高三物理第一轮复习光的折射、全反射

第 1 课时 光的折射、全反射

基础知识归纳 1.光的直线传播

在 同一均匀介质 中光沿直线传播.当光从一种介质进入另一种介质时，传播方向改变.当障碍物或孔的尺寸和波长相等或者比波长小时，将发生明显的 衍射 现象，光线将偏离原来的方向.

2.光的反射、平面镜成像

(1)光的反射定律.光从一种介质射到另一种介质的分界面时发生反射，反射光线、入射光线和法线处在 同一 平面内，反射光线、入射光线分居法线的 两侧 ，反射角 等于 入射角.

(2)平面镜成像的特点： 正立等大 的虚像，物与像关于镜面 对称 . (3)在反射现象中，光路是 可逆 的，常用到这一特点及边缘光线作图来确定视场的范围.

3.光的折射 (1)折射定律

折射光线、入射光线、法线处于 同一 平面内，折射光线与入射光线分别位于法线 两侧 ，入射角的正弦与折射角的正弦的比值是 定值 (注意两角三线的含义).

(2)折射率 ①折射率定义：

光从 真空或空气 中射入介质中发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的 折射率 .折射率是反映介质折射光的本领大小的一个物理量.

②折射率的定义表达式： n ＝ sin sin

2

1

θθ (其中θ1为真空或空气中的角度). ③折射率的其他各种计算表达形s 式： n ＝ v

c ＝ λλ'＝ sin 1

C

(其中c 、λ为光在真空或空气中的光速、波

长；v、λ′为介质中的光速、波长；C为光发生全反射时的临界角).

④折射率大小的决定因素：介质、光源(主要是频率)，注意：介质的折射率n>1.

(3)折射光路是可逆的.

4.光的全反射

(1)光疏介质和光密介质：两种介质比较，折射率小的介质叫光疏介质，折射率大的介质叫光密介质；“光疏”和“光密”具有相对性.

(2)全反射现象：光从光密介质入射到光疏介质的分界面上时，当入射角增大到一定程度时，光全部反射回光密介质，这一现象叫全反射现象.

(3)临界角：折射角等于90°时对应的入射角叫做临界角，用C表示，

.

C＝1

arcsin

n

(4)发生全反射的条件：①光从光密介质入射到光疏介质；②入射角大于等于临界角.

(5)光导纤维：实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到一百微米之间，在内芯和外套的界面上发生全反射.其中内芯是光密介质，外套是光疏介质，它对光具有传导作用.

5.光的色散

(1)三棱镜：横截面为三角形的三棱柱透明体称三棱镜.

三棱镜对光线的作用：

①光密三棱镜：当光线从一侧面射入，从另一侧面射出时，光线两次均向底面偏折.物体经棱镜成像向顶角偏移.

②光疏三棱镜：当光线从一侧面射入，从另一侧面射出时，光线两次均向顶角偏折.

③全反射棱镜(等腰直角棱镜)：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.当光线垂直于斜边射入时，在两直角边都发生全反射后又垂直于斜边射出.

三棱镜成像：

当物体发出的光线从三棱镜的一侧面射入，从另一侧面射出时，逆着出射光

线可以看到物体的 虚像 .

(2)光的色散：

①白光通过三棱镜后，出射光束变为 红 、橙、 黄 、绿、蓝、靛、 紫 七色光束.含有多种颜色的光被分解成单色光的现象叫做光的 色散 .各种色光按其波长的有序排列叫做 光谱 .

②各种色光性质比较：可见光中 红光 的折射率n 最 小 ，频率υ最 小 ，在同种介质中(除真空外)传播速度v 最 大 ，波长λ最 大 ，从同种介质射向真空时发生全反射的临界角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).

重点难点突破 一、对折射率的理解

折射率的定义指明了光是从空气(真空)入射至介质中，n ＝v c =21 sin sin θθ，θ1是

空气(真空)中的角度，θ2是介质中的角度.计算折射率时，应先根据题意画好光路图，找对两个角度.无论光是从空气(真空)入射至介质中，还是从介质入射至空气(真空)中，θ1均为空气(真空)中的角度.θ1>θ2，c>v ，所以n>1.

二、与全反射有关的定性分析和定量计算

全反射产生的条件是光从光密介质入射到光疏介质，且入射角大于或等于临界角.涉及的问题如：全反射是否发生、什么范围的入射光才能从介质中射出、折射光覆盖的范围分析、临界角的计算等，都需正确作出光路图，熟练应用几何知识进行分析和计算.

三、不同颜色的光的频率

不同颜色的光，其频率不同，因此在同一介质中光速及波长不同，同一介质对不同色光的折射率不同，红光的频率最低，紫光的频率最高.同一介质中，频率高的色光折射率大，因为C ＝sin n

1，n 大则C 小，当入射角从0°逐渐增大时，频率高的色光先发生全反射，利用

v ＝n

c

，λ＝v/υ，可分析比较不同色光在同一介质中的光速、波长的大小.

四、折射率测定的几种方法 1.成像法

(1)原理：利用水面的反射成像和水的折射成像.

(2)方法：紧挨烧杯口竖直插入一直尺，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 看到直尺在水下最低点的刻度B 的像B′(折射成像)恰好与直尺在水面上的刻度A 的像A′(反射成像)重合，读出AC 、BC 的长，量出烧杯内径d ，如图所示，即可求出水的折射率为n ＝

)/()(2222d AC d BC ++.

2.视深法

(1)原理：利用视深公式，h′＝h/n.

(2)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，测出针尖距水面的距离即为杯中水的视深h′，再测出水的实际深度h ，则水的折射率为n ＝

h h '

.

3.全反射法

(1)原理：全反射现象.

(2)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，看到一圆形的发光面，量出发光面的直径D 与水深h ，则水的折射率为n ＝

D

h D 2

24+. 注意：对液体、透明固体均可用全反射法测其折射率. 4.插针法(在第4课时重点讲明)

典例精析

1.与折射率有关的计算

【例1】一个圆柱形筒，直径12 cm ，高16 cm.人眼在筒侧上方某处观察，所见筒侧的深度为9 cm ，当筒中装满液体时，则恰能看到筒侧的最低点.求：

(1)此液体的折射率；