光的折射全反射

光的折射全反射第一頁，共四十四頁，2022年，8月28日3.折射率：光從

射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫做這種介質(zhì)的絕對折射率.簡稱折射率.真空實驗證明，介質(zhì)的折射率等于光在真空中與在該介質(zhì)中的傳播速度之比，即n=c/v.任何介質(zhì)的折射率都

1.

兩種介質(zhì)相比較，折射率較大的介質(zhì)叫做介質(zhì)，折射率較小的介質(zhì)叫做

介質(zhì).大于光密光疏第二頁，共四十四頁，2022年，8月28日二、光的全反射1.光照射到兩種介質(zhì)界面上時，光線全部被反射回原介質(zhì)的現(xiàn)象稱為全反射現(xiàn)象.2.發(fā)生全反射的條件：（1）光線從

介質(zhì)射向

介質(zhì).

（2）入射角

臨界角.光密光疏大于或等于3.臨界角：折射角等于90°時的入射角.設(shè)光線從

射向

時的臨界角為C，則某種介質(zhì)真空或空氣第三頁，共四十四頁，2022年，8月28日4.應用（1）全反射棱鏡（2）光導纖維：實際用的光導纖維是非常細的特制玻璃絲，直徑只有幾微米到一百微米之間，在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生全反射.

特別提醒

（1）光從真空射入介質(zhì)時，臨界角C又可以理解為最大折射角.

（2）光從真空（或空氣）射入介質(zhì)時，在界面

處既發(fā)生折射，又發(fā)生反射，而由介質(zhì)射向真空（或空氣）時，有可能要發(fā)生全反射.第四頁，共四十四頁，2022年，8月28日三、棱鏡、光的色散1.光的色散：含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象.2.光譜：含有多種顏色的光被分解后，各種色光按其波長的有序排列.3.棱鏡（1）含義：截面是

的玻璃儀器，可以使光發(fā)生色散，白光的色散表明各色光在同一介質(zhì)中的

不同.

（2）三棱鏡對光線的作用：改變光的傳播方向，使復色光發(fā)生色散.三角形折射率第五頁，共四十四頁，2022年，8月28日4.各種色光的比較

顏色紅橙黃綠藍靛紫頻率ν低高同一介質(zhì)折射率小大同一介質(zhì)中速度大小波長大小臨界角大小

第六頁，共四十四頁，2022年，8月28日熱點一折射率的理解1.某種介質(zhì)的折射率是指光從真空或空氣進入該介質(zhì)時入射角與折射角的正弦值之比.如果是從該介質(zhì)進入空氣或真空，則入射角與折射角的正弦值之比等于折射率的倒數(shù).2.介質(zhì)的折射率實際上指的是絕對折射率，所謂絕對折射率是指光從真空進入介質(zhì)時入射角與折射角的正弦值之比.3.折射率的大小由介質(zhì)本身和光的頻率共同決定，與入射角、折射角的大小無關(guān).熱點聚集第七頁，共四十四頁，2022年，8月28日4.折射率大小反映了介質(zhì)的光學性質(zhì)和入射光的頻率：（1）折射率越大，說明介質(zhì)對光的偏折作用越大，光線偏離原來傳播方向的程度越厲害.（2）介質(zhì)對光的折射率越大，說明該光在介質(zhì)中的傳播速度越小.（3）相對于同一介質(zhì)，折射率越大的光，其頻率越大.

1.公式中，不論是光從真空射入介質(zhì)，還是由介質(zhì)射入真空，總是真空中的光線與法線間夾角,總是介質(zhì)中的光線與法線間的夾角.

特別提示第八頁，共四十四頁，2022年，8月28日2.折射率由介質(zhì)本身性質(zhì)與光的頻率共同決定，與入射角的大小無關(guān).熱點二全反射現(xiàn)象的理解與應用1.光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對而言的.同一種介質(zhì)，相對于其他不同的介質(zhì)，可能是光密介質(zhì)，也可能是光疏介質(zhì).2.光從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時，入射角大于折射角；光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，入射角小于折射角.3.如果光線從光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì)，則無論入射角多大，都不會發(fā)生全反射現(xiàn)象.第九頁，共四十四頁，2022年，8月28日4.光導纖維（1）結(jié)構(gòu)：光導纖維（簡稱光纖），是一種透明的玻璃纖維絲，由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率，即內(nèi)芯是光密介質(zhì)，外套是光疏介質(zhì).

