2022届全国新高考物理冲刺复习 光的折射 全反射

2022届全国新高考物理冲刺复习

光的折射全反射

双基知识：

一'光的折射定律折射率

1.折射定律

(1)内容：如图所示，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。

⑵表达式：弓能=〃。A>

⑶在光的折射现象中，光路是可逆的。八百

2.折射率一*

(1)折射率是一个反映介质的光学性质的物理量。「\

(3)计算公式：〃=会因为。Vc,所以任何介质的折射率都大于1。

(4)当光从真空(或空气)斜射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质斜射

入真空(或空气)时，入射角小于折射角。

3.折射率的理解

⑴折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关。

(2)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。

(3)同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。

二'全反射光导纤维光的色散

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

全部消失，只剩下反射光线的现象。

2.条件：(1)光从光密介质射入光疏介质。

(2)入射角大于或等于临界角。

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〃)射向真空或

空气时，发生全反射的临界角为C,则sinC=］介质的折射率越大，发生全反

射的临界角越小。^

4.光导纤维

光导纤维的原理是利用光的全反射，如图所示。

5.光的色散

(1)光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象。

(2)光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长有序排列。

(3)光的色散现象说明：

①白光为复色光；

②同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率越大；

③不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速越小。

考点一折射定律和折射率的理解及应用

1.对折射率的理解

(1)公式〃=需中，不论光是从真空射入介质，还是从介质射入真空，仇

总是真空中的光线与法线间的夹角，仇总是介质中的光线与法线间的夹角。

(2)折射率的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0=；。

(3)折射率与入射角的大小无关，与介质的密度无关，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，但频率不变。

2.光路的可逆性

在光的折射现象中，光路是可逆的。如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上,

光线就会逆着原来的入射光线发生折射。

【典例1】(多选)如图所示，实线为空气和水的分界面，一束蓝光从空气中

的A点沿AOi方向点在分界面上，图中点和入射光线都未画出)射向水中，

折射后通过水中的B点。图中。点为A、B连线与分界面的交点。下列说法正确

的是()

A.Oi点在。点的右侧

B.蓝光从空气中射入水中时，速度变小

C.若沿AOi方向射向水中的是一束紫光，则折射光

线有可能通过B点正下方的C点

D.若沿方向射向水中的是一束红光，则折射光线有可能通过B点正上

方的。点

解析：选BCD根据折射定律，知光由空气斜射入水中时入射角大于折射

角，则画出光路图如图所示，知。点应在。点的左侧，故A错误。光从光疏介

质(空气)进入光密介质(水)中时，速度变小，故B对。紫光的折射率大于蓝光，

所以折射角要小于蓝光的，则可能通过8点下方的C点，故C正确。若是红光，

折射率小于蓝光，折射角大于蓝光的，则可能通过B点上方的。点，故D正确。

【典例2】如图所示，直角边AC长度为d的直角棱镜ABC置于桌面上，D

为斜边的中点，桌面上的S点发射一条光线经。点折射后，垂直于A3边射

出。已知SC=CD,光线通过棱镜的时间叫，c为真空中B

光速，不考虑反射光线。求：J\

(1)棱镜的折射率〃。_［1

(2)入射光线与界面BC间的夹角。飞〃/"

［解析］(1)光路如图所示，E是光线在45边的射出点，设光线通过棱镜的

速度为0,则

DE=^d,即vt=^d

结合n=M解得：〃=巾。北

5C

(2)光线射到界面3G设入射角为。折射角为r,则有：i

=^—0r=^—20

根据折射定律有：〃=群解得：，=30。。

考点二全反射现象的理解和综合分析

1.分析综合问题的基本思路

(1)判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质。

(2)判断入射角是否大于等于临界角，明确是否发生全反射现象。

⑶画出反射、折射或全反射的光路图，必要时还可应用光路的可逆原理画出光

路图，然后结合几何知识进行推断和求解相关问题。

(4)折射率n是讨论折射和全反射问题的重要物理量，是联系各物理量的桥梁，

应熟练掌握跟折射率有关的所有关系式。

2.求光的传播时间的一般思路

(1)全反射现象中，光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化。即。=泉＞

(2)全反射现象中。光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定。

（3）利用求解光的传播时间。

【典例3】（多选）八匕两束单色光从空气垂直玻璃砖上表面射入，在下表面

上反射和折射情况如图所示，则a、b两束光（）

A.在同种均匀介质中传播时，人光的传播速度大『,

B.以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角较大ILf一

C.在真空中，。光的波长大于b光波长

D.在玻璃中，na<nb'

