第3节光的折射全反射

第3节光的折射全反射教材梳理·自主预习考点研析·感悟提升一、光的折射1.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

.知识梳理教材梳理·自主预习两侧正比(2)表达式:

=n12,式中n12是比例常数.2.折射率(1)物理意义:反映介质的光学性质,折射率越大,光线从真空斜射入到该介质时偏折的角度越

.大频率二、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

,只剩下反射光线的现象.2.条件:(1)光从光密介质射向光疏介质.(2)入射角

临界角.消失大于等于4.应用:

是光的全反射的典型应用,如图所示.三、光的色散1.色散现象:白光通过三棱镜会形成

七种色光组成的彩色光谱.光导纤维红、橙、黄、绿、青、蓝、紫2.成因:由于n红<n紫,所以以相同的入射角射到棱镜界面时,红光和紫光的折射角

,紫光折射得更明显些,当它们射出另一个界面时,紫光的偏折角

,红光的偏折角

.不同较大较小小题检测1.思考判断(1)光的传播方向发生改变的现象叫光的折射.(

)×(2)折射定律是牛顿发现的.(

)(3)密度大的介质一定是光密介质.(

)××(5)光从空气射入玻璃时,只要入射角足够大就可能发生全反射.(

)(6)在测玻璃砖折射率的实验中入射角越大效果越好.(

)√××2.(多选)如图所示,MN是介质1和介质2的分界面,介质1,2的绝对折射率分别为n1,n2,一束细光束从介质1射向介质2中,测得θ1=60°,θ2=30°,根据你所学的光学知识判断下列说法正确的是()ABE3.(多选)如图所示,从点光源S发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面,经过三棱镜的折射后发生色散现象,在光屏的ab间形成一条彩色光带.下列说法中正确的是(

)A.a侧是红光,b侧是紫光B.在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长C.三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率D.在三棱镜中a侧光的速率比b侧光小E.在三棱镜中a,b两侧光的速率相同BCD考点一光的折射定律考点研析·感悟提升1.对折射率的理解(2)折射率与介质本身性质和光的频率有关,与入射角的大小无关,与介质的密度无关.(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.(4)同一种色光,在不同介质中虽然波速、波长不同,但频率相同.2.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制(1)作出光线穿过圆柱体射出的光路图;答案:(1)见解析(2)求该光线从圆柱体中射出时,折射光线偏离进入圆柱体光线多大的角度;答案:(2)60°解析:(2)由几何知识得,出射光线偏离原方向的角度为α=60°.(3)光线在圆柱体中的传播时间.易错警示解决光的折射问题的思路(1)根据题意画出正确的光路图.(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系,要注意入射角、折射角均以法线为标准.(3)利用折射定律、折射率公式求解.题组训练CDE解析:介质的折射率是一个反映介质光学性质的物理量,由介质本身和光的频率共同决定,与入射角、折射角无关,故选项A,B错误,E正确;由于真空中的光速是一个定值,故n与v成反比是正确的,选项C正确;由于v=λf,当f一定时,v与λ成正比,又n与v成反比,故n与λ也成反比,选项D正确.(1)玻璃砖对该光的折射率;(2)光线经玻璃砖折射后的偏向角.答案:(2)0°考点二光的全反射求解光的全反射问题的四点提醒(1)光密介质和光疏介质是相对而言的,介质A相对于介质B可能是光密介质,而相对于介质C可能是光疏介质.(2)如果光线从光疏介质进入光密介质,则无论入射角多大,都不会发生全反射现象.(3)光的反射和全反射现象,均遵循光的反射定律,光路均是可逆的.[例2]截面为矩形的透明材料ABCD,P,Q分别为AB,AD上的两点,已知A,P距离为a,A,Q距离为2a,现有一细束光线从P点以某一入射角θ(未知)射入该材料,经折射后到达Q点,且在Q点刚好能发生全反射.(1)求材料的折射率n;(2)改变光线从AB面P点射入时的入射角,求光线从AD边射出的区域长度.方法技巧解决全反射问题“五步走”(1)确定光是从光密介质进入光疏介质.(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.(1)入射角的正弦值sini;(2)光束从O点入射到发生第一次全反射所用的时间.考点三光的色散现象1.成因含有多种颜色的光从一种介质进入另一种介质,由于介质对不同色光的折射率不同,各种色光的偏折程度不同,所以产生光的色散.2.各种色光的比较颜色红橙黄绿青蓝紫频率f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[例3](多选)如图所示,一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖,在玻璃砖底面上的入射角为θ,经折射后射出a,b两束单色光线.则(

)A.在玻璃中,a光的传播速度小于b光的传播速度B.在真空中,a光的波长小于b光的波长C.进入玻璃后,a,b光的波长都减小,故该单色光的颜色发生变化D.玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率E.若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大,则折射光线a首先消失ABE[针对训练](多选)频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚平行玻璃砖,单色光1,2在玻璃砖中折射角分别为30°和60°,其光路如图所示,下列说法正确的是(

)A.射出的折射光线1和2一定是平行光B.单色光1的波长大于单色光2的波长C.在玻璃砖中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度D.图中单色光1,2通过玻璃砖所需的时间相等E.单色光1从玻璃射到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃射到空气的全反射临界角ADE考点四实验:测定玻璃的折射率●误差分析1.确定入射光线、出射光线时的误差.故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距离宜大点.2.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.●注意事项1.玻璃砖要用厚度较大的.2.入射角应在30°到60°之间.3.大头针要竖直插在白纸上,且距离应尽量大一些.4.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.[例4]

(2019·天津卷,9)某小组做测定玻璃的折射率实验,所用器材有:玻璃砖、大头针、刻度尺、圆规、笔、白纸.(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度

.

A.选用两光学表面间距大的玻璃砖B.选用两光学表面平行的玻璃砖C.选用粗的大头针完成实验D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些解析:(1)测玻璃的折射率关键是根据入射光线和出射光线确定在玻璃中的传播光线,因此选用光学表面间距大的玻璃砖以及使同侧两枚大头针的距离大些都有利于提高实验准确程度,减小误差;两光学表面是否平行不影响折射率的测量,为减小误差,应选用细长的大头针,故选项B,C错误.答案:(1)AD(2)该小组用同一套器材完成了四次实验,记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示,其中实验操作正确的是

.

解析:(2)两光学表面平行的玻璃砖的入射光线与出射光线平行,在空气中的入射角大于玻璃中的折射角,画图可知正确的图为D.答案:(2)D

(3)该小组选取了操作正确的实验记录,在白纸上画出光线的径迹,以入射点O为圆心作圆,与入射光线、折射光线分别交于A,B点,再过A,B点作法线NN′的垂线,垂足分别为C,D点,如图所示,则玻璃的折射率n=

.(用图中线段的字母表示)

[针对训练]在用插针法做“测定玻璃砖折射率”的实验中,某同学先在白纸上画出一直线并让待测玻璃砖一界面ab与线重合放置,再进行插针观察,如图所示.梯形abcd是其主截面的边界线,而A,B,C,D为该同学在某次实验时插入的4枚大头针的位置情况.(1)请在图中完成测量玻璃砖折射率的有关光路图,并标出入射角α和折射角β;解析:(1)连接