第四章 光的反射与全反射
光学基础光的反射与全反射的特点与计算
光学基础光的反射与全反射的特点与计算光的反射是光线从一种介质到另一种介质时的现象，根据光线入射角度和介质的折射率的关系，光的反射可以分为两种类型：反射和全反射。
本篇文章将围绕光的反射与全反射展开讨论，探究它们的特点和计算方法。
一、光的反射特点光的反射是光线遇到材料或界面时，按照一定规律改变传播方向的过程。
它具有以下特点：1. 反射定律：光线的入射角等于反射角，即入射角i 等于反射角r。
表达式为：i = r。
2. 法线：法线是垂直于界面的一条线，光线入射和反射的角度都是相对于法线而言。
3. 反射面：反射面指的是光线从一种介质反射到另一种介质时所处的界面。
二、全反射的特点与计算当光从光密介质入射到光疏介质时，若入射角大于临界角，则光将会完全发生反射，不会透射到另一侧。
这种现象被称为全反射。
全反射有以下特点与计算方法：1. 临界角：临界角是指入射角最大的角度，在此角度下光会发生全反射。
临界角的计算公式为：sin c = n2/n1，其中 n1 是光密介质的折射率，n2 是光疏介质的折射率。
2. 全反射条件：当光线从光密介质入射到光疏介质时，如果入射角大于临界角，则会发生全反射。
入射角大于临界角的情况下，光线不会透射到光疏介质，而是全部反射回光密介质。
3. 应用：全反射在光纤通信中有重要应用。
光纤通过内壁光的全反射来进行光信号的传输，确保信号不会因透射损失而衰减。
综上所述，光的反射与全反射是光学中重要的现象和计算方法。
通过深入探究它们的特点和计算公式，我们能够更好地理解光的传播规律和应用实践。
在学习与研究光学基础的过程中，理解光的反射与全反射是建立扎实知识基础的重要一步。
通过光学实验和计算实例，我们可以进一步加深对光的反射与全反射的理解，并在实践中熟练运用相关的计算方法。
总之，光学基础中的光的反射与全反射是我们学习与研究的重要内容。
通过探索它们的特点和计算方法，我们能够更加深入地理解光的传播规律，并在实际应用中灵活运用。
光的反射折射知识点总结
光的反射折射知识点总结光的反射和折射是光学中的重要概念。
通过了解这些概念，我们可以更好地理解光在不同介质中的传播规律，解释现象，设计光学系统等。
以下是光的反射和折射知识点的总结。
1.光的反射光的反射是指光线从一个介质界面上反射回原介质的现象。
根据反射规律，入射光线、反射光线和法线三者共面，并且入射角等于反射角。
2.反射定律反射定律是指入射角θ₁和反射角θ₂之间的关系，即sinθ₁/sinθ₂=n₂/n₁，其中n₁和n₂分别为入射介质和反射介质的折射率。
3. 镜面反射和 diffused反射在光线与光滑表面相交时，发生镜面反射。
镜面反射的特点是反射光线具有明确的方向和角度，可以形成清晰的像。
在光线与粗糙表面相交时，发生diffused反射，反射光线呈现出随机分布，不能形成清晰的像。
4.光的折射光的折射是指光线从一种介质传播到另一种介质时的偏折现象。
当光线从一种介质进入另一种介质时，根据折射定律，入射角θ₁、折射角θ₂和介质的折射率n之间有关系sinθ₁/sinθ₂=n₂/n₁。
5.折射率折射率是描述介质对光的折射能力的物理量。
折射率越高，光在介质中的传播速度越慢。
折射率和波长有关，一般情况下，折射率随着波长的增加而减小。
6.全反射当光线从折射率较高的介质射入折射率较低的介质时，入射角大于临界角时，发生全反射现象。
全反射的特点是光线完全被折射，没有发生透射。
临界角是指入射角达到使得折射角为90度的最小值。
全反射经常用于光纤通信系统中，保证光信号可以在光纤中长距离传输。
7.光的色散色散是指不同波长的光线在经过折射后的偏折程度不同的现象。
由于折射率和波长有关，不同波长的光线在介质中的传播速度和偏折角度不同，从而形成彩虹等现象。
8. Snell定律Snell定律是描述光的折射现象的定律，即n₁sinθ₁=n₂sinθ₂。
该定律适用于折射率不随入射角度变化的情况。
9. Huygens原理Huygens原理是光的波动理论中的重要原理之一、该原理认为每一个点上的波前可以看作无数个点源发出的次波的重叠，通过这些次波的重叠，可以解释光的传播、反射和折射等现象。
(2019新教材)人教版高中物理选择性必修第一册：第四章《光》思维导图知识点及练习题
光[自我校对]①cv②sin i sin r③光疏介质④临界角⑤1 n⑥必须是相干光源⑦缝、孔的大小小于等于波长⑧横波光的折射、全反射1.解决光的折射问题的常规思路(1)根据题意画出正确的光路图．(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、折射角均是与法线的夹角．(3)利用折射定律、折射率公式列式求解．2．有关全反射定律的应用技巧(1)首先判断是否为光从光密介质进入光疏介质，如果是，下一步就要再利用入射角和临界角的关系进一步判断，如果不是则直接应用折射定律解题即可．(2)分析光的全反射时，根据临界条件找出临界状态是解决这类题目的关键．(3)当发生全反射时，仍遵循光的反射定律和光路可逆性．【例1】Morpho蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒，这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉．电子显微镜下鳞片结构的示意图见图．一束光以入射角i从a点入射，经过折射和反射后从b点出射．设鳞片的折射率为n，厚度为d，两片之间空气层厚度为h.取光在空气中的速度为c，求光从a 到b所需的时间t.解析：设光在鳞片中的折射角为r，折射定律sin i＝n sin r在鳞片中传播的路程l1＝2dcos r，传播速度v＝cn，传播时间t1＝l1v解得t1＝2n2dc n2－sin2i同理，在空气中的传播时间t2＝2h c cos i则t＝t1＋t2＝2n2dc n2－sin2i＋2hc cos i答案：2n2dc n2－sin2i＋2hc cos i(1)根据题意画出正确的光路图．(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、折射角的确定．(3)利用反射定律、折射定律求解．(4)注意在折射现象中，光路是可逆的．光学元件的特点及对光线的作用1.棱镜对光有偏折作用：一般所说的棱镜都是用光密介质制作的．入射光线经三棱镜两次折射后，射出方向与入射方向相比，向底边偏折(若棱镜的折射率比棱镜外介质的折射率小，则结论相反)．由于各种色光的折射率不同，因此一束白光经三棱镜折射后发生色散现象(红光偏折最小，紫光偏折最大)．2．全反射棱镜：横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜．选择适当的入射点可以使入射光线经过全反射棱镜的作用后偏转90°或180°，如图所示．要特别注意两种用法中光线在哪个表面发生全反射．3．玻璃砖：所谓玻璃砖一般指横截面为矩形的棱镜．当光线从上表面入射，从下表面射出时，其特点是：(1)射出光线和入射光线平行．(2)各种色光在第一次入射后就发生色散．(3)射出光线的侧移与折射率、入射角及玻璃砖的厚度有关．(4)可利用玻璃砖测定玻璃的折射率．【例2】如图所示，某三棱镜的截面是一直角三角形，棱镜材料的折射率为n，底面BC涂黑，入射光沿平行于底面BC的方向射向AB面，经AB和AC折射后射出．为了使上述入射光线能从AC面射出，求折射率n的取值范围．解析：设第一次发生折射时入射角和折射角分别为α和β，第二次发生折射时的入射角为γ则sin α＝n sin β要在AC面上不发生全反射，要求sin γ＜1 n同时由题可知：β＋γ＝90°，α＝60°因此有：n＜7 2.又n本身大于1，故n的取值范围：1＜n＜7 2答案：1＜n＜72光的干涉和衍射的比较1.两者的产生条件不同：产生干涉的条件是两列光波频率相同，振动方向相同，相位差恒定；产生明显衍射现象的条件是障碍物或小孔的尺寸跟光的波长相差不多，甚至比光的波长还要小．2．图样特点不同：单色光双缝干涉产生的是等间距、明暗相间且亮度基本相同的条纹；单缝衍射产生的是中央最宽、最亮，其他窄且暗的明暗相间条纹，并且各相邻条纹间距不等．3．波长对条纹间距的影响：无论是双缝干涉还是单缝衍射，所形成的条纹间距和宽度都随波长增加而增大．双缝干涉中相邻明纹或暗纹间距为Δx＝l dλ.【例3】表面附有油膜的透明玻璃片，当有阳光照射时，可在表面和玻璃片边缘分别看到彩色图样，则前者是________现象，后者是________现象．解析：附有油膜的玻璃片表面发生薄膜干涉而看到彩色图样，周围发生衍射也能看到彩色图样．两者原理不一样．答案：干涉衍射(1)产生干涉是有条件的，产生衍射只有明显不明显之说．(2)干涉与衍射的本质都是光波叠加的结果．1．中国古人对许多自然现象有深刻认识，唐人张志和在《玄真子·涛之灵》中写道：“雨色映日而为虹”．从物理学的角度看，虹是太阳光经过雨滴的两次折射和一次反射形成的．图是彩虹成因的简化示意图，其中a、b是两种不同频率的单色光，则两光()A．在同种玻璃中传播，a光的传播速度一定小于b光B．以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，b光侧移量小C．在同一介质中传播时两种光的频率相同D．以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是a光E．以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是b光解析：由题图可知，a光在同一介质中的折射率大，其频率大．选项C错误．根据n＝cv，知a光在玻璃中的传播速度小，选项A正确．当a、b光以相同的角度斜射到同一玻璃板上后，其光路图如右图所示，由图可知，a光的侧移量大，选项B正确．由sin C＝1n，可知a光的临界角小，即a光比b光容易发生全反射，因此在空气中只能看到一种光时，一定是b光，选项D错误，E正确．答案：ABE2．在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比，Δx1________Δx2(填“>”、“<”或“＝”)．若实验中红光的波长为630 nm，双缝与屏幕的距离为1.00 m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm，则双缝之间的距离为________mm.解析：由公式Δx＝Ldλ可知，Δx1＞Δx2.相邻亮条纹之间的距离为Δx＝10.55mm＝2.1 mm，双缝间的距离d＝LλΔx，代入数据得d＝0.300 mm.答案：＞0.3003．如图所示，玻璃球冠的折射率为3，其底面镀银，底面的半径是球半径的32倍；在过球心O 且垂直于底面的平面(纸面)内，有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的M点，该光线的延长线恰好过底面边缘上的A点，求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角．解析：设球半径为R，球冠底面中心为O′，连接OO′，则OO′⊥AB.令∠OAO′＝α，有cos α＝O′AOA＝32RR①即α＝30°②由题意知MA⊥AB所以∠OAM＝60°③设图中N点为光线在球冠内底面上的反射点，所考虑的光线的光路图如图所示．设光线在M点的入射角为i，折射角为r，在N点的入射角为i′，反射角为i″，玻璃的折射率为n.