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1、第3讲光的折射全反射考点一全反射现象的理解与应用1全反射(1)条件：光从光密介质射入光疏介质；入射角等于或大于临界角。(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，若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，则sin C。介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。2光导纤维原理：利用光的全反射。思维诊断(1)已知介质对某单色光的临界角为C，则该介质的折射率等于。()(2)密度大的介质一定是光密介质。()(3)全反射不等同于光的反射，反射可发生在任意两种介质的界面上，但全反射要求光必须从光密介质进入光疏介质。()(4)反射对入射角无要
2、求，但全反射要求入射角大于临界角。()答案：(1)(2)(3)(4)题组训练1全反射现象的判断及相关计算2014全国卷新课标34(2)一个半圆柱形玻璃砖，其横截面是半径为R的半圆，AB为半圆的直径，O为圆心，如图所示。玻璃的折射率为n。(1)一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面，若光线到达上表面后，都能从该表面射出，则入射光束在AB上的最大宽度为多少？(2)一细束光线在O点左侧与O相距R处垂直于AB从下方入射，求此光线从玻璃砖射出点的位置。解析：(1)在O点左侧，设从E点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角，则OE区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出，如图，由全反射
3、条件有sin 由几何关系有OERsin 由对称性可知，若光线都能从上表面射出，光束的宽度最大为l2OE联立式，代入已知数据得lR。(2)设光线在距O点R的C点射入后，在上表面的入射角为，由几何关系及式和已知条件得60光线在玻璃砖内会发生三次全反射，最后由G点射出，如图，由反射定律和几何关系得OGOCR射到G点的光有一部分被反射，沿原路返回到达C点射出。答案：(1)R(2)光线从G点射出时，OGOCR，射到G点的光有一部分被反射，沿原路返回到达C点射出2光的折射、全反射的综合应用(2017开封模拟)如图所示，一截面为直角三角形的玻璃棱镜ABC，A30，D点在AC边上，A、D间距为L。一条光线以6
4、0的入射角从D点射入棱镜，光线垂直BC射出，求：(1)玻璃的折射率。(2)BC边上出射点的位置到C点的距离d。解析：(1)如图，因为光线垂直BC射出，有30。在E点发生反射，有30。可知r30由折射定律n得：n(2)ADE为等腰三角形，DEADL，dLsin 60L答案：(1)(2)L反思提升解决全反射问题的一般方法(1)确定光是从光密介质进入光疏介质。(2)应用sin C确定临界角。(3)根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射。(4)如发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图。(5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算，解决问题。考点二光路控制问题分析1平行
5、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，出射光线向棱镜底边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应用测定玻璃的折射率全反射棱镜，改变光的传播方向改变光的传播方向2.各种色光的比较颜色红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫频率低高同一介质中的折射率小大同一介质中的速度大小波长大小临界角大小通过棱镜的偏折角小大3.光的色散现象：一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带。题组训练1三棱镜对光路的控制(多选)如图所示，一细
6、束白光通过玻璃三棱镜折射后分为各种单色光，取其中a、b、c三种色光，下列说法正确的是()A若b光为绿光，则c光可能为蓝光B若b光为绿光，则c光可能为黄光Ca、b、c三色光在玻璃三棱镜中的折射率依次越来越小Da、b、c三色光在玻璃三棱镜中的传播速度依次越来越小E若让a、b、c三色光以同一入射角，从某介质射向空气，b光恰能发生全反射，则c光也一定不能发生全反射解析：白光经过色散后，从c到a形成红光到紫光的彩色光带，从c到a波长在逐渐减小，因为蓝光的波长小于绿光的波长，所以如果b是绿光，c绝对不可能是蓝光，A错误，B正确；由图看出，c光的折射率最小，a光的折射率最大，由公式v分析可知，a、b、c三色
7、光在玻璃三棱镜中的传播速度依次越来越大，故D错误，C正确；c光的折射率最小，a光的折射率最大，由临界角公式sin C分析得知，a光的临界角最小，c光临界角最大，则若让a、b、c三色光以同一入射角，从某介质射向空气，b光恰能发生全反射，则c光一定不能发生全反射，故E正确。答案：BCE2平行玻璃砖对光路的控制(多选)(2017昆明七校模拟)如图所示，一束光斜射向厚度为d的矩形玻璃砖，经它折射后射出a、b两束光线，则下列说法正确的是()A玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率B在真空中，a光的波长小于b光的波长C在玻璃中，a光的传播速度大于b光的传播速度D从玻璃砖底边射出的a、b光传播方向不平行E如
