备考2019年高考物理一轮复习文档：第十六章 第1讲 光的折射、全反射 讲义 Word版含解析
2019课堂高考物理大一轮361度全程复习课件：光的折射全反射 共39页
n2－1 n
FB＝AB·tan C＝ n
R n2－1
GF＝D－(OB＋BF)＝D－
nR n2－1
GABE＝GFBF
所以有：r＝GE＝GFBF·AB＝D n2－1－nR.
1.实验原理 如图 13－3－8 所示，当光线 AO1 以一定的入射角 θ1 穿过两面平行
的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线 AO1 对应的出射光线 O2B，从 而求出折射光线 O1O2 和折射角 θ2，再根据 n＝ssiinn θθ12或 n＝QPNN′算出玻 璃的折射率．
A．v1＜v2 单色光束为红色 B．v1＜v2 单色光束为蓝色 C．v1＞v2 单色光束为红色 D．v1＞v2 单色光束为蓝色 【解析】 红光折射率小于蓝光折射率，由折射率公式n＝c/v知 红光在同种介质中的速度较大，即v1＞v2；由全反射公式sin C＝1/n 知红光折射率小临界角大，所以蓝光发生全反射时红光依然有折射 现象．选C. 【答案】 C
【标准解答】 (1)由于紫光频率最大，折射率最大，偏折角最大， 故最外侧为紫色．
(2)如图所示，紫光刚要发生全反射时的 临界光线射在屏幕S上的点E到亮区中心 G的距离r就是所求最大半径．
设紫光临界角为 C，由全反射的知识可知：
sin C＝n1
由几何知识可知：AB＝Rsin C＝Rn
OB＝Rcos C＝R
(3)各种色光的比较
2.玻璃砖对光路的控制 两面平行的玻璃砖，出射光线和入射光线 平行，且光线发生了侧移．如图13－3－4 所示． 3均向底面 偏折，偏折角为δ，如图13－3－5所示．
(2)光疏三棱镜：光线两次折射均向顶角偏折． (3)全反射棱镜(等腰直角棱镜)，如图13－3－6所示． ①当光线从一直角边垂直射入时，在斜边发生全反射，从另一直 角边垂直射出(如图13－3－6甲)． ②当光线垂直于斜边射入时，在两直角边发生全反射后又垂直于 斜边射出(如图13－3－6乙)，入射光线和出射光线互相平行．
高考物理一轮复习讲义 2.1 光的折射、全反射 新人教版选修3-4
选修3－4 第二章 光 电磁波 相对论第1讲 光的折射、全反射对应学生用书P1871．折射现象光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向发生改变的现象． 2．折射定律(1)内容：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：sin θ1sin θ2＝n 12，式中n 12是比例常数．3．折射率(1)物理意义：折射率仅反映介质的光学特性，折射率大，说明光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小．(2)定义式：n ＝sin θ1sin θ2，不能说n 与sin θ1成正比，与sin θ2成反比．折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定．(3)计算公式：n ＝c v，因v <c ，故任何介质的折射率总大于1.1．玻璃三棱镜对光路的控制 如图光线两次折射均向底面偏折． 2．各种色光的比较3.1.(1)定义：光从光密介质向光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线将消失，只剩下反射光线的现象．(2)条件：①光从光密介质射向光疏会介质．②入射角大于等于临界角．(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 ＝1n.介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小．2．光导纤维光导纤维的原理是利用光的全反射注意事项1．玻璃砖应选用厚度、宽度较大的．2．大头针要插得竖直，且间隔要大些．3．入射角不宜过大或过小，一般在15°～75°之间．4．玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线．5．实验过程中，玻璃砖和白纸的相对位置不能改变．数据处理(1)计算法：计算每次折射率n，求出平均值n.(2)图象法(3)单位圆法1．(2012·唐山月考)酷热的夏天，在平坦的柏油公路上，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，它却随你靠近而后退．对此现象正确的解释是( )．A ．出现的是“海市蜃楼”，是由于光的折射造成的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，使地表温度升高，折射率大，发生全反射D ．太阳辐射到地面，使地面温度升高，折射率小，发生全反射解析 酷热的夏天地面温度高，地面附近空气的密度小，空气的折射率下小上大，远处车、人反射的太阳光由光密介质射入光疏介质发生全反射．答案 D2．(2011·山东济宁月考)很多公园的水池底都装有彩灯，当一细束由红、蓝两色组成的灯光从水中斜射向空气时，关于光在水面可能发生的反射和折射现象，下列光路图中正确的是( )．解析 红光、蓝光都要发生反射，红光的折射率较小，所以红光发生全反射的临界角较蓝光大，蓝光发生全反射时，红光不一定发生，故C 正确．答案 C图2－1－13．一束白光从顶角为θ的一边以比较大的入射角i 射入并通过三棱镜后，在屏P 上可得到彩色光带，如图2－1－1所示，在入射角i 逐渐减小到零的过程中，假如屏上的彩色光带先后全部消失，则( )．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，黄光最后消失D ．红光最先消失，黄光最后消失解析 作出白光的折射光路图，可看出，白光从AB 射入玻璃后， 由于紫光偏折大，从而到达另一侧面AC 时的入射角较大，且因紫光折射率大，sin C ＝1n，因而其全反射的临界角最小，故随着入射角i 的减小，进行入玻璃后的各色光中紫光首先发生全反射，且不从AC 面射出，后依次是靛、蓝、绿、黄、橙、红，逐渐发生全反射而不从AC 面射出．答案 B图2－1－24．“城市让生活更美好”是2010年上海世博会的口号，在该届世博会上，光纤通信网覆盖所有场馆，为各项活动提供了安全可靠的通信服务．光纤通信利用光的全反射将大量信息高速传输．如图2－1－2所示，一条圆柱形的光导纤维，长为L ，它的玻璃芯的折射率为n 1，外层材料的折射率为n 2，光在空气中的传播速度为c ，若光从它的一端射入经全反射后从另一端射出所需的最长时间为t ，则下列说法中正确的是(图中所示的φ为全反射的临界角，其中sin φ＝n 2n 1)( )．A ．n 1>n 2，t ＝n 1L n 2cB ．n 1>n 2，t ＝n 12Ln 2cC ．n 1<n 2，t ＝n 1L n 2cD ．n 1<n 2，t ＝n 12Ln 2c解析 刚好发生全反射的条件是入射角等于临界角，注意光是在玻璃芯中传播的，而不是在空气中传播的．传播距离为x ＝L sin φ＝n 1L n 2，传播速度为v ＝c n 1，故传播时间为t ＝x v ＝n 1Ln 2cn 1＝n 12L n 2c. 答案B图2－1－35．(2011·全国卷Ⅰ，16)如图2－1－3所示，雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹．设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a 、b 、c 、d 代表四条不同颜色的出射光线，则它们可能依次是( )．A ．紫光、黄光、蓝光和红光B ．紫光、蓝光、黄光和红光C ．红光、蓝光、黄光和紫光D ．