由于△OAM为等边三角形，有i＝60°④由折射定律有sin i＝n sin r ⑤代入题给条件n＝3得r＝30°⑥作底面在N点的法线NE，由NE∥AM，有i′＝30°⑦根据反射定律，有i″＝30°⑧连接ON，由几何关系知△MAN≌△MON，故有∠MNO＝60°⑨由⑦⑨式得∠ENO＝30°⑩于是∠ENO为反射角，ON为反射光线．这一反射光线经球面再次折射后不改变方向．所以，射出玻璃球冠的光线相对于入射光线的偏角β为β＝180°－∠ENO＝150°⑪答案：150°4．如图所示，在注满水的游泳池的池底有一点光源A，它到池边的水平距离为3.0 m．从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角，水的折射率为4 3.(1)求池内的水深；(2)一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到池面的高度为2.0 m．当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45°.求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留1位有效数字)．解析：(1)如图，设到达池边的光线的入射角为i，依题意，水的折射率n＝4 3，光线的折射角θ＝90°.由折射定律有n sin i＝sin θ①由几何关系有sin i＝ll2＋h2②式中，l＝3.0 m，h是池内水的深度．联立①②式并代入题给数据得h＝7 m≈2.6 m ③(2)设此时救生员的眼睛到池边的距离为x.依题意，救生员的视线与竖直方向的夹角为θ′＝45°.由折射定律有n sin i′＝sin θ′④式中，i′是光线在水面的入射角．设池底点光源A到水面入射点的水平距离为a.由几何关系有sin i ′＝aa 2＋h 2⑤ x ＋l ＝a ＋h ′⑥式中h ′＝2 m ．联立③④⑤⑥式得 x ＝⎝⎛⎭⎪⎫3723－1m ≈0.7 m ⑦答案：(1)2.6 m (2)0.7 m。
知识讲解 光的反射、折射、全反射
光得反射、折射、全反射【学习目标】１.通过实例分析掌握光得反射定律与光得折射定律.2.理解折射率得定义及其与光速得关系.3.学会用光得折射、反射定律来处理有关问题.4．知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角得概念.5.能判定就是否发生全反射,并能分析解决有关问题．6.了解全反射棱镜与光导纤维.７．明确测定玻璃砖得折射率得原理.8．知道测定玻璃砖得折射率得操作步骤.9.会进行实验数据得处理与误差分析．【要点梳理】要点一、光得反射与折射1.光得反射现象与折射现象如图所示,当光线入射到两种介质得分界面上时，一部分光被反射回原来得介质,即反射光线,这种现象叫做光得反射.另一部分光进入第二种介质,并改变了原来得传播方向,即光线，这种现象叫做光得折射现象,光线称为折射光线.折射光线与法线得夹角称为折射角（）.2．反射定律反射光线与入射光线、法线处在同一平面内,反射光线与入射光线分别位于法线得两侧;反射角等于入射角．3．折射定律(1）内容:折射光线跟入射光线与法线在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线得两侧．入射角得正弦跟折射角得正弦成正比.即常数．如图所示.也可以用得数学公式表达，为比例常数．这就就是光得折射定律.(2）对折射定律得理解:①注意光线偏折得方向:如果光线从折射率()小得介质射向折射率()大得介质,折射光线向法线偏折,入射角大于折射角,并且随着入射角得增大(减小)折射角也会增大(减小);如果光线从折射率大得介质射向折射率小得介质,折射光线偏离法线,入射角小于折射角,并且随着入射角得增大(减小)折射角也会增大(减小）.②折射光路就是可逆得,如果让光线逆着原来得折射光线射到界面上,光线就会逆着原来得人射光线发生折射，定律中得公式就变为,式中、分别为此时得入射角与折射角.4.折射率——公式中得(１)定义.实验表明,光线在不同得介质界面发生折射时.相同入射角得情况下.折射角不同.这意味着定律中得值就是与介质有关得，表格中得数据,就是在光线从真空中射向介质时所测得得值,可以瞧到不同介质得值不同,表明值与介质得光学性质有关,人们把这种性质称为介质得折射率.实际运用中我们把光从真空斜射人某种介质发生折射时,入射角得正弦跟折射角得正弦之比。
知识讲解 光的反射、折射、全反射
光的反射、折射、全反射【学习目标】1．通过实例分析掌握光的反射定律与光的折射定律． 2．理解折射率的定义及其与光速的关系．3．学会用光的折射、反射定律来处理有关问题．4．知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念． 5．能判定是否发生全反射，并能分析解决有关问题． 6．了解全反射棱镜和光导纤维．7．明确测定玻璃砖的折射率的原理． 8．知道测定玻璃砖的折射率的操作步骤． 9．会进行实验数据的处理和误差分析．【要点梳理】要点一、光的反射和折射1．光的反射现象和折射现象如图所示，当光线入射AO 到两种介质的分界面上时，一部分光被反射回原来的介质，即反射光线OB ，这种现象叫做光的反射．另一部分光进入第二种介质，并改变了原来的传播方向，即光线OC ，这种现象叫做光的折射现象，光线OC 称为折射光线．折射光线与法线的夹角称为折射角（2θ）．2．反射定律反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角．3．折射定律（1）内容：折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧．入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．即12sin sin θθ=常数．如图所示．也可以用sin sin in r=的数学公式表达，n 为比例常数．这就是光的折射定律． （2）对折射定律的理解：①注意光线偏折的方向：如果光线从折射率（1n ）小的介质射向折射率（2n ）大的介质，折射光线向法线偏折，入射角大于折射角，并且随着入射角的增大（减小）折射角也会增大（减小）；如果光线从折射率大的介质射向折射率小的介质，折射光线偏离法线，入射角小于折射角，并且随着入射角的增大（减小）折射角也会增大（减小）．②折射光路是可逆的，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人射光线发生折射，定律中的公式就变为12sin 1sin nθθ=，式中1θ、2θ分别为此时的入射角和折射角． 4．折射率——公式中的n （1）定义．实验表明，光线在不同的介质界面发生折射时．相同入射角的情况下．折射角不同．这意味着定律中的n 值是与介质有关的，表格中的数据，是在光线从真空中射向介质时所测得的n 值，可以看到不同介质的n 值不同，表明n 值与介质的光学性质有关，人们把这种性质称为介质的折射率．实际运用中我们把光从真空斜射人某种介质发生折射时，入射角1θ的正弦跟折射角2θ的正弦之比。
高中物理选修课件第四章光归纳与整理
光的折射定律
光从一种介质斜射入另一种介质时，传播 方向会发生改变，这种现象称为光的折射 。折射光线、入射光线和法线在同一平面 内，且折射角与入射角满足一定的关系。
B
光的干涉和衍射
干涉是两列或几列光波在空间某些区域相遇 时相互加强或相互减弱的现象。衍射是光在 传播过程中遇到障碍物或小孔时，偏离直线
D
传播的现象。
折射现象
光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变的现象。
解释
光在两种不同介质的交界面处发生折射，是由于光在不同介质中的传播速度不 同，导致光在交界面处的传播方向发生改变。
折射率与透镜成像
折射率
光在真空中的传播速度与光在该介质中 的传播速度之比，即n=c/v。
VS
透镜成像
透镜对光线有会聚或发散作用，当平行光 线经过透镜后，会聚于一点或形成一平行 光束，该点或平行光束与透镜的距离称为 焦距。透镜成像的规律与折射率有关，不 同折射率的透镜成像规律不同。
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高中物理选修课件第 四章光归纳与整理
汇报人：XX 20XX-01-17
目录
• 光的直线传播 • 光的反射 • 光的折射 • 光的干涉与衍射 • 光的偏振与全反射 • 复习与总结
01
光的直线传播
光源与光线
光源
能够自行发光的物体叫做光源。 光源可分为天然光源（如太阳、 萤火虫）和人造光源（如电灯、 蜡烛）。
常见题型解析
光的反射和折射问题
这类问题通常涉及到光的反射和折射定律的应用，需要根 据已知条件画出光路图，并应用定律求解相关角度或距离 。
光的全反射问题
这类问题通常涉及到全反射现象的判断和计算，需要根据 已知条件判断是否能发生全反射，并应用全反射公式求解 相关角度或距离。
光的反射现象物理原理
光的反射现象物理原理光的反射是指光线遇到介质界面时，一部分光线发生了方向改变，从原来的路径上发生反转回到入射介质的方向。
这种现象是由光线与介质交互作用而引起的，反射现象的物理原理可以通过光的波动性和光的粒子性来解释。
首先，从光的波动性来看，光是电磁波，传播过程中会发生反射、折射、衍射等现象。
光线一旦遇到介质表面，就会遵循波的传播规律，其中包括菲涅尔公式。
根据菲涅尔公式，入射光线与介质界面的法线之间的夹角越接近于垂直，反射光线占比越大；夹角越接近于平行，折射光线占比越大。
这就是为什么我们在不同角度看镜子时，反射光线的亮度和位置都会发生变化的原因。
其次，从光的粒子性来看，光可以解释为由许多粒子（光子）组成的微观粒子流。
当光线遇到介质界面时，光子会发生相互作用。
部分光子将被吸收，转化为介质内部的能量，另一部分光子则会被散射或反射。
反射光线的能量取决于入射光线的强度，以及反射系数的大小。
反射系数定义为反射光强与入射光强之比。
反射系数越大，表示介质对光的反射能力越强。
在光的反射过程中，还有一些相关的现象值得注意。
首先是全反射现象。
当光线从光密介质入射到光疏介质时，若入射角大于临界角，就会发生全反射现象。
此时，光线会完全被反射，没有折射光线产生。
这种现象常见于光在光纤中的传播过程中，使得光信号能够长距离传输，起到了重要的应用作用。
其次是极化现象。
当光线发生反射后，经过反射光线变成了极化光。
极化光的振动方向与入射光的振动方向有关，主要有s（垂直于入射面）极化和p（平行于入射面）极化两种情况。
反射角度的不同和入射光的偏振状态会导致光的极化状态的变化。
最后，光的反射还与介质的性质有关。
介质的折射率和表面的光洁度等因素都会影响光的反射现象。
折射率越大的介质，反射系数越小，反射率越低。
表面越光滑，界面的反射率越高。
这就是为什么镜子表面经过精细制作，能够产生清晰明亮的反射图像。
综上所述，光的反射现象可以通过光的波动性和光的粒子性来解释。
广西专版新教材高中物理第4章光2全反射课件新人教版选择性必修第一册
(2)应用:对于精密的光学仪器,如照相机、望远镜、显微镜
等,就需要用全反射棱镜代替平面镜,以消除多余的像。
2.对全反射棱镜光学特性的两点说明。
(1)当光垂直于它的一个界面射入后,都会在其内部发生全
反射,与平面镜相比,它的反射率很高。
(2)反射时失真小,两种反射情况如图甲、乙所示。
3.光导纤维。
②表达式:光由折射率为 n 的介质射向真空或空气时,若刚
°
好发生全反射,则折射角恰好等于 90°,n=
,即
sin C= 。
③不同色光的临界角:不同颜色的光由同一介质射向空气或
真空时,频率越高的光的临界角越小,越容易发生全反射。
七种色光能否在同一界面上同时发生全反射?