8、果只将玻璃砖的厚度d减半，那么从玻璃砖底边射出的a、b光线间的距离将减小答案：ACE3球形玻璃砖对光路的控制(多选)如图所示，真空中有一个半径为R、质量分布均匀的玻璃球。频率为f的激光束在真空中沿直线BC传播，在C点经折射进入玻璃球，并在玻璃球表面的D点经折射进入真空中，已知COD120，玻璃球对该激光的折射率为，则下列说法中正确的是(设c为真空中的光速)()A激光束的入射角i60B改变入射角i的大小，激光束可能在玻璃球的内表面发生全反射C光子在射入玻璃球后，频率变小D此激光束在玻璃中的波长为E从C点射入玻璃球的激光束，在玻璃球中不经反射传播的最长时间为解析：由图可知折射角30，则。所以sin
9、 i，i60，选项A正确；当入射角i90时，折射角均小于临界角，根据几何知识可知光线在D点的入射角不可能大于临界角，所以在D点不可能发生全反射，选项B错误；光子的频率由光源决定，由介质无关，所以光子穿越玻璃球时频率不变，选项C错误；此激光束在玻璃中的波速为v，由vf得此激光在玻璃中的波长为，选项D正确；从C点射入玻璃球的激光束，在玻璃球中不经反射传播的最长路程为s2R，则最长时间为t，选项E正确。答案：ADE考点三测定玻璃的折射率1实验原理与操作2.数据处理与分析(1)数据处理计算法：计算每次折射率n，求出平均值。图象法(如图所示)单位圆法(如图所示)(2)误差分析确定入射光线、出射光线时的误
10、差。故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距离宜大点；测量入射角与折射角时的误差。故入射角不宜过小，但也不宜过大，过大则反射光较强，出射光较弱。(3)注意事项玻璃砖要用厚度较大的；入射角应在30到60之间；大头针要竖直插在白纸上，且距离应尽量大一些；玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线。题组训练1插针法测玻璃折射率(2017海淀区模拟)如图1所示，在测量玻璃折射率的实验中，两位同学先在白纸上放好截面是正三角形ABC的三棱镜，并确定AB和AC界面的位置。然后在棱镜的左侧画出一条直线，并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2，再从棱镜的右侧观察P1和P2的像。(1)此后正确的操作步骤是_。(
11、选填选项前的字母)A插上大头针P3，使P3挡住P2的像B插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像C插上大头针P4，使P4挡住P3的像D插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像(2)正确完成上述操作后，在纸上标出大头针P3、P4的位置(图中已标出)。为测量该种玻璃的折射率，两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路和若干辅助线，如图2甲、乙所示。在图2中仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图_(选填“甲”或“乙”)，所测玻璃折射率的表达式n_(用代表线段长度的字母ED、FG表示)。解析：(1)在棱镜的左侧画出一条直线，并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2，确定入射光线，然后插上
12、大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，再插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像，从而确定出射光线。因此选项B、D正确。(2)设入射角为，折射角为，根据折射定律和几何关系有：对于甲图，sin ，sin ，对于乙图，sin ，sin ，可知仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图乙，折射率n。答案：(1)BD(2)乙2.误差分析某同学在做“测定玻璃的折射率”的实验时，将玻璃砖放在白纸上，然后用笔直接贴着玻璃砖画出了两个界面，由于笔头较粗，使得画出的两个界面都向外偏离了一小段距离，如图所示。此后，他没有移动玻璃砖，直接插针做完了实验，在他的实验结果中测得的折射率将_。(填“偏大”
13、、“偏小”或“不变”)解析：用插针法测玻璃的折射率，确定了入射光线和折射光线，就可以根据公式n求得折射率。如图所示，用插针法确定的入射光线及出射光线如实线所示，但由于所画的两个界面向外移动了一小段距离，使画出的折射光线(如虚线所示)与实际的折射光线有了偏差，因此画出的折射角比实际的折射角偏大了些，而入射角没有偏差，所以计算出的折射率比实际的折射率偏小。答案：偏小3.实验操作的创新某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率。开始时玻璃砖的位置如图中实线所示，使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动，同时在玻璃砖直径边一侧观察
14、P1、P2的像，且P2的像挡住P1的像。如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失。此时只需测量出_，即可计算出玻璃砖的折射率。请用你的测量值表示出折射率：_。解析：由题意可知，当玻璃砖转过某一角度时，刚好发生全反射，在直径边一侧观察不到P1、P2的像，作出如图所示的光路图可知，当转过角度时有n。答案：玻璃砖直径边绕O点转过的角度n12016全国乙卷34(2)如图，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。()求池内的水深；()一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到池面的高度为2.0 m。当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45。求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留1位有效数字)。解析：()如图，设到达池边的光线的入射角为i，依题意，水的折射率n，光线的折射角90。由折射定律有nsin isin 由几何关系有sin i式中，l3.0