红光、黄光、蓝光和紫光解析 由于太阳光经过小水滴时，经过两次折射，一次反射，在进入小水滴后就被分解成七色光，这七色光再经过水滴内表面反射进入我们的视角，形成七彩的虹，通过比较第一次折射可以看出，入射角均相同，a 光的折射角r 最小而d 光的折射角r 最大，根据其折射率n ＝sin i sin r知水对a 光的折射率最大，而对d 光的折射率最小，再由在同种介质中，紫光折射率最大而红光折射率最小可判断只有B 选项正确．答案B图2－1－46．一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯，如图2－1－4为过轴线的截面图，调整入射角α，使光线恰好在水和空气的界面上发生全反射．已知水的折射率为43，求sin α的值．解析 当光线在水面恰好发生全反射时，有sin C ＝1n，①当光线从左侧射入时，由折射定律得 sin αsin ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2－C ＝n ，② 联立①②式，代入数据可得sin α＝73.答案73对应学生用书P189考点一 折射定律的理解及应用 【典例1】一半径为R 的14球图2－1－5体放置在水平桌面上，球体由折射率为3的透明材料制成．现有一束位于过球心O 的竖直平面内的光线，平行于桌面射到球体表面上，折射入球体后再从竖直表面射出，如图2－1－5所示，已知入射光线与桌面的距离为32R .求出射角θ.解析设入射光线与14球体的交点为C ，连接OC ，OC 即为入射点的法线．因此，右图中的角θ1为入射角．过C 点作球体水平表面的垂线，垂足为B .依题意，∠COB ＝θ1.又由△OBC 知sin θ1＝32①设光线在C 点的折射角为θ2，由折射定律得sin θ1sin θ2＝3②由①②式得θ2＝30°③由几何关系知，光线在球体的竖直表面上的入射角θ3(见上图)为30°，由折射定律得sin θ3sin θ＝13.因此sin θ＝32，解得θ＝60°.答案 60° 【变式1】发出白光的细线光源ab 长度为图2－1－6l 0，竖直放置，上端a 恰好在水面以下，如图2－1－6所示．现考虑线光源ab 发出的靠近水面法线(图中的虚线)的细光束经水面折射后所成的像，由于水对光有色散作用，若以l 1表示红光成的像的长度，l 2表示蓝光成的像的长度，则( )．A ．l 1<l 2<l 0B ．l 1>l 2>l 0C ．l 2>l 1>l 0D ．l 2<l 1<l 0解析 如图所示，由于蓝光折射率比红光折射率大，则同一点发出的光经过水面折射时，蓝光比红光偏折角大，则沿反方向延长线所成虚像的长度比较小，则l 2<l 1<l 0.答案 D考点二 光的折射、全反射的综合应用 【典例2】 (2011·全国卷)图2－1－7一半圆柱形透明物体横截面如图2－1－7所示，地面AOB 镀银，O 表示半圆截面的圆心，一束光线在横截面内从M 点入射，经过AB 面反射后从N 点射出．已知光线在M 点的入射角为30°，∠MOA ＝60°，∠NOB ＝30°.求：(1)光线在M 点的折射角； (2)透明物体的折射率．解析 (1)如图，透明物体内部的光路为折线MPN ，Q 、M 点相对于底面EF 对称，Q 、P 和N 三点共线．设在M 点处，光的入射角为i ，折射角为r ，∠OMQ ＝a ，∠PNF ＝β，根据题意有α＝30°.①由几何关系得：∠PNO ＝∠PQO ＝r ，于是β＋r ＝60°② 且α＋r ＝β.③由①②③式得r ＝15°④ (2)根据折射率公式有 sin i ＝n sin r ．⑤由④⑤式得n ＝6＋22.答案 (1)15° (2)6＋22(1)解答光学问题应先准确画出光路图．(2)用光发生全反射的条件来判断光是否已经发生全反射．(3)在处理光学问题时应充分利用光的可逆性、对称性、相似性等几何关系． 【变式2】(2011·长治月考)图2－1－8一足够大的水池内盛有某种透明液体，液体的深度为H ，在水池的底部中央放一点光源，其中一条光线以30°入射角射到液体与空气的界面上，它的反射光线与折射光线的夹角为105°，如图2－1－8所示．求：(1)这种液体的折射率； (2)液体表面亮斑的面积．解析 (1)由图知，入射角θ1＝30°，折射角θ2＝45° n ＝sin θ2sin θ1＝2＝1.414. (2)若发生全反射，入射角C 应满足sin C ＝1n解得C ＝45° 亮斑半径R ＝H tan C ＝H亮斑面积S ＝πH 2.答案 (1)1.414 (2)πH 2考点三 测定玻璃的折射率 【典例3】某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，图2－1－9所用的玻璃砖两面平行．正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图2－1－9所示．(1)此玻璃的折射率计算式为n ＝________(用图中的θ1、θ2表示)；(2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度________(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量．解析 (1)本题意在考查学生对入射角、折射角、折射率的理解和应用．光线由空气射入玻璃的入射角i ＝π2－θ1，折射角r ＝π2－θ2，由折射率的定义可得：n ＝sin i sin r ＝sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2－θ1sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2－θ2＝cos θ1cos θ2，根据平行玻璃砖对光线的影响可知，玻璃砖宽度越大，侧移量越大，折射角的测量误差越小．答案 (1)cos θ1cos θ2(或－θ1－θ2) (2)大【变式3】(2011·天津卷，9)某同图2－1－10学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率．开始玻璃砖的位置如图2－1－10中实线所示，使大头针P 1、P 2与圆心O 在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O 缓慢转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察P 1、P 2的像，且P 2的像挡住P 1的像．如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失．此时只须测量出________，即可计算玻璃砖的折射率．请用你的测量量表示出折射率n ＝________.解析 光线指向圆心入射时不改变传播方向，恰好观察不到P 1、P 2的像时发生全反射，测出玻璃砖直径边绕O 点转过的角度θ，此时入射角θ即为全反射临界角，由sin θ＝1n得n＝1sin θ. 答案 玻璃砖直径边绕O 点转过的角度θ1sin θ对应学生用书P190图2－1－111．(2010·全国卷Ⅰ，20改编)频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后，其光路如图2－1－11所示，下列说法正确的是( )．A ．单色光1的波长大于单色光2的波长B ．在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度C ．单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间D ．单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角 解析 由题图可知，光线1的折射率大，频率高，波长小，在介质中传播速度小，因而产生全反射的临界角小．选项A 错误，D 正确，B 错误．