第3講　光的折射和全反射

第3講光的折射和全反射目錄1核心知識·優(yōu)化增分2高分能力·突破瓶頸3課后提能演練

正比可逆

入射角折射角光學(xué)頻率大于二、全反射1.條件：①光從

介質(zhì)射入

介質(zhì).

②入射角

臨界角.

2.現(xiàn)象：折射光完全消失，只剩下反射光.3.臨界角：折射角為90°時的入射角，用C表示，sinC=

.

光密光疏≥

三、光的色散、棱鏡1.光的色散.（1）色散現(xiàn)象：白光通過三棱鏡會形成由紅到紫七種色光組成的彩色光譜.（2）成因：透明物質(zhì)對于波長λ不同的光的折射率n不一樣，λ越小，傳播速度越小，n越大，偏折越厲害.2.三棱鏡對光線的作用.改變光的傳播方向，使復(fù)色光發(fā)生色散.

C

2.［光的全反射］（多選）光從介質(zhì)a射向介質(zhì)b，如果要在a、b介質(zhì)的分界面上發(fā)生全反射，那么必須滿足的條件是

（）A.a是光密介質(zhì)，b是光疏介質(zhì)B.光在介質(zhì)a中的速度必須大于在介質(zhì)b中的速度C.光的入射角必須大于或等于臨界角D.必須是單色光AC3.［光的折射］（多選）如圖所示，兩束不同頻率的平行單色光a、b從水射入空氣

（空氣折射率為1）發(fā)生如圖所示的折射現(xiàn)象（α<β），下列說法正確的是（）A.隨著a、b入射角度的逐漸增加，a先發(fā)生全反射B.水對a的折射率比水對b的折射率小C.兩束光在水中的傳播速度va>vbD.兩束光在空氣中的傳播速度va>vb

BC

1.（2023年江蘇卷）地球表面附近空氣的折射率隨高度降低而增大，太陽光斜射向地面的過程中會發(fā)生彎曲.下列光路圖中能描述該現(xiàn)象的是

（）A【解析】根據(jù)折射定律n上sin

θ上=n下sin

θ下，由于地球表面附近空氣的折射率隨高度降低而增大，則n下>n上，則θ下逐漸減小，則從高到低θ下逐漸減小，則光線應(yīng)逐漸趨于豎直方向，A正確.2.（2023年浙江卷）如圖所示為一斜邊鍍銀的等腰直角棱鏡的截面圖.一細(xì)黃光束從直角邊AB以角度θ入射，依次經(jīng)AC和BC兩次反射，從直角邊AC出射.出射光線相對于入射光線偏轉(zhuǎn)了α角，則α

（）A.等于90°

B.大于90°

C.小于90°

D.與棱鏡的折射率有關(guān)A

例2

（2022年廣東卷）一個水平放置的圓柱形罐體內(nèi)裝了一半的透明液體，液體上方是空氣，其截面如圖所示.一激光器從罐體底部P點沿著罐體的內(nèi)壁向上移動，它所發(fā)出的光束始終指向圓心O點.當(dāng)光束與豎直方向成45°角時，恰好觀察不到從液體表面射向空氣的折射光束.已知光在空氣中的傳播速度為c，求液體的折射率n和激光在液體中的傳播速度v.

1.（2024年廣東卷）如圖所示，紅、綠兩束單色光同時從空氣中沿同一路徑以θ角從MN面射入某長方體透明均勻介質(zhì)，折射光束在NP面發(fā)生全反射，反射光射向PQ面.若θ逐漸增大，兩束光在NP面上的全反射現(xiàn)象會先后消失.已知在該介質(zhì)中紅光的折射率小于綠光的折射率.下列說法正確的是

（）A.在PQ面上，紅光比綠光更靠近P點B.θ逐漸增大時，紅光的全反射現(xiàn)象先消失C.θ逐漸增大時，入射光可能在MN面發(fā)生全反射D.θ逐漸減小時，兩束光在MN面折射的折射角逐漸增大B

2.（2024年梅州期末）光導(dǎo)纖維又稱光纖，是傳光的細(xì)圓玻璃絲，圖1是光纖導(dǎo)光后的效果.現(xiàn)讓由甲、乙兩種單色光組成的復(fù)合光，從一根直的光纖端面以45°入射角射入，第一次折射后光路如圖2所示，兩束單色光均在側(cè)面發(fā)生全反射，下列說法正確的是

