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1、基础课基础课3光的折射全反射光的折射全反射光的折射定律折射率光的折射定律折射率1. .折射现象折射现象 光从一种介光从一种介质斜射入另一种介斜射入另一种介质时传播方向播方向发生生的的现象，如象，如图1所示。所示。知知识排排查改改变图1两两侧正比正比3. .折射率折射率(1)物物理理意意义：折折射射率率反反映映介介质的的光光学学特特性性，折折射射率率大大，说明光从真空射入到明光从真空射入到该介介质时 ，反之偏折角小。，反之偏折角小。(2)定定义式：式：n，不不能能说n与与sin 1成成正正比比，与与sin 2成反比。折射率由介成反比。折射率由介质本身的光学性本身的光学性质和光的和光的决定。决定。
2、(3)计算公式：算公式：n ，因因v c，故故任任何何介介质的的折折射射率率总大于大于1。全反射光全反射光导纤维1.全反射全反射(1)定定义：光从光密介：光从光密介质射入光疏介射入光疏介质时，当入射角增大到某一角度，折射光，当入射角增大到某一角度，折射光线 ，只剩下反射光，只剩下反射光线的的现象。象。(2)条件：条件：光从光密介光从光密介质射向光疏介射向光疏介质。入射角入射角临界角。界角。(3)临界角：折射角等于界角：折射角等于90时的入射角。若光从光密介的入射角。若光从光密介质(折射率折射率为n)射向真空射向真空 或空气或空气时，发生全反射的生全反射的临界角界角为C，则sin C。介介质的的
3、折折射射率率越越大大，发生全反射的生全反射的临界角越小。界角越小。消失消失大于等于大于等于2. .光导纤维光导纤维 光光导纤维的原理是利用光的全反射的原理是利用光的全反射(如如图2)。图2小小题速速练1. .思考判断思考判断(1)光光从从空空气气射射入入玻玻璃璃时，只只要要入入射射角角足足够大大可可能能发生生全全反反射。射。()(2)在水中，在水中，蓝光的光的传播速度大于播速度大于红光的光的传播速度。播速度。()(3)在在潜潜水水员看看来来，岸岸上上的的所所有有景景物物都都出出现在在一一个个倒倒立立的的圆锥里。里。()(4)光光纤通信利用了全反射的原理。通信利用了全反射的原理。()(5)晚晚上
4、上，在在池池水水中中同同一一深深度度的的两两点点光光源源分分别发出出红光光和和蓝光，光，蓝光光源看起来浅一些。光光源看起来浅一些。()答案答案(1)(2)(3)(4)(5)2. .(2018陕陕西西渭渭南南二二模模)(多多选选)a、b两两种种单色色光光组成成的的光光束束从从玻玻璃璃进入入空空气气时，其其折折射射光光束束如如图3所所示示，则关关于于a、b两两束束光光的的说法法正正确确的的是是()A. .玻璃玻璃对a光的折射率小于光的折射率小于对b光的折射率光的折射率B. .增大入射角增大入射角时，a光首先光首先发生全反射生全反射C. .a光的光的频率大于率大于b光的光的频率率D. .在真空中在真
5、空中a光的波光的波长大于大于b光的波光的波长E. .分分别用用这两两束束光光照照射射双双缝干干涉涉实验装装置置，在在光光屏屏上上都都能能出出现干涉条干涉条纹，a光的相光的相邻条条纹间距大于距大于b光的相光的相邻条条纹间距距图3答案答案ADE折射定律折射率折射定律折射率1. .对折射率的理解对折射率的理解2. .光路的可逆性光路的可逆性在在光光的的折折射射现象象中中，光光路路是是可可逆逆的的。如如果果让光光线逆逆着着原原来来的的折折射射光光线射射到到界界面面上上，光光线就就会会逆逆着着原原来来的的入入射射光光线发生生折折射。射。【典典例例】2017全全国国卷卷，34(2)一一直直桶桶状状容容器器
