第3课时光的折射全反射一轮学案

1、第3课时光的折射全反射知 识 梳 理知识点一、光的折射定律折射率1折射现象图1光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向发生 的现象，如图1所示。2折射定律(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 ；入射角的正弦与折射角的正弦成 。(2)表达式：n12，式中n12是比例常数。3折射率(1)物理意义：折射率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 ，反之偏折小。(2)定义式：n，不能说n与sin 1成正比，与sin 2成反比。折射率由介质本身的光学性质和光的 决定。(3)计算公式：n，因v <c，故任何介质的折射率总大于1。知识点二

2、、全反射光导纤维1全反射(1)定义：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线将消失，只剩下反射光线的现象。(2)条件：光从光密介质射向光疏介质。入射角 临界角。(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光导纤维光导纤维的原理是利用光的全反射。题 组 自 测题组一折射定律与折射率的理解和应用1一束单色光经空气射入玻璃，这束光的()A速度变慢，波长变短B速度不变，波长变短C频率增高，波长变长D频率不变，波长变长2束复色光由空气斜射向一块平行平

3、面玻璃砖，经折射分成两束单色光a、b。已知a光的频率小于b光的频率，下列光路图正确的是()3(2014·枣庄二模)如图2所示，一个半径为R、透明的球体放置在水平面上，一束蓝光从A点沿水平方向射入球体后经B点射出，最后射到水平面上的C点。已知OA，该球体对蓝光的折射率为。则它从球面射出时的出射角_。图2若换用一束紫光同样从A点射入该球体，则它从球体射出后落到水平面上形成的光点与C点相比，位置_(填“偏左”、“偏右”或“不变”)。题组二光的全反射4很多公园的水池底都装有彩灯，当一细束由红、蓝两色组成的灯光从水中斜射向空气时，关于光在水面可能发生的反射和折射现象，下列光路图中正确的是()5

4、光导纤维由“内芯”和“包层”两个同心圆柱体组成，其中心部分是内芯，内芯以外的部分为包层，光从一端进入，从另一端射出，下列说法正确的是()图3A内芯的折射率大于包层的折射率B内芯的折射率小于包层的折射率C不同频率的可见光从同一根光导纤维的一端传输到另一端所用的时间相同D若紫光以如图3所示角度入射时，恰能在内芯和包层分界面上发生全反射，则改用红光以同样角度入射时，也能在内芯和包层分界面上发生全反射考点一折射定律的理解与应用1入射角、反射角和折射角是相对应的光线与法线的夹角。2折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关。3光发生折射时，折射角不一定小于入射角。【例1】(2014·北京卷，

5、20)以往，已知材料的折射率都为正值(n>0)。现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值(n<0)，称为负折射率材料。位于空气中的这类材料，入射角i与折射角r依然满足n，但是折射线与入射线位于法线的同一侧(此时折射角取负值)。现空气中有一上下表面平行的负折射率材料，一束电磁波从其上表面射入，下表面射出。若该材料对此电磁波的折射率n1, 正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是()解决光的折射问题的一般方法(1)根据题意画出光路或者根据已知光路确定入射角和折射角。(2)利用折射定律建立方程进行求解。【变式训练】1(多选)(2014·商丘二模)空气中悬浮

6、着一颗球形小水珠，一缕阳光水平入射，如图4所示。n甲、n乙和n丙分别表示水对甲光、乙光和丙光的折射率。判断以下表述正确的是()图4An甲n乙n丙B波长的关系甲乙丙C频率的关系甲乙丙D光由水珠出射到空气的折射角关系甲乙丙考点二全反射现象的理解与应用1在光的反射和全反射现象中，均遵循光的反射定律；光路均是可逆的。2当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射。当折射角等于90°时，实际上就已经没有折射光了。【例2】2014·新课标全国卷，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

7、图5所示。玻璃的折射率为n。图5()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？()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。【变式训练】2 2014·新课标全国卷，34(2)一厚度为h的大平板玻璃水平放置