提示:能。如果光从光密介质射入光疏介质,并且入射角大
介质都可以通过比较光在其中传播速度的大小或折射率的大
小来判定谁是光疏介质或光密介质。
2.全反射现象。
(1)全反射的条件。
①光由光密介质射向光疏介质。
②入射角大于或等于临界角。
(2)全反射遵循的规律:发生全反射时,光全部返回原介质,入
射光与反射光遵循光的反射定律,由于不存在折射光线,光的
折射定律不再适用。
)
A.发光面射出的光进入透明介质后,光的颜色发生了变化
B.若半球形表面(弧面)的任意位置都有整个发光面的光射
出,则介质折射率应小于
C.若透明介质的折射率为1.7,发光面的直径为2 mm,为了半
球形表面(弧面)的任意位置都有整个发光面的光射出,R必须
大于3.4 mm
D.无论R和r大小关系如何,不可能在半球形表面(弧面)任意
v=⑥
高中物理必修之知识讲解 光的反射、折射、全反射
光的反射、折射、全反射【学习目标】1．通过实例分析掌握光的反射定律与光的折射定律． 2．理解折射率的定义及其与光速的关系．3．学会用光的折射、反射定律来处理有关问题．4．知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念． 5．能判定是否发生全反射，并能分析解决有关问题． 6．了解全反射棱镜和光导纤维．7．明确测定玻璃砖的折射率的原理． 8．知道测定玻璃砖的折射率的操作步骤． 9．会进行实验数据的处理和误差分析．【要点梳理】要点一、光的反射和折射1．光的反射现象和折射现象如图所示，当光线入射AO 到两种介质的分界面上时，一部分光被反射回原来的介质，即反射光线OB ，这种现象叫做光的反射．另一部分光进入第二种介质，并改变了原来的传播方向，即光线OC ，这种现象叫做光的折射现象，光线OC 称为折射光线．折射光线与法线的夹角称为折射角（2θ）．2．反射定律反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角．3．折射定律（1）内容：折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧．入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．即12sin sin θθ=常数．如图所示．也可以用sin sin in r=的数学公式表达，n 为比例常数．这就是光的折射定律． （2）对折射定律的理解：①注意光线偏折的方向：如果光线从折射率（1n ）小的介质射向折射率（2n ）大的介质，折射光线向法线偏折，入射角大于折射角，并且随着入射角的增大（减小）折射角也会增大（减小）；如果光线从折射率大的介质射向折射率小的介质，折射光线偏离法线，入射角小于折射角，并且随着入射角的增大（减小）折射角也会增大（减小）．②折射光路是可逆的，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人射光线发生折射，定律中的公式就变为12sin 1sin nθθ=，式中1θ、2θ分别为此时的入射角和折射角． 4．折射率——公式中的n （1）定义．实验表明，光线在不同的介质界面发生折射时．相同入射角的情况下．折射角不同．这意味着定律中的n 值是与介质有关的，表格中的数据，是在光线从真空中射向介质时所测得的n 值，可以看到不同介质的n 值不同，表明n 值与介质的光学性质有关，人们把这种性质称为介质的折射率．实际运用中我们把光从真空斜射人某种介质发生折射时，入射角1θ的正弦跟折射角2θ的正弦之比。
光的反射与全反射
光的反射与全反射光是一种电磁波，其在介质之间传播时会发生反射和折射现象。
光的反射是指光束从一个介质的界面上发生反弹的现象，而全反射是指入射角大于临界角时，光束完全被反射回原介质的现象。
1. 光的反射当光束从一种介质传播到另一种介质时，遇到介质界面时会发生反射现象。
根据光的特性，光的反射符合以下两个定律：（1）光的入射角等于光的反射角，即θi = θr；（2）光的入射平面、反射平面和法线三者共面。
光的反射可以应用于各个方面，例如镜子反射、车灯反光等。
反射给人们的生活带来了许多便利，也有助于光学仪器和装置的应用。
2. 全反射全反射是光在光从一种介质射入另一种光密介质时，当入射角大于界面的临界角时发生的现象。
临界角是指使折射角为90度的入射角度。
光的全反射现象主要发生在从光密介质射入光疏介质时。
在全反射发生时，光束无法通过界面继续传播，而是被完全反射回原介质。
全反射在光纤通信、光学显微镜等领域有重要应用。
3. 全反射的应用（1）光纤通信：光纤是一种能够将信息以光信号的形式传输的光学器件。
光纤的传输主要依靠光的全反射原理。
当光从光密介质（光纤芯）射入光疏介质（光纤壳）时，可以利用全反射使光信号沿着光纤传输，避免了信号的衰减和干扰。
（2）显微镜：显微镜是观察微观物体的重要设备。
显微镜的光路中，使用了透镜和物镜等光学元件。
其中，在物镜与物体接触的界面上，发生全反射现象，使得观察者能够清晰地看到样本细节。
（3）激光器：激光器是一种产生高强度、单色和相干性光束的光学装置。
在激光器中，光的全反射作用用于构建光学腔，使得激光能够不断被放大和反射，最终形成一束聚焦度高、激光强度均匀的激光束。
总结：光的反射使我们能够看到周围的物体，并应用于镜子、反光衣等日常生活中。
而全反射现象则在光纤通信、显微镜、激光器等领域扮演着重要的角色。
了解和应用光的反射与全反射原理，能够更好地理解和运用光学现象。
人教版八年级物理上册 《章末小结与提升》光现象
( 1 )如果纸板没有与平面镜垂直放置,当光贴着纸板E入射时,在纸板F上 不能 ( 选填“能”
或“不能” )看到反射光线;
( 2 )小斌想要探究反射光线与入射光线是否在同一平面内,接下来的操作是
以法线ON为轴线,把纸板F向后缓慢旋转 ;
( 3 )物体和像的连线与平面镜垂直。
【针对训练】
2.在“探究平面镜成像的特点”实验中,实验装置如图所示。A、B是两支相同的蜡烛,C是3
mm厚的玻璃板。
实验活动
( 1 )实验中,发现蜡烛A成两个像,这两个像之间的距离 大于 ( 选填“大于”“等于”或“小
于” )3 mm;
( 2 )实验中,若把蜡烛B也点燃放在蜡烛A像的位置,此时在玻璃前看到的蜡烛A的像不清楚,
2.25 2.0 2.30 3.0 2.2
( ×108 m/s )
实验活动
( 1 )观察光路图,可以发现光从水斜射入玻璃时,折射角 小于 ( 选填“大于”“等于”或“小
于” )入射角;
( 2 )仔细观察图中的光路,对照表中的数据,可以得出结论:当光从传播速度小的介质斜射入
传播速度大的介质时,折射角 大于 ( 选填“大于”“等于”或“小于” )入射角;
( 1 )在水平桌上铺上白纸,在白纸上竖直放上平板玻璃。
( 2 )取两支相同的蜡烛,分别立于玻璃板的前后方。
( 3 )点燃玻璃板前方的蜡烛A,透过玻璃板观察,移动玻璃板后方的蜡烛B,直到与玻璃板前
方蜡烛A的像完全重合为止。
( 4 )用笔标出前后方蜡烛的位置,并画出玻璃板所处的位置。
( 5 )取走蜡烛B,在该位置放置光屏,观察在光屏上是否可以呈现蜡烛A的像。
高中物理选择性必修一 第四章 专题强化5 光的折射与全反射
解析 如图，设光线在D点的入射角为i，折射角为r.
折射光线射到BC边上的E点.
设光线在E点的入射角为θ，由几何关系，有
θ＝90°－(30°－r)>60°
①
根据题给数据得
sin
θ>sin
1 60°>n
②
即θ大于全反射临界角，因此光线在E点发生全反射.
(2)不考虑多次反射，求从AC边射出的光线与最初的入 射光线夹角的正弦值.
3.光的折射定律
折射光线与入射光线、法线在同一平面内，折射光线、入射光线分别位 于法线两侧；入射角的正弦值与折射角的正弦值成正比.公式：n＝ssiinn γi. 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i≥临界角ic，其中sin ic＝1n. 5.光的可逆原理
的水蒸气在极冷的大气里凝结成了小冰晶，太阳光线通过冰晶发生折射的缘
故.如图1所示为太阳光照射到六角形冰晶上折射的光路图，a、b是太阳光中的
两种单色光，由此可以判断，冰晶对单色光a的折射率__小__于__(填“大于”或
“小于”)冰晶对单色光b的折射率，单色光a在冰晶
中的传播速度比单色光b在冰晶中的传播速度_大__(填
“大”或“小”).如果让太阳光从水中射向空气，
逐渐增大入射角，则a、b两种单色光中，单色光
__b__(填“a”或“b”)更容易发生全反射.
图1
123456
解析 光从空气斜射到冰晶上，由于折射率不 同，由题图可知，单色光b偏折较大，单色光a 偏折较小，所以此冰晶对单色光a的折射率小于 冰晶对单色光b的折射率； 根据 v＝nc可知，单色光 a 在冰晶中的传播速度比单色光 b 在冰晶中的传 播速度大； 根据 sin ic＝1n知，单色光 b 的临界角较小，所以单色光 b 比单色光 a 更容 易发生全反射.