设玻璃板的宽度为d ，由n ＝sin θ1sin θ2，在玻璃板中传播的距离l ＝d cos θ2，传播的速度v ＝c n ，所以光在玻璃板中传播的时间t ＝lv＝d sin θ1c sin θ2cos θ2＝2d sin θ1c sin 2θ2，光线1的折射角小，所经历的时间应该长，选项C 错误．答案 D图2－1－122．(2009·浙江高考改编)如图2－1－12所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC 的单色光从空气射向E 点，并偏折到F 点，已知入射方向与边AB 的夹角为θ＝30°，E 、F 分别为边AB 、BC 的中点，则( )．A ．该棱镜的折射率为 3B ．光在F 点发生全反射C ．光从空气进入棱镜，波长变大D ．从F 点出射的光束与入射到E 点的光束平行解析 在E 点作出法线可知入射角为60°，折射角为30°，折射率为3，A 正确；由光路的可逆性可知，在BC 边上的入射角小于临界角，不会发生全反射，B 错误；由公式λ介＝λ空气n，可知C 错误；三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折，不会与入射到E 点的光束平行，故D 错误．答案 A3．(2011·安徽卷，15)实验表明，可见光通过三棱镜时各色光的折射率n 随波长λ的变化符合科西经验公式：n ＝A ＋B λ2＋Cλ4，其中A 、B 、C 是正的常量．太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如图2－1－13所示，则( )．图2－1－13A ．屏上c 处是紫光B ．屏上d 处是红光C ．屏上b 处是紫光D ．屏上a 处是红光解析 可见光中红光波长最长，折射率最小，折射程度最小，所以a 为红光，而紫光折射率最大，所以d 为紫光．答案 D图2－1－144．(2011·福建卷，14)如图2－1－14所示，半圆形玻璃砖置于光屏PQ 的左下方．一束白光沿半径方向从A 点射入玻璃砖，在O 点发生反射和折射，折射光在光屏上呈现七色光带．若入射点由A 向B 缓慢移动，并保持白光沿半径方向入射到O 点，观察到各色光在光屏上陆续消失．在光带未完全消失之前，反射光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是( )．A ．减弱，紫光B ．减弱，红光C ．增强，紫光D ．增强，红光解析 因n 红<n 紫，再由临界角公式sin C ＝1n可得，C 红>C 紫，因此当增大入射角时，紫光先发生全反射，紫光先消失，且当入射光的入射角逐渐增大时，折射光强度会逐渐减弱，反射光强度会逐渐增强，故应选C.答案C图2－1－155．(2011·浙江卷，17)“B 超”可用于探测人体内脏的病变状况，右图2－1－15是超声波从肝脏表面入射，经折射与反射，最后从肝脏表面射出的示意图．超声波在进入肝脏发生折射时遵循的规律与光的折射规律类似，可表述为sin θ1sin θ2＝v 1v 2(式中θ1是入射角，θ2是折射角，v 1、v 2分别是超声波在肝外和肝内的传播速度)，超声波在肿瘤表面发生反射时遵循的规律与光的反射规律相同．已知v 2＝0.9v 1，入射点与出射点之间的距离是d ，入射角是i ，肿瘤的反射面恰好与肝脏表面平行，则肿瘤离肝脏表面的深度h 为( )．A.9d sin i 2100－81sin 2iB.d 81－100sin 2i 10sin i C.d 81－100sin 2i 20sin i D.d 100－81sin 2i18sin i解析 如图所示，根据光的折射定律有 sin i sin θ＝n 1n 2＝v 1v 2由几何关系知sin θ＝d2⎝ ⎛⎭⎪⎫d 22＋h 2以上两式联立可解得h ＝d 100－81sin 2i18sin i，故选项D 正确．答案 D图2－1－166．(2011·海南卷)一赛艇停在平静的水面上，赛艇前端有一标记P 离水面的高度为h 1＝0.6 m ，尾部下端Q 略高于水面；赛艇正前方离赛艇前端s 1＝0.8 m 处有一浮标，示意如图2－1－16所示．一潜水员在浮标前方s ＝3.0 m 处下潜到深度为h 2＝4.0 m 时，看到标记刚好被浮标挡住，此处看不到船尾端Q ；继续下潜Δh ＝4.0 m ，恰好能看见Q .求：(1)水的折射率n ；(2)塞艇的长度l .(可用根式表示)解析 (1)设过P 点的光线恰好被浮标挡住时，入射角、折射角分别为：α、β，则：sin α＝s 1s 12＋h 12，①sin β＝s 2s 22＋h 22，②n ＝sin αsin β.③由①②③得：n ＝43.(2)潜水员和Q 点连线与水平方向夹角刚好为临界角C ，则：sin C ＝1n ＝34， ④ tan C ＝h 2＋Δhs 1＋s 2＋l .⑤由④⑤得：l ＝⎝⎛⎭⎪⎫873－3.8m≈3.3 m. 答案 (1)43(2)3.3 m对应学生用书P299图2－1－171．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2－1－17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解析 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．选A.本题容易．答案 A图2－1－182．如图2－1－18所示，一个三棱镜的截面为等腰直角△ABC ，∠A 为直角．此截面所在平面内的光线沿平行于BC 边的方向射到AB 边，进入棱镜后直接射到AC 边上，并刚好能发生全反射．该棱镜材料的折射率为( )．A.62B. 2C.32D. 3解析 根据折射率定义有，sin ∠1＝n sin ∠2，n sin ∠3＝1，已知∠1＝45°又∠2＋∠3＝90°，解得：n ＝62.答案 A图2－1－193．如图2－1－19所示，空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为r ，外圆半径为R ，R ＝2r .现有一束单色光垂直于水平端面A 射入透明柱体，只经过两次全反射就垂直于水平端面B 射出．设透明柱体的折射率为n ，光在透明柱体内传播的时间为t ，若真空中的光速为c ，则( )．A ．n 可能为 3B ．n 可能为1.2C ．t 可能为2 2r cD ．t 可能为4.8rc解析 只经过两次全反射可知第一次入射角为45°，反射光路图如图所示．根据全反射可知临界角C ≤45°，再根据n ＝1sin C可知n ≥2；光在透明柱体中运动路程为L ＝4r ，运动时间为t ＝L v＝4nr c，则t ≥42rc，B 、C 、D 错误，A 正确．答案 A图2－1－204．如图2－1－20所示，有两束颜色相同的、间距为d 的平行细光束以相同的入射角射到成θ 角的平行玻璃砖上表面，则从玻璃砖下表面射出的光线( )．A ．仍是平行光，但宽度大于dB ．仍是平行光，但宽度小于dC ．成为会聚光束D ．成为发散光束解析 本题考查光的折射定律，意在考查光线进入平行玻璃砖时的光的传播规律．入射光穿过平行玻璃砖的出射光线仍和入射光线平行，但相对于入射光线会靠近法线偏折，所以两条出射光线仍平行，光线的距离减小，B 正确．答案 B图2－1－215．如图2－1－21所示，两块同样的玻璃直角三棱镜ABC 和A 1B 1C 1，∠A ＝∠A 1＝30°，AC 面和A 1C 1面平行，且A 、B 1、C 1在一条直线上，放置在空气中，一单色细光束O 垂直于AB 面入射，光线从右面的三棱镜射出时，出射光线方向与入射光线O 的方向________(填“平行”或“不平行”)．若玻璃的折射率n ＝3，AC 1两点间的距离为d ，光线从右面的三棱镜A 1B 1面上的b 点(图上未画)射出，则a 、b 两点间的距离s ＝________.解析 AC 与A 1C 1间的空气相当于平行板玻璃砖，光线穿过平行板玻璃砖，出射方向与原入射方向平行．