8、，其下表面贴有一半径为r的圆形发光面。在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上。已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求平板玻璃的折射率。1(2014·四川卷，3)如图6所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球，则()图6A小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球B小球所发的光能从水面任何区域射出C小球所发的光从水中进入空气后频率变大D小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大2(2014·福建卷，13)如图，一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，下图能正确描述其光路的是()3(2

9、014·内江二模)如图7所示，一块两面平行的玻璃砖平放在纸面上，将它的前、后两个边界PQ、MN记录在纸面上。若单色光沿纸面从真空中以入射角i60°从MN表面射入时，光通过玻璃砖的时间为t；若保持入射光的方向不变，现撤去玻璃砖，光通过PQ、MN之间的区域的时间也为t，那么，这块玻璃砖对该入射光的折射率为()图7A2 B. C1.5 D.4如图8所示，一束复色光从空气射入水面，进入水中分成a、b两束。已知它们与水面间的夹角分别是、，则a、b两束光在水中的传播速度之比为()图8A. B. C. D.52014·山东卷，18(2)如图9所示，三角形ABC为某透明介质的横截

10、面，O为BC边的中点，位于截面所在平面内的一束光线自O以角i入射，第一次到达AB边恰好发生全反射。已知15°，BC边长为2L，该介质的折射率为。求：图9()入射角i; ()从入射到发生第一次全反射所用的时间(设光在真空中的速度为c，可能用到：sin 75°或tan 15°2)。基本技能练1(2014·浙江暨阳联考)有经验的捕鱼人都知道，如果在岸上把鱼枪射向水中的目标是射不中鱼的，这是因为鱼反射的光在通过水面时发生了折射。不考虑光的频率不同对折射率的影响，下列说法正确的是()A要让鱼枪射中鱼，必须瞄准鱼的上方发射B如果用高能激光笔照射水中的鱼，那么只要对准

11、鱼在水中的像即可照到鱼C捕鱼人在岸上不同的位置看到的鱼的位置不变D由于全反射现象，人只要离开鱼一定的水平距离，鱼反射出的光就不会到达捕鱼人的眼睛2如图1所示，一束红光和一束蓝光平行入射到三棱镜上，经折射后，汇聚在屏上同一点，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1An1<n2，a为蓝光，b为红光Bn1<n2，a为红光，b为蓝光Cn1>n2，a为红光，b为蓝光Dn1>n2，a为蓝光，b为红光3.在信息技术迅猛发展的今天，光盘是存储信息的一种重要媒介。光盘上的信息通常是通过激光束来读取的。光盘截面示意如图2所示，若入射的红、蓝混合激光束不是垂

12、直投射到盘面上，则光线在通过透明介质层时会发生偏折而改变行进的方向。下列说法中正确的是()图2A图中光束是蓝光，光束是红光B对同一小孔，光束的衍射现象更明显C在透明介质层中光束比光束传播得更快D若光束、以相同且逐渐增大的入射角从透明介质层射向空气中，则光束先发生全反射4(多选)(2014·南京质检)如图3所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点，已知入射方向与边AB的夹角为30°，E、F分别为边AB、BC的中点，则()图3A该棱镜的折射率为B光在F点发生全反射C光从空气进入棱镜，波长变小D从F点出射的光束与入射到E点的光束平行5.发出白光的

13、细线光源ab长度为l0，竖直放置，上端a恰好在水面以下，如图4所示。现考虑线光源ab发出的靠近水面法线(图中的虚线)的细光束经水面折射后所成的像，由于水对光有色散作用，若以l1表示红光成的像的长度，l2表示蓝光成的像的长度，则()图4Al1<l2<l0 Bl1>l2>l0Cl2>l1>l0 Dl2<l1<l06.某学习小组利用大色拉油圆桶(去掉上半部)、小石子A来测定水的折射率，如图5所示。当桶内没有水时，从某点B恰能看到桶底边缘的某点C；当桶内水的深度等于桶高的一半时，仍沿BC方向看去，恰好看到桶底上的小石子A，A在圆桶的底面直径CD上。用毫米

