2021 第14章 第1节 光的折射 全反射

第1节光的折射全反射

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·江苏高考)如图所示，某L形透明材料的折射率n＝2。现沿AB方向切去一角，AB与水平方向的夹角为θ。为使水平方向的光线射到AB面时不会射入空气，求θ的最大值。

[解析]要使光线不会射入空气，即发生全反射，设临界角为C，即有：

sin C＝1

n

由几何关系得：

C＋θ＝90°

联立解得：θ＝60°。

[答案]60°

5.(2019·江苏七市二模)测量两面平行玻璃砖折射率的装置如图所示，带圆孔的遮光板N和光屏M平行放置，O点为圆孔的圆心，OO′连线垂直于光屏M，在O′O连线的延长线上放置一个点光源S，S到光屏M距离H＝20 cm，测得光屏M上圆形光斑半径r1＝20 cm。将厚度d＝10 cm、足够长的玻璃砖贴着N 板放置，测得光屏M上圆形光斑半径为r2＝15 cm。

(1)求玻璃砖的折射率n；

(2)若将玻璃砖沿OO′连线向光屏M平移一小段距离，说明折射后落在光屏M上圆形光斑的大小有无变化。

[解析](1)设射入玻璃砖光线入射角的最大值为θ1，对应的折射角为θ2，则

sin θ1＝

r1

H2＋r21

，sin θ2＝

r2－

r1

2

d2＋⎝ ⎛⎭⎪⎫

r2－

r1

2

2

由折射定律有n＝sin θ1

sin θ2

解得n＝10

2

。

(2)因为出射光线与入射光线平行，光通过玻璃砖后侧位移相同，光斑大小无变化。

[答案](1)10

2(2)光斑大小无变化

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。

[典例示法]如图所示，在注满水的游泳池的池底有一点光源A，它到池边的水平距离为3.0 m。从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等

于全反射的临界角，水的折射率为4 3。