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(共75張PPT)
第十三章　光　電磁波　相對論
第1講　光的折射　全反射
常設情境　①生活實踐類：全反射棱鏡、光導纖維、增透膜、偏振濾光片、激光、雷達、射電望遠鏡、紅外攝影、X射線管等.
②學習探索類：折射定律、全反射、測定玻璃的折射率、光的干涉現象、光的衍射、光的偏振現象、電磁振蕩、電磁場和電磁波、用雙縫干涉測光的波長.
素養目標　1.了解光的折射和全反射現象.（物理觀念） 2.了解折射率的概念和折射定律.（物理觀念） 3.知道光的色散的成因及各種色光的比較.（物理觀念） 4.分析光的折射和全反射問題的一般思路.（科學思維）
B
D
解析：根據題意畫出光路圖如圖所示，
1. 折射定律
直觀情境 　　
同一平面　
正　
可逆　
光學性質　
1　
深化1　　對折射率的理解
（4）折射率的大小不僅與介質本身有關，還與光的頻率有關.同一種介質中，頻率越大的光折射率越大，傳播速度越小.
深化2　　平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體（球）對光路的控制特點
平行玻璃磚 三棱鏡 圓柱體（球）
對光路的控制特點
通過平行玻璃磚后光線不改變傳播方向，但要發生側移
通過三棱鏡的光線經兩次折射后，出射光線向棱鏡底面偏折
圓界面的法線是過圓心的直線，光線經過兩次折射后向圓心偏折
深化3　　解決光的折射問題的步驟
（1）根據題意畫出正確的光路圖.
（2）利用幾何關系確定光路中的邊、角關系，要注意入射角、折射角均以法線為標準.
（3）利用折射定律、折射率公式求解.
思維模型　從不同角度思考光的傳播問題；利用折射定律解決實際問題.
（1）光線在B點進入液體的折射角；
答案：（1）30°　
（2）凹面鏡半徑R.
答案：（2）55 mm
B
A. a光的頻率比b光的小
B. a光在玻璃磚中的傳播速度比b光的小
C. a光的波長比b光的波長大
D. a、b兩束單色光通過玻璃磚的時間相同
解析：根據題意畫出光路圖，如圖所示
B
A. 激光在水和空氣中速度相同
B. 激光在水流中有全反射現象
C. 水在空中做勻速率曲線運動
D. 水在水平方向做勻加速運動
中的傳播速度，A錯誤；水流導光的原理是光在水中射到水與空氣分界面時的入射角
大于臨界角，發生了全反射，B正確；水從瓶口水平射出之后，水在水平方向做勻速
直線運動，D錯誤；水在空中做勻變速曲線運動，水的速率在增大，C錯誤.
B
A. 在PQ面上，紅光比綠光更靠近P點
B. θ逐漸增大時，紅光的全反射現象先消失
C. θ逐漸增大時，入射光可能在MN面發生全反射
D. θ逐漸減小時，兩束光在MN面折射的折射角逐漸增大
消失　
大于或等于　
深化1　　解答全反射問題的技巧
（1）解答全反射問題時，要抓住發生全反射的兩個條件：
①光必須從光密介質射入光疏介質；
②入射角大于或等于臨界角.
（2）利用好光路圖中的臨界光線，準確地判斷出恰好發生全反射的光路圖是解題的關鍵，且在作光路圖時盡量與實際相符.
深化2　　求解光的折射、全反射問題的三點注意
（1）明確哪種是光密介質、哪種是光疏介質.同一種介質，相對于其他不同的介質，可能是光密介質，也可能是光疏介質.
（2）如果光線從光疏介質進入光密介質，則無論入射角多大，都不會發生全反射現象.
（3）當光射到兩種介質的界面上時，往往同時發生光的折射和反射現象，但在全反射現象中，只發生反射，不發生折射.
深化3　　求解光的折射和全反射問題的思路
（1）確定研究的光線
該光線一般是入射光線，還有可能是反射光線或折射光線；若研究的光線不明確，根據題意分析、尋找，如臨界光線、邊界光線等.
（2）畫光路圖
找入射點，確認界面，并畫出法線，根據反射定律、折射定律作出光路圖，結合幾何關系，具體求解.
（3）注意兩點
從光疏→光密：一定有反射、折射光線
從光密→光疏：如果入射角大于或等于臨界角，一定發生全反射.
D. 2
B
角度2　光的折射和全反射的綜合應用
例4　如圖所示，真空中有折射率為n、橫截面為半圓環的透明體，其內圓半徑為r，外圓半徑為R，有一細光束在A端面上某點垂直于端面A射入透明體，該光束在透明體中反射兩次垂直B端面射出.設真空中光速為c.
