《2015届高考物理一轮复习固考基教材梳理：第12章 第3讲 光的折射 全反射 光的色散》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2015届高考物理一轮复习固考基教材梳理：第12章 第3讲 光的折射 全反射 光的色散（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第 3 讲 光的折射 全反射 光的色散(对应学生用书第 247 页)光的折射折射率测定玻璃的折射率折射定律光的色散现象、成因全反射全反射的条件应用临界角光的折射1折射定律(如图 1231)图 1231(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：n12，式中 n12是比例常数sin 1sin 2(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：n12，不能说 n12与 sin 1成正比、与 sin 2
2、成反比折射率由介质本身的光学性sin 1sin 2质和光的频率决定(3)计算公式：n ，因为 vc，所以任何介质的折射率总大于 1.cv光的全反射现象和光的色散1全反射(1)条件：光从光密介质射入光疏介质入射角大于或等于临界角(2)现象：折射光完全消失，只剩下反射光(3)临界角：折射角等于 90时的入射角，用 C 表示，sin C .1n图 1232(4)应用：全反射棱镜光导纤维，如图 1232.2光的色散(1)色散现象：白光通过三棱镜会形成由红到紫七种色光组成的彩色光谱，如图 1233.图 1233(2)成因：由于 n红n紫，所以以相同的入射角射到棱镜界面时，红光和紫光的折射角不同，就是说紫
3、光偏折得更明显些，当它们射出另一个界面时，紫光的偏折角最大，红光偏折角最小实验：测定玻璃的折射率1实验原理如图 1234 所示，当光线 AO1以一定的入射角 1穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线 AO1对应的出射光线 O2B，从而求出折射光线 O1O2和折射角 2，再根据 n12或 nsin 1sin 2算出玻璃的折射率PNQN图 12342实验步骤(1)如图 1238 所示，把白纸铺在木板上图 1235(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
4、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 P1、P2.(5)从玻璃砖 bb一侧透过玻璃砖观察大头针 P1、P2的像，调整视线的方向直到 P1的像被 P2的像挡住再在 bb一侧插上两枚大头针 P3、P4，使 P3能挡住 P1、P2的像，P4能挡住 P3本身及 P1、P2的像(6)移去玻璃砖，在拔掉 P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置，过 P3、P4作直线 OB 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OON为折射角(7)改变入射角，重复实验3数据处理(1)计算法：用量角器测量入射角 1和折射角 2，并查出其正弦值 sin 1
5、和 sin 2.算出不同入射角时的，并取平均值sin 1sin 2(2)作 sin 1sin 2图象：改变不同的入射角 1，测出不同的折射角 2，作 sin 1sin 2图象，由 n可知图象应为直线，如图 1236 所示，其斜率就是玻璃折射率sin 1sin 2图 1236(3)“单位圆法”确定 sin 1、sin 2，计算折射率 n.以入射点 O 为圆心，以一定长度 R 为半径画圆，交入射光线 OA 于 E 点，交折射光线 OO于 E点，过 E 作 NN的垂线 EH，过 E作 NN的垂线 EH.如图 1237 所示，sin 1，sin 2EHOE，OEOER，则 n.只要用刻度尺测出 EH、
6、EH的长度就可以求出 n.EHOEsin 1sin 2EHEH图 12371关于折射率，下列说法正确的是( )A根据n 可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比sin 1sin 2B根据n 可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比sin 1sin 2C根据 n 可知，介质的折射率与介质中的光速成反比cvD同一频率的光由第一种介质进入第二种介质时，折射率与波长成正比【解析】 介质的折射率 n 由介质本身及光的频率决定，与入射角、折射角无关，A、B 都错光在不同介质中光速不同，这正是光发生折射的原因，n 与 v 成反比，C 正确光是一种电磁波，vf，n ，即 n 与 成反比，D 错，故选 C.cvcf
7、【答案】 C2.图 1238(2014福建省泉州市质检)折射率 n的直角玻璃三棱镜截面如图 1238 所示，一条光线从 AB2面入射，入射角为 i(图中未标出)，ab 为其折射光线，ab 与 AB 面的夹角 60.则( )Ai45，光在 AC 面上不发生全反射Bi45，光在 AC 面上发生全反射Ci30，光在 AC 面上不发生全反射Di30，光在 AC 面上发生全反射【解析】 由折射定律知，nsini/sinr，r30，解得 i45.光在 AC 面入射角为 60，大于全反射临界角 sin C1/n，发生全反射，选项 B 正确【答案】 B3如图 1239 所示，一束红光和一束蓝光平行入射到三棱镜