（2）原理：光在光纖的內(nèi)芯中傳播，每次射到內(nèi)、外層的界面上時，都要求入射角大于臨界角，從而發(fā)生全反射.第十頁，共四十四頁，2022年，8月28日熱點三平行玻璃磚與三棱鏡比較類別項目平行玻璃磚三棱鏡結(jié)構(gòu)上下表面是平行的橫截面為三角形對光線的作用通過平行玻璃磚的光線不改變傳播方向，但要發(fā)生側(cè)移通過棱鏡的光線經(jīng)兩次折射后，出射光線向棱鏡底面偏折第十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日討論側(cè)移d的大小取決于平行板的厚度h、平行板介質(zhì)的折射率n和光線的入射角偏折角δ跟棱鏡的材料有關(guān).折射率越大，偏折角越大.因同一介質(zhì)對各種色光的折射率不同，所以各種色光的折射率不同，所以各種色光的偏折角也不同，形成色散現(xiàn)象應用實例測定玻璃的折射率全反射棱鏡，改變光的行進方向第十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日題型1折射定律及折射率的應用【例1】一半徑為R的1/4球體放置在水平桌面上,圖1球體由折射率為的透明材料制成.現(xiàn)有一束位于過球心O的豎直平面內(nèi)的光線,平行于桌面射到球體表面上,折射入球體后再從豎直表面射出,如圖1所示.已知入射光線與桌面的距離為R/2.求出射角θ.題型探究圖1

第十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日

解析

設(shè)入射光線與1/4球體的交點為C,連接

OC，OC即為入射點的法線.因此,圖中的角α為入射角.過C點作球體水平表面的垂線,垂足為B.

依題意,∠COB=α.

又由△OBC知①設(shè)光線在C點的折射角為β,由折射定律得②光線經(jīng)過兩次折射確定兩界面上的入射角與折射角由折射定律計算.

思路導圖

第十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日

由①②式得β=30°③

由幾何關(guān)系知,光線在球體的豎直表面上的入射角γ(見右圖)為30°.由折射定律得

解得θ

=60°

答案

60°

規(guī)律總結(jié)

應用光的折射定律解題的一般思路（1）一定要畫出比較準確的光路圖，分析邊界光線或臨界光線.（2）利用幾何關(guān)系和光的折射定律求解.（3）注意在折射現(xiàn)象中，光路是可逆的.第十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日變式練習1

如圖2所示,直角三棱鏡ABC的一個側(cè)面BC緊貼在平面鏡上,∠BAC=β.從點光源S發(fā)出的細光束SO射到棱鏡的另一側(cè)面AC上,適當調(diào)整入射光SO的方向,當SO與AC成α角時,其折射光與鏡面發(fā)生一次反射,從AC面射出后恰好與SO重合,則此棱鏡的折射率為（）圖2A第十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日題型2光的全反射現(xiàn)象、臨界角及其應用【例2】一足夠大的水池內(nèi)盛有某種透明液體,液體的深度為H,在水池的底部中央放一點光源,其中一條光線以30°入射角射到液體與空氣的界面上,它的反射光線與折射光線的夾角為105°,如圖3所示.求:圖3第十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日(1)這種液體的折射率.(2)液體表面亮斑的面積.(1)求折射率時,(2)當θ1逐漸增大到θ1=C時,折射光線消失發(fā)生全反射.解析(1)由圖知,入射角θ1=30°,折射角θ2=45°(2)若發(fā)生全反射,入射角C應滿足sinC=C=45°亮斑半徑R=HtanC=H亮斑面積S=πH2答案(1)1.414(2)πH2思路點撥第十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日

方法提煉對于涉及折射、全反射的幾何光學問題需要注意以下幾點：(1)題目中如果涉及“剛好”“恰好”等關(guān)鍵詞語往往對應臨界狀態(tài)，如本題對應的是全反射的臨界狀態(tài)；(2)準確理解題意，并根據(jù)題意畫光路圖,必要時畫輔助線；(3)題目分析時往往需要借助相關(guān)幾何關(guān)系建立一些必要關(guān)系式.第十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日變式訓練2

如圖4所示，ABC是由折射率為的某種透明物質(zhì)制成的直角三棱鏡的橫截面，∠A=30°.