（）A.乙光在光纖中全反射臨界角比甲光大B.乙光在光纖中傳播速度比甲光大C.乙光在光纖中傳播時間比甲光長D.兩種光在空氣中傳播遇到相同小孔時，乙光更容易衍射C

3.（2024年湛江一模）一種“光開關(guān)”的“核心區(qū)”構(gòu)造如圖中虛框區(qū)域所示，其中1、2是兩個完全相同且截面邊長均為d的等腰直角三角形的棱鏡，直角邊與虛框平行，兩斜面平行且略拉開一小段距離，在兩棱鏡之間可充入不同介質(zhì)以實現(xiàn)“開關(guān)”功能.若一細(xì)束單色光a從1的左側(cè)面上D點垂直于棱鏡表面AC射入，若能通過2，則為“開”，否則為“關(guān)”.已知棱鏡對單色光a的折射率為1.5，D與底面BC間的距離為0.6d，單色光a在真空中的傳播速度為c.在兩棱鏡之間不充入介質(zhì)的情況下：（1）請通過推導(dǎo)說明是否能實現(xiàn)“開”功能；

（2）求單色光a在棱鏡中傳播的時間t.

考點3光路控制和光的色散現(xiàn)象［基礎(chǔ)考點］1.平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體（球）對光路的控制器材平行玻璃磚三棱鏡圓柱體（球）結(jié)構(gòu)玻璃磚上下表面是平行的橫截面為三角形的三棱鏡橫截面是圓對光線的作用

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

通過三棱鏡的光線經(jīng)兩次折射后，出射光線向棱鏡底面偏折

圓界面的法線是過圓心的直線，光線經(jīng)過兩次折射后向圓心偏折器材平行玻璃磚三棱鏡圓柱體（球）應(yīng)用測定玻璃的折射率

全反射棱鏡，改變光的傳播方向改變光的傳播方向顏色紅橙黃綠青藍(lán)紫頻率ν低→高同一介質(zhì)中的折射率小→大同一介質(zhì)中的速度大→小同一介質(zhì)中的波長大→小通過同一棱鏡的偏折角小→大同一介質(zhì)中的臨界角大→小同一裝置的雙縫干涉條紋間距大→小2.各種色光的比較分析1.（2023年全國甲卷）（多選）等腰三角形△abc為一棱鏡的橫截面，ab=ac；一平行于bc邊的細(xì)光束從ab邊射入棱鏡，在bc邊反射后從ac邊射出，出射光分成了不同顏色的兩束，甲光的出射點在乙光的下方，如圖所示.不考慮多次反射.下列說法正確的是

（）A.甲光的波長比乙光的長B.甲光的頻率比乙光的高C.在棱鏡中的傳播速度，甲光比乙光的大D.該棱鏡對甲光的折射率大于對乙光的折射率E.在棱鏡內(nèi)bc邊反射時的入射角，甲光比乙光的大ACE

2.如圖，某單色光從折射率為n=1.5、厚度為d=10.0cm的玻璃板上表面射入.已知真空中的光速為3.0×108m/s，則該單色光在玻璃板內(nèi)傳播的速度為

m/s；對于所有可能的入射角，該單色光通過玻璃板所用時間t的取值范圍是

s≤t<

s（不考慮反射）.

2×1085×10-10

知識鞏固練1.莊子與惠子游于濠梁之上.莊子曰：“鯈魚出游從容，是魚之樂也.”人在橋上觀魚

（）A.人能看到魚，魚不能看到人B.人看到的魚是經(jīng)反射所成的像C.魚看到的人的位置比人的實際位置低D.人看到的魚的位置比魚的實際位置高（本欄目對應(yīng)學(xué)生用書P436）D【解析】魚在水中，魚作為等效光源，是從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)，能夠發(fā)生全反射，因此，人可能看不到魚，而人在空氣中，人作為等效光源，是從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，不能夠發(fā)生全反射，因此，魚能看到人，因此魚能看到人，人不能看到魚，A錯誤；人看到的魚是經(jīng)光的折射所成的像，B錯誤；人在空氣中，人作為等效光源，入射角大于折射角，魚沿折射光線的反向延長線看去，魚看到的人的位置比人的實際位置高，C錯誤，D正確.

A

3.（2024年廣州天河區(qū)模擬）如圖所示，截面為矩形的玻璃磚ABCD，一束單色光從AB邊以入射角θ射入玻璃磚，光線恰好在AD邊上發(fā)生全反射.已知光在真空的傳播速度大小為3.0×108m/s，玻璃的折射率n=1.2.（1）簡要說明光束射入到玻璃磚后波長如何變化；

（2）求光在玻璃中的傳播速度；（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）（3）求入射角θ的正弦值.（結(jié)果可帶根號）

綜合