第1節(jié)光的折射全反射

第十三章光與電磁波第1節(jié)光的折射全反射目錄CONTENT立足“四層”·夯基礎(chǔ)著眼“四翼”·探考點鎖定“目標”·提素能020301Part01立足“四層”·夯基礎(chǔ)?一、光的折射定律

折射率1.折射定律（1）內(nèi)容：如圖所示，折射光線與入射光線、法線處在

同一平面

?內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比。

同一平面

光學(xué)性質(zhì)

大于1

介質(zhì)本身

密度

二、全反射

光導(dǎo)纖維1.全反射（1）概念：光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，當入射角增大到某一角度時，

折射?光線將全部消失，只剩下

反射

?光線的現(xiàn)象。（2）條件①光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)；②入射角

大于或等于

?臨界角。折射反射

大于或等于

2.臨界角

3.光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維的原理是利用光的

全反射

?。如圖所示。全反射

三、光的色散1.光的色散現(xiàn)象：一束白光通過三棱鏡后在屏上會形成彩色光帶。2.成因：棱鏡材料對不同色光的折射率不同，對紅光的折射率最小，紅光通過棱鏡后的偏折程度最小，對紫光的折射率最大，紫光通過棱鏡后的偏折程度最大，從而產(chǎn)生色散現(xiàn)象。?如圖所示，將塑料瓶下側(cè)開一個小孔，瓶中灌入清水，水就從小孔流出。將激光水平射向塑料瓶小孔，觀察到激光束沿水流方向發(fā)生了彎曲，光被完全限制在水流內(nèi)。（1）激光束發(fā)生彎曲是因為光在水柱與空氣界面上發(fā)生折射。

（

×

）（2）激光束發(fā)生彎曲是因為光在水柱與空氣界面上發(fā)生全反射。

（

√

）（3）僅改用折射率更大的液體，激光束不能完全被限制在水流內(nèi)。

（

×

）（4）激光在水中的傳播速度大于其在空氣中的傳播速度。

（

×

）×√××Part02著眼“四翼”·探考點?考點一

折射定律的理解及應(yīng)用

[互動共研類]1.對折射率的理解

（2）折射率的大小不僅與介質(zhì)本身有關(guān)，還與光的頻率有關(guān)。同一種介質(zhì)中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越小。（3）同一種色光，在不同介質(zhì)中雖然波速、波長不同，但頻率相同。2.應(yīng)用光的折射定律解題的一般思路（1）根據(jù)入射角、折射角及反射角之間的關(guān)系，作出比較完整的光路圖。（2）充分利用光路圖中的幾何關(guān)系，確定各角之間的聯(lián)系，根據(jù)折射定律求解相關(guān)的物理量：折射角、折射率等。（3）注意在折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。【典例1】

（2022·江蘇高考）如圖所示，兩條距離為D的平行光線，以入射角θ從空氣射入平靜水面，反射光線與折射光線垂直，求：（1）水的折射率n；

答案

（1）tanθ（2）兩條折射光線之間的距離d。

答案

（2）Dtanθ?1.[對折射率的理解]如圖所示，兩束不同頻率的平行單色光a、b從水射入空氣（空氣折射率為1）發(fā)生如圖所示的折射現(xiàn)象（α＜β），下列說法正確的是（

）A.水對a的折射率比水對b的折射率大B.在水中的傳播速度va＞vbC.在空氣中的傳播速度va＞vbD.當a、b入射角為0°時，光線不偏折，光的傳播速度大小不變

（1）tanθ的值；

（2）B位置到水面的距離H。

考點二

光的折射定律和全反射規(guī)律的綜合應(yīng)用

[互動共研類]1.解答全反射問題的技巧（1）解答全反射問題時，要抓住發(fā)生全反射的兩個條件①光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)；②入射角大于或等于臨界角。（2）利用好光路圖中的臨界光線，準確地判斷出恰好發(fā)生全反射的光路圖是解題的關(guān)鍵，且在作光路圖時盡量與實際相符。2.求解光的折射、全反射問題的三點注意事項（1）明確哪種是光密介質(zhì)、哪種是光疏介質(zhì)。同一種介質(zhì)，相對于其他不同的介質(zhì)，可能是光密介質(zhì)，也可能是光疏介質(zhì)。（2）如果光線從光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì)，則無論入射角多大，都不會發(fā)生全反射現(xiàn)象。（3）當光射到兩種介質(zhì)的界面上時，往往同時發(fā)生光的折射和反射現(xiàn)象，但在全反射現(xiàn)象中，只發(fā)生反射，不發(fā)生折射。【典例2】

