通用版2018高考物理一轮复习第14章振动波动光电磁波与相对论第3节光的折射全反射光的色散教师用书

第3节 光的折射 全反射 光的色散

知识点1 光的折射

1．折射定律(如图14­3­1所示)

图14­3­1

(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 θ1

sin 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． 2．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 12＝sin θ1

sin θ2

，不能说n 12与sin θ1成正比、与sin θ2成反比．因为折射

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

，因为v ＜c ，所以任何介质的折射率总大于1. 知识点2 光的全反射现象和光的色散 1．全反射

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)临界角：折射角等于90°时的入射角，用C 表示，sin C ＝1

n

.

(3)应用： ①全反射棱镜．

②光导纤维，如图14­3­2所示．

图14­3­2

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)光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长有序排列． (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． 知识点3 实验：测定玻璃的折射率 1．实验原理

如图14­3­3所示，当光线AO 1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AO 1对应的出射光线O 2B ，从而求出折射光线O 1O 2和折射角θ2，再根据n 12＝sin θ1sin θ2或n ＝PN QN ′

算出玻璃的折射率．

图14­3­3

2．实验步骤

(1)如图14­3­4所示，把白纸铺在木板上．

图14­3­4

(2)在白纸上画一直线aa ′作为界面，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，并使其长边与aa ′重合，再用直尺画出玻璃砖的另一

边bb ′.

(4)在线段AO 上竖直地插上两枚大头针P 1、P 2.

(5)从玻璃砖bb ′一侧透过玻璃砖观察大头针P 1、P 2的像，调整视线的方向直到P 1的像被P 2的像挡住．再在bb ′一侧插上两枚大头针P 3、P 4，使P 3能挡住P 1、P 2的像，P 4能挡住

P 3本身及P 1、P 2的像．

(6)移去玻璃砖，在拔掉P 1、P 2、P 3、P 4的同时分别记下它们的位置，过P 3、P 4作直线O ′B 交bb ′于O ′.连接O 、O ′，OO ′就是玻璃砖内折射光线的方向．∠AON 为入射角．∠O ′ON ′为折射角．

(7)改变入射角，重复实验

.

1.(1)公式n ＝sin θ1sin θ2

中，不论是光从真空射入介质，还是从介质射入真空，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．

(2)折射率由介质本身性质决定，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)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．

(5)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．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制

●考向1 三棱镜对光的折射作用

1．由透明体做成的三棱柱，横截面是一个锐角为30°的直角三角形，如图14­3­5所示，AC 面镀膜，经透明体射到AC 面上的光只能发生反射．现有一束光从AB 面上的D 点垂直AB 面射入透明体，经AC 面上的E 点反射后从BC 面射出透明体，出射光线与BC 面成30°角．

图14­3­5

(1)求该透明体的折射率；

(2)若光线从BC 面的F 点垂直BC 面射入透明体，经AC 面上E 点反射后从AB 面射出透明体，试画出经E 点后的光路图，并标明出射光线与AB 面所成夹角的角度(不用列式计算).

【解析】 (1)如图所示，由几何关系得 θ1＝30°，θ2＝60°

由折射定律得n ＝sin θ2

sin θ1＝ 3.

(2)光路图如图所示． 【答案】 (1) 3 (2)

见解析 ●考向2 平行玻璃砖对光的折射作用

2．如图14­3­6所示，MNPQ 是一块横截面为正方形的玻璃砖，其边长MN ＝30 cm.一束激光AB 从玻璃砖的MQ 面上(入射点为B )进入玻璃砖后在QP 面上的F 点(图中未画出)发生全反射，恰沿DC 方向射出．其中B 为MQ 的中点，∠ABM ＝30°，PD ＝7.5 cm ，∠CDN ＝30°.

(1)画出激光束在玻璃砖内的光路示意图，求出QP 面上的反射点F 到Q 点的距离QF ； (2)求出该玻璃砖的折射率；

(3)求出激光束在玻璃砖内的传播速度(真空中光速c ＝3³108

m/s)． 【解析】 (1)光路示意图如图所示，反射点为F . 由几何关系得tan r ＝QB QF ＝PD

PF

，QF ＋PF ＝QP

代入数据得QF ＝20 cm. (2)由(1)中的计算得，tan r ＝3

4

则sin r ＝0.6

由折射定律得n ＝sin i sin r ＝53

6

.

(3)由n ＝c v

得激光束在玻璃砖内的传播速度

v ＝c n ＝635

³108 m/s. 【答案】 (1)示意图见解析 20 cm (2)536 (3)635

³108m/s

解决光的折射问题的思路

1．根据题意画出正确的光路图．

2．利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角均以法线为标准． 3．利用折射定律、折射率公式求解． 4．注意在折射现象中光路是可逆的．

′的截面如图14­3­7所示．位于截面所在平面内的一细束光线，以角i 0由O 点入射，折射光线由上边界的A 点射出．当光线在O 点的入射角减小至某一值时，折射光线在上边界的B 点恰好发生全反射．求A 、B 两点间的距离．