6、的的高高为2l，底底面面是是边长为l的的正正方方形形；容容器器内内装装满某某种种透透明明液液体体，过容容器器中中心心轴DD、垂垂直直于于左左右右两两侧面面的的剖剖面面图如如图4所所示示。容容器器右右侧内内壁壁涂涂有有反反光光材材料料，其其他他内内壁壁涂涂有有吸吸光光材材料料。在在剖剖面面的的左左下下角角处有有一一点点光光源源，已已知知由由液液体体上上表表面面的的D点点射射出出的的两两束光束光线相互垂直，求相互垂直，求该液体的折射率。液体的折射率。图4解解析析设设从从光光源源发发出出直直接接射射到到D点点的的光光线线的的入入射射角角为为i1，折折射射角角为为r1。在在剖剖面面内内作作光光源源相相
7、对对于于反反光光壁壁的的镜镜像像对对称称点点C，连连接接C、D，交交反反光光壁壁于于E点点，由由光光源源射射向向E点点的的光光线线，反反射射后后沿沿ED射射向向D点点。光光线线在在D点点的的入入射射角角为为i2，折折射射角角为为r2，如如图图所所示。示。设液体的折射率为设液体的折射率为n，由折射定律有，由折射定律有nsin i1sin r1nsin i2sin r2由题意知由题意知r1r290联立联立式得式得n1.55答案答案1.55解决光的折射问题的思路解决光的折射问题的思路(1)根据题意画出正确的光路图。根据题意画出正确的光路图。(2)利利用用几几何何关关系系确确定定光光路路中中的的边边、
8、角角关关系系，要要注注意意入入射角、折射角均以法线为标准。射角、折射角均以法线为标准。(3)利用折射定律、折射率公式求解。利用折射定律、折射率公式求解。(4)注意：在折射现象中光路是可逆的。注意：在折射现象中光路是可逆的。1. .(2018辽辽宁宁本本溪溪联联合合模模拟拟)(多多选选)如如图5所所示示，O1O2是是半半圆柱柱形形玻玻璃璃体体的的对称称面面和和纸面面的的交交线，A、B是是关关于于O1O2轴等等距距且且平平行行的的两两束束不不同同单色色细光光束束，从从玻玻璃璃体体右右方方射射出出后后的的光光路路如如图所所示示，MN是是垂垂直直于于O1O2放放置置的的光光屏屏，沿沿O1O2方方向向不
9、不断断左左右右移移动光光屏屏，可可在在屏屏上上得得到到一一个个光光斑斑P，根根据据该光光路路图，下列下列说法正确的是法正确的是()A. .该玻璃体玻璃体对A光的折射率比光的折射率比对B光的折射率小光的折射率小B. .A光的光的频率比率比B光的光的频率高率高C. .在在该玻璃体中，玻璃体中，A光比光比B光的波光的波长长D. .在真空中，在真空中，A光的波光的波长比比B光的波光的波长长E. .A光从空气光从空气进入入该玻璃体后，其玻璃体后，其频率率变高高图5答案答案ACD(1)玻璃玻璃砖的折射率及光的折射率及光线在在圆弧面上出射弧面上出射时的折射角；的折射角；(2)光在玻璃光在玻璃砖中中传播的播的
10、时间。图6由几何关系可知，由几何关系可知，COE90因此光线在因此光线在C点的折射角点的折射角r30由由于于光光线线在在E点点的的入入射射角角为为30，根根据据折折射射定定律律可可知知，光光线线在在E点的折射角为点的折射角为603. .2017全全国国卷卷，34(2)如如图7，一一玻玻璃璃工工件件的的上上半半部部是是半半径径为R的的半半球球体体，O点点为球球心心；下下半半部部是是半半径径为R、高高为2R的的圆柱柱体体，圆柱柱体体底底面面镀有有反反射射膜膜。有有一一平平行行于于中中心心轴OC的的光光线从从半半球球面面射射入入，该光光线与与OC之之间的的距距离离为0.6R。已已知知最最后后从从半半