（1）求光在透明體中的運動時間；
（2）若在A端面任意位置垂直A端面射入透明體的光都不從透明側壁射出，透明體的折射率應滿足什么條件？
B. 若θ＝45°，光線c消失
C. 若入射光a變為白光，光線b為白光
D. 若入射光a變為紫光，光線b和c仍然垂直
ABC
A. 等于90°
B. 大于90°
C. 小于90°
D. 與棱鏡的折射率有關
A
解析：運用平面鏡成像相關知識以BC面為平面鏡，成像如圖所示，根據對稱性可知，從CD邊射出的光線與法線的夾角也為θ，所以光線從AC射出時與法線的夾角也為θ；由于垂直于AB的法線與垂直于AC的法線相互垂直，根據數學知識（一個角的兩邊與另一個角的兩邊相互垂直，這兩個角相等或互補）可知，從AC邊射出的光線與入射光線相互垂直，故出射光線相對于入射光線偏轉角為α＝90°，故A正確，B、C、D錯誤.
1. 光的色散
直觀情境
紅光　
紫光　
復色　
深化　　光的色散及成因
（1）含有多種顏色的光被分解為單色光的現象稱為光的色散.
（2）含有多種顏色的光從一種介質進入另一種介質，由于介質對不同色光的折射率不同，各種色光的偏折程度不同，所以產生光的色散現象.
A. a、b兩束出射光互相平行
B. 只要滿足一定的條件，a、b兩束光可以發生干涉
C. 在該透明材料中，a光的傳播速度大于b光的傳播速度
D. 從該透明材料射入空氣發生全反射時，a光的臨界角較大
A
BC
A. 兩束光穿過玻璃柱體所需時間相同
B. OM是黃光，ON是藍光
四、實驗：測量玻璃的折射率
考題7?。?024·安徽卷）某實驗小組做“測量玻璃的折射率”及拓展探究實驗.
A. 用筆在白紙上沿著玻璃磚上邊和下邊分別畫出直線a和a'
B. 在玻璃磚一側插上大頭針P1、P2，眼睛在另一側透過玻璃磚看兩個大頭針，使P2把P1擋住，這樣就可以確定入射光線和入射點O1.在眼睛這一側，插上大頭針P3，使它把P1、P2都擋住，再插上大頭針P4，使它把P1、P2、P3都擋住，這樣就可以確定出射光線和出射點O2
C. 實驗時入射角θ1應盡量小一些，以減小實驗誤差
B　
解析：（1）不能用筆沿著玻璃磚的上、下邊畫線，這樣會磨損玻璃磚，A錯誤；為了減小誤差，應使入射角θ1盡量大一些，C錯誤.
解析：（2）由題圖乙知，綠光的折射角小，玻璃對綠光的折射率大，且綠光的頻率大于紅光的頻率，故頻率大，折射率大.
大　
＞　
考題8?。?023·廣東卷）某同學用激光筆和透明長方體玻璃磚測量玻璃的折射率.實驗過程如下：
（1）將玻璃磚平放在水平桌面上的白紙上，用大頭針在白紙上標記玻璃磚的邊界.
（2）①激光筆發出的激光從玻璃磚上的M點水平入射，到達ef面上的O點后反射到N點射出.用大頭針在白紙上標記O點、M點和激光筆出光孔Q的位置.
②移走玻璃磚，在白紙上描繪玻璃磚的邊界和激光的光路，作QM連線的延長線與ef面的邊界交于P點，如圖（a）所示.
2.25
（2.24～2.26均可）　
解析：（2）③題圖（b）中刻度尺的分度值為0.1 cm，則d1＝2.25 cm.
解析：（3）根據題意作出法線、入射角θ1、折射角θ2，如圖所示.

1.51（1.50～1.52均可）　
小一些　
2. 實驗過程
（1）鋪白紙、畫線
①將白紙用圖釘按在平木板上，先在白紙上畫出一條直線aa'作為界面，過aa'上的一點O畫出界面的法線MN，并畫一條線段AO作為入射光線.
②把玻璃磚平放在白紙上，使它的長邊跟aa'對齊，畫出玻璃磚的另一條長邊bb'.
（2）插針與測量
①在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2，透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像，調整視線的方向，直到P1的像被P2的像擋住，再在觀察的這一側依次插兩枚大頭針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.
②移去玻璃磚，連接P3、P4并延長交bb'于O'，連接OO'即為折射光線，入射角θ1＝∠AOM，折射角θ2＝∠O'ON.
③用量角器測出入射角和折射角，查出它們的正弦值，將數據填入表格中.
④改變入射角θ1，重復以上實驗步驟，列表記錄相關測量數據.
深化　　注意事項
（1）玻璃磚應選用厚度、寬度較大的.
（2）大頭針要插得豎直，且間隔要大些.
（3）入射角不宜過大或過小，一般在15°～75°之間.
（4）玻璃磚的折射面要畫準，不能用玻璃界面代替直尺畫界線.