光的反射与全反射
光的反射与全反射光的反射与全反射是光学中重要的概念。
它们在我们日常生活中的应用十分广泛，如镜子里的像、光纤通信等。
本文将会介绍光的反射和全反射的基本原理以及其在实际应用中的重要性。
光的反射是指光线遇到物体表面时，从一种介质传播到另一种介质时发生的现象。
根据光的传播速度在不同介质中的改变，光线在两个介质的边界上产生折射与反射。
当光线从一种介质射入到另一种介质时，如果两种介质之间的折射率不同，光线会发生折射，并遵循斯涅尔定律。
斯涅尔定律描述了光线入射角与折射角之间的关系，即入射角、折射角和两种介质的折射率之间满足一个特定的数学关系。
当光线从一种介质射入到另一种介质时，如果两种介质之间的折射率相等，光线会发生反射，并遵循与入射角相等的反射角，这就是光的反射现象。
光的反射在我们日常生活中有着广泛应用。
例如，我们常见的镜子就是利用了光的反射原理来形成光线的像。
镜子表面是由银、铝、金等高反射率的材料镀膜而成的，当光线射入镜子表面时，根据光的反射现象，光线发生反射而形成我们所看到的像。
此外，反光镜、望远镜、显微镜等光学仪器也是基于光的反射现象来设计制造的。
与光的反射不同，全反射是指光线从一种介质射入到另一种介质时，由于入射角过大，从而无法继续传播到另一种介质中，而发生的一种现象。
当从光密介质射入到光疏介质中，入射角大于一个特定的临界角时，所发生的反射现象称为全反射。
全反射时，光线会完全被反射回原来的介质中，不会发生折射。
全反射的条件是入射角大于临界角，此时折射角为90度。
全反射在光纤通信中起着至关重要的作用。
光纤是一种由具有高折射率的材料制成的细长传导器件，可将光信号传输到很远的距离。
当光纤的外部介质折射率小于光纤内部材料的折射率时，光线会发生全反射，光信号可以沿着光纤的长度传输。
由于光纤的低损耗和高带宽特性，光纤通信成为了现代通信技术中最为重要的一个组成部分。
除了上述应用之外，光的反射与全反射还在许多其他领域中得到了广泛的应用。
新教材 人教版高中物理选择性必修第一册 第四章 光 知识点考点重点难点提炼汇总
第四章光1光的折射 ................................................................................................................... - 1 - 2全反射 ..................................................................................................................... - 11 - 3光的干涉 ................................................................................................................. - 20 - 4实验：用双缝干涉测量光的波长.......................................................................... - 27 - 5光的衍射 ................................................................................................................. - 33 - 6光的偏振激光...................................................................................................... - 33 -1光的折射一、光的反射及反射定律1．光的反射：光从第1种介质射到与第2种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质的现象．2．光在反射时遵循反射定律．二、光的折射及折射定律1．光的折射及折射定律在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的．三、折射率1．物理意义：反映介质的光学性质的物理量．2．定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率：n＝sinθ1 sinθ2.3．研究表明，光在不同介质中的速度不同，某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝cv考点一反射定律和折射定律1.光的反射(1)反射现象：光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质的现象．(2)光在反射时遵从反射定律．2.光的折射(1)折射现象如图所示，当光线入射到两种介质的分界面上时，一部分光被反射回原来介质，即反射光线OB.另一部分光进入第2种介质，并改变了原来的传播方向，即光线OC，这种现象叫作光的折射现象，光线OC称为折射光线．【说明】光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一般要发生变化，但并非一定要变化，当光垂直界面入射时光的传播方向就不变化．(2)折射定律：折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和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．即sinθ1sinθ2＝n12，式中n12是比例常数．3．光路可逆性在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的．如果让光线逆着出射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线出射．【例1】如图所示，光线以入射角θ1从空气射向折射率n＝2的玻璃表面．(1)当入射角θ1＝45°时，反射光线与折射光线的夹角θ为多大？(2)当入射角θ1为多大时，反射光线和折射光线垂直？【审题指导】1．如何确定θ1与θ1′的关系？2．如何确定θ1与θ2的关系？【解析】 (1)设折射角为θ2，由n ＝sin θ1sin θ2，得sin θ2＝sin θ1n ＝sin45°2＝12，所以θ2＝30°.又反射角θ1′＝45°，则反射光线与折射光线的夹角θ＝180°－θ1′－θ2＝105°.(2)当反射光线和折射光线垂直时，即θ1′＋θ2＝90°，n ＝sin θ1sin θ2＝sin θ1cos θ1′＝sin θ1cos θ1＝tan θ1＝2， 则入射角θ1＝arctan 2.【答案】 (1)105° (2)arctan 2解决此类光路问题，关键是辨清“三线、两角、一界面”间的关系.注意以下几点：(1)根据题意正确画出光路图.(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，注意入射角、反射角、折射角的确定.(3)利用反射定律、折射定律求解.(4)注意光路的可逆性的利用.【例2】 有一水池实际深度为3 m ，当垂直水面向下看时，水的视深为多少？(已知水的折射率为43)【审题指导】1．观察水中的物体会变浅，是物体真的变浅了吗？2．观察水中的物体会变浅，实际看到的是物体的像，要作出物体的像，至少要用几条光线？3．当角度很小时，这个角的正弦跟正切可以近似认为相等吗？【解析】 设水池的实际深度为H ，水的视深为h ，从正上方沿竖直向下的方向观察池底S 时，由于光的折射现象，其视深位置为S ′处，观察光路如图所示．由几何关系和折射定律可知：n ＝sin i sin γ，O 1O 2＝h tan i ＝H tan γ，考虑到从正上方观察时，角i 和γ均很小，所以有：sin i ≈tan i ，sin γ≈tan γ.因此，h＝Hn＝343m＝94m＝2.25 m.【答案】 2.25 m考点二折射率1.定义光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，用符号n表示．2．物理意义折射率是反映介质折射光的本领大小的一个物理量．3．折射率与光速的关系某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝c v.4．折射率的大小特点任何介质的折射率都大于1.(1)由公式n＝cv看，由于光在真空中的传播速度c大于光在任何其他介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率都大于1.(2)由公式n＝sinθ1sinθ2看，光从真空斜射向任何其他介质时，入射角都大于折射角．所以任何介质的折射率都大于1.【说明】折射率的大小由介质本身及入射光的频率决定，与入射角、折射角的大小无关．【例3】一个圆柱形筒，直径为12 cm，高为16 cm.人眼在筒侧壁上方某处观察，所见筒侧壁的深度为9 cm，当筒中装满液体时，则恰能看到筒侧壁的最低点，求：(1)此液体的折射率；(2)光在此液体中的传播速度．【审题指导】题中“恰能看到”，表明人眼看到的是筒侧壁最低点发出的光线经界面折射后进入人眼的边界光线，由此可作出符合题意的光路图．在作图或分析计算时还可以由光路可逆原理，认为“由人眼发出的光线”折射后恰好到达筒侧壁最低点．【解析】根据题中的条件作光路图如图所示．(1)由图可知：sinθ2＝dd2＋H2，sinθ1＝sin i＝dd2＋h2.则此液体的折射率为：n＝sinθ1sinθ2＝d2＋H2d2＋h2＝122＋162122＋92＝43.(2)光在此液体中的传播速度：v＝cn＝3.0×10843m/s＝2.25×108 m/s.【答案】(1)43(2)2.25×108 m/s本题中知道人眼看到的是边界光线，知道人眼顺着折射光线的反向延长线看去是人眼所见的筒深9 cm，这是正确作出光路图的依据.总之，审清题意画出光路图(必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图)，是分析折射问题的关键.考点三测定玻璃的折射率1．实验目的：会用插针法测定玻璃的折射率，掌握光发生折射时，入射角和折射角的确定方法．2．实验原理：如图所示的是两面平行的玻璃砖对光路的侧移．用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O′B，确定出O′点，画出折射光线OO′，量出入射角θ1和折射角θ2，据n＝sinθ1sinθ2计算出玻璃的折射率．3．实验器材：白纸、图钉、大头针、直尺、铅笔、量角器、平木板、长方形玻璃砖．4．实验步骤(1)将白纸用图钉固定在绘图板上．(2)在白纸上画出一条直线aa′作为界面(线)，过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线．(3)把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一长边bb′.(4)在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向直到P2的像挡住P1的像．再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，记下P3、P4的位置．(5)移去大头针和玻璃砖，过P3、P4作直线O′B与bb′交于O′，直线O′B 就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向．(6)连接OO′，入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′.用量角器量出入射角和折射角，从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记录在自己设计的表格中．(7)用上述方法分别求出入射角为30°、45°、60°时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中．