sin α＝n sin 30°，∠dce ＝α－30°＝30°，∠dec ＝30°，ab ＝d cos 30°＝32d . 答案 平行32d图2－1－226．如图2－1－22所示，一段横截面为正方形的玻璃棒，中间部分弯成四分之一圆弧形状，一细束单色光由MN 端面的中点垂直射入，恰好能在弧面EF 上发生全反射，然后垂直PQ 端面射出．①求该玻璃棒的折射率． ②若将入射光向N 端平移，当第一次射到弧面EF 上时________(填“能”“不能”或“无法确定能否”)发生全反射．解析 如图所示单色光照射到EF 弧面上时刚好发生全反射，由全反射的条件得C ＝45°①由折射定律得n ＝sin 90°sin C②联立①②式得n ＝ 2 答案 ① 2 ②能7．如图2－1－23所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率，在平铺的白纸上图2－1－23垂直纸面插大头针P 1、P 2确定入射光线，并让入射光线过圆心O ，在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针P 3，使P 3挡住P 1、P 2的像，连接OP 3.图中MN 为分界面，虚线半圆与玻璃砖对称，B 、C 分别是入射光线、折射光线与圆的交点，AB 、CD 均垂直于法线并分别交法线于A 、D 点．(1)设AB 的长度为l 1，AO 的长度为l 2，CD 的长度为l 3，DO 的长度为l 4，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量 ，则玻璃砖的折射率可表示为 . (2)该同学在插大头针P 3前不小心将玻璃砖以O 为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将 (填“偏大”、“偏小”或“不变”)．答案 (1)l 1和l 3 n ＝l 1l 3(2)偏大图2－1－248．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，在棱镜的一侧插入两枚大头针P 1和P 2，然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使P 1的像被P 2挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P 3、P 4，使P 3挡住P 1、P 2的像，P 4挡住P 3和P 1、P 2的像，在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图2－1－24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________．解析 (1)如图所示，画出通过P 1、P 2的入射光线，交AC 面于O ，画出通过P 3、P 4的出射光线交AB 面于O ′.则光线OO ′就是入射光线P 1P 2在三棱镜中的折射光线．(2)在所画的图上注明入射角θ1和折射角θ2，并画出虚线部分，用量角器量出θ1和θ2(或用直尺测出线段EF 、OE 、GH 、OG 的长度)．(3)n ＝sin θ1sin θ2；(或因为sin θ1＝EF OE ，sin θ2＝GH OG，则n＝EFOE GH OG＝EF ·OGOE ·GH )．答案 见解析图2－1－259．在某科技馆内放置了一个高大的半圆柱形透明物体，其俯视图如图2－1－25所示，O 为半圆的圆心．甲、乙两同学为了估测该透明体的折射率，进行了如下实验．他们分别站在A 、O 处时，相互看着对方，然后两人贴着柱体慢慢向一侧运动，到达B 、C 处时，甲刚好看不到乙．已知半圆柱体的半径为R ，OC ＝0.6R ，BC ⊥OC ，则半圆柱形透明物体的折射率为多少？解析 设∠OBC ＝θ，透明物体的折射率为n ，则sin θ＝OC R ＝0.6，sin θ＝1n ，n ＝53.答案 53图2－1－2610．(2011·海南海口模拟)一束光波以45°的入射角，从AB 面射入如图2－1－26所示的透明三棱镜中，棱镜折射率n ＝ 2.试求光进入AB 面的折射角，并在图上画出该光束在棱镜中的光路．解析 sin r ＝sin i n ＝222＝12，r ＝30°由sin C ＝1n ＝22，得C ＝45°.光在AC 面发生全反射，并垂直BC 面射出． 答案 r ＝30° 光路图(见右图)图2－1－2711．如图2－1－27所示，一束复色光斜射到置于空气中的厚平板玻璃(上、下表面平行)的上表面，穿过玻璃后从下表面射出，变为a 、b 两束平行单色光．关于这两束单色光，下列说法中正确的是( )．A ．此玻璃对a 光的折射率小于对b 光的折射率B ．在此玻璃中a 光的全反射临界角小于b 光的全反射临界角C ．在此玻璃中a 光的传播速度大于b 光的传播速度D ．用同一双缝干涉装置进行实验可看到a 光的干涉条纹间距比b 光的宽解析 本题考查光的折射．根据n ＝sin θ1sin θ2，θ1为入射角，θ2为折射角，可知玻璃对a光折射率大，故A 选项错误；由临界角公式sin C ＝1n，可知折射率大的临界角小，故B 选项正确；由n ＝c v 得v ＝c n，折射率大的传播速度小，故C 选项错误；根据光的频率越大，折射率越大，对应光的波长越短，所以a 光波长短；再根据条纹间距Δx ＝l dλ，故知a 光的干涉条纹间距比b 光的窄，故D 选项错误．答案 B12．麦克斯韦在1865年发表的《电磁场的动力学理论》一文中揭示了电、磁现象与光的内在联系及统一性，即光是电磁波．(1)一单色光波在折射率为1.5的介质中传播，某时刻电场横波图象如图2－1－28甲所示，求该光波的频率．(2)图乙表示两面平行玻璃砖的截面图，一束平行于CD 边的单色光入射到AC 界面上，a 、b 是其中的两条平行光线．光线a 在玻璃砖中的光路已给出．画出光线b 从玻璃砖中首次出射的光路图，并标出出射光线与界面法线夹角的度数．图2－1－28解析 (1)设光在介质中的传播速度为v ，波长为λ，频率为f ，则f ＝vλ①v ＝c n② 联立①②式得f ＝c n λ③ 从波形图上读出波长λ＝4×10－7m ，代入数据解得f ＝5×1014Hz ④答案 (1)5×1014Hz (2)光路图如图所示图2－1－2913．如图2－1－29所示，真空中有一下表面镀反射膜的平行玻璃砖，其折射率n ＝ 2.一束单色光与界面成θ＝45°角射到玻璃砖表面上，进入玻璃砖后经下表面反射，最后又从玻璃砖上表面射出，已知光在真空中的传播速度c ＝3.0×108m/s ，玻璃砖厚度d ＝ 3 cm.求该单色光在玻璃砖中传播的速度和传播的路程．解析 光路图如右图所示由n ＝c v 得：v ＝c n ＝322×108m/s由折射定律n ＝－θsin θ1sin θ1＝12，θ1＝30°光在玻璃中传播的路程s ＝2dcos 30°＝4 cm.答案 322×108m/s 4 cm。
高考物理考点详析 光的折射和全反射
1．折射现象光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向改变的现象。
2．折射定律（1）内容：如图所示，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 =21sin sin θθ。
（3）在光的折射现象中，光路是可逆的。
3．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：21sin sin θθ=n 。
（3）计算公式：vcn =，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）射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质射入真空（或空气）时，入射角小于折射角。