14、刻度尺测得直径CD16.00 cm，桶高DE12.00 cm，AC3.50 cm。光在真空中的传播速度为c3×108 m/s，求水的折射率n和光在水中的传播速度v。7(2014·威海模拟)如图6所示为一半圆形玻璃砖，一足够大的光屏MN与直径PQ平行，圆心O到MN的距离为d，一束由两种单色光组成的复色光沿与竖直方向成30°角射入玻璃砖的圆心，在光屏上出现了两个光斑，玻璃对两种单色光的折射率分别为n1和n2。求：图6(1)离A点最远的光斑与A点之间的距离x；(2)为使光屏上的光斑消失，复色光的入射角最小为多少？能力提高练82014·重庆卷，11(1)打磨某剖

15、面如图7所示的宝石时，必须将OP、OQ边与轴线的夹角切磨在1<<2的范围内，才能使从MN边垂直入射的光线，在OP边和OQ边都发生全反射(仅考虑如图所示的光线第一次射到OP边并反射到OQ边后射向MN边的情况)，则下列判断正确的是()图7A若>2，光线一定在OP边发生全反射B若>2，光线会从OQ边射出C若<1，光线会从OP边射出D若<1，光线会在OP边发生全反射9如图8甲所示，是空气中一折射率为的透明玻璃砖，图乙是它的截面图，左侧是半径为R的半圆，右侧是长4R、宽2R的长方形。一束单色光从左侧A点沿半径方向与长边成45°角射入玻璃砖，求光线从A点射入玻

16、璃砖到刚好射出玻璃砖的时间为多少？(光在空气中的速度为c，结果可以保留根号)图810(2014·陕西五校三模)如图9所示为一巨大的玻璃容器，容器底部有一定的厚度，容器中装一定量的水，在容器底部有一单色点光源，已知水对该光的折射率为，玻璃对该光的折射率为1.5，容器底部玻璃的厚度为d，水的深度也为d。求：图9(1)该光在玻璃和水中传播的速度(光在真空中的传播速度为c)；(2)水面形成的光斑的面积(仅考虑直接由光源发出的光线)。 112014·海南卷，16(2)如图10所示，矩形ABCD为一水平放置的玻璃砖的截面，在截面所在平面有一细束激光照射玻璃砖，入射点距底面的高度为h，反

17、射光线和折射光线与底面所在平面的交点到AB的距离分别为l1和l2，在截面所在平面内，改变激光束在AB面上入射点的高度与入射角的大小，当折射光线与底面的交点到AB的距离为l3时，光线恰好不能从底面射出，求此时入射点距离底面的高度H。图10题组自测1.解析光在玻璃中的传播速度为v，所以光经空气进入玻璃，传播速度减小；由波长、波速和频率三者的关系vf，光经空气进入玻璃，频率f不变，波长变短。答案A2.解析两种单色光射入玻璃砖时的折射角小于入射角，据此可排除选项A、B；已知a光的频率小于b光的频率，那么a光在玻璃砖中的折射率较小，入射角相同时，折射角较大，选项D正确。答案D3.解析 由折射定律可知n，

18、由几何关系可计算出ABO30°，故60°。在同种介质中，紫光的折射率大于蓝光的折射率，所以紫光从球体射出后落到水平面上形成的光点与C点相比，位置偏左。答案60°偏左4.解析红光、蓝光都要发生反射，红光的折射率较小，根据sin C可知红光发生全反射的临界角较蓝光大，所以蓝光发生全反射时，红光不一定发生，故C正确。答案C5.解析光导纤维是依据全反射原理工作的，内芯的折射率大于包层的折射率，选项A正确，选项B错误；不同频率的可见光在同一介质中的传播速度不同，从同一根光导纤维的一端传输到另一端所用的时间一般不相同，选项C错误；若将紫光改用红光也以同样角度入射时，由于红光临