一束光線在紙面內(nèi)從AB的中點O射入棱鏡，光線與AB面間的夾角為α.

若不考慮光在AB面和BC面上的反射.

（1）若α=45°，請作出光路圖并標明相應的角度；（2）要使射入O點的光線能從AC面射出，夾角α(0°<α<90°)應滿足什么條件？（結(jié)果可用反三角函數(shù)表示）圖4第二十頁，共四十四頁，2022年，8月28日解析

（1）光線射向AB面的入射角θ1=45°，根據(jù)折射定律，有：

解得θ2=30°設(shè)光在該透明介質(zhì)中的臨界角為C，則：解得C=45°.光線射向AC面的入射角θ3=90°-30°=60°>C,故發(fā)生全反射.而θ4=θ3，故反射光線垂直于BC面從棱鏡中射出，其光路如右圖所示.（2）當射向AC面的光線恰好發(fā)生全反射時，由幾何關(guān)系可知，在AB界面的折射角θ2′=15°第二十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日設(shè)此時當α角為90°時，射向AC的光線入射角30°，不會發(fā)生全反射，故要使射入O點的光線能從AC面射出，夾角α應滿足90°-<α<90°.答案（1）見解析（2）90°-<α<90°第二十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日題型3全反射及光路問題【例3】如圖5所示，用折射率n=2

的玻璃做成一個外徑為R的半球形空心球殼.一束與O′O平行的平行光射向此半球的外表面，若讓一個半徑為的圓形遮光板的圓心過O′O軸，并且垂直該軸放置.則球殼內(nèi)部恰好沒有光線射入，問：（1）臨界光線射入球殼時的折射角θ2為多大？（2）球殼的內(nèi)徑R′為多少？圖5第二十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日解析（1）由題圖和幾何知識①由折射率的定義式②聯(lián)立解出θ2=30°.③（2）對臨界光線④在題圖△Oab中，由正弦定理得：⑤聯(lián)立解出⑥答案（1）30°（2）第二十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日【評分標準】本題共16分，其中①②④⑤各3分，③⑥各2分.【名師導析】本題是一道關(guān)于折射和全反射的綜合題.本題的難點是正確分析題目給定的條件和題目所求問題的含義，理解光線aa′不能進入球殼時，射到球上的其它光線便不可能進入球殼.其次是根據(jù)題目給定的光路圖，充分利用幾何關(guān)系求解也是難點之一.第二十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日自我批閱半徑為R的半圓柱形玻璃，橫截面如圖6所示，O為圓心，已知玻璃的折射率為，當光由玻璃射向空氣時，發(fā)生全反射的臨界角為

45°.一束與MN平面成45°的平行光束射到玻璃的半圓柱面上，經(jīng)玻璃折射后，有部分光能從MN平面上射出.

（1）說明光能從MN平面上射出的理由？（2）能從MN射出的光束的寬度d為多少？圖6第二十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日解析（1）如圖所示，進入玻璃中的光線a垂直半球面,沿半徑方向直達球心位置O，且入射角等于臨界角，恰好在O點發(fā)生全反射.光線a右側(cè)的光線（如：光線b）經(jīng)球面折射后，射在MN上的入射角一定大于臨界角，在MN上發(fā)生全反射，不能射出.光線a左側(cè)的光線經(jīng)半球面折射后，射到MN面上的入射角均小于臨界角，能從MN面上射出.最左邊射向半徑的光線c與球面相切，入射角θ1=90°,折射角θ2=45°.故光線c將垂直MN射出.（6分）第二十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日（2）由折射定律知：①（4分）則②（2分）所以在MN面上射出的光束寬度應是③（4分）答案見解析第二十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日素能提升1.△OMN為玻璃等腰三棱鏡的橫截面.

a、b兩束可見單色光從空氣垂直射入棱鏡底面MN,在棱鏡側(cè)面OM、

ON上反射和折射的情況如圖7所示.