4．全反射现象（1）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。
（2）现象：折射光完全消失，只剩下反射光。
5．临界角：折射角等于90°时的入射角，用C 表示，sin C =n1。
6．光的色散（1）光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象。
（2）光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长的有序排列。
（3）光的色散现象说明： ①白光为复色光；②同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率越大； ③不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速越慢。
（4）棱镜①含义：截面是三角形的玻璃仪器，可以使光发生色散，白光的色散表明各色光在同一介质中的折射率不同。
②三棱镜对光线的作用：改变光的传播方向，使复色光发生色散。
7．折射定律的理解与应用 解决光的折射问题的一般方法： （1）根据题意画出正确的光路图。
（2）利用几何关系确定光路中的边、角关系，确定入射角和折射角。
（3）利用折射定律建立方程进行求解。
8．玻璃砖对光路的控制两平面平行的玻璃砖，出射光线和入射光线平行，且光线发生了侧移，如图所示。
9．三棱镜对光路的控制（1）光密三棱镜：光线两次折射均向底面偏折，偏折角为δ，如图所示。
高考物理一轮复习课件基础课光的折射全反射
利用折射率可以判断光在不同介质中 的传播方向，进而分析各种光学现象 。
折射角与折射率关系
当光从折射率较小的介质射入折射率 较大的介质时，折射角小于入射角； 反之，折射角大于入射角。
02
全反射现象与条件
全反射现象及其实例
全反射现象
光从光密介质射向光疏介质时，当入射角增大到某一角度，使折射角达到临界 角时，折射光线完全消失，只剩下反射光线的现象。
高考物理一轮复习课件Байду номын сангаас础 课光的折射全反射
汇报人：XX 20XX-01-21
目录
• 光的折射现象与规律 • 全反射现象与条件 • 透镜成像原理及特点 • 光学仪器原理及使用 • 光的折射和全反射在生活中的应用 • 实验：探究光的折射和全反射规律
01
光的折射现象与规律
折射现象及其实例
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。
位差。
干涉仪
利用光的干涉原理来测 量长度、折射率等物理
量的仪器。
偏振光实验仪
用于研究光的偏振现象 及其应用的实验仪器。
光电效应实验仪
用于研究光电效应现象 及其应用的实验仪器。
05
光的折射和全反射在生活中的应 用
折射现象在生活中的应用
水中的筷子
当筷子插入水中时，由于光的折 射现象，我们观察到的筷子位置
实验结论
通过实验观察和测量，可以得出光在不 同介质中传播时遵循的折射和全反射规 律。当光线从光密介质射入光疏介质时 ，折射角随入射角的增大而增大；当入 射角达到临界角时，发生全反射现象。
VS
误差分析
实验中可能存在误差来源包括光源的稳定 性、半圆形玻璃砖的平面度、量角器的精 度等。为了减小误差，可以采取以下措施 ：使用稳定的光源、确保半圆形玻璃砖与 白纸紧密贴合、使用量角器时保持其稳定 并精确读数等。
人教版高三物理一轮总复习 光的折射 全反射
由折射定律有：sin i′＝nsin 45°
⑥
设船向左行驶的距离为x′，此时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′，则：x1′＋x2′＝x′＋x
⑦
x1h′1 ＝tan i′
⑧
x2h′2 ＝tan 45°
⑨
联立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入题给数据得：x′＝6 2－3 m≈5.5 m
测定玻璃的
应用
改变光的传播方向
折射率
全反射棱镜，改变光的传播方向
例1 如图2所示，直角边AC长度为d的直角棱镜ABC置
于桌面上，D为斜边BC的中点，桌面上的S点发射一条
光线经D点折射后，垂直于AB边射出.已知SC＝CD，光
线通过棱镜的时间t＝
3d 2c
，c为真空中光速，不考虑反
射光线.求：
图2
(1)棱镜的折射率n；
12
2.(折射定律的应用)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 .
4 3
(1)求桅杆到P点的水平距离；
答案 7 m 图4
12
12
02
考点二 全反射
基础回扣
1.光密介质与光疏介质
介质 折射率 光速
相对性
光密介质
光疏介质
大
小
小
大
若n甲＞n乙，则甲相对乙是 光密 介质 若n甲＜n乙，则甲相对乙是 光疏 介质
2.全反射
(1)定义：光从光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到某一角度，折
高中物理光的折射与全反射现象
高中物理光的折射与全反射现象光的折射与全反射是光在不同介质中传播时所表现出的特性，它们在日常生活中有着重要的应用和影响。
本文将介绍光的折射和全反射的基本概念、实验原理以及相关实际应用。
一、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改变方向。
光线在两种介质之间传播时，由于介质的光密度不同，会导致光线的传播速度和传播方向发生变化。
当光从光疏介质（如空气）射入光密介质（如水或玻璃）时，会发生向法线方向弯曲的现象，这被称为折射。
折射的基本定律由斯涅尔定律（或称为折射定律）给出，它表明入射角、出射角和两种介质的折射率之间存在着一定的关系，即n1sinθ1 = n2sinθ2，其中n1和n2分别表示两种介质的折射率，θ1和θ2分别表示入射角和出射角。
光的折射现象广泛应用于透镜、光纤通信和光学仪器等领域。
例如，我们常见的凸透镜利用光的折射特性，使光线经过透镜后产生聚焦效应，从而实现放大和聚焦的功能。
光纤通信也是基于光的折射原理，利用光纤内部的光折射特性来传输信号，具有高带宽和低损耗的优势。
二、全反射现象当光从光密介质射入光疏介质时，如果入射角大于临界角，光线将完全被反射回光密介质中，而不发生折射现象。
这种现象被称为全反射。
全反射的临界角由折射定律推导而得，临界角的正弦值等于两种介质的折射率之比，即sinθc = n2 / n1，其中n1和n2分别表示光疏介质和光密介质的折射率。
当入射角大于临界角时，光线无法从光疏介质中折射出来，被完全反射回去。
全反射在光纤通信和光导器件中起到了重要作用。
光纤的工作原理就是利用全反射实现信号的传输。
光信号通过光纤的内部表面不断发生全反射，从而保持信号的传输。
另外，光导器件如全反射棱镜和光透波导等利用全反射现象进行光的转向和耦合，广泛应用于光学仪器和通信设备中。
三、实验原理与应用为了观察和研究光的折射和全反射现象，可以进行一些简单的实验。
1. 折射实验将一块光密的玻璃板放置在一个光源前方，利用一束光线从空气中射入玻璃板，可以观察到光线在入射和出射过程中的折射现象。
备考2020年高考物理一轮复习：第十六章第1讲光的折射、全反射讲义含解析
第1讲 光的折射、全反射板块一 主干梳理·夯实基础【知识点1】 光的折射定律 Ⅱ 折射率 Ⅰ 1．折射现象光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向改变的现象。
2．折射定律(1)内容：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：sin θ1sin θ2＝n 12，式中n 12是比例常数。
(3)在光的折射现象中，光路是可逆的。