（2022·河北高考）如圖，一個半徑為R的玻璃球，O點為球心。球面內(nèi)側(cè)單色點光源S發(fā)出的一束光在A點射出，出射光線AB與球直徑SC平行，θ＝30°。光在真空中的傳播速度為c。求：（1）玻璃的折射率；

（2）從S發(fā)出的光線經(jīng)多次全反射回到S點的最短時間。??1.[對光的全反射的理解]如圖所示是一束由紅光和藍光組成的復(fù)色光射入半圓形玻璃磚界面發(fā)生反射和折射的光路圖，其中OA、OB為復(fù)色光，OC為單色光，下列說法正確的是（

）A.OC為藍光B.保持入射光不變，順時針轉(zhuǎn)動玻璃磚，OC會逐漸消失C.保持入射光不變，逆時針轉(zhuǎn)動玻璃磚，OC會逐漸消失D.若將復(fù)色光沿CO射向玻璃磚，有可能不會出現(xiàn)折射光

2.[全反射定律的應(yīng)用]（2022·全國甲卷）如圖，邊長為a的正方形ABCD為一棱鏡的橫截面，M為AB邊的中點。在截面所在平面內(nèi)，一光線自M點射入棱鏡，入射角為60°，經(jīng)折射后在BC邊的N點恰好發(fā)生全反射，反射光線從CD邊的P點射出棱鏡。求棱鏡的折射率以及P、C兩點之間的距離。

A.平行于AC邊的光線①B.平行于入射光線的光線②C.平行于CB邊的光線③D.平行于AB邊的光線④

2.[三棱鏡的色散]（2023·江蘇通州高三月考）如圖所示，一束白光以入射角θ射向三棱鏡ABC，在光屏上形成彩色光帶ab，則（

）A.a處光的波長小于b處光的波長B.在棱鏡中，a處光的傳播速度小于b處光的傳播速度C.增大θ，a處的光可能在AB面上發(fā)生全反射D.減小θ，b處的光可能在AC面上發(fā)生全反射

解析：D

由光路圖可知，b處光的偏折程度大于a處光的偏折程度，所以b處光

光的折射率大，所以在棱鏡中，a處光的傳播速度大于b處光的傳播速度，故B錯誤；光在從折射率大的物質(zhì)射入折射率小的物質(zhì)時才會發(fā)生全反射，所以在

會在AC面上發(fā)生全反射，故D正確。3.[玻璃球?qū)饴返目刂芣直線P1P2過均勻玻璃球球心O，細光束a、b平行且關(guān)于P1P2對稱，由空氣射入玻璃球的光路如圖所示。則a、b光相比（

）A.玻璃對a光的折射率較大B.玻璃對a光的臨界角較小C.b光在玻璃中的傳播速度較小D.b光在玻璃中的傳播時間較短

4.[平板玻璃磚對光路的控制]（2023·江蘇南京模擬）如圖所示，由兩種單色光組成的復(fù)色光，通過足夠大的長方體透明材料后分成a、b兩束，則（

）A.在該透明材料中，a光的傳播速度小于b光的傳播速度B.相同條件下，a光比b光衍射明顯C.只要滿足一定的條件，a、b兩束光可以發(fā)生干涉D.從該透明材料射入空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角較大

?1.平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體（球）對光路的控制特點平行玻璃磚三棱鏡圓柱體（球）結(jié)構(gòu)玻璃磚上下表面是平行的橫截面為三角形的三棱鏡橫截面是圓對光線的作用?通過平行玻璃磚的光線不改變傳播方向，但要發(fā)生側(cè)移?通過三棱鏡的光線經(jīng)兩次折射后，出射光線向棱鏡底面偏折?圓界面的法線是過圓心的直線，光線經(jīng)過兩次折射后向圓心偏折平行玻璃磚三棱鏡圓柱體（球）應(yīng)用測定玻璃的折射率?全反射棱鏡，改變光的傳播方向改變光的傳播方向2.各種色光的比較分析顏色紅橙黃綠青藍紫頻率ν低→高同一介質(zhì)中的折射率小→大同一介質(zhì)中的速度大→小同一介質(zhì)中的波長大→小通過同一棱鏡的偏折角小→大同一介質(zhì)中的臨界角大→小同一裝置的雙縫干涉條紋間距大→小Part03鎖定“目標”·提素能?1.（2022·浙江6月選考）如圖所示，王亞平在天宮課堂上演示了水球光學(xué)實驗，在失重環(huán)境下，往大水球中央注入空氣，形成了一個空氣泡，氣泡看起來很明亮，其主要原因是（