(1)玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm以上.若宽度太小，则测量误差较大.(2)入射角θ1应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角也不宜太大.(3)在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线.(4)在以上操作过程中，玻璃砖与白纸相对位置不能变.5．数据处理(1)方法一：平均值法算出不同入射角时的比值sinθ1sinθ2，最后求出在几次实验中所测sinθ1sinθ2的平均值，即为玻璃砖的折射率．(2)方法二：图像法以sinθ1值为横坐标、sinθ2值为纵坐标，建立直角坐标系，如右图所示．描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线．求解图线斜率k ，则k ＝sin θ2sin θ1＝1n ，故玻璃砖折射率n ＝1k .(3)方法三：作图法在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O 为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO 交于C 点，OO ′(或OO ′的延长线)交于D 点，过C 、D 两点分别向NN ′作垂线，交NN ′于C ′、D ′，用直尺量出CC ′和DD ′的长，如图所示．由于sin θ1＝CC ′CO ，sin θ2＝DD ′DO ，且CO ＝DO ，所以折射率n 1＝sin θ1sin θ2＝CC ′DD ′. 【例4】 (多选)某同学用插针法测定玻璃砖的折射率，他的实验方法和操作步骤准确无误，但他处理实验记录时发现玻璃砖的两个光学面aa ′与bb ′不平行，则( )A ．入射光线与出射光线两条直线平行B ．入射光线与出射光线两条直线不平行C ．他测出的折射率偏大D ．他测出的折射率不受影响【审题指导】1．测定玻璃折射率实验中，对玻璃砖有什么要求？2．实验时为了减小误差，对入射角大小有什么要求？3．本实验中，必须选用两侧面平行的玻璃砖吗？4．可以用圆形的或三角形的玻璃砖做本实验吗？【解析】 如图所示，在光线由aa ′进入玻璃砖的偏折现象中，由折射定律知：n ＝sin αsin β.在光线由bb ′射出玻璃砖的偏折现象中，同理，n ＝sin r sin i .若aa ′与bb ′平行，则i ＝β，因此，α＝r ，此时入射光线AO 与出射光线O ′B 平行．若aa ′与bb ′不平行，则i ≠β，因此，α≠r .此时入射光线AO 与出射光线O ′B 不平行，选项B 正确．在具体测定折射率时，要求实验方法、光路均准确无误，折射率的测量值不受aa ′与bb ′是否平行的影响，选项D 正确．故正确答案为B 、D.【答案】BD(1)入射光线与出射光线是否平行，取决于玻璃砖两界面aa′与bb′是否平行.(2)利用插针法确定光的入射点和出射点，从而确定入射光线和折射光线.此方法适合应用于平行玻璃砖、棱镜、圆柱形玻璃体等.测定折射率的几种常见方法1．成像法原理：利用水面的反射成像和水的折射成像．方法：如图所示，在一盛满水的烧杯中，紧挨杯口竖直插一直尺，在直尺的对面观察水面，能同时看到直尺在水中的部分和露出水面部分的像，若从点P看到直尺水下最低点的刻度B的像B′(折射成像)恰好跟直尺在水面上刻度A的像A′(反射成像)重合，读出AC、BC的长，量出烧杯内径d，即可求出水的折射率n ＝(BC2＋d2)/(AC2＋d2).2．观察法原理：光的折射定律．方法：取一圆筒，放在水平桌面上，如图所示．从点A观察，调整视线恰好看到筒底边缘点B，慢慢向筒中注入清水至满，仍从点A观察，能看到筒底的点C，记录点C位置，量出筒高h，筒的内径d及C到筒另一边缘D的距离l，则水的折射率n＝d l2＋h2/(l d2＋h2)．3．视深法原理：利用视深公式h′＝h/n.方法：在一盛水的烧杯底部放一粒绿豆，在水面上方吊一根针，如图所示．调节针的位置，直到针尖在水中的像与看到的绿豆重合，测出针尖距水面距离即为杯中水的视深h′，再测出水的实际深度h，则水的折射率n＝h/h′.4．光路可逆法原理：根据光路可逆和折射定律．方法：用如图所示的装置可以测定棱镜的折射率，其中ABC表示待测直角棱镜的横截面，棱镜的两个锐角α和β都是已知的，紧贴直角边AC的是一块平面镜，将一束光SO入射到棱镜的AB面上，适当调整光线SO的入射方向使AB面出射的光线与入射光线SO恰好重合，在这种情况下，仅需要测出一个物理量就可以算出该棱镜的折射率．从AC面反射的光原路返回，由光路可逆，射到AC面上的光一定垂直AC面，则折射角等于α，只要能测出入射角或入射角的余角即可，所以只要测出∠SOB或入射角i，折射率n＝cos∠SOBsinα或n＝sin isinα.5．全反射法原理：全反射现象(后面将学到)．方法：在一盛满水的大玻璃缸下面放一发光电珠，如图所示．在水面上观察，看到一圆的发光面，量出发光面直径D及水深h，则水的折射率n＝D2＋4h2/D.6．插针法原理：光的折射定律．方法：插针法的作用是找出玻璃砖内的光路，其关键是确定入射点和出射点，而入射点和出射点是利用插针后确定的直线与界面相交而得到的，故实验的关键是插准大头针，画准玻璃砖边界线，而与所选玻璃砖两边平行与否无关．如用半圆形、圆形或三角形玻璃砖，均可测出其折射率，光路如图所示．【典例】一块玻璃砖有两个相互平行的表面，其中一个表面是镀银的(光线不能通过此表面)．现要测定此玻璃的折射率．给定的器材还有：白纸、铅笔、大头针4枚(P1、P2、P3、P4)、带有刻度的直角三角板、量角器．实验时，先将玻璃砖放到白纸上，使上述两个相互平行的表面与纸面垂直．在纸上画出直线aa′和bb′，aa′表示镀银的玻璃表面，bb′表示另一表面，如图所示．然后，在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2(位置如图)．用P1、P2的连线表示入射光线．(1)为了测量折射率，应如何正确使用大头针P3、P4？试在题图中标出P3、P4的位置；(2)然后，移去玻璃砖与大头针．试在题图中通过作图的方法标出光线从空气到玻璃中的入射角θ1与折射角θ2.简要写出作图步骤；(3)写出用θ1、θ2表示的折射率公式．【解析】(1)在bb′一侧观察P1、P2(经过bb′折射aa′反射，再经bb′折射后)的像，在适当的位置插上P3，使得P3与P1、P2的像在一条直线上，即让P3挡住P1、P2的像；再插上P4，让它挡住P2(或P1)的像和P3.P3、P4的位置如图．(2)①过P1、P2作直线与bb′交于O；②过P3、P4作直线与bb′交于O′；③利用刻度尺找到OO′的中点M；④过O点作bb′的垂线CD，过M点作bb′的垂线与aa′相交于N，如图所示，连接ON；⑤∠P1OD＝θ1，∠CON＝θ2.(3)n＝sinθ1 sinθ2.【答案】见解析对于玻璃三棱镜折射率的测定，其方法与球形玻璃折射率的测定方法是一样的：(1)在玻璃的一侧竖直插两枚大头针P1和P2.(2)在另一侧再先后插两枚大头针P3和P4，使从另一侧隔着玻璃观察时，大头针P4、P3和P2、P1的像恰好在一条直线上．(3)移去玻璃和大头针后得到如图所示的光路图，可以按光路图确定入射光线AO，出射光线O′B，则OO′为折射光线．(4)用量角器量出i、r，即可求出折射率n＝sin i sin r.2全反射一、全反射1．光密介质、光疏介质对于折射率不同的两种介质，我们把折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介质称为光密介质．2．全反射及临界角的概念(1)全反射：光从光密介质射入光疏介质时，若入射角增大到某一角度，折射光线就会完全消失，只剩下反射光线的现象． (2)临界角：刚好发生全反射即折射角等于90°时的入射角．用字母C 表示，则sin C ＝1n . 3．全反射的条件要发生全反射，必须同时具备两个条件：(1)光从光密介质射入光疏介质．(2)入射角等于或大于临界角．二、全反射的应用1．全反射棱镜全反射棱镜的截面是等腰直角三角形，当光垂直于直角边射向棱镜时，光的传播方向改变了90°角，当光垂直于斜边射向棱镜时，光的传播方向改变了180°角．2．光导纤维及其应用(1)光导纤维对光的传导原理：利用了光的全反射．(2)光导纤维的构造：光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径从几微米到一百微米，由内芯和外套两层组成．内芯的折射率比外套的折射率大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射．(3)光导纤维的应用——光纤通信光纤通信的主要优点是传输容量大，此外光纤传输还有衰减小、抗干扰性及保密性强等多方面的优点．考点一 全反射只发生反射现象不发生折射现象．1．光疏介质和光密介质(1)对于折射率不同的两种介质，我们把折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介质称为光密介质．光疏介质和光密介质是相对的．光疏介质和光密介质是相对而言的．(2)光疏介质和光密介质的比较光疏介质光密介质折射率小大光的传播速度大小相对性若n甲>n乙，则甲是光密介质，乙是光疏介质；若n甲<n丙，则甲是光疏介质，丙是光密介质折射角和入射角的关系光从光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角．光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角(1)光疏介质和光密介质是相对而言的，并没有绝对意义.(2)光疏和光密是从介质的光学特性来说的，并不是它的密度大小.2．全反射(1)定义：光由光密介质射向光疏介质时，若入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫作全反射．如下图所示．(2)发生全反射的条件：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(1)定义：折射角为90°时的入射角，称为临界角，用C 表示．当折射角为90°时，恰好发生了全反射.实际上折射角为90°是不存在的，但它是发生全反射的临界角度，因此在利用折射定律求临界角时，认为折射角为90°.(2)临界角C 的表示式：由折射定律知，光由某种介质射向真空(或空气)时，若刚好发生全反射，则n ＝sin90°sin C ＝1sin C .所以sin C ＝1n .4．对全反射的理解从能量角度看，光在两种介质分界面上发生反射和折射时，若不计介质的吸收，入射光能量会分配成反射光和折射光两部分，其中反射光能量随着入射角的增大而增强，折射光能量则随着入射角的增大而减弱．因此，当入射角越小时折射光越强，而反射光越弱．这正是我们看水底处物体时感到垂直下视时看得最清楚，而斜视时感到有些模糊的原因．当发生全反射时，折射光能量等于零，入射光能量完全转化为反射光的能量．公式sin C ＝1n 只适用于光由介质射向真空(或空气)时临界角的计算，即C 为介质对真空(或空气)的临界角．【例1】 (多选)如图所示，一束光由空气射到透明介质球上的A 点，入射角为i ，则( )A ．当i 足够大时，在A 点发生全反射B ．当i 足够大时，光从球内向外射出时将发生全反射C ．无论i 多大，在A 点都不会发生全反射D ．无论i 多大，光从球内向外射出时都不会发生全反射【审题指导】1．光疏介质与光密介质是怎么定义的？2．光从一种介质射向另一种介质时一定会发生全反射吗？3．发生全反射要满足什么条件？【解析】 光从光密介质射向光疏介质时才可能发生全反射，因此光在A 点由空气进入介质球时，肯定不能发生全反射；如图所示，对于球上任意一点，球面法线一定过圆心O，设r为光从A点射入时的折射角，i′为光从B点射出时的入射角．它们为等腰三角形的两底角，因此有i′＝r.根据折射定律n＝sin isin r得，sin r＝sin in，即随着i的增大，r增大，但显然r不能大于或等于临界角C，故i′也不可能大于或等于临界角，即光从B点射出时，也不可能发生全反射；同理，光从B 点反射，光线射向D点，从D点射出时也不会发生全反射．