3．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的比，叫做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：折射率仅反映介质的光学特性，折射率大，说明光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小。
(3)定义式：n ＝sin θ1sin θ2，不能说n 与sin θ1成正比、与sin θ2成反比，对于确定的某种介质而言，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。
折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定。
(4)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，因v <c ，故任何介质的折射率总大于(填“大于”或“小于”)1。
(5)相对折射率：光从介质1射入介质2时，入射角θ1与折射角θ2的正弦之比叫做介质2对介质1的相对折射率。
4．光密介质与光疏介质(1)光密介质：折射率较大的介质。
(2)光疏介质：折射率较小的介质。
(3)光密介质和光疏介质是相对的。
某种介质相对其他不同介质可能是光密介质，也可能是光疏介质。
【知识点2】 全反射、光导纤维 Ⅰ 1．全反射(1)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。
(2)现象：折射光完全消失，只剩下反射光。
(3)临界角：折射角等于90°时的入射角，用C表示，sin C＝1 n。
(4)应用：①光导纤维；②全反射棱镜。
高三物理复习课件 光的折射和全反射
比较水对这两种色光的折射率大小即可判定色光的
频率、波速、波长、临界角大小.
• 折射率 n sin1是联c 系几何光学与物理光学的 桥梁，在研究同sin一2介质v 对不同色光的折射率与光速
及波长（频率）关系时，此公式是重要的理论依据.
19
变式训练2：如图12-1-7所示，一个三棱 镜的截面为等腰直角△ABC，∠A为直角．此 截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射 到AB边，进入棱镜后直接射到AC边上，并刚 好能发生全反射．该棱镜材料的折射率为 ______.(填入正确选项前的字母)
第十二章
光
学
相对论简介
１ 光的折射和全反射
1
• 1.光的折射现象
• (1)光从 一种介进质入 另一种介，质传 播方向发生 改变 的现象称为光的折 射现象.
• (2)光的折射定律：折射光线在入射光 线和法线所确定的平面内，折射光线 和正入弦射与光折线射分 角居于法线之两比侧为，一入常射数角. 正弦
2
sin C
n
5
光线从光密介质射入光疏介质 入射角大于或等于临界角
6
• 3.棱镜
• (1)横截面为 三角或形 梯形的透明体 称为棱镜.
• (2)棱镜对光线的偏折作用：如图12-11所示，当光线从空气射入玻璃棱镜时， 出射光线向底边偏折，偏折角度θ随棱 镜材料的折射率增大而 增大.
图12-1-1
7
• (3)全反射棱镜：横截面是 等腰直角三角.的形 棱镜叫全反射棱镜.由于光从玻璃射向空气的 临界角大约为42°，故当光从全反射棱镜的 任一边垂直射入时，都发生全反射，如图121-2(甲)、(乙)所示.
10
•
折射与全反射的综合应用问
题
高三物理一轮复习课件 光的折射 全反射
光的折射
全反射
第3节
光的折射 全反射
物理
第3节
光的折射
全反射
物理
第3节
光的折射
全反射
(1)光的传播方向发生改变的现象叫光的折射。
(2)折射率跟折射角的正弦成正比。
(3)只要入射角足够大，就能发生全反射。
(4)折射定律是托勒密发现的。
( ×)
(× )
(× )
(×)
(5)若光从空气中射入水中，它的传播速度一定减小。
线，假设它斜射到玻璃上表面的A′点发生折射，根据折射定律有 nsin θ＝sin α ①
物理
第3节
光的折射
全反射
式中，n 是玻璃的折射率，θ 是入射角，α 是折射角。现假设 A′恰好在纸片边缘。由题意，在 A′点刚好发生全反射，故 π α＝ 2 L sin θ＝ 2 L ＋h 2 由题意，纸片的半径应为 R＝L＋r 联立以上各式得 n＝
(4)当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射 和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射。
物理
第3节
光的折射
全反射
2．求解全反射现象中光的传播时间的一般思路
(1)全反射现象中，光在同种均匀介质中的传播速度不发生 c 变化，即v＝n。
(2)全反射现象中，光的传播路程应结合光路图与几何关系 进行确定。
(√ )
(6)已知介质对某单色光的临界角为C，则该介质的折射率等于 1 。 sin C
(7)密度大的介质一定是光密介质。
物理
(√ )
(× )
第3节
光的折射
全反射
要点一
折射定律及折射率的应用
1．对折射率的理解
sin θ1 (1)公式n＝ 中，不论是光从真空射入介质，还是从介 sin θ2 质射入真空，θ1总是真空中的光线与法线间的夹角，θ2总是介质 中的光线与法线间的夹角。
高考物理知识点总结光的折射全反射
光的折射、全反射一、光的折射1．折射现象：光从一种介质斜射入另一种介质，传播方向发生改变的现象．．2．折射定律：折射光线、入射光线跟法线在同一平面内，折射光线、入射光线分居法线两侧，入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．3．在折射现象中光路是可逆的．二、折射率1．定义：光从真空射入某种介质,入射角的正弦跟折射角的正弦之比,叫做介质的折射率．注意：指光从真空射入介质． ?1c???，折射率总大于1．即n＞12．公式：n=sini/sinγ．??Cvsin0最大，从同种介质射向真空时全反λ最小，在同种介质中（除真空外）n最小，νv最大，3.各种色光性质比较：红光的。
射的临界角C最大，以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小（注意区分偏折角和折射角）．．．．．．．两种介质相比较，折射率较大的叫光密介质，折射率较小的叫光疏介质．4三、全反射．全反射现象：光照射到两种介质界面上时，光线全部被反射回原介质的现象．1．全反射条件：光线从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角．2sinC=1/n=v/c，则3．临界角公式：光线从某种介质射向真空（或空气）时的临界角为C四、棱镜与光的色散 1.棱镜对光的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小则结论相反。
(把棱镜中的光线画成与底边平行)。
作图时尽量利用对称性（红光偏折最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，在光屏上形成七色光带（称光谱）小，紫光偏折最大。
）在同一介质中，七色光与下面几个物理量的对应关系如表所示。
光学中的一个现象一串结论结论：(1)折射率、n；1 / 32.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在射出后偏转oo。
要特别注意两种用法中光线在哪个表面发生全反射。
高考物理一轮复习课件专题光的折射和全反射
产生明显衍射现象的条件是障碍物或小孔的尺寸与光波波长相近或比 波长小。
干涉与衍射在光学仪器中的应用
1 2
干涉仪
利用干涉原理测量长度、角度、折射率等物理量 的精密测量仪器，如迈克尔逊干涉仪、斐索干涉 仪等。
衍射光栅
利用衍射原理制成的具有分光作用的光学元件， 广泛应用于光谱分析、波长测量等领域。
应试技巧与答题规范