11、球球面面射射出出的的光光线恰恰好好与与入入射射光光线平平行行(不不考考虑多多次次反射反射)。求。求该玻璃的折射率。玻璃的折射率。图7解解析析如如图图，根根据据光光路路的的对对称称性性和和光光路路可可逆逆性性，与与入入射射光光线线相相对对于于OC轴轴对对称称的的出出射射光光线线一一定定与与入入射射光光线线平平行行。这这样样，从从半球面射入的折射光线，将从圆柱体底面中心半球面射入的折射光线，将从圆柱体底面中心C点反射。点反射。设光线在半球面的入射角为设光线在半球面的入射角为i，折射角为，折射角为r。由折射定律有由折射定律有sin insin r全反射现象的理解和分析全反射现象的理解和分析1. .解
12、答全反射类问题的技巧解答全反射类问题的技巧(1)解答全反射解答全反射类问题时，要抓住，要抓住发生全反射的两个条件：生全反射的两个条件：光必光必须从光密介从光密介质射入光疏介射入光疏介质；入射角大于或等于入射角大于或等于临界角。界角。(2)利利用用好好光光路路图中中的的临界界光光线，准准确确地地判判断断出出恰恰好好发生生全全反反射射的的光光路路图是是解解题的的关关键，且且在在作作光光路路图时尽尽量量与与实际相相符。符。2. .求光的传播时间的一般思路求光的传播时间的一般思路【典典例例】2017全全国国卷卷，34(2)如如图8，一一半半径径为R的的玻玻璃璃半半球球，O点点是是半半球球的的球球心心，
13、虚虚线OO表表示示光光轴(过球球心心O与与半半球球底底面面垂垂直直的的直直线)。已已知知玻玻璃璃的的折折射射率率为1.5。现有有一一束束平平行行光光垂垂直直入入射射到到半半球球的的底底面面上上，有有些些光光线能能从从球球面面射射出出(不考不考虑被半球的内表面反射后的光被半球的内表面反射后的光线)。求。求图8解解析析()如如图图，从从底底面面上上A处处射射入入的的光光线线，在在球球面面上上发发生生折折射射时时的的入入射射角角为为i，当当i等等于于全全反反射射临临界界角角ic时时，对对应应入入射射光光线线到到光轴的距离最大，光轴的距离最大，设最大距离为设最大距离为l。iic设设n是玻璃的折射率，由
14、全反射临界角的定义有是玻璃的折射率，由全反射临界角的定义有nsin ic1由几何关系有由几何关系有Cr1i11. .(多多选选)水水下下一一点点光光源源，发出出a、b两两单色色光光。人人在在水水面面上上方方向向下下看看，如如图9所所示示，水水面面中中心心区区域域有有a光光、b光光射射出出，区区域只有域只有a光射出。下列判断正确的是光射出。下列判断正确的是()A. .a、b光从光从区域某点区域某点倾斜射出斜射出时，a光的折射角小光的折射角小B. .在真空中，在真空中，a光的波光的波长大于大于b光的波光的波长C. .水水对a光的折射率大于光的折射率大于对b光的折射率光的折射率D. .水下水下b光不
15、能射到光不能射到图中中区域区域E. .水下水下a、b光能射到光能射到图中中区域以外区域区域以外区域图9答案答案ABE2. .(多多选选)一一光光纤通通讯中中信信号号传播播的的主主要要载体体是是光光导纤维，它它的的结构构如如图10所所示示，可可看看成成一一段段直直线，其其内内芯芯和和外外套套的的材材料料不不同同，光光在在内内芯芯中中传播，下列关于光播，下列关于光导纤维的的说法正确的是法正确的是()A. .内内芯芯的的折折射射率率比比外外套套的的大大，光光传播播时在在内内芯芯与与外外套套的的界界面面上上发生全反射生全反射B. .内内芯芯的的折折射射率率比比外外套套的的大大，光光传播播时在在外外套套