【答案】CD【例2】如下图所示，在厚度为d、折射率为n的大玻璃板的下表面，紧贴着一个半径为r的圆形发光面．为了从玻璃板的上方看不见圆形发光面，可在玻璃板的上表面贴一张黑纸片，求所贴黑纸片的最小面积．【审题指导】求黑纸片最小面积―→求黑纸片最小半径―→求临界角【解析】如图所示，设A点为发光面的右边缘，由A点发出的光线射向O 点恰好发生全反射，则此时的入射角θ为玻璃的临界角，在O点外侧玻璃的上表面不再有折射光线．B点为A点在玻璃上表面的对应点．那么r＋BO即为玻璃上表面透光面圆的最大半径，即黑纸片的最小半径．由临界角公式有：sinθ＝1 n，由几何关系有：cotθ＝dBO＝cosθsinθ＝1－sin2θsinθ，解得BO ＝d n 2－1. 所以黑纸片的最小半径R ＝r ＋d n 2－1， 黑纸片的最小面积S ＝π⎝⎛⎭⎪⎫r ＋d n 2－12. 【答案】 π⎝⎛⎭⎪⎫r ＋d n 2－12解决此类问题有以下规律：(1)解决全反射问题的关键是准确熟练地作出光路图，根据临界角的条件，作出特殊光线，其他光线通过分析可求得.(2)解决此类问题的一般顺序：先根据题意在图中画出光路图，再根据临界角公式sin C ＝1n 和折射率公式n ＝sin i sin r ，结合几何知识求解.)考点二 全反射现象的应用1.全反射棱镜横截面是等腰直角三角形的棱镜是全反射棱镜．它在光学仪器里，常用来代替平面镜，改变光的传播方向．下表为光通过全反射棱镜时的几种方式.2.“海市蜃楼”由于空中大气的折射和全反射，会在空中出现“海市蜃楼”．在风平浪静的日子，站在海滨，有时可以看到远处的空中出现了高楼耸立、街道棋布、山峦重叠等景象．(1)气候条件：当大气层比较平静时，海面上空气的温度比空中低，空气的密度随温度的降低而增大，使空气的下层折射率比上层大(如图所示)．(2)光路分析：远处的景物发出的光线射向空中时，不断被折射，射向折射率较低的上一层的入射角越来越大，当入射角增大到临界角时，就会发生全反射现象，光线就会从高空的空气层中通过空气的折射逐渐返回折射率较大的下一层．在地面附近的观察者就可以观察到由空中射来的光线形成的虚像，这就是“海市蜃楼”的景象．如下图甲所示．3．“沙漠蜃景”人们逆着反射光线看去，就会看到远处物体的倒景(如图乙所示)，仿佛是从水面反射出来的一样．在炎热夏天的柏油马路上，有时也能看到上述现象．方法指导结论：因为接近沙面的热空气层比上层空气的密度小，折射率也小．从远处物体射向地面的光线，进入折射率小的热空气层时被折射，经过多次折射，入射角逐渐增大，也可能发生全反射．4．光导纤维(1)光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1～100 μm ，由内芯和外套两层组成(如图所示)，内芯折射率比外套大，光在内芯中传播时，在内芯与外套的界面发生全反射，有效减小了光的能量损失，极大提高了传播的质量，实现了远距离传送．因此，光信号能携带着数码信息、电视图像、声音信息等沿着光纤传播到很远的地方，实现光纤通信．(2)光导纤维的折射率设光导纤维的折射率为n ，当入射光线入射角为θ1时，进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射，如图所示．则有：sin C ＝1n ，n ＝sin θ1sin θ2，C ＋θ2＝90°， 由以上各式可得sin θ1＝n 2－1.由图可知：当θ1增大时，θ2增大，而从纤维射向空气中的光线的入射角θ减小．当θ1＝90°时，若θ＝C ，则所有进入纤维中的光线都能发生全反射，即有sin90°＝n 2－1，解得n ＝ 2.当光导纤维的折射率为2时，就可以使以任意角度入射的光都能发生全反射．由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此光导纤维的折射率实际上要比2)大些.【例3】 在光导纤维的端面上入射光满足什么条件，才能使光在光导纤维中不断发生全反射，从一端传到另一端？(设光纤外层材料的折射率为1)【审题指导】光导纤维利用了全反射原理，应从发生全反射的条件去分析计算．【解析】 设当入射角为i ，进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射，如图所示，则有：sin C ＝1n ，n ＝sin i sin r ，C ＋r ＝90°.由以上各式可得：sin i ＝n 2－1，i ＝arcsin n 2－1.可见i 只要不大于arcsin n 2－1，光线就能连续不断地发生全反射，从光导纤维的一端传到另一端．【答案】入射角不大于arcsin n2－1实际上光导纤维包有外套，由于外套折射率比真空的折射率大，实际入射角应比前面计算出的i值要小些.,光导纤维问题，应抓住光从端面折射，折射光到侧面发生全反射，画出光路图，找出各角之间的关系，问题就能得到解决.正确理解光密介质和光疏介质1．光密介质与光疏介质是相对的，同一种介质，既可以是光密介质也可以是光疏介质，应具体问题具体分析．例如，玻璃相对水而言是光密介质，而相对金刚石而言则是光疏介质．2．光密介质与光疏介质是由两种介质的折射率的相对大小决定的，而与密度的大小无关，光密介质的折射率较大，但密度不一定较大．例如，酒精(n＝1.36)相对于水(n＝1.33)是光密介质，但酒精的密度却小于水的密度．3．列表比较.4.)时，折射角小于入射角；当光由光密介质斜射入光疏介质(例如由水斜射入空气)时，折射角大于入射角．【典例】对下列自然现象描述正确的是()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的倒影．同样，在海面上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，有时能看到远方景物的倒影D．在海面上，向远方望去，有时能看到远方景物的倒影．在沙漠中，向远方望去，有时能看到远方的景物悬在空中【解析】夏天海面上的下层空气温度比上层低，密度比上层大，折射率也大，远处景物发出的光线射向空中时，由于不断被折射，越来越偏离法线方向，进入上层空气的入射角不断增大，以至于发生全反射，人们逆着光线看去，就会看到远处景物悬在空中．夏天沙漠里接近沙面的空气温度高，因而密度比上层的小，折射率也小，远处景物射向地面的光线进入折射率小的下层热空气层时被折。
光的反射知识点总结
光的反射知识点总结光的反射是指光线遇到界面时发生改变方向的现象。
人们对光的反射现象进行了深入的研究，积累了大量的知识和理论。
下面将会对光的反射的一些重要知识点进行总结。
1.反射定律：光线的入射角和反射角之间有一个特定的关系，即入射角等于反射角，这被称为反射定律。
这一定律也适用于其他波动现象。
2.平面镜反射：平面镜是最常见的反射媒介之一、光线在平面镜上发生反射时，入射光线、反射光线和法线三者位于同一平面内。
反射光线与入射光线的方向相反，但光线的反射角与入射角相等。
3.光的反向传播：光的反射遵循光线沿直线传播的特性。
当光线发生反射时，光线会沿着相反的方向传播，并且在反射面上的入射点、反射点和法线三者位于同一直线上。
4.光的折射：光线由一种介质传播到另一种介质时，由于介质的光密度的不同，光线会改变方向，这被称为光的折射。
根据斯涅尔定律，入射角、折射角和光密度之间有一个特定的关系，即折射定律。
5.全反射：当光从光密度较大的介质射入光密度较小的介质时，发生全反射现象。
全反射发生的条件是入射角大于临界角。
临界角是指光线从光密度较大的介质射入光密度较小的介质时，折射角为90度的入射角。
6.球面镜反射：球面镜是一种呈球形状的镜面，有凸面镜和凹面镜两种。
光线在球面镜上发生反射时，入射光线、反射光线和法线不再位于同一平面内。
而是沿着特定的路径折射，并且反射角和入射角不相等。
7.反射率和折射率：反射率是介质反射光线的能力的度量，是反射光线强度与入射光线强度之比。
折射率是介质对光线折射能力的度量，是入射角与折射角之比。
反射率和折射率取决于介质的特性和入射光线的波长。
8.玻璃的反射：光线在玻璃表面发生反射时，一部分光线被反射回来，一部分光线穿过玻璃表面进入玻璃内部发生折射。
反射光线和透射光线的强度取决于入射角和玻璃的折射率。
9.多次反射：光线在多个反射面上发生多次反射时，光线的路径会复杂起来。
光线在多次反射中可以发生反射、折射和全反射等现象，路径的选择取决于入射角、折射率和反射率之间的关系。
光的反射与折射中的全反射
光的反射与折射中的全反射在我们日常生活中，光线的反射与折射是非常常见的现象。
无论是镜子中的自己的倒影，还是水面上的阳光折射，都是我们经常能够观察到的。
然而，在光的反射与折射中，还存在着一个特殊的现象，那就是全反射。
全反射是指当光线从一种介质射向另一种折射率较小的介质时，入射角大于一个临界角时，光线将完全反射回原来的介质中，而不发生折射的现象。
这种现象在我们的日常生活中也是非常常见的，比如水中的鱼儿从水中看陆地，就会发生全反射。
全反射的发生是由于光在不同介质中的传播速度不同所造成的。
当光从光密度较大的介质射向光密度较小的介质时，光的传播速度会发生改变。
根据斯涅尔定律，光线在两个介质之间的折射角与入射角之间存在一个正弦关系。
当入射角大于临界角时，根据正弦函数的性质，折射角将大于90度，即光线无法穿过界面而完全反射回原来的介质中。
全反射的现象不仅仅发生在光线从水射向空气的情况下，还可以发生在其他介质之间的界面上。
比如光线从玻璃射向空气，或者从水晶射向空气时，也会发生全反射。
这种现象在光学仪器的设计中是非常重要的，比如光纤通信中的光信号传输就是基于全反射的原理。
全反射的应用还可以在生物学和医学领域中找到。
人类的眼睛中有一个特殊的结构叫做晶状体，它能够通过调节自身的形状来改变光线的折射，从而使得光线能够准确地聚焦到视网膜上。
在眼镜的设计中，也会利用全反射的原理来制作反射镜，从而改变光线的传播方向。
除了在实际应用中的重要性，全反射也是光的传播特性的一个重要方面。
通过研究全反射现象，我们可以更好地理解光的传播规律，并且能够应用到更广泛的领域中。
例如，在光学器件的设计中，全反射可以用来控制光线的传播路径，从而实现光的聚焦、分光等功能。
总结起来，光的反射与折射中的全反射是一个非常有趣且重要的现象。
它不仅在日常生活中经常出现，还在科学研究和技术应用中发挥着重要的作用。
通过深入研究全反射现象，我们可以更好地理解光的传播规律，并且能够应用到更广泛的领域中，为人类的生活带来更多的便利和发展。
光的反射_折射和全反射的理解与应用
闭合时 , R2 就为某一个值. 可见开关 S由断开变为闭合相当于 R2 的阻值 减小 ,从而总电流增大 ,内电压增加 ,外电压减小 ,于是电压表的读数变
小. 依据“串反并同 ”原理 ,可知当 R2 的阻值减小时 ,与 R3 串联的电流表 的读数将减小 ,故选项 AB 正确.
例 2 如图 2 所示 ,电源电动势为 E, 内阻为 r,闭
点是物像对称. 分析光的反射问题时 ,关键要抓住反射规律和平面镜成像
的特点 .
例 1 如图 1所示 , S 为一在 xy 平面内的点光源.
一平面镜垂直于 xy 平面放置 ,它与 xy 平面的交线为
MN , MN 与 x 轴的夹角 θ = 30°. 现保持 S 不动 ,令平面
镜以速率 v沿 x轴正方向运动 ,则 S 经平面镜所成的像
A. 红光的偏折最大 ,紫光的偏折最小
B. 红光的偏折最小 ,紫光的偏折最大
C. 玻璃对红光的折射率比紫光大
图3
D. 玻璃中紫光的传播速度比红光大
根据光的色散规律可知 ,折射率 n越大 ,光的偏折越大. 对
同一种介质 ,红光的折射率 n 最小 ,偏折最小 ;紫光的折射率 n
最大 ,偏折最大. 又由 n = c可知 ,折射率 n越大 ,传播速度 v越 v
合开关 S后各灯能正常发光. 如果某一时刻 L1 的灯丝 烧断 ,则 ( ).
A. L3 变亮 , L2 , L4 变暗
B. L2 、L3 变亮 , L4 变暗 C. L4 变亮 , L2 、L3 变暗
图2
D. L3 、L4 变亮 , L2 变暗
当 L1 的灯丝烧断时 , L1 便处于断路状态 ,这相当于 L1 的
光线垂直 bc面射出. 所以选项 BD 正确.