审题技巧
在解答高考物理试题时，首先要认真审题，明确题目所考查的知识点和要求，避免答非 所问或漏答重要信息。
答题规范
在答题过程中，要注意书写规范、条理清晰、逻辑严密。对于计算题，要写出必要的公 式和计算过程；对于简答题，要简明扼要地阐述自己的观点和思路。
时间分配
在考试中，要合理分配时间，避免在某一道题目上花费过多时间而影响其他题目的解答 。可以先做自己熟悉的题目，再逐步解决难度较大的题目。
2. 把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边跟$aa'$对齐，并画出玻 璃砖的另一长边$bb'$。
实验步骤及注意事项
3. 在直线$AO$上竖直插上两枚大头针$P_1$和$P_2$。
4. 在玻璃砖的$bb'$侧竖直插上大头针$P_3$，同时透过玻璃砖观察，调整视线方向，直到 $P_3$恰好挡住$P_1$和$P_2$的像。
本题以全反射现象为背景，考查了考生对全反射条件的理解和应用。要求考生能够分析出 光线在不同介质界面上的传播情况，判断全反射是否发生，并求出全反射的临界角。
（2021年全国卷III）题目解析
本题是一道综合性较强的题目，涉及了光的折射、全反射和色散等多个知识点。要求考生 能够熟练掌握折射定律和全反射的条件，理解色散现象的原理和特点，并能够运用相关知 识分析和解决实际问题。
2019届一轮复习人教版 光的折射、全反射 课件(50张)
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[解析]
(1)光路图如图所示：
对光线在 OA 边上的折射，由几何关系得： i＝60° ，r＝30° ，θ＝30° ， 则介质的折射率： sin i sin 60° n＝ ＝ ＝ 3， sin r sin 30° 光从 M 点射出时，有： 3 sin β＝nsin θ＝ 3sin 30° ＝ ，解得：β＝60° ， 2 从 M 处射出的光线与进入介质的入射光线的偏向角： α＝β＝60° 。
第71课时
光的折射、全反射
(重点突破课)
基础点•自主落实 重难点•师生互动 课时达标检测
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基础点•自主落实
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[必备知识]
1．光的折射 (1)折射定律 ①内容：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 。 sin θ1 ②表达式： ＝n12，式中 n12 是比例常数。 sin θ2
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3．光的色散 (1)色散现象：白光通过三棱镜会 形成 红、橙、黄、绿、青、蓝、紫 七种色光组成的彩色光谱。 (2)成因： 由于 n 红<n 紫， 所以以相同的入射角射到棱镜界面 时，红光和紫光的折射角 不同 ，紫光折射得更明显些，当它们 射出另一个界面时，紫光的偏折角 较大 ，红光的偏折角 较小 。
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2．一束单色光从真空斜射向某种介质的表 面，光路如图所示。下列说法中正确的 是 A．此介质的折射率等于 1.5 B．此介质的折射率等于 2 C．当光线从介质射向真空中时，入射角大于 45° 时可发生 全反射现象 D．当光线从介质射向真空中时，入射角小于 30° 时可能发 生全反射现象 ( )
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3．一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O 点为该玻璃砖截面的 圆心，下图中能正确描述其光路的是 ( )
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第1讲 光的折射、全反射板块一 主干梳理·夯实基础【知识点1】 光的折射定律 Ⅱ 折射率 Ⅰ 1．折射现象光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向改变的现象。
2．折射定律(1)内容：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：sin θ1sin θ2＝n 12，式中n 12是比例常数。
(3)在光的折射现象中，光路是可逆的。
3．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的比，叫做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：折射率仅反映介质的光学特性，折射率大，说明光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小。
(3)定义式：n ＝sin θ1sin θ2，不能说n 与sin θ1成正比、与sin θ2成反比，对于确定的某种介质而言，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。
折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定。
(4)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 ，因v <c ，故任何介质的折射率总大于(填“大于”或“小于”)1。
(5)相对折射率：光从介质1射入介质2时，入射角θ1与折射角θ2的正弦之比叫做介质2对介质1的相对折射率。
4．光密介质与光疏介质(1)光密介质：折射率较大的介质。
(2)光疏介质：折射率较小的介质。
(3)光密介质和光疏介质是相对的。
某种介质相对其他不同介质可能是光密介质，也可能是光疏介质。
【知识点2】 全反射、光导纤维 Ⅰ 1．全反射(1)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。
(2)现象：折射光完全消失，只剩下反射光。
(3)临界角：折射角等于90°时的入射角，用C表示，sin C＝1 n。
(4)应用：①光导纤维；②全反射棱镜。
2．光的色散(1)光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象。
(2)色散规律：白光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光组成的，折射率依次减小，红光的最小，紫光的最大，当一束白光入射到棱镜界面时，七种色光以相同的入射角射到棱镜界面，各种色光的折射角不同，红光偏折得最小，紫光偏折得最大；当它们从另一个界面射出时，仍然是紫光的偏折最大，红光的偏折最小。
(3)光的色散现象说明①白光为复色光；②同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率越大；③不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速越慢。
【知识点3】实验：用插针法测定玻璃的折射率1．实验原理如图所示，用插针法确定入射角和折射角，根据n＝sinθ1sinθ2计算玻璃折射率。
2．实验器材两侧面平行的玻璃砖、白纸、木板、大头针、量角器、刻度尺、铅笔。
3．实验步骤(1)把白纸用图钉钉在木板上。
(2)用刻度尺在纸面上作一条直线aa′，过aa′上一点O作垂直于aa′的线段NN′，再过O点作一条线段AO，并使∠NOA即θ1适当大些。
(3)在AO线上竖直地插两枚大头针P1、P2，并使间距适当大些，在白纸上沿直线aa′放上被测玻璃砖。