）A.氣泡表面有折射沒有全反射B.光射入氣泡衍射形成“亮斑”C.氣泡表面有折射和全反射D.光射入氣泡干涉形成“亮斑”解析：C

光線從水進入氣泡時，是從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)，滿足發(fā)生全反射的條件，即氣泡看起來很明亮的原因是氣泡表面有折射和全反射，A錯誤，C正確；該現(xiàn)象與干涉和衍射無關(guān)，B、D錯誤。2.（2023·江蘇南京二模）如圖所示，OBCD為半圓柱體玻璃的橫截面，OD為直徑，一束由紫光和紅光組成的復(fù)色光沿AO方向從真空射入玻璃，紫光和紅光分別從B、C點射出。下列說法中正確的是（

）A.逐漸減小入射角i，紫光先發(fā)生全反射B.逐漸減小入射角i，紅光先發(fā)生全反射C.紫光在半圓柱體玻璃中傳播速度較大D.紫光先從半圓柱體玻璃中射出

3.（2021·江蘇高考）某種材料制成的半圓形透明磚平放在方格紙上，將激光束垂直于AC面射入，可以看到光束從圓弧面ABC出射，沿AC方向緩慢平移該磚，在如圖所示位置時，出射光束恰好消失，該材料的折射率為（

）A.1.2B.1.4C.1.6D.1.8

4.（2023·江蘇泰州模擬）一束激光垂直照射在光屏上，形成一圓形光斑如圖甲所示?，F(xiàn)在光屏前放置一透明的玻璃圓柱體，讓激光垂直圓柱體軸線入射，光束經(jīng)過圓柱體后照射在光屏上，如圖乙所示。則在光屏上觀察到的光斑形狀可能為（

）解析：B

激光束照在圓柱上，沿圓柱體軸上的光線即水平方向上的光線，經(jīng)相同的入射角折射，兩次折射后，同一水平方向上的光線折射偏轉(zhuǎn)角度相同，光線平行，故在光屏上水平方向上的光斑寬度不變。如圖，豎直方向上光線通過圓柱體光線有會聚作用，根據(jù)光屏與圓柱玻璃柱的位置關(guān)系，光斑的長度可能變大，可能變小，也可能不變。由于圖中的入射光束在圓心上方，故光路往下偏，光斑的中心不可能呈現(xiàn)在光屏的上部方。綜上所述，B有可能，A、C、D均不可能。5.（2023·江蘇金陵中學(xué)模擬）兩個完全相同的等腰三棱鏡如圖所示放置，相鄰兩側(cè)面相互平行，一束白光從棱鏡A的左面入射，從B的右面出射，則出射光線是（

）A.平行彩色帶B.白光帶C.散射彩色帶D.一束白光解析：A

各色光經(jīng)兩等腰棱鏡折射的光路圖如圖所示，各色光經(jīng)多次折射，但由于兩棱鏡相鄰兩側(cè)面平行，所以各色光出射光線與入射光線平行，最后出射光線是平行彩色帶，故選A。6.（2023·江蘇南京模擬）一束激光沿光路1從空氣射入盛水的方形玻璃容器中，并沿光路4射出玻璃，且容器側(cè)壁厚度相同，如圖所示。該激光在空氣中的折射率設(shè)為1.00，在水中的折射率為1.33，在玻璃中的折射率為1.65。若不考慮每個界面的反射光，則（

）A.增大入射角θ，激光可能在空氣和水的界面發(fā)生全反射B.減小入射角θ，激光可能在水和玻璃的界面發(fā)生全反射C.激光在水中的光路2和在空氣中的光路4一定不平行D.激光在水中的速度比在玻璃中的速度小

（1）光在該材料中傳播速度的大?。唬?）光從下表面射出點到材料左側(cè)面的距離。

?8.（2023·江蘇七市調(diào)研）測量兩面平行玻璃磚折射率的裝置如圖所示，帶圓孔的遮光板N和光屏M平行放置，O點為圓孔的圓心，OO'連線垂直于光屏M，在O'O連線的延長線上放置一個點光源s，s到光屏M的距離H＝20cm，測得光屏M上圓形光斑半徑r1＝20cm。將厚度d＝10cm、足夠長的玻璃磚貼著N板放置，測得光屏M上圓形光斑半徑為r2＝15cm。

（1）求玻璃磚的折射率n。

（2）若將玻璃磚沿OO'連線向光屏M平移一小段距離，說明折射后落在光屏M上圓形光斑的大小有無變化。解析：（2）因為出射光線與入射光線平行，光通過玻璃磚后側(cè)移量相同，光斑大小無變化。答案：（2）光通過玻璃磚后的側(cè)移量相同，故光斑大小無變化

（1）求該光纖的臨界角；

答案：（1）45°

（2）若平行軸線射入的一束光通過圓弧部分不發(fā)生漏光，求內(nèi)圓弧半徑的最小值。

10.（2023·江蘇蘇錫常二模）如圖甲所示，一個儲油桶的底面直徑為1.6m，高為1.