人教版高中物理第1讲 光的折射 全反射.docx

课程标准内容及要求
核心素养及关键能力
核心素养
关键能力
1.通过实验，理解光的折射定律。
物理规律
分析计算能力
2.实验十九：会测量材料的折射率。
科学探究
数据处理能力
3.知道光的全反射现象及其产生的条件。初步了解光纤的工作原理、光纤技术在生产生活中的应用。
科学推理
分析推理能力
4.观察光的干涉、衍射和偏振现象，了解这些现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用。知道光是横波。
物理概念
理解能力
5.实验二十：会用双缝干涉实验测量光的波长。
科学实验
实验操作及数据处理
6.通过实验，了解激光的特性。能举例说明激光技术在生产生活中的应用。
7.初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，初步了解场的统一性与多样性，体会物理学对统一性的追求。
物理规律
8.通过实验，了解电磁振荡。知道电磁波的发射、传播和接收。
9.认识电磁波谱。知道各个波段的电磁波的名称、特征和典型应用。
物理概念
第1讲　光的折射　全反射
一、光的折射定律　折射率
1.折射定律
图1
(1)内容：如图1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＜c，所以任何介质的折射率都大于1。
(4)当光从真空(或空气)斜射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质斜射入真空(或空气)时，入射角小于折射角。
3.折射率的理解
(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。
【自测1】 (2021·1月辽宁普高校招生适应性测试，2)如图2所示。一束单色光从介质1射入介质2，在介质1、2中的波长分别为λ1、λ2，频率分别为f1、f2，则(　　)
图2
A.λ1＜λ2 B.λ1＞λ2
C.f1＜f2 D.f1＞f2
答案　B
解析　光从一种介质进入另外一种介质时频率不变，故选项C、D错误；光从介质1进入介质2，折射光线靠近法线，可知介质2为光密介质，光进入介质2传播速度变小，波长变短，选项B正确，A错误。
二、全反射　光导纤维
1.定义：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线将全部消失，只剩下反射光线的现象。
2.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。
3.临界角：折射角等于90°时的入射角。若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，则sin C＝。介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。
4.光导纤维
光导纤维的原理是利用光的全反射，如图3所示。
图3
【自测2】 (多选)光从介质a射向介质b，如果要在a、b介质的分界面上发生全反射，那么必须满足的条件是(　　)
A.a是光密介质，b是光疏介质
B.光在介质a中的速度必须大于在介质b中的速度
C.光的入射角必须大于或等于临界角
D.必须是单色光
答案　AC
命题点一　折射定律和折射率的理解及应用
1.对折射率的理解
(1)折射率的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＝。
(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。
【例1】 [2019·全国卷Ⅰ，34(2)]如图4，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面3 m。距水面4 m的湖底P点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹角为53°(取sin 53°＝0.8)。已知水的折射率为。
图4
(ⅰ)求桅杆到P点的水平距离；
(ⅱ)船向左行驶一段距离后停止，调整由P点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为45°时，从水面射出后仍照射在桅杆顶端，求船行驶的距离。
答案　(ⅰ)7 m　(ⅱ)5.5 m
解析　(ⅰ)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1，到P点的水平距离为x2；桅杆高度为
h1，P点处水深为h2；激光束在水中与竖直方向的夹角为θ
由几何关系有＝tan 5