离平面镜5cm的PQ虚线上的某一处放一平行于平面镜的挡光板,使反射光不能照射到ab板上的AB部分.已知:SA=45cm,AB=45cm.求挡光板的最小宽度是多少? 14.一位同学在测定一定厚度均匀的圆形玻璃的折射率时,先在白纸上作一与圆形玻璃同半径的圆,圆心为o;将圆形玻璃平放在白纸上,使其边界与所画的圆重合.在玻璃一侧竖直插两枚大头针P1和P2,在另一侧先后插两枚大头针P3和P4,使从另一侧隔桌玻璃观察,大头针P4、P3和P2、P1的像恰在同一直线上,移去圆玻璃和大头针后得图16-43,试在图中画出: (1).沿P1、P2连线方向的入射光线,通过圆形玻璃后的传播方向; (2).光线在玻璃内的传播方向; (3).在光线的入射点作法线,标出入射角ī和折射角r; (4).写出计算玻璃折射率的公式(不必计算). 15.一直线状物体AB,平放在水平面上,平面镜MN竖直放置,物体AB经平面镜成像后,可以看到AB完整像的区域为DMNE,在CMD及FNE区域则只能看到B端的像,(如图16-44所示)用作图法确定物体AB的位置并写出简要作图步骤 16.如图16-45所示,一束光线垂直水面由A点从空气射入水中,最后射到水下的平面镜的O点上,A到O的距离为d.现使平面镜以过O点且平行于平面镜的直线为轴逆时针匀速转动,发现水面上出现一个向左运动的小光斑P,若平面镜转动的角速度为ω,求小光斑P到A点的距离为d时,小光斑P的速度. 17.在折射率为n、厚度为d的玻璃平板上方的空气中有一点光源S,从S发出的光线SA以入射角θ入射到玻璃板上表面,经过玻璃板后从下表面射出,如图16-46所示.若沿此光线传播的光从光源到玻璃板上表面的传播时间与在玻璃板中的传播时间相等.点光源S到玻璃板上表面的垂直距离L应是多少? 18.为了测定光在透明的有机玻璃中的速度,实验室中可提供的器材有:矩形有机玻璃条(长约40cm)、秒表、平行光光源、刻度尺、三角板、木版、百纸、大头针若干等.已知真空中的光速是c=3.00×108m/s. (1).请从上述器材中选出必须的器材来测量光速. (2).说明测量光速的方法和要测量的量,并给出计算光速的公式. 第十四章　光的反射和折射 专题一、光的直线传播、光的反射、平面镜 例1思考与拓宽：9.9m 17.2m 例2思考与拓宽：如图1 [能力提升] 1．BC 2．C 3．ACD 4．AD 5．1:9 6．17　7. 8. 9.如图2　　　10.2h 11.10m/s 12. 13. 　　14. 专题二、光的折射、全反射、棱镜 例1思考与拓宽： 【解答】 （1）如果球壳较厚，b/a较大，被吸掉的最边缘的光线刚好与内表面相切。如图3所示 ，且 。被吸光束截面半径为： 。∴被吸光束截面积为： （2）若球壳空心区域的半径a变大，球壳变薄，吸光面积变大，当球壳内表面与图中的光线③相切，如图4此时： → ， 。 由 ，得 。此时吸光截面积为： 。 若内半径a再变大， ＜ ，吸光截面积不再增大，仍为 ． 综上所述，当 ＞ 时，吸光截面积为 ，当 ≤ 时，吸光截面积为 ． 例2思考与拓宽：（1）不可能 （2）如图5 ① ② [能力提升] 1．D 2．C 3．A 4．D 5．A 6． C 7.D　８.D ９.D 10. 11. 、 、 12.4/3 13.如图6所示，DC光线进入介质球内，发生折射，但折射角r一定小于介质的临界角，光线CE再到达球面时的入射角 ，小于临界角，因此一定不发生全反射。 光线第二次到达介质与空气的界面，入射角 ，由折射定律可得折射角 。若折射出的光线PQ与入射光线DC平行，则 ，DC光线进入介质球的光路如图7所示。折射角 。折射率为 。14.如图8 本章测试 1.A;2.ABD;3.C;4D;5C;6.B;7.C;8.A;9.B;10.D;11.D;12.C 13.如图9分别作出两条入射光线1、2（入射点分别是SA的中垂线、SB的中垂线与MN的交点）c、d，cd长既是最小宽度，由相似三角形知识可得，cd=20（cm）。 14.解:将P1、P2和P3、P4分别用直线连接,直线P1P2和P3P4分别与圆相交于O1和O2过O1作法线,必通过圆心O,如图10所示. 15.解:①反向延长CM、FN交于B， ②反向延长DM、EN交于A， A，B，即为AB的像 ③利用对称性找出AB 16.解:设小光斑实际移动的速度为v，将光斑移动的速度分解为沿着光线方向v1和垂直于光线方向v2。且v2=2 ω0d由速度的合成与分解可知v=4ω0d 17.光在真空或空气中的传播速度为c,在介质中的传播速度v=c/n. 光在空气中的传播距离s1=ι/cosθ,传播时间t1=s1/c=ι/cosθ,设光在介质中的折射角为r,则光在介质中的传播距离s2=d/cosr,传播时间t2=s2/v=nd/cosr.据题意t1= t2,即1/cosθ=nd/cosr.由折射定律 sinθ=nsinr,由此两式可得ι= = 18.器材有:矩形有机玻璃条、刻度尺、三角板、木板、白纸和大头针.用插针法得出光通过有机玻璃条的光路,如图11所示,在空气和有机玻璃的界面上,OA是入射光线,OB是折射光线,作出法线ON.取OA，=OB，,做A，E⊥ON,BF⊥ON,测出A，E和B，F.折射率n=sini/sinr=A，E/B，F=c/v.则有机玻璃中的光速v= . 光的反射 和折射 光的折射现象 光的直线传播 光的反射现象 光速 影、本影、半影 光的反射定律 平面镜成像规律 光的折射定律 全反射、临界角 光线 棱镜、光的色散现象 L1 L2 M N d 45 °° 30° 图16-2 N M 光 d 左 ． 右 图16-1 P1 P2 s M N a b A B 图16-3 · P2 s 图16-4 P1 f d M N a b A B c e ． S＇ · P1＇ D E P2＇ P1 P2 f s d M N a b A B b＇ M＇ N＇ c a＇ e 图16-5 · P . B A S2 S1 图16-6 图16-7 O B M A 30o B � EMBED Equation.3 ���A A O i 图16-8 xx -2x -1x 2x 1x Ox yx -6x -5x -4x -3x 4x 3x 2x 1x 图16-9 图16-10 M S · A ω B O S 图16-11 A d C D N M B A v 图16-12 O P N M v B A 图16-13 · n=1.33 · n=1.8 图甲 图乙 图16-12 α 45° Ｏ 图16-14 · α r r A r B Ｏ 45° r 图16-15 · 图16－16 吸光物质 ａ ｂ · S · d l θ A n 图16－17 图16－18 d 45° a b c a 空气 玻璃 图16－19 n 2 n1 1 α 图16-20 b 45° 图16－21 a O β A B D C α 图16-22 P a c b Q 图16-23 M S 图16-24 o 17.3cm 20cm 图16-25 � EMBED Equation.3 ���B D O C B 120o 图16-26 A P1 × B P2 × P3 × P3 × C 图16-28 C y B O D A x · · 图16-29 D C A B H 图16-30 B α A β C 图16-27 � EMBED Equation.3 ���A P D C B A 图16-31 图甲 图乙 图丙 图丁 A B O d m s A 图16-32 · s 图16-33 图16-34 1 8 B 2 3 4 5 6 7 O A A B C C 9 图16-35 S N M 图16-36 θ 白光 屏 图16-37 M 2A S S’ θ · 图16-38 图16-39 A B a b a， b， α β 图16-40 E B C F 东 北 图16-41 M N Q P A B S a b ． ． 