高中物理必选一知识点：第4章 第3节 光的全反射与光纤技术
第三节光的全反射与光纤技术[核心素养·明目标]核心素养学习目标物理观念、科学思维理解全反射现象和临界角的概念，知道光疏介质、光密介质和发生全反射的条件物理观念能够解释全反射现象，了解全反射棱镜科学态度与责任掌握光导纤维的工作原理及其重要应用知识点一光的全反射现象1．光的全反射当光从折射率较大的介质(光密介质)射入折射率较小的介质(光疏介质)时，折射角大于入射角且随入射角增大而增大．当入射角达到一定角度，折射角变成90°，继续增大入射角，折射角将大于90°．此时，入射光线全都被反射回折射率较大的介质中，这种现象称为光的全反射．2．临界角在光的全反射现象中，折射角等于90°时的入射角，记作i c且sin i c＝1 n．3．发生光的全反射的两个必要条件(1)光线从光密介质射入光疏介质；(2)入射角等于或大于临界角．知识点二光导纤维的工作原理1．光纤及原理光导纤维简称光纤，它能把光(信号)从一端远距离传输到光纤的另一端，其原理就是利用了光的全反射．2．光纤的构造光纤用的是石英玻璃或塑料拉制成的细丝，光纤由纤芯和包层组成，纤芯的折射率大于包层的折射率．知识点三光纤技术的实际应用1．光缆可以用来传送图像，医学上用来检查人体消化道的内窥镜就是利用了这种性质．2．光纤宽带、光纤电话、光纤有线电视等光纤通信网络进入千家万户．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)．(1)光从空气射入水中时可能发生全反射现象．(×)(2)光密介质，是指介质的折射率大，密度不一定大．(√)(3)鱼缸中上升的气泡亮晶晶的，是由于光射到气泡上发生了全反射．(√)(4)光纤一般由折射率小的玻璃内芯和折射率大的外层透明介质组成．(×)2．已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分别为1.33、1.55、1.60和1.63，如果光按以下几种方式传播，可能发生全反射的是()A．从水晶射入玻璃B．从水射入二硫化碳C．从玻璃射入水中D．从水射入水晶C[发生全反射的条件之一是光从光密介质射入光疏介质，光密介质折射率较大，故只有C正确．]3．华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理奖，他被誉为“光纤通讯之父”．光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播．下列关于光导纤维的说法中正确的是()A．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射B．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射C．波长越短的光在光纤中传播的速度越大D．频率越大的光在光纤中传播的速度越大A[光纤内芯比外套折射率大，在内芯与外套的界面上发生全反射，A对、B错；频率大的光波长短，折射率大，在光纤中传播速度小，C、D错．]考点1全反射光照到两种介质界面处，发生了如图所示的现象．(1)上面的介质与下面的介质哪个折射率大？(2)全反射发生的条件是什么？提示：(1)下面的介质折射率大．(2)一是光由光密介质射入光疏介质；二是入射角大于等于临界角．(1)光疏介质和光密介质的比较：种类光的传播速度折射率光疏介质大小光密介质小大比较光在其中传播速度的大小或折射率的大小来判断谁是光疏介质或光密介质．2．全反射规律(1)全反射的条件：①光由光密介质射向光疏介质．②入射角大于或等于临界角．(2)全反射遵循的规律：发生全反射时，光全部返回原介质，入射光与反射光遵循光的反射定律，由于不存在折射光线，光的折射定律不再适用．3．不同色光的临界角：不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越高的光的临界角越小，越易发生全反射．【典例1】一厚度为h的大平板玻璃水平放置，其下表面贴有一半径为r 的圆形发光面．在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上．已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求平板玻璃的折射率．[思路点拨] (1)由圆纸片恰好完全挡住圆形发光面的光线可确定临界角．(2)根据sin i c ＝1n 可计算折射率．[解析] 根据全反射定律，圆形发光面边缘发出的光线射到玻璃板上表面时入射角为临界角(如图所示)，设为θ，且sin θ＝1n ．根据几何关系得：sin θ＝L h 2＋L 2，而L ＝R －r ，联立以上各式，解得n ＝1＋⎝ ⎛⎭⎪⎫h R －r 2． [答案] 1＋⎝ ⎛⎭⎪⎫h R －r 2全反射定律的应用技巧(1)首先判断是否为光从光密介质进入光疏介质，如果是，下一步就要再利用入射角和临界角的关系进一步判断，如果不是则直接应用折射定律解题即可．(2)分析光的全反射时，根据临界条件找出临界状态是解决这类题目的关键．(3)当发生全反射时，仍遵循光的反射定律和光路可逆性．(4)认真规范作出光路图，是正确求解这类题目的重要保证．[跟进训练] 训练角度1 全反射现象的理解 1．(多选)一束光从某介质进入真空，方向如图所示，则下列判断中正确的是( )A ．该介质的折射率是33B ．该介质的折射率是3C ．该介质相对真空发生全反射的临界角小于45 °D ．光线按如图所示的方向入射，无论怎样改变入射方向都不可能发生全反射现象BC [上面是介质，下面是真空，入射角i ＝30°，折射角r ＝60°，则折射率n ＝sin r sin i ＝sin 60°sin 30°＝3，故选项A 错误，B 正确；sin i c ＝1n ＝33＜22，则C ＜45°，故选项C 正确；光线按如图所示的方向入射，当入射角大于临界角时，就会发生全反射现象，故选项D 错误．]训练角度2 全反射与折射定律的综合2．如图所示，半圆形透明介质的横截面，其半径为R ．一束光从半圆形透明介质的左边缘以入射角60°射入透明介质，光束在半圆形透明介质的弧形面发生两次反射后刚好从半圆形透明介质的另一边缘射出．已知光在真空中传播的速度为c ．求：(1)半圆形透明介质的折射率；(2)光线在半圆形透明介质中传播的时间；(3)半圆形透明介质的全反射临界角．[解析] (1)由图中几何关系可知，光束折射角r ＝30°，由折射定律，玻璃砖的折射率n ＝sin i sin r ＝3． (2)光线在半圆形透明介质中传播的速度v ＝c n ＝c 3， 光线在半圆形透明介质中传播的距离L ＝3R ，光线在半圆形透明介质中传播的时间t ＝L v ＝33R c ．(3)由sin i c ＝1n ，得i c ＝arcsin 33． [答案] (1)3 (2)33R c (3)arcsin 33考点2 光导纤维的应用如图所示是光导纤维的结构示意图，其内芯和外套由两种光学性能不同的介质构成，内芯对光的折射率要比外套对光的折射率高．请问：在制作光导纤维时，选用的材料为什么要求内芯对光的折射率要比外套对光的折射率高？提示：光只有满足从光密介质射入光疏介质，才会发生全反射．而光导纤维要传播加载了信息的光，需要所有光在内芯中经过若干次反射后，全部到达目的地，所以需要发生全反射，故内芯对光的折射率必须要比外套对光的折射率高．1．构造及传播原理(1)构造：光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1～100 μm ，如图所示，它是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率．(2)传播原理：光由一端进入，在两层的界面上经过多次全反射，从另一端射出，光导纤维可以远距离传播光，光信号又可以转换成电信号，进而变为声音、图像．2．光导纤维的折射率设光导纤维的折射率为n，当入射角为θ1时，进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射，如图所示，则有：sin i c＝1n，n＝sin θ1sin θ2，i c＋θ2＝90°，由以上各式可得：sin θ1＝n2－1．由图可知：当θ1增大时，θ2增大，而从纤维射向空气中光线的入射角θ减小，当θ1＝90°时，若θ＝i c，则所有进入纤维中的光线都能发生全反射，即解得n＝2，以上是光从纤维射向真空时得到的折射率，由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此折射率要比2大些．【典例2】如图所示，一根长为l＝5.0 m的光导纤维用折射率n＝2的材料制成．一束激光由其左端的中心点以45°的入射角射入光导纤维内，经过一系列全反射后从右端射出来，求：(1)该激光在光导纤维中的速度v是多大．(2)该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少．[思路点拨](1)由光导纤维的折射率可计算临界角．(2)光在光导纤维侧面上发生全反射现象，计算出光的总路程，根据光速可求出传播时间．[解析](1)由n＝cv可得v≈2.1×108 m/s．(2)由n＝sin θ1sin θ2可得光线从左端面射入后的折射角为30°，射到侧面时的入射角为60°，大于临界角45°，因此发生全反射．同理光线每次在侧面都将发生全反射，直到光线到达右端面．由几何关系可以求出光线在光导纤维中通过的总路程s ＝2l 3，因此该激光在光导纤维中传输所经历的时间t ＝s v ≈2.7×10－8s ． [答案] (1)2.1×108 m/s (2)2.7×10－8s光导纤维问题的解题关键第一步：抓关键点．关键点获取信息 光导纤维工作原理：全反射 光束不会侧漏 光束在侧壁发生全反射第二步：找突破口．“从一个端面射入，从另一个端面射出”，根据这句话画出入射、折射及全反射的光路图，根据全反射的知识求解问题．[跟进训练]3．光纤通信是一种现代化的通信手段，它可以为客户提供大容量、高速度、高质量的通信服务，为了研究问题方便，我们将光导纤维简化为一根长直玻璃管，如图所示．设此玻璃管长为L ，折射率为n ．已知从玻璃管左端面射入玻璃内的光线在玻璃管的侧面上恰好能发生全反射，最后从玻璃管的右端面射出．设光在真空中的传播速度为c ，则光通过此段玻璃管所需的时间为( )A ．n 2L cB ．n 2L c 2C ．nL cD ．nL c2 A [用C 表示临界角，则有sin C ＝1n ，则光在玻璃管中的传播速度为v ＝c n ．光在沿玻璃管轴线的方向上做匀速传播．所用时间为t ＝L v cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2－C ＝L v sin C ＝n2Lc．故A正确．]1．物理观念：全反射现象、临界角．2．科学思维：全反射规律．3．科学态度与责任：光纤通信．1．(多选)下列事例哪些应用了光的全反射现象()A．海市蜃楼B．用三棱镜观察太阳光谱C．某些光学仪器中用等腰直角玻璃三棱镜改变光路90°D．水中的鱼看起来比实际的要浅AC[海市蜃楼和光学仪器中用等腰直角玻璃三棱镜改变光路90°是利用了光的全反射现象，故A、C项正确；用三棱镜观察太阳光谱和水中的鱼看起来比实际的要浅，都是光的折射现象，故B、D项错误．]2．(多选)下列说法中正确的是()A．因为水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介质B．因为水的折射率小于酒精的折射率，所以水对酒精来说是光疏介质C．同一束光，在光密介质中的传播速度较大D．光疏介质和光密介质相对于折射率来确定，与密度无关BD[光在各种介质中的传播速度和介质相对真空的折射率都是不同的．两种介质相比较光在其中传播速度大，而折射率小的介质叫光疏介质；光在其中传播速度小，而折射率大的介质叫光密介质．光疏介质和光密介质与密度无关，A、C错误，B、D正确．]3．(多选)光纤通信是一种现代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务．目前，我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络．下列说法正确的是()A．光纤通信利用光作为载体来传递信息B．光导纤维传递光信号是利用光沿直线传播的原理C．光导纤维传递光信号是利用光的色散原理D．目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝AD[光纤是利用光的全反射现象而实现光作为载体的信息传递，光纤是内芯折射率大于外层表皮折射率的很细的玻璃丝．故A、D正确，B、C错误．] 4．如图所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球，则()A．小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球B．小球所发的光能从水面任何区域射出C．小球所发的光从水中进入空气后频率变大D．小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大D[小球发出的光先从水中传播，然后再射入空气中，故我们从侧面就可以看到小球，选项A错误；由于光从水中射入空气中，故当入射角大于临界角时，光会发生全反射，故球所发的光不是从水面任何区域都能够射出的，选项B错误；光从水中进入空气后频率不变，由于折射率变小，故光的传播速度变大，选项C错误，D正确．]5．如图所示，AB为光导纤维，A、B之间距离为s，使一光脉冲信号从光导纤维中间入射，射入后在光导纤维与空气的界面上恰好发生全反射，由A点传输到B点所用时间为t，求光导纤维所用材料的折射率n．[解析]设介质的折射率为n，则有sin α＝sin C＝1n，①11/11 n ＝c v ，② t ＝ssin αv ＝s v sin α， ③ 由以上三式解得t ＝s c n ·1n＝sn 2c ，所以n ＝ct s ． [答案] cts。