(4)沿玻璃砖的另一个侧面再作一条直线bb′。
(5)在玻璃砖的bb′一侧白纸上竖直地插一枚大头针P3，使P3恰好能同时挡住aa′一侧所插的大头针P2、P1的像。
接着，在玻璃砖的bb′一侧再竖直地插一枚大头针P4，使P4能挡住P3本身以及P1、P2的像。
(6)标记下P1、P2、P3、P4的位置，移去玻璃砖，拔去大头针，过P3、P4作一条直线O′B，交bb′于O′点，连接OO′就是入射光线AO在玻璃砖内的折射光线，折射角为θ2。
(7)用量角器量出入射角θ1和折射角θ2的大小，记入表格内。
(8)用上述方法分别测出入射角是15°、30°、45°、60°和75°时的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，记入表格里。
算出各不同入射角时sin isin r的值，求出它们的平均值，就是这块玻璃的折射率。
4．注意事项(1)实验时，将大头针尽可能竖直地插在纸板上，并且使P1和P2之间、P3与P4之间距离适当大一些，这样可以减小确定光路方向时出现的误差。
(2)入射角θ1应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大，太大会导致反射光太强、折射光太弱，不易确定P3、P4的位置。
(3)在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，更不能把玻璃砖当尺子画界线。
(4)在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。
板块二考点细研·悟法培优考点1折射定律及折射率的应用[拓展延伸]1．对折射率的理解(1)公式n＝sinθ1sinθ2中，不论是光从真空射入介质，还是从介质射入真空，θ1都是指真空中的光线与法线间的夹角，θ2都是指介质中的光线与法线间的夹角。
(2)折射率由介质本身性质和入射光频率共同决定，与入射角的大小无关。
(3)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。
(4)同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。
(5)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长可能不同，但频率相同。
2.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制例1 如图，一束单色光射入一半径为0.1 m 的玻璃球体，入射角为60°，已知光线在玻璃球内经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行。
求：(1)此玻璃的折射率；(2)光在玻璃球内的传播时间。
(1)如何确定玻璃球体内的折射光线和反射光线？提示：由于折射回到空气中时与入射光线平行，出射的光路与入射的光路具有对称性，根据对称性可确定玻璃球体内的折射光线和反射光线。
(2)如何求光在玻璃球体内的传播时间？提示：由n ＝sin θ1sin θ2求折射率，再根据n ＝c v 求光在玻璃球体内的传播速度v ，由几何关系求出光在玻璃球体内传播的距离，再由t ＝sv 求时间。
尝试解答 (1)3 (2)2×10－9 s 。
(1)作出该束光在玻璃球体内的光路图，A 、C 是折射点，B 是反射点，OD 平行于入射光线，由几何知识得∠AOD ＝∠COD ＝60°，则由几何关系得∠OAB ＝30°。
折射角θ2＝∠OAB ＝30°， 入射角θ1＝60°所以折射率为n ＝sin θ1sin θ2＝sin60°sin30°＝3。
(2)光在玻璃球内的传播速度v ＝c n ＝3×1083 m/s ＝3×108 m/s光在玻璃球内传播的距离 s ＝4OA cos30°＝4×0.1×32 m ＝35m 故光在玻璃球内的传播时间 t ＝sv ＝353×108 s ＝2×10－9 s 。
总结升华光的折射问题的规范求解(1)一般解题步骤①根据题意作出光路图，注意准确作出法线。
对于球形玻璃砖，法线是入射点与球心的连线，如例1。
②利用数学知识找到入射角和折射角。
③利用折射定律列方程。
(2)应注意的问题①入射角、折射角是入射光线、折射光线与法线的夹角。
②应用公式n ＝sin θ1sin θ2时，要准确确定哪个角是θ1，哪个角是θ2。
③在折射现象中，光路是可逆的。
[跟踪训练] 一束复色光由空气射向玻璃，发生折射而分成a 、b 两束单色光，其传播方向如图所示。
设玻璃对a 、b 的折射率分别为n a 和n b ，a 、b 在玻璃中的传播速度分别为v a 和v b ，则()A ．n a ＝n bB ．n a <n bC ．v a ＝v bD ．v a <v b 答案 D解析 由折射定律n ＝sin θ1sin θ2可知，当θ1一定时，θ2越大，折射率越小，偏折程度越小，θ2越小；折射率越大，偏折程度越大。
a 光的偏折程度比b 光的偏折程度大，所以a 的折射率大，即n a>n b，A、B错误。
由n＝cv可知，折射率大的光在玻璃中的传播速度小，所以v a<v b，C错误，D正确。
考点2光的折射、全反射的综合应用[拓展延伸]1．发生全反射的条件(1)光必须从光密介质进入光疏介质；(2)入射角必须大于或等于临界角。
2．全反射的理解(1)如果光从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象。
(2)光的全反射遵循光的反射定律，光路是可逆的。
(3)当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射。
当折射角等于90°时，实际上已经没有折射光了。
(4)全反射现象从能量角度的理解：当光由光密介质射向光疏介质时，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，当入射角等于临界角时，折射光的能量减弱为零，这时就发生了全反射。
3．全反射的有关现象海水浪花呈白色、玻璃或水中的气泡看起来特别亮、沙漠蜃景、海市蜃楼、钻石的光彩夺目、水下的灯不能照亮整个水面等。
4．全反射的应用(1)全反射棱镜(2)光导纤维①结构：简称光纤，是一种透明的玻璃纤维丝，直径在几微米到一百微米之间，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，即内芯是光密介质，外套是光疏介质。
②原理：光在光纤的内芯中传播，每次射到内芯和外套的界面上时，入射角都大于临界角，从而发生全反射。
例2如图所示，ABCD是一直角梯形棱镜的横截面，位于截面所在平面内的一束光从O 点垂直AD边射入。
已知棱镜的折射率n＝2，AB＝BC＝8 cm，OA＝2 cm，∠OAB＝60°。
(1)求光第一次射出棱镜时，出射光的方向。
(2)第一次的出射点距C ________cm 。
(1)如何求发生全反射时的临界角C?提示：根据sin C ＝1n ，即可求得临界角C 。
(2)如何判定光在AB 边是否发生全反射？提示：由光路图和已知∠A ＝60°，确定光在AB 界面时的入射角，如果入射角大于或等于临界角C ，则发生全反射，否则既有折射又有反射。
尝试解答 (1)与CD 边夹角45°斜向左下方 (2)433。
(1)设发生全反射的临界角为C ，由折射定律得sin C ＝1n ，代入数据得C ＝45°。
光路图如图所示，由几何关系可知光在AB 边和BC 边的入射角均为60°，均发生全反射。
设光在CD 边的入射角为α，折射角为β，由几何关系得α＝30°，小于临界角，光第一次射出棱镜是在CD 边，由折射定律得n ＝sin βsin α，代入数据得β＝45°。
(2)由于AO ＝2 cm ，∠OAB ＝60°可得AE ＝4 cm ，BE ＝4 cm ，△EBF 为等腰三角形，故BF ＝4 cm ，FC ＝4 cm 。