图16-42 P4 ． ． ． ． ． P1 P2 P3 O 图16-43 N M C D E F 图16-44 ω d A P V 图16-45 A L θ n 图16-46 P . B A S1 图1 S2′ S1′ 图2 M S · · A S′ S2 图3 吸光物质 ａ · b R r i ① ③ 图4 吸光物质 ａ · b i ① ③ 图5 d 45° a D C A B H O r r E 图6 C D A B H O P Q i r � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� 图7 � EMBED Equation.3 ���A P D C B A 图8 s a b c ····· d 1 2 2′ 1′ P Q M A B 图9 N P4 ． ． ． ． ． P1 P2 P3 O O1 O2 r i 图10 A A′ B B′ O E F N 图11 _1080744980.unknown _1080745818.unknown _1080790229.unknown _1080790324.unknown _1080808497.unknown _1080808589.unknown _1080808636.unknown _1080808816.unknown _1080808967.unknown _1080809050.unknown _1080809108.unknown _1080809143.unknown _1080882975.unknown _1080883027.unknown _1080883191.unknown _1080883260.unknown _1080883306.unknown _1080904162.unknown _1080904304.unknown _1080904446.unknown _1080904467.unknown _1080904608.unknown _1080915372.unknown _1080915988.unknown _1080916029.unknown _1080916125.unknown _1080916134.unknown _1080916224.unknown _1080916280.unknown _1080916313.unknown _1080916365.unknown _1081430917.unknown _1081430949.unknown _1081430972.unknown _1081691634.unknown _1081691670.unknown _1081691728.unknown _1081926334.unknown _1081926386.unknown _1081927709.unknown _1082027048.unknown _1082027068.unknown _1082027087.unknown _1082027240.unknown _1082027261.unknown _1082727348.unknown _1082727431.unknown _1082727536.unknown _1082727635.unknown _1082727937.unknown _1082727998.unknown _1082728092.unknown _1082728108.unknown _1082728145.unknown _1082728153.unknown _1082728193.unknown _1082728236.unknown _1082728266.unknown _1082728373.unknown _1082728392.unknown _1082728404.unknown _1082728442.unknown _1082728470.unknown _1082728482.unknown _1082728522.unknown _1082728564.unknown _1082730522.unknown _1082730637.unknown _1082730880.unknown _1082730898.unknown _1082731008.unknown _1084195502.unknown _1084195545.unknown _1084195577.unknown _1084195608.unknown _1103098785.unknown _1108729110.unknown _1108732786.unknown _1108732841.unknown _1108736725.unknown _1108736787.unknown _1108736911.unknown _1108737040.unknown _1108737154.unknown _1110430682.unknown _1110431175.unknown _1110484302.unknown _1110484542.unknown _1110484627.unknown _1110484800.unknown _1110484842.unknown _1110484898.unknown _1110484989.unknown _1110485653.unknown _1110487039.unknown _1110487101.unknown _1110487204.unknown _1110487441.unknown _1110488004.unknown _1110488537.unknown _1110488853.unknown _1110489086.unknown _1110489209.unknown _1110490159.unknown _1110490741.unknown _1110602851.unknown _1110602989.unknown _1110605308.unknown _1110631369.unknown _1110631370.unknown _1110631371.unknown _1110631372.unknown _1111035639.unknown _1111071873.unknown