高三物理光的折射人教实验版知识精讲

1、高三物理光的折射人教实验版【本讲教育信息】一. 教学内容：光的折射二. 具体过程：（一）光的折射定律光线从一种介质进入另一种介质，传播方向发生改变的现象，叫做光的折射，在某种条件下，光全部返回原来的介质中，而不发生折射，这时的反射称为全反射。1. 折射定律：折射光线在入射光线和法线决定的平面内，折射光线、入射光线分居法线两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。 2. 折射率：光从真空射入某种介质，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做介质的折射率，表示为：。实验证明，介质的折射率等于光在真空中与在该介质中的传播速度之比：。 3. 两种介质相比较，折射率较大的介质叫做光密介质，折射率较小的介质叫做

2、光疏介质。（二）全反射 1. 发生全反射的条件为：（1）光线从光密介质射向光疏介质；（2）入射角大于或等于临界角，临界角（当为1时，临界角）。 2. 光纤又叫光导纤维，是用光密介质制成的纤维状的东西，用来传导光信号。光的折射率：折射率 1. 折射率是用光线从真空斜射入介质，入射角正弦与折射角正弦之比定义的，由于光路可逆，入射角、折射角随光路可逆而“换位”。因此，在应用时折射率可记忆为，（真空角为真空中光线与法线夹角，介质角为介质中的光线与法线夹角）。 2. 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。 3. 折射率的大小不仅与介质本身有关，还与折射光的频率有关：同

3、一种介质，对频率大的光折射率大，对频率小的光折射率小。 4. 同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率不变。【例1】在折射率为n、厚度为d的玻璃平板上方的空气中有一点光源S，从S发出的光线SA以入射角入射到玻璃板上表面，经过玻璃板后从下表面射出，如图所示，若沿此光线传播的光从光源到玻璃板上表面的传播时间与玻璃板中的传播时间相等，点光源S到玻璃板上表面的垂直距离l应是多少？解析：设光线在玻璃中的折射角为r，则光线从S到玻璃板上表面的传播距离；光线从S到玻璃板上表面的传播时间，其中c表示空气中的光速。光线在玻璃板中的传播距离，光线在玻璃板中的传播时间，据题意有，由折射定律，解得，。答案：

4、。【例2】一束光穿过介质1、2、3时，光路如图所示，则A. 介质1的折射率最大B. 介质2是光密介质C. 光在介质2中的速度最大D. 当入射角由逐渐增大时，在1、2分界面上可能发生全反射解析：由图中所给角度可以看出，介质2相对于1和3应为光疏介质，1相对于3也为光疏介质，故应是介质3折射率最大，由可以判定光在介质2中的速度应最大，由于介质1相对介质2是光密介质，根据全反射的条件，当入射角由逐渐增大并超过临界角时便会发生全反射。答案：CD光涉及双界面时的折射或全反射问题：双界面问题，光路经第二界面是难点，一般首先要用数学知识以及几何知识来确定第二界面上的入射角，然后要考虑光线在第二界面上会不会发

5、生全反射，如果是平行玻璃砖的双界面是不会发生全反射的。【例3】单色细光束射到折射率的透明球的表面，光束在球心的平面内，入射角，研究经折射进入球内后又经内表面反射一次，再经球面折射后的光线，如图所示（图上已画出入射光和出射光）（1）在图上大致画出光线在球内的路径和方法；（2）求入射光与出射光之间的夹角；（3）如果入射的是一束白光，透明球的色散情况与玻璃相仿，问哪种颜色光的角最大，哪种颜色光的角最小？解析：已知入射光和出射光，所以光在三个界面上改变了传播方向，光线在内表面反射时具有对称性，折射光与入射光具有可逆性，由此可作出光路图，再由折射定律分析计算。（1）如图：（2）由折射定律，由几何关系及对

6、称性有：，（3）由于，因此n越大，r越小，越小，所以紫光的最小，红光的最大。答案：（1）如图（2）（3）红光紫光【例4】有一半圆形玻璃砖，玻璃折射率为，AB为其直径，O为圆心，一束宽度恰等于玻璃砖半径的单色平行光垂直于AB从空气射入玻璃砖，其中心光线通过O点，如图所示，则光束中的光线射出玻璃砖时最大的折射角为_，并画出图中三条光线在玻璃砖内和射出玻璃砖后的光路。解析：设玻璃砖半径为R，由图可以看出，离圆心O越远的光线在玻璃砖圆面上的入射角越大，由知，折射角r越大，距离中心光线为的光线折射角最大。，所以得，光路图如图所示。答案： 光路图见解析。光全反射临界角的运用： 1. 分析光的全反射、临界角