E.让匕光以入射点为轴，逆时针转动，则方光会在玻璃砖的下表面发生全

反射

解析：选ABE由图可知，a光发生了全反射，8光没有发生全反射，即a

光发生全反射的临界角。小于b光发生全反射的临界角C,由sinC=1,知b

光的折射率小，即〃”>〃〃，故D错误；根据〃弋，知。。<仇）,A正确；根据〃=

,当〃1相等时，8光的折射角较大，B正确；由于〃“>〃/）,则为>股，由c

olll（72

=以知儿Ua,C错误；当方光逆时针转动时，8光在玻璃砖下表面的入射角会

增大，当该角大于8光的临界角时，8光就会发生全反射，E正确。

【典例4】如图，一半径为R的玻璃半球，。点是半球的球心，虚线0。'

表示光轴（过球心。与半球底面垂直的直线）。已知玻璃的折射率为1.5。现有一

束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光线能从球面射出（不考虑被半球的内

表面反射后的光线）。求!（?,

（1）从球面射出的光线对应的入射光线与光轴距离的最大

值；（I/C

（2）距光轴京的入射光线经球面折射后与光轴的交点到。1111t11

点的距离。

解析：（1）如图，从底面上4处射入的光线，在球面上发生折射时的入射角

为i,当i等于全反射临界角立时，对应入射光线到光轴的距离最大，设最大距

离为i=ic®

设n是玻璃的折射率，由全反射临界角的定义有nsinic=1②

由几何关系有sin③

联立①②③式并利用题给条件，得/=|&④

R

（2）设与光轴相距全的光线在球面B点发生折射时的入射角和折射角分别为

ii和ri,由折射定律有“sinii=sinri⑤

设折射光线与光轴的交点为C,在△05C中，由正弦定理有

sinZCsin（180°—n）,

R=OC⑥

由几何关系有NC=ri—ii⑦sin

联立⑤⑥⑦⑧式及题给条件得0C=M2中'小）RQ2.74R。

答案：（1）|夫（2）2.742?

考点三光的色散和光路控制

1.平行玻璃砖'三棱镜和圆柱体（球）对光路的控制

平行玻璃砖三棱镜圆柱体（球）

项

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

I71A

对光线

通过三棱镜的光线圆界面的法线是过圆

的作用通过平行玻璃砖的光线不

经两次折射后，出心的直线，经过两次折

改变传播方向，但要发生

射光线向棱镜底边射后向圆心偏折

侧移

偏折

应用测定玻璃的折射率改变光的传播方向改变光的传播方向

特别提醒不同颜色的光的频率不同，在同一种介质中的折射率、光速也不同,

发生全反射现象的临界角也不同。

2.各种色光的比较

颜色红橙黄绿青蓝紫

频率V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

通过棱镜的偏折角小大

临界角大小

双缝干涉时的条纹间距大小

3.光的色散

（1）成因：棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光

通过棱镜后的偏折程度最小，对紫光的折射率最大，紫光通过棱镜后的偏折程度

最大，从而产生色散现象。

（2）现象：一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带。

【典例5】（多选）关于光

的传播现象及应用，下列说法正确的是（）

A.一束白光通过三棱镜后形成了彩色光带是光的色散现象

B.光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大

C.海面上的海市蜃楼将呈现倒立的像，位置在实物的上方，又称上现蜃景

D.一束色光从空气进入水中，波长将变短，色光的颜色也将发生变化

E.一束白光从空气斜射进入水中，也将发生色散

解析：选ABE一束白光通过三棱镜后形成了彩色光带是光的色散现象，

A正确；由全反射的条件可知，内芯材料的折射率比外套材料的折射率要大，故

B正确；海市蜃楼将呈现正立的像，位置在实物的上方，又称上现蜃景，C错误；

色光进入水中，光的频率不变，颜色不变，D错误；白光斜射入水中，由于水对

不同色光的折射率不同，各种色光将分开，故E正确。

【典例6】侈选）（2020•山西临汾市模拟）如图所示，两束平行的黄光射向截

面A8C为正三角形的玻璃三棱镜，已知该三