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第一节 光的折射定律一、光的反射定律：光在遇到障碍物发会发生反射，入射光线与反射面法线的夹角称为入射角，反射光线与反射面法线的夹角称为反射角，如下图1所示。
入射光线与反射光线遵循反射定律：反射光线与入射光线和法线在同一平面内，反射光线和入射光线分别们于法线两侧，且反射角等于入射角。
图1 图2二、光的折射定律：光从一种介质射入另一种介质时，传播方向改变的现象叫光的折射，如上图2所示。
满足折射定律：折射光线、入射光线和法线在同一平面内，折射光线、入射光线分居在法线的两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成正比，满足以下公式：n =sin θ1sin θ2这个公式要注意几点：a) θ1是在真空（或者空气）中的光线与法线的夹角，θ2是在介质中的光线与法线的角度。
n>1叫介质的折射率，所以θ1>θ2。
即光从真空中射入介质中，角度变小，光从介质中射入真空中，角度变大。
b) n 是介质的因有属性，由介质本身和入射光的频率决定，与入射角，折射角都无关。
c) 对于同一种介质，入射角变大，折射角也变大。
d) 对于同一个入射角，折射率变大，折射角越小，传播方向改变地越多，所以折射率的本质是改变光的传播线路的能力。
e) 光路是可逆的，如果让光逆着折射光线从玻璃中射向界面，折射光线也逆着入射光线射向空气。
f) 光折射时，都伴随着反射现象，但是反射时不一定伴随着折射现象。
例1、假设某种材料的玻璃对空气的折射率为 2，一束光从空气从以45o 角射入该玻璃中，则反射角为_____，折射角为______，入射光线与反射光线间我角度为______，反射光线与折射光线之间的角度为______。
若一束光以30o 角从该玻璃射入空气中，则反射角为______，折射角为_____，入射光线与反射光线的角度为_____，反射光线与折射光线的角度为______。
（要求画出光路图）例2、两束光以相同的入射角60o从空气中射入A 、B 两种不同折射率的玻璃中，已知A 玻璃对空气的折射率为 2，B 玻璃对空气的折射率为 3，则两束光的折射角度之比为_______，画出光路图，比较哪束光偏离原来的传播方向更多______。
例3关于折射率的说法正确的是（ ）A. 根据折射定律，折射率与入射角的正弦值成正比B. 根据折射定律，折射率与折射角的正弦值成反比C. 根据折射定律，在入射角固定的前提下，折射角与折射率成正比。
D. 根据折射定律，在入射角固定的前提下，折射角与折射率成反比例4、一束光线从空气射到另一种介质时，反射光线与入射光线的夹角为90。
，折射光线与反射光线的夹角为105。
，则反射角为_________，折射角为____________，折射率为___________。
例5、光线从与界面成30o 角的方向由空气射入某种液体中，反射光线和折射光线刚好垂直，则入射角为_____，反射角为______，折射角为________，折射率为________。
三、光的几类折射问题：1、光通过一个平行玻璃砖时，光的传播方向不变，但是会发生偏移。
例6、如图3所求，一束光从空气中射入一折射率为2的玻璃砖中，入射角为45度，玻璃的厚度为10cm，画出光线的传播线路。
注：这就是测量介质折射率实验的实验原理。
例7、同一种介质对频率不同的光的折射率是不同的，现已知两种频率不同的光A、B以60o的入射角射入某一厚度为10cm的平行玻璃砖，如图4所示，已知它对A光线的折射率为对B光线的折射率为，则问：1）图中的光线1和2哪条是A光线，哪条是B光线？2）A、B光线在玻璃中的折射角分别是多少？再次射出玻璃后的折射角又是多少？3）1和2光线的偏移差是多少？2、视深问题：人眼看透明介质内物体时，像与介质表面的距离与实际距离不同。
人们看到的是物体的像，像是物体发出的光线经过界面折射进入人眼产生的，它的位置是折射光线反射沿长线的交点。
中学阶段一般都沿着垂直于介质表面的方向观察，观察时，由于入射角很小，折射角也很小，故有sinθ1/sinθ3= tanθ1/tanθ2，而总结出来的规律是，从空气中看折射率为n的介质中的物体，物体会变浅n倍，当从介质中看空气中的物体，物体变高n倍。
例8、一水池上方距水面3m处有一只鸟，其正下方距水面4m处有一只鱼，已知水的折射率为4/3，则鸟看水中的鱼离它________m，鱼看鸟离它_________m。
例9、如图5所示，设有一圆柱形容器高20 cm,底面直径15 cm,人眼在容器旁边某处向内观察,能看到的最深点P的深度是11.25 cm,若在该容器内注满某种液体,则人恰好可看到容器的底部Q,那么注入液体的折射率为_____________.3、在球面上的折射问题：法线就是半径，如果球心在入射光线上，则该光线垂直通过不发生偏折。
例10、用相同玻璃制成的厚度为a的正方体A和半径为r=a的半球体B放在报纸上,半球体的凸面向上.从正上方分别观察A、B中心处报纸上的文字,下面的观察记录,哪一项是正确的( )A.A中的字比B中的高B.B中的字比A中的高C.A、B中的字一样高D.无法比较例11、一束光线射到一个玻璃球上，如右图所示.该玻璃球的折射率是3，光线的入射角是60°，画出光路图，该光线第一次折射的折射角为_____，第一次从玻璃球出折射出来前的入射角为_____，折射角为_____。
四、光速与折射率的关系：光在真空中的传播速度都为c=3*108，在空气中也近似等于这个值，当光从真空（或者空气）中进入介质中时，光速会减小，减小的量满足如下关系式：n=cv或者 v=cn其中v是光在介质中的传播速度，n是介质对真空(或者空气)的折射率，由后一个公式可以看出，介质的折射率越大，光在该介质中的传播速度越小。
例12、若某一介质的折射率较大那么（）A、光由空气射入该介质时折射角较大B、光由空气射入该介质时折射角较小C、光在该介质中的速度较大D、光在该介质中的速度较小例13、例7中A、B两种光线，在介质中传播速度更快的是_______(A或者B)光线，先从玻璃砖中先射出来的是________(A或者B)光线。
这个公式要注意几点：a)我们平时所见的日光、灯光等，里面有许多成分的光，有红橙黄绿蓝靛紫等等，我们称之为复色光。
这些光自产生开始频率n就是确定的，即周期也是确定的，与在什么样的介质中传播是无关的。
其中从红光到紫光，频率依次增大，周期依次减小。
b)所有光的在真空的传播速度都是一样的，都是c=3*108（一般认为光在空气中也是这个速度），结合上面一条，由λ=vT=v/n，从红光到紫光，各波的波长依次减小。
c)不同颜色的光在同一种介质中传播速度不同，因此折射率也不同。
在同一种介质中从红光到紫光传播速度依次降低，因此折射率依次增大，所以一列复色光（包含许多颜色光线的光），通过同一介质，紫光折射效果最明显，红光最不明显。
例14、某单色光在折射率为n1的介质中传播时，它的波长、频率和波速分别为λ1、f1、v1；在折射率为n2的介质中传播时，它的波长、频率和波速分别为λ2、f2、v2，以上物理量之间的关系，下述中正确的是A.f1=f2，λ2=λ1n1/n2B.f1=f2，v2=v1 n2/n1C.f1=f2，v2=v1 n1/n2D.λ1=λ2，v2=v1 n1/n2例15、一束白光通过三棱镜后发生了色散现象,如右图所示.下列说法正确的是 ( )A.玻璃对红光的折射率最小,红光的偏折角最小B.玻璃对紫光的折射率最小,紫光的偏折角最小C.红光在玻璃中的传播速度比紫光大D.屏幕上各色光在光谱上由上到下的排列顺序为:红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫例16、如图所示，一束复色光从真空射向半圆形玻璃砖的圆心，经过玻璃砖折射后，从O点分别沿Oa、Ob方向射出，则关于a光与b光一下说法正确的是A. 在玻璃砖中a光传播的时间比b光长B. 在玻璃砖中a光传播的时间比b光短C. 在真空中，a光的波长较长D. 在真空中，b光的波长较长五、光的全反射一、课前引导问题：例1、有两种介质A、B，A对空气的折射率为，B对空气的折射率为30o角分别从A、B两种介质中射入空气中，折射角分别为多少度？若一束光以45o角从A介质射入B介质中，则在B介质中的折射角为多少度？水的折射率为1.33，酒精的折射率为1.36，玻璃的折射率为1.5~1.9，金刚石的折射率为2.42一、几个概念：1、光疏介质：折射率相对较小的介质，如水相对玻璃就是光疏介质。
2、光密介质：折射率相对较大的介质，如水相对空气就是光密介质，所以光疏光密是个相对的概念。
3、光从光疏介质中射入光密介质中，折射角大于入射角，如光从空气中射入水中；光从光密介质射入光疏介质中，折射角大于入射角，如光从水中射入空气中。
例2、一种介质对空气的折射率为2，一束光以20.7o(sin20.7o =1/22)从介质中射入空气中，求折射角为多少度，若光以30o从中射入空气中，折射角为多少度？若光以45o从介质中射入空气中，折射角为多少度？4、全反射：一束光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角，当入射角大于一定程度时，折射角大于或者等于90度，这个折射光线会完全消失，这种现象就叫全反射。
折射角等于90度进的入射角叫临界角C。
以上要注意几点：a)光疏介质和光密介质都是相对概念，同一种介质相对于不同的介质，可能是疏介质，也可能是光密介质。
b)光密不是指密度大，而是指折射率较大。
c)发生全反射的条件：一是光由光密介质射入光疏介质，二是入射角大于临界角。
d)临界角满足:1sinC=sinC=例3、下列说法正确的是（）A.因为水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介质B.因为水的折射率小于酒精的折射率，所以水对酒精来说是光疏介质C.同一束光，在光密介质中的传播速度较大D.同一束光，在光疏介质中的传播速度较大例4、已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分别为1.33，1.55，1.60和1.63，如果光按以下几种方式传播，可以发生全反射的是（）A.从水晶射入玻璃B.从水射入二硫化碳C.从玻璃射入水中 C.从水射入水晶例5、光在某中介质中的传播速度为1.5*108，那么光从此种介质中射向空气并发生全反射的临界角就为（）A.60度 B.45度 C.30度 D.75度例6、如图所示，有两细束平行单色光a、b射向置于空气中上、下表面平行的玻璃砖的上表面，已知玻璃砖足够长，不考虑玻璃砖侧面的折射和发射。
若玻璃砖对单色光a的折射率小于对单色光b的折射率，则下列说法中正确的是（）A．玻璃砖中a光比b光速度小B．在玻璃砖中的两束光仍然平行的C．从玻璃砖下表面射出后，两光束之间的距离一定比射入前要小D．无论增大或减小两光束入射到上表面的入射角，两光束最终都能从下表面射出例7、水池下方有一点光源，距离水面的高度为10m，在水面上往下看，可以看到一个圆形光圈，光圈之外是一片黑，解释为什么会出现这种现象？若设水的折射率为2，求这个光圈的面积为多少。