19、界角大于紫光，所以不能在内芯和包层分界面上发生全反射，选项D错误。答案A典例剖析例1.解析由题意知，折射线和入射线位于法线的同一侧，n1，由折射定律可知，入射角等于折射角，所以选项B正确。答案B变1.解析从空气射入小水珠时，三种色光的入射角相同，甲光的折射角较大，说明其折射率最小，n甲<n乙<n丙，选项A错误；折射率小的，频率小，波长长，所以甲>乙>丙，甲<乙<丙，选项B错误，C正确；光由水珠出射到空气时的入射角等于光从空气射入水珠时的折射角，根据折射定律，它们由水珠出射到空气的折射角均等于光从空气射入水珠时的入射角，所以甲乙丙，选项D正确。答案CD例2.解

20、析()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()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()R()光线从G点射出时，OGOCR，射到G点的光有一部分被反射，沿原

21、路返回到达C点射出变2.解析根据全反射原理，圆形发光面边缘发出的光线射到玻璃板上表面时入射角为临界角(如图所示)设为，且sin 。根据几何关系得：sin 而LRr联立以上各式，解得n。答案随堂演练1.解析发光小球沿水平方向发出的光，均能射出玻璃缸，不发生全反射，选项A错误；小球发出的光射到水面上时，当入射角大于等于临界角时，会发生全反射，选项B错误；光的频率由光源决定，光由一种介质进入另一种介质时，光的频率不变，选项C错误；根据n，光在水中的传播速度较小，选项D正确。答案D2.解析光从玻璃砖射向空气时，如果入射角大于临界角，则发生全反射；如果入射角小于临界角，则在界面处既有反射光线，又有折射光

22、线，但折射角应大于入射角，选项A正确，选项C错误。当光从空气射入玻璃砖时，在界面处既有反射光线，又有折射光线，且入射角大于折射角，选项B、D错误。答案A3.解析设玻璃砖的厚度为d，折射率为n，折射角为r，则t，t，n，可得n，选项B正确。答案B4.解析设入射角为，由折射定律可得：nb，na，两式相比可得，故选项C正确。答案C5.解析()根据全反射原理可知，光线在AB面上P点的入射角等于临界角C，由折射定律得sin C代入数据得C45°设光线在BC面上的折射角为r，由几何关系得r30°由折射定律得n联立式，代入数据得i45°()在OPB中，根据正弦定理得设所用时间为

23、t，光线在介质中的速度为v，得 vtv联立式，代入数据得tL答案()45°() L活页作业1.解析根据光的折射定律，岸上的人看到的是鱼的像，像的位置比实物浅一点，故选项A错；用高能激光笔照射水中的鱼，遵循光的折射定律，只要对准鱼在水中的像即可照到鱼，故选项B对；在岸上不同位置观察到的鱼的位置不同，故选项C错；根据全反射条件，水中的鱼能看到范围在180°内的水面上的物体，所以由光路的可逆性可知，不论人离开鱼多远，人均能看到鱼，故选项D错。答案B2.解析由于红光的频率低于蓝光的频率，有n1n2，由光路图可知，a为蓝光，b为红光，A正确。答案A3.解析由蓝光的频率大于红光的频率可

24、知，蓝光的折射率大于红光的折射率，由题图可知，光束是蓝光，光束是红光，故A正确；由于红光波长较长，红光更容易发生衍射现象，故B错误；根据v可得出，在透明介质层中光束比光束传播得更慢，故C错误；根据全反射条件sin C易知，光束、以相同且逐渐增大的入射角从透明介质层射向空气中时，光束先发生全反射，D错误。答案A4.解析在E点作出法线可知入射角为60°，折射角为30°，折射率为，选项A正确；由光路的可逆性可知，在BC边上的入射角小于临界角，不会发生全反射，选项B错误；由关系式介，可知选项C正确；从F点出射的反射光线与法线的夹角为30°，折射光线与法线的夹角为60°，由几何关系知，不会与入射到E点的光束平行，选项D错误。答案AC5.解析如图所示，由于蓝光折射率比红光折射率大，则同一点发出的光经过水面折射时，蓝光比红光偏折角大，则沿反方向延长线所成虚像的长度比较小，则l2<l1&l