1、第 3 节 光的折射 全反射 光的色散一、折射定律及折射率1折射定律(如图所示)(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两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。(2)表达式：sin 1sin 2n12，式中 n12 是比例常数。(3)在光的折射现象中，光路是可逆的。2折射率(1)物理意义：折射率仅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偏折大，反之偏折小。(2)定义式：nsin 1sin 2。(3)计算公式：ncv，因为 vc，所以任何介质的折射率都大于 1。二、光的全反射和光的色散1全反射(1)条件：光从光密介质射入光疏介质。入射角
2、大于或等于临界角。(2)临界角：折射角等于 90时的入射角，用 C 表示，sin C1n。(3)应用：全反射棱镜。光导纤维，如图所示。2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：白光为复色光；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；不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速越慢。1思考辨析(正确的画“”，错误的画“”)(1)某种玻璃对蓝光的折射率比红光大，蓝光和红光以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光的折射角较大。()(2)在水中，蓝光的传播速度大于红光
3、的传播速度。()(3)在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里。()(4)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。()(5)光纤通信利用了全反射的原理。()(6)晚上，在池水中同一深度的两点光源分别发出红光和蓝光，蓝光光源看起来浅一些。()2(多选)下列光线由空气射入半圆形玻璃砖，或者由玻璃砖射入空气的光路图中，正确的是(玻璃的折射率为 1.5)()A B C DBD 光由空气进入玻璃时，折射角小于入射角，A 图错误，B 图正确；光由玻璃进入空气时，发生全反射的临界角 sin C1n23，sin 45 22 23，将发生全反射，C 图错误，D 图正确。3关于光的传播现
4、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小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，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 错误；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。4.(2019安庆二模)在阳光的照射下，充满雾气的瀑布上方常会出现美丽的彩虹，彩虹是太阳光射入球
5、形水珠经折射、内反射、再折射后形成的，其光线传播路径如图所示，图中的圆面代表水珠过球心的截面，太阳光平行截面射入球形水珠后，最后出射光线 a、b 分别代表两种不同颜色的光线，则水珠对 a、b两束光折射率的大小关系是 nanb；a、b 两种光在水珠内传播速度大小关系是 vavb。(均填“”或“nb；根据 ncv可知 a 光折射率较大，其速度较小，故va 5(2019衡水中学模拟)宽为 10 m 且中央水深为 4 m 的池塘边有一棵树，站在正对岸边的人看到树顶端的倒影与池塘底部中央的点光源在一条直线上。已知人眼到水面的高度为 1.5 m，树顶端到水面的高度为 6 m。则水的折射率为；若在水面上各处
6、都看不到该光，则至少要在水面上铺设直径为m 的遮光膜。解析 根据题意画出光路图，如图所示。BF10 m，CD4 m，AB1.5 m，EF6 m，由几何关系知 OB2 m，OD3 m，OA2.5 m，OC5 m，则水的折射率 nOBOAODOC43；若在水面上各处都看不到该光，则发生了全反射，sin C1n34，设遮光膜半径为 R，tan C R4 m，解得 R127 mnsin i3 式中 C 是全反射临界角，满足 nsin C1 由式知，棱镜的折射率 n 的取值范围应为 2 33 n2。答案(1)60(2)2 33 n2求解全反射现象中光的传播时间的技巧(1)准确地判断出恰好发生全反射的临界
7、光线是解题的关键。(2)光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定，所以作光路图时应尽量与实际相符。(3)光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化，即 vcn。(4)利用 tlv求解光的传播时间。跟进训练 全反射现象的应用1.一光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，可看成一段直线，其内芯和外套的材料不同，光在内芯中传播，下列关于光导纤维的说法正确的是()A内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射B内芯的折射率比外套的大，光传播时在外套与外界的界面上发生全反射C波长越长的光在光纤中传播的速度越小D频率越大的光在光纤中传播的速度越大A 当内芯的折射率比外套的
8、大时，光传播时在内芯与外套的界面上才能发生全反射，故选项 A 正确，B 错误；波长越长的光，频率越小，介质对它的折射率 n 越小，根据公式 vcn，光在光纤中传播的速度越大，故选项 C、D 错误。光的折射和全反射的综合计算2.(2019唐山一模)如图所示，内径为 R、外径为 R 2R 的环状玻璃砖的圆心为 O，折射率为 n 2。一束平行于对称轴 OO 的光线由 A 点进入玻璃砖，到达 B 点(未标出)刚好发生全反射。求：(1)玻璃砖的临界角；(2)A 点处光线的入射角和折射角。解析(1)由题给条件画出光路图，如图所示，因在 B 点刚好发生全反射，则 sin C1n 12 得 C45。(2)在O
9、AB 中，OA 2R，OBR，由正弦定律得 sin180C2Rsin rR 得 sin r12，r30 由sin isin rn 得 i45。答案(1)45(2)45 303.如图为三棱柱形棱镜的横截面，该横截面为直角边为 d1 m 的等腰直角三角形。一细光束由 AB 面斜射入，并逐渐调节入射角及入射点的位置，使细光束经 AB 面折射后直接射到 AC 面，且当细光束与 AB 面的夹角为 30时，该细光束恰好不能从 AC 面射出。求：(1)该棱镜的折射率为多大；(2)如果入射点到 A 点的距离为 d7，光在真空中的传播速度为 c3.0108m/s，则光束从 AB 面传播到 AC 面所用的时间应为
10、多少？(结果可保留根号)解析(1)由题意作出光路图，如图所示 由几何关系可知入射角为 9060 由于在 AC 面发生了全反射，则 n 1sin 又因为 2 在 AB 面上：nsin sin 解得：n 72。(2)由几何关系可知 OE d7，因为 sin 27 所以 cos 37，则 DE OEcos d3 33m 光在棱镜中的速度为 vcn 67108 m/s 则光束从 AB 面传播到 AC 面所用的时间 tDEv 2118 108 s。答案(1)72 (2)2118 108 s光的色散和光路控制 依题组训练1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
11、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。2平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制 类别项目 平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)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 对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底边偏折圆界面的法线是过圆心的直线，经过两次折射后向圆心偏折题组训练1.(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
12、。下列说法中正确的是()Aa 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BCD 由题图可以看出，a 侧光偏折得较厉害，三棱镜对 a 侧光的折射率较大，所以 a 侧光是紫光，波长较短，b 侧光是红光，波长较长，A 错误，B、C 正确；又 vcn，所以三棱镜中 a 侧光的传播速率小于 b 侧光的传播速率，D正确。2.(多选)(2019南宁二中检测)如图所示，一束由两种单色光混合的复色光沿PO 方向射向一上、下表面平行的厚玻璃平面镜的上表面，得到三束光、。下列有关这三束光的判断正确
13、的是()A光束仍为复色光，光束、为单色光B光束在玻璃中的传播速度比光束小C增大 角且 90，光束、会远离光束D改变 角且 90，光束、一定与光束平行ABD 由题意画出如图所示的光路图，可知光束是反射光线，所以仍是复色光，而光束、由于折射率的不同导致偏折分离，所以光束、是单色光，故 A 正确；由于光束的偏折程度大于光束，所以玻璃对光束的折射率大于对光束的折射率，根据 vcn可知，光束在玻璃中的传播速度比光束小，故 B 正确；当增大 角且 90，即入射角减小时，光束、会靠近光束，故 C 错误；因为厚玻璃平面镜的上下表面是平行的，根据光的入射角与反射角相等以及光的可逆性，可知改变 角且 90，光束、一定与光束平行，故 D 正确。