（5）實驗過程中，玻璃磚和白紙的相對位置不能改變.
角度1　教材原型實驗
例7　在通過“插針法”測量玻璃的折射率實驗中：
甲 乙
解析：（1）玻璃磚的光學面不能用手直接接觸，否則接觸面的污漬會影響接觸面的平整，進而影響折射率的測定.
光學面　
（2）關于該實驗，有以下操作步驟（如圖乙所示）：
A. 擺好玻璃磚，確定玻璃磚上、下邊界aa'、bb'；
B. 任意畫出一條入射光線，在光路上插上大頭針P1、P2；
C. 在確定P3、P4位置時，應使P3擋住P1、P2的像，P4擋住 　P3以及P1、P2的像??；
D. 在確定P3、P4位置時，二者距離應適當 　遠?。ㄌ睢敖被颉斑h”）些，以減小誤差.
解析：（2）在確定P3、P4位置時，應使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3以及P1、P2的像；折射光線是通過隔著玻璃磚觀察成一條直線確定的，大頭針間的距離太小，引起的角度誤差會較大，故P1、P2及P3、P4之間的距離應適當遠些，可以提高準確度.
P3以及P1、P2的像　
遠　

（4）如圖丁所示為小薇同學實驗獲得的大頭針位置，請幫助她畫出該實驗完整的光路圖.
答案：（4）見解析圖
解析：（4）連接P1和P2并延長交玻璃磚的上表面于O1點，連接P3和P4并延長交玻璃磚的下表面于O2點，連接O1O2，則O1O2是光在玻璃內的折射光線，作出光路圖如圖所示.
角度2　實驗拓展創新
例8　某同學用插針法測量某種材料制成的三棱鏡的折射率，主要實驗步驟如下：
A. P3只需擋住P2的像
B. P4擋住P3的同時，還要擋住P1和P2的像
C. 該實驗除刻度尺外，還必須使用量角器
D. 該實驗僅需使用刻度尺，無需使用量角器
BD　
解析：（1）本實驗，要先在玻璃磚的一側插上兩枚大頭針P1和P2，然后在玻璃磚另一側觀察，調整視線使P1的像被P2的像擋住，接著在眼睛所在一側相繼插上兩枚大頭針P3和P4，使P3同時擋住P1、P2的像，P4擋住P3及P1、P2的像，A錯誤，B正確；該實驗可用刻度尺測出長度，繼而算出入射角和折射角的正弦值，無需使用量角器，C錯誤，D正確.
（2）經正確操作，四枚大頭針的位置如圖所示，請在圖上作出實驗光路圖.
答案：（2）見解析圖　
解析：（2）如圖所示.
1.33　
限時跟蹤檢測
A級·基礎對點練
題組一　折射定律及折射率的應用
A. 1.5 m B. 2.5 m
C. 2.25 m D. 2 m
D
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A
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A. 反射角變小 B. 反射光的亮度不變
C. 折射光的亮度不變 D. 折射光會消失
D
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A. 1.30 B. 1.33 C. 1.38 D. 1.48
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A. 從B點射出的是紅光
B. 在相同條件下，從C點射出的光更容易發生衍射
C. 兩束光從O點射入，到從B、C點射出所用的時間相等
D. 沿OB、OC折射的單色光的能量之和等于沿AO入射復色光的能量
BC
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B級·能力提升練
A. 一束復色光透過平行空氣磚分成1、2兩束光，兩束光不一定平行
B. 一束復色光透過平行空氣磚分成1、2兩束光，光束1的頻率更高
C. 一束單色光射向平行空氣磚后偏移量變大，說明海水的鹽度變大
D. 一束單色光射向平行空氣磚后偏移量變小，說明海水的鹽度變大
C
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解析：光束經過平行空氣磚發生兩次折射后只發生側移，不發生偏折，故兩束光一定平行，A錯誤；兩束光從海水射入空氣發生折射現象，同一介質對頻率更高的光的折射率更大，由題圖可知n1＜n2，則f1＜f2，即光束2的頻率更高，B錯誤；一束單色光射向平行空氣磚后偏移量變大，即海水的折射率變大，說明海水鹽度變大，C正確，D錯誤.
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D. 2a2
A
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A. R
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解析：作出a光線的光路如圖所示：
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9. （2025·陜西教育聯盟聯考）如圖甲所示是一個長為L的半圓柱體透明介質，其底面是半徑為R的半圓，圖乙為半圓柱體右視圖，O為圓心，P為半徑OA的中點，將平行光垂直側面ABCD射入介質，其中由P點入射的光線，其射出介質的折射光線方向與AB邊的夾角為60°.求：
（1）透明介質的折射率；
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（2）要使所有光線都不能由圓柱的圓弧面射出，可以在側面ABCD貼上不透光的貼紙，求貼紙的最小面積.（不考慮光的多次反射）
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