7、问题的一般思路（1）画出恰好发生全反射的光路。（2）利用几何知识分析线、角关系，找出临界角。（3）以刚好发生全反射的光线为比较对象来判断光路是否发生全反射，从而画出其他光线的光路图。 2. 分析不同色光折射问题时（1）应从折射率大小关系入手，根据折射定律，正确画出各色光的折射示意图是判断此类问题的基础，同时也便于观察二次折射（或反射）的入射角。（2）正确推导在同一种介质中各色光的临界角的关系，是解决此类问题的关键。【例5】如图所示，一个三棱镜的顶角，一束白光以较大的入射角i从棱镜左侧面射入，从右侧面射出，并在光屏P上形成红到紫的光谱。已知黄光临界角为，橙光临界角为，紫光临界角为，那么，当入射角

8、i逐渐减小到的过程中，彩色光谱的变化情况是A. 紫光最先消失，最后只剩下橙光、红光B. 紫光最先消失，最后只剩下黄光、橙光、红光C. 红光最先消失，最后只剩下紫光、靛光、蓝光、绿光D. 红光最先消失，最后只剩下紫光解析：当光在左侧面的入射角减为零时，在右侧面的入射角等于角，因为入射角大于黄光的临界角，所以黄光和比其临界角小的绿、蓝、靛、紫光都因全反射而消失，且临界角最小的紫光最先消失；而角小于橙光的临界角，更小于红光的临界角，所以红、橙光仍能从右侧面折射出，照在光屏上，综上所述，正确选项应为A。答案：A。【例6】水的折射率为n，距水面深h处有一个点光源，岸上的人看到水面被该光源照亮的圆形区域的

9、直径为A. B. C. D. 解析：如图所示，临界角为C，有，即，故圆形区域的直径为，故选A。答案：A【模拟试题】 1. 如图所示，一束光从空气射向折射率的玻璃表面，若以i表示入射角，则A. 当时会发生全反射现象B. 无论i多大，折射角r都不会超过C. 为了使折射角，应以的角度入射D. 当入射角时，反射光线与折射光线垂直 2. 在某介质中，红、黄、绿三种单色光以相同的入射角射到该介质和空气的界面，若黄光恰好发生全反射，则A. 绿光一定能发生全反射B. 红光一定能发生全反射C. 三种单色光相比，红光在介质中的传播速率最大D. 红光在介质中的波长比它在空气中的波长长 3. 早晨，当我们看到太阳刚从

10、地平线上升起时，太阳的实际位置是A. 在地平线上方，高于看到太阳的位置B. 正好在视线前方C. 在地平线下方D. 要看天气情况，可能在上，可能在下，也可能正好 4. 两种单色光由水中射向空气时发生全反射的临界角分别为、，已知，用、分别表示水对两单色光的折射率，、分别表示两单色光在水中的传播速度，则A. ，B. ，C. ，D. ， 5. 如图所示，一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象，下列说法正确的是A. 红光的偏折最大，紫光的偏折最小B. 红光的偏折最小，紫光的偏折最大C. 玻璃对红光的折射率比紫光大D. 玻璃中紫光的传播速度比红光大 6. 如图所示，空气中一块圆截异型玻璃砖，折射率，现有一细光束

11、，垂直射到AO面上，经玻璃砖反射、折射后，经OB面平行返回，AOB=，圆半径为r，则入射点P距圆心O的距离为A. B. C. D. 7. 光导纤维是利用光的全反射来传输光信号的，光导纤维由内、外两种材料制成，内芯材料的折射率为，外层材料的折射率为，如图，一束光信号与界面夹角为，由内芯射向外层，要想在此界面发生全反射，必须满足的条件是A. ，大于某一值B. ，大于某一值C. ，小于某一值D. ，小于某一值 8. 在完全透明的水下某深处放一点光源，在水面上可见到一个圆形透光平面，如果透光圆面的半径正在匀速增大，则光源正在A. 匀加速上升B. 匀加速下沉C. 匀速上升D. 匀速下沉 9. 如图所示，

12、长为L、折射率为n的玻璃纤维置于空气中，若从一端面入射的光在其中恰能发生全反射，并经多次全反射从另一端面射出，设光在空气中的速度为c，求光由A到B所用的时间。 10. 如图所示，透明薄壁圆桶型水槽中装有水，置于水平桌面上，桶内有一可绕轴转动的平面镜，一束白光水平射向平面镜，恰使光线竖直地射出水面，设光从水射向空气时，红光的临界角为，紫光的临界角为，则当镜面从图示位置发生下述哪种转动时可恰使无光射出水面A. 顺时针转过角B. 逆时针转过角C. 顺时针转过角D. 逆时针转过角 11. 如图所示，水平面上有一个半径为r的圆形木板，在圆心的正上方h处有一个点光源，光线射入水中后，在水底平面上形成半径为R的圆形阴影，水深为H，水的折射率为n，当h发生变化时，证明影的最