2019-2020学年人教版物理选修3-4(浙江新高考专用版)讲义:第十三章 光 微型专题 几何光学的原理及应用 Word版含答案.pdf
《2019-2020学年人教版物理选修3-4(浙江新高考专用版)讲义:第十三章 光 微型专题 几何光学的原理及应用 Word版含答案.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2019-2020学年人教版物理选修3-4(浙江新高考专用版)讲义:第十三章 光 微型专题 几何光学的原理及应用 Word版含答案.pdf(17页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、微型专题 几何光学的原理及应用微型专题 几何光学的原理及应用 课时要求 1.知道光的反射定律、 折射定律和全反射的规律, 知道光的可逆 原理. 2.会根据几何光学的基本原理画出光路图并会利用几何关系找 出相应的边、角关系. 一、几何光学的基本原理及应用 几何光学就是以光线为工具,研究光的传播规律解几何光学的题目,首先根据几何光学的 基本原理画出光路图,然后利用几何关系找出相应的边、角关系 几何光学研究的是光线传播的规律,主要包括五条基本规律 1光的直线传播规律 2光的反射定律 (1)反射光线与入射光线、法线在同一平面内,反射光线、入射光线分居在法线两侧 (2)反射角等于入射角 3光的折射定律
2、折射光线与入射光线、法线在同一平面内,折射光线、入射光线分居法线两侧;入射角的正 弦与折射角的正弦成正比公式:n12.其中 1为入射光线与法线的夹角,2为折射光 sin 1 sin 2 线与法线的夹角 4光的全反射规律 发生全反射的条件是: (1)由光密介质射向光疏介质; (2)入射角 临界角 C,其中 sin C . 1 n 5光的可逆原理 在反射、折射和直线传播中,光路都是可逆的 例 1 如图 1 所示,一棱镜的截面为直角三角形 ABC,A30,斜边 ABa.棱镜材料的 折射率为.在此截面所在的平面内,一条光线以 45的入射角从 AC 边的中点 M 射入棱2 镜画出光路图,并求光线从棱镜射
3、出的点的位置(不考虑光线沿原路返回的情况) 图 1 答案 见解析 解析 设入射角为 1,折射角为 2,由折射定律得 n sin 1 sin 2 由已知条件及式得 230 如果入射光线在法线的右侧, 光路图如图甲所示 设出射点为 F, 由 230得光线垂直于 AB 射出,且由几何关系可得 AF a 3 8 甲 即出射点在 AB 边上离 A 点 a 的位置 3 8 如果入射光线在法线的左侧,光路图如图乙所示 乙 设折射光线与 AB 边的交点为 D.由几何关系可知,在 D 点的入射角 60 设全反射的临界角为 C,则 sin C 1 n 由式和已知条件得 C45 因此,光在 D 点发生全反射 设此光
4、线的出射点为 E,由几何关系得 DEB90,BDa2AF BEBDsin 30 联立式得 BE a 1 8 即出射点在 BC 边上离 B 点 a 的位置 1 8 求解几何光学的题目首先要画出光路图,然后利用相应的公式结合几何知识分析边、角关系. 而光从光密介质射到光疏介质时,首先要判断是否发生了全反射. 二、全反射和临界角的综合问题 分析光的全反射、临界角问题的一般思路 (1)确定光是由光疏介质进入光密介质,还是由光密介质进入光疏介质 (2)若光是由光密介质进入光疏介质,根据公式 sin C 确定临界角 1 n (3)画出恰好发生全反射的光路图,利用几何知识分析边、角关系,找出临界角 (4)以
5、恰好发生全反射的光线为比较对象来判断其他光线是否发生全反射,从而画出其他光线 的光路图 例 2 如图 2, ABC 是一直角三棱镜的横截面, A90, B60.一细光束从 BC 边的 D 点折射后, 射到AC边的E点, 发生全反射后经AB边的F点射出 EG垂直于AC交BC于G, D 恰好是 CG 的中点不计多次反射 图 2 (1)求出射光相对于 D 点的入射光的偏角; (2)为实现上述光路,棱镜折射率的取值应在什么范围? 答案 (1)60 (2)nnsin i3 式中 C 是全反射临界角,满足 nsin C1 由式知,棱镜的折射率 n 的取值范围应为n 光线在玻璃砖内会发生三次全反射,最后由
6、G 点射出,如图乙,由反射定律和几何关系得 OGOCR 3 2 乙 射到 G 点的光有一部分被反射,沿原路返回到达 C 点射出 1.如图 1 所示,ABC 为一直角三棱镜的横截面,BAC30,现有两条间距为 d 的平行单 色光线垂直于 AB 面射入三棱镜,已知棱镜对该单色光的折射率为 . 3 图 1 (1)若两条单色光线均能从 AC 面射出,求两条单色光线从 AC 面射出后的距离; (2)若第三条单色光线垂直于 AB 面射入三棱镜,到达 AC 面恰好能发生全反射,若真空中光 速为 c,求这条光线在三棱镜中的传播速度 答案 见解析 解析 (1)如图所示,两条单色光线在 AC 面的折射点分别为 D
7、、E,由图中几何关系可知, 入射角 i30 则根据光的折射定律有n sin r sin i 得 r60 在直角三角形 DEF 中EDF30 所以 EF DE d. 1 2 1 2 d cos 30 3 3 (2)由题意结合光路图知入射的临界角为 30, n22, 则光在三棱镜中的传播速度 v 1 sin 30 . c 2 2 如图 2 所示为安全防盗门上的观察孔(俗称 “猫眼” ), 直径为 d, 为了扩大向外观察的范围, 在孔中完全嵌入折射率为 n的玻璃,玻璃由圆柱体和顶角为 60的球冠组成,猫眼的平3 面部分正好和安全门内表面平齐,球冠的边缘恰好和防盗门外表面平齐若要让房间里的人 能看到门
8、外全部的景象,门的厚度不能超过多少? 图 2 答案 d 3 3 解析 若要让房间的人能看到门外全部的景象,则沿平行门方向射向 C 处的光线能够折射经 过 A 点即可 光路如图所示: 根据光的折射定律有n sin 60 sin 可得 30 由几何关系知CAB30 则门的厚度最大为 BCABtan 30d. 3 3 3.如图 3 所示是一个半球形透明物体的侧视图,现在有一细束单色光沿半径 OA 方向入射, 保持入射方向不变,不考虑光线在透明物体内部的反射 图 3 (1)将细光束平移到距 O 点R 处的 C 点,此时透明物体左侧恰好不再有光线射出,求透明 3 3 物体对该单色光的折射率; (2)若细
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2019-2020学年人教版物理选修3-4浙江新高考专用版讲义:第十三章 微型专题几何光学的原理及应用 Word版含答案 2019 2020 学年 人教版 物理 选修 浙江 高考 专用版 讲义 第十三
链接地址:https://www.31doc.com/p-4197106.html