2021届高考物理一轮复习学案：第14章 第3节 光的折射 全反射 光的色散

第3节光的折射全反射光的色散

一、折射定律及折射率

1．折射定律(如图所示)

(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＝n12，式中n12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＝sin θ1 sin θ2，

(3)计算公式：n＝c

v，因为v＜c，所以任何介质的折射率都大于1。

二、光的全反射和光的色散

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)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，如图所示。

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。

1．思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)

(1)某种玻璃对蓝光的折射率比红光大，蓝光和红光以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光的折射角较大。(×)

(2)在水中，蓝光的传播速度大于红光的传播速度。(×)

(3)在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里。(√)

(4)光从空气射入玻璃时，只要入射角足够大就可能发生全反射。(×)

(5)光纤通信利用了全反射的原理。(√)

(6)晚上，在池水中同一深度的两点光源分别发出红光和蓝光，蓝光光源看起来浅一些。(√) 2．(多选)下列光线由空气射入半圆形玻璃砖，或者由玻璃砖射入空气的光路图中，正确的是(玻璃的折射率为1.5)()

A B C D E

BDE[光由空气进入玻璃时，折射角小于入射角，A图错误，B图正确；

光由玻璃进入空气时，发生全反射的临界角sin C＝1

n ＝2

3

，sin 45°＝2

2

＞2

3

，将发

生全反射，C图错误，D图正确；sin 30°＝1

2＜2

3

，不会发生全反射，E图正确。]

3．(多选)关于光的传播现象及应用，下列说法正确的是()

A．一束白光通过三棱镜后形成了彩色光带是光的色散现象

B．光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大

C．海面上的海市蜃楼将呈现倒立的像，位置在实物的上方，又称上现蜃景D．一束色光从空气进入水中，波长将变短，色光的颜色也将发生变化

E．一束白光从空气斜射进入水中，也将发生色散

ABE[一束白光通过三棱镜后形成了彩色光带是光的色散现象，A正确；由全反射的条件可知，内芯材料的折射率比外套材料的折射率要大，故B正确；海市蜃楼将呈现正立的像，位置在实物的上方，又称上现蜃景，C错误；色光进入水中，光的频率不变，颜色不变，D错误；白光斜射入水中，由于水对不同色光的折射率不同，各种色光将分开，故E正确。]

4.(2019·安庆二模)在阳光的照射下，充满雾气的瀑布上方常会出现美丽的彩虹，彩虹是太阳光射入球形水珠经折射、内反射、再折射后形成的，其光线传播路径如图所示，图中的圆面代表水珠过球心的截面，太阳光平行截面射入球形水珠后，最后出射光线a、b分别代表两种不同颜色的光线，则水珠对a、b 两束光折射率的大小关系是n a________n b；a、b两种光在水珠内传播速度大小关系是v a________v b。(均填“>”或“<”)

[解析]由题图可知当复色光a、b沿同一方向射入水珠时会发生色散现象，光线a偏折较大，故n a>n b；根据n＝c v可知a光折射率较大，其速度较小，故v a

[答案]><

5．(2019·衡水中学模拟)宽为10 m且中央水深为4 m的池塘边有一棵树，站在正对岸边的人看到树顶端的倒影与池塘底部中央的点光源在一条直线上。已知人眼到水面的高度为1.5 m，树顶端到水面的高度为6 m。则水的折射率为

________；若在水面上各处都看不到该光，则至少要在水面上铺设直径为________m的遮光膜。

[解析]根据题意画出光路图，如图所示。

BF＝10 m，CD＝4 m，AB＝1.5 m，EF＝6 m，由几何关系知OB＝2 m，

OD＝3 m，OA＝2.5 m，OC＝5 m，则水的折射率n＝OB OA OD OC

＝4

3

；若在水面上各处

都看不到该光，则发生了全反射，sin C＝1

n

＝3

4

，设遮光膜半径为R，tan C＝R

4 m

，

解得R＝12

7

m<5 m，所以遮光膜的最小直径为

24

7

m＝

247

7m。

[答案]

4

3

247

7

折射定律和折射率的理解及应用[讲典例示法] 1．对折射率的理解

(1)折射率大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中传播速度的大小v＝

c

n。

(2)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。

(3)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．光路的可逆性

在光的折射现象中，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入射光线发生折射。