16、与与外外界界的的界界面面上上发生全反射生全反射C. .波波长越越长的光在光的光在光纤中中传播的速度越大播的速度越大D. .频率越大的光在光率越大的光在光纤中中传播的速度越大播的速度越大E. .若若紫紫光光以以如如图所所示示角角度度入入射射时，恰恰能能在在光光纤中中发生生全全反反射射，则改用改用红光以同光以同样角度入射角度入射时，不能在光，不能在光纤中中发生全反射生全反射图10答案答案ACE图11由由几几何何关关系系可可知知光光线线在在BC界界面面的的入入射射角角60，在在AB界界面面的的折射角折射角30解得解得451. .实验原理与操作实验原理与操作实验：测定玻璃的折射率实验：测定玻璃的折射率
17、图12单位位圆法法(如如图13所示所示)图131. .(多多选选)图14甲甲为某某同同学学利利用用半半圆形形玻玻璃璃砖测定定玻玻璃璃折折射射率率n的的装装置置示示意意图，AO、DO分分别表表示示某某次次测量量时，光光线在在空空气气和和玻玻璃璃中中的的传播播路路径径。在在正正确确操操作作后后，他他利利用用测出出的的数数据据作作出出了了图乙乙所所示示的的折折射射角角正正弦弦值(sin r)与与入入射射角角正正弦弦值(sin i)的的关系关系图象。象。则下列下列说法正确的是法正确的是()图14答案答案BDE2. .(2018上上海海长长宁宁区区模模拟拟)某某同同学学为了了测量量截截面面为正正三三角角
18、形形的的玻玻璃璃三三棱棱镜的的折折射射率率，先先在在白白纸上上放放好好三三棱棱镜，在在棱棱镜的的左左侧插插上上两两枚枚大大头针P1和和P2，然然后后在在棱棱镜的的右右侧观察察到到P1和和P2的的像像，当当P1的的像像恰恰好好被被P2的的像像挡住住时，插插上上大大头针P3和和P4，使使P3挡住住P1、P2的的像像，P4也也挡住住P1、P2的的像像，在在纸上上标出出的的大大头针位置和三棱位置和三棱镜轮廓如廓如图15所示。所示。图15(1)在在图上画出上画出对应的光路。的光路。(2)为了了测出出三三棱棱镜玻玻璃璃材材料料的的折折射射率率，若若以以AB为分分界界面面，需需要要测量量的的量量是是_，在，
19、在图上上标出它出它们。(3)三棱三棱镜玻璃材料折射率的玻璃材料折射率的计算公式是算公式是n_。(4)若若在在描描绘三三棱棱镜轮廓廓的的过程程中中，放放置置三三棱棱镜的的位位置置发生生了了微微小小的的平平移移(移移至至图中中的的虚虚线位位置置，底底边仍仍重重合合)，若若仍仍以以AB为分分界界面面，则三三棱棱镜玻玻璃璃材材料料折折射射率率的的测量量值_真真实值(填填“大于大于”“小于小于”或或“等于等于”)。解析解析(1)光路图如图所示。光路图如图所示。(2)若以若以AB为分界面，需要测量的量为入射角为分界面，需要测量的量为入射角1、折射角、折射角2。(4)若若在在描描绘绘三三棱棱镜镜轮轮廓廓的的过过程程中中，放放置置三三棱棱镜镜的的位位置置发发生生了了微微小小的的平平移移，仍仍以以AB为为分分界界面面，将将入入射射光光线线与与AB的的交交点点和和出出射射光光线线与与BC的的交交点点连连接接起起来来，从从而而可可知知该该连连接接线线发发生生偏偏转转，导致折射角变小，所以测量值比真实值大。导致折射角变小，所以测量值比真实值大。