8、上，经棱镜折射后，会聚在屏上同一点，若 n1和 n2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率，下列判断正确的有( )图 1239An1n2，a 为红光，b 为蓝光Dn1n2，a 为蓝光，b 为红光【解析】 本题考查的是光的折射问题，已知在同种介质中蓝光的折射率大于红光的折射率，则a 为蓝光，b 为红光，n1n2，B 正确，A、C、D 错误【答案】 B4.图 12310如图 12310 所示的长直光纤，柱芯为玻璃，外层以折射率比玻璃稍低的介质包覆若光线自光纤左端进入，与中心轴的夹角为 ，则下列有关此光线传递方式的叙述，正确的是( )A不论 为何值，光线都不会发生全反射B不论 为何值，光线都会发生全反射
9、C 足够小时，光线才会发生全反射D 足够大时，光线才会发生全反射【解析】 发生全反射的条件之一是入射角 i 要等于或大于临界角 C，即光线传播到光纤侧面时的入射角 i 应满足 i90C，90C，故选项 C 正确【答案】 C(对应学生用书第 249 页)光的折射和全反射1.对折射率的理解(1)公式 n中，不论是光从真空射入介质，还是从介质射入真空，1总是真空中的光线与法sin 1sin 2线间的夹角，2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
10、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对全反射现象的理解(1)光必须从光密介质射入光疏介质例如从水中或玻璃中射入空气中(2)入射角必须大于或等于临界角(3)全反射现象可以从能量的角度去理解：当光由光密介质射向光疏介质时，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，这时就发生了全反射图 12311(2013新课标全国卷)如图 12311 所示为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图，玻璃丝长为 L，折射率为 n，AB 代表端面已知光在真空中的传播速
11、度为 c.(1)为使光线能从玻璃丝的 AB 端面传播到另一端面，求光线在端面 AB 上的入射角应满足的条件；(2)求光线从玻璃丝的 AB 端面传播到另一端面所需的最长时间【审题指导】 解答本题时应注意理解以下几点：(1)分析光的折射和全反射现象及相应的临界现象(2)找到光线从玻璃丝 AB 端传到另一端面所需的最长时间，即光在侧壁上恰好发生重反射【解析】 (1)设光线在端面 AB 上 C 点(见右图)的入射角为 i，折射角为 r，由折射定律有sin insin r, 设该光线射向玻璃丝内壁 D 点的入射角为 ，为了使该光线可在此光导纤维中传播，应有式中， 是光线在玻璃丝内发生全反射时的临界角，它
12、满足 nsin 1由几何关系得r90由式得sin i.n21(2)光在玻璃丝中传播速度的大小为v cn光速在玻璃丝轴线方向的分量为vxvsin 光线从玻璃丝端面 AB 传播到其另一端面所需时间为TLvx光线在玻璃丝中传播，在刚好发生全反射时，光线从端面 AB 传播到其另一端面所需的时间最长，由式得TmaxLn2c【答案】 (1)sin i (2)n21Ln2c无论是应用折射定律，还是应用全反射分析问题，都应准确作出光路图，个别问题还要注意找出符合边界条件或恰好发生全反射的对应光线.【迁移应用】1.图 12312(2013山东高考)如图 12312 所示，ABCD 是一直角梯形棱镜的横截面，位于
13、截面所在平面内的一束光线由 O 点垂直 AD 边射入，已知棱镜的折射率，n，ABBC8 cm，OA2 2cm，OAB60.(1)求光线第一次射出棱镜时，出射光线的方向(2)第一次的出射点距 C_cm.【解析】 (1)设发生全反射的临界角为 C，由折射定律得sin C 1n代入数据得C45光路图如图所示，由几何关系可知光线在 AB 边和 BC 边的入射角均为 60，均发生全反射设光线在 CD 边的入射角为 ，折射角为 ，由几何关系得 30，小于临界角，光线第一次射出棱镜是在CD 边，由折射定律得nsin sin 代入数据得45(2) cm4 33【答案】 (1)光线与 CD 成 45角 (2)4
14、3 3不同光学器件对光路的控制作用1.光的色散和各种色光的对比(1)白光是复色光，通过三棱镜发生光的色散现象，在光屏上形成彩色条纹(2)各种色光中，红光折射率最小，紫光折射率最大2平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制类别项目 平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)结构玻璃砖上下表面是平行的横截面为三角形的三棱镜横截面是圆对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折圆界面的法线是过圆心的直线，经过两次折射后向圆心偏折图 12313(2013海南高考)如图 12313，三棱镜的横截面为直角三角形 ABC，A30，AC 平行于光屏MN
15、，与光屏的距离为 L.棱镜对红光的折射率为 n1，对紫光的折射率为 n2.一束很细的白光由棱镜的侧面AB 垂直射入，直接到达 AC 面并射出画出光路示意图，并标出红光和紫光射在光屏上的位置；求红光和紫光在光屏上的位置之间的距离【解析】 光路如图所示，红光和紫光在 AC 面上的入射角相同，设为 i，折射角分别为 r1和 r2，它们射到屏上的位置离 O 点的距离分别为 d1和 d2.由折射定律得n1sin isin r1n2sin isin r2由几何关系得iAd1Ltan r1d2Ltan r2联立以上各式并利用题给条件得，红光和紫光在光屏上的位置之间的距离为Sd1d2L()n24n2 2n14n2 1【答案】 L()n24n2 2n14n2 1【迁移应用】2.图 12314如图 12314 所示是用于某光学仪器中的一种折射率 n1.5 的棱镜现有一束光线沿 MN 的方向射到棱镜的 AB 界面上，入射角的正弦值 sin i0.7