由此可知()A.棱鏡內(nèi)a光的傳播速度比b光的小B.棱鏡內(nèi)a光的傳播速度比b光的大C.a光的對玻璃棱鏡的折射率比b光的大D.a光的對玻璃棱鏡的折射率比b光的小圖7第二十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日解析a、b兩束光射到OM、ON上的入射角是相同的,由圖可知b光已發(fā)生全反射,而a光仍有折射,說明b光的全反射臨界角比a光的全反射臨界角小,所以b光的折射率大于a光的折射率,即nb>na,故D正確;又在介質(zhì)內(nèi)的傳播速度,所以棱鏡內(nèi)a光的傳播速度va比b光的傳播速度vb大;故B正確.答案

BD第三十頁，共四十四頁，2022年，8月28日2.對下列自然現(xiàn)象的光學原理說法中,正確的是（）A.彩虹是由光的衍射形成的B.海市蜃樓是由光的折射和全反射形成的C.肥皂泡呈現(xiàn)的彩色是由光的干涉形成的D.路面水坑的油膜出現(xiàn)彩色是由光的色散形成的BC第三十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日3.用一個半徑很大的凸透鏡的凸面和一平面玻璃接觸,用平行單色光垂直入射于凸透鏡的平表面時(如圖8甲),從反射光中可以看到接觸處點為一暗點,其周圍為一些明暗相間的單色圓圈(如圖乙).這些同心圓圈叫做牛頓環(huán).則以下說法正確的是()圖8第三十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日A.這些圓圈是由凸透鏡的上、下表面反射的光線相互干涉而形成的B.這些圓圈的距離不等,隨著離中心點距離的增加而逐漸變窄C.從透射光中觀察牛頓環(huán)中心也是暗的D.如果增大凸透鏡和平板玻璃間的壓力,條紋間距會變小答案

B第三十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日4.如圖9所示,空氣中有一塊橫截面呈扇形的玻璃磚,折射率為

,現(xiàn)有一細光束垂直射到AO面上,經(jīng)玻璃磚反射、折射后,經(jīng)OB面平行返回,∠AOB為120°,圓的半徑為r,則入射點P距圓心O的距離為

(

)

A.B.

C.rsin7.5°

D.rsin

15°圖9D解析

設(shè)AB曲面上的反射點為C,連接OC,則∠PCQ=30°,∠PCO=15°,OP=rsin15°第三十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日5.如圖10所示,一橫截面為半圓形的玻璃柱體,三種顏色不同的可見光細光束a、b、垂直于直徑從空氣射向玻璃,b正好過圓心O,a、c從b的兩側(cè)對稱入射,從柱面進入空氣的三束折射光交于P、Q兩點,則

（）

A.玻璃對a光的折射率大于對b光的折射率B.玻璃對c光的折射率大于對b光的折射率C.在相同條件下進行雙縫干涉實驗,a光的條紋間距

比c光大D.在相同條件下進行雙縫干涉實驗,a光的條紋間距

比c光小圖10D第三十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日6.彩虹是在雨后因光的色散而形成的,如圖11所示為太陽光射到空氣中的小水珠發(fā)生色散形成彩虹的光路示意圖,a、b為兩種從小水珠中射出的單色光.以下說法正確的是（）

A.水對a光的折射率小于水對b光的折射率B.a光的頻率大于b光的頻率C.在水珠中a光的傳播速度大于b光的傳播速度D.在水珠中a光的傳播速度等于b光的傳播速度圖11AC第三十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日7.如圖12所示,兩束頻率不同的光束A和B分別沿半徑方向射入半圓形玻璃磚,出射光線都是OP方向.下面關(guān)于A光和B光的比較中,說法正確的是()

A.玻璃對A光的折射率更大B.真空中A光的波長更長C.A光由玻璃射向空氣的全反射臨界角更大D.玻璃中A光的傳播速度更大BCD圖12第三十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日8.下列說法中正確的是()A.觀察光的干涉現(xiàn)象中,當保持雙縫的間隙不變,光屏到縫的距離越大,屏上明暗相間的條紋間距越B.觀察光的干涉現(xiàn)象中,當保持光屏到縫的距離不

變,雙縫的間隙越大,屏上條紋的間距越大C.觀察光的衍射現(xiàn)象中,當保持狹縫到光屏的距離不變,屏上明暗相間的條紋間距隨縫寬的增大而增D.觀察光的衍射現(xiàn)象中,當保持狹縫到光屏的距離不變,屏上明暗相間的條紋間距隨縫寬的減小而增大

AD第三十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日9.(2009·四川·21)如圖13所示,空氣中有一橫截面為半圓環(huán)的均勻透明柱體,其內(nèi)圓半徑為r,外圓半徑為R,R=

.現(xiàn)有一束單色光垂直