第52讲 光的折射 全反射

第52讲光的折射全反射

知识点一光的折射定律折射率

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发生改变的现象，如图所示．

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；入射角的正弦值与折射角的正弦值成正比．

(2)表达式：sinθ1

sinθ2＝n12，式中n12是比例常数．

3．折射率

(1)物理意义：折射率反映介质的光学特征，折射率大，说明光从真空射入到该介质时偏折角大，反之偏折角小．

(2)定义式：n＝sinθ1

sinθ2，不能说n与sinθ1成正比，与sinθ2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

1．全反射

(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＝1 n.

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(如图)．

(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)入射角足够大，也不一定能发生全反射．(√)

(4)若光从空气中射入水中，它的传播速度一定增大．(×)

(5)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.(√)

1．(多选)一束光从空气射向折射率n＝2的某种玻璃的表面，如图所示．i代表入射角，则(BCD)

A．当入射角i＝0°时不会发生折射现象

B．无论入射角i是多大，折射角r都不会超过45°

C．欲使折射角r＝30°，应以i＝45°的角度入射

D．当入射角i＝arctan2时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直

E．当入射角大于临界角时，会发生全反射

解析：当入射角i＝0°时，光能从空气进入玻璃，故发生了折射

，解得r＝现象，A错误；当入射角是90°时，根据折射定律n＝sin i

sin r

45°，所以无论入射角i是多大，折射角r都不会超过45°，B正确；

，解得i＝45°，故C正确；欲使折射角r＝30°，根据折射定律n＝sin i

sin r

当i＝arctan2，有tan i＝2，设入射角为i，折射角为r，根据折射定律n＝sin i

＝tan i，解得sin r＝cos i，所以反射光线跟折射光线恰sin r

好互相垂直，故D正确；光从空气射入玻璃不会发生全反射，E错误．

2．(多选)如图所示是一玻璃球体，其半径为R，O为球心，AB

为水平直径，M 点是玻璃球的最高点，来自B 点的光线BD 从D 点射出，出射光线平行于AB .已知∠ABD ＝30°，光在真空中的传播速度为c ，则( ABE )

A ．此玻璃的折射率为 3

B ．光线从B 到D 需用时3R c

C ．若增大∠AB

D ，光线不可能在DM 段发生全反射现象

D ．若减小∠ABD ，从AD 段射出的光线均平行于AB

E ．若∠ABD ＝0°，则光线从A 点射出，传播方向不变，光的传播速度增大

解析：由题图可知，光线在D 点的入射角为i ＝30°，折射角为

r ＝60°，由折射率的定义得n ＝sin r sin i

，故n ＝3，A 正确；光线在玻璃中的传播速度为v ＝c n ＝33

c ，由题图知BD ＝3R ，所以光线从B 到D 需用时t ＝BD v ＝3R c ，B 正确；若增大∠ABD ，则光线射向DM

段时入射角增大，射向M 点时入射角为45°，而临界角满足sin C ＝1n ＝33<22＝sin45°

，即光线可以在DM 段发生全反射现象，C 错误；要使出射光线平行于AB ，则入射角必为30°，D 错误；入射角为0°时，折射角为0°，光沿直线传播，传播速度增大，E 正确．

3．在“测定玻璃的折射率”的实验中，在白纸上放好玻璃砖，

aa′和bb′分别是玻璃砖与空气的两个界面，如图所示．在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，用“＋”表示大头针的位置，然后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针P3和P4.在插P3和P4时，应使(C)

A．P3只挡住P1的像

B．P4只挡住P2的像

C．P3同时挡住P1、P2的像

D．P3不需要挡住P1或P2的像

解析：由测定玻璃的折射率的实验过程可知，P3应挡住P1和P2的像，P4应挡住P2、P1的像和P3，以此来确定经过P1和P2的光线透过玻璃砖后的折射光线．

4．“测定玻璃的折射率”实验中，在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B，在另一侧再竖直插两个大头针C、D.在插入第四个大头针D时，要使它挡住A、B的像及C.图所示是在白纸上留下的实验痕迹，其中直线a、a′是描在纸上的玻璃砖的两个边．根据该图可算得玻璃的折射率n＝1.8(1.6～1.9均可)．(计算结果保留两位有效数字)

解析：“测定玻璃的折射率”实验是利用大头针得到入射光线，在另一侧插入大头针挡住前面的A 、B 的像来确定C ，同样插入大头针D 同时挡住A 、B 的像及C ，C 和D 确定了出射光线，利用入射点和出射点的连线来确定折射光线，作出法线FG ，连接OO ′，以O 点为圆心画圆(圆未画出)，分别交AB 、OO ′于E 、Q 两点，分别过E 、Q 向GF 作垂线EG 、FQ 并用毫米刻度尺测其长度，如

图所示，根据n ＝sin θ1sin θ2

，可得n ＝EG FQ ≈1.8. 5．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如图所示．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 .