1、第三节光的折射全反射(实验：测定玻璃的折射率)一、光的折射与折射率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(2)表达式：n.(3)在光的折射现象中，光路是可逆的2折射率(1)折射率是一个反映介质的光学特性的物理量(2)定义式：n.(3)计算公式：n，因为v0)现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值(n0)，称为负折射率材料位于空气中的这类材料，入射角i与折射角r依然满足n，但是折射线与入射线位于法线的同一侧(此时折射角取负值)现空气中有一上下表面平行的负折射率材料，一束电磁
2、波从其上表面射入，下表面射出若该材料对此电磁波的折射率n1，正确反映电磁波穿过该材料的传播途径的示意图是()解析：选B.由题意知，折射线和入射线位于法线的同一侧，n1，由折射定律可知，入射角等于折射角，所以选项B正确考点二全反射现象 1在光的反射和全反射现象中，均遵循光的反射定律；光路均是可逆的2当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射当折射角等于90时，实际上就已经没有折射光了3全反射现象可以从能量的角度去理解：当光由光密介质射向光疏介质时，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，
3、折射光的能量已经减弱为零，这时就发生了全反射如图所示，为某种透明介质的截面图，AOC为等腰直角三角形，BC为半径R10 cm的四分之一圆弧，AB与水平屏幕MN垂直并接触于A点由红光和紫光两种单色光组成的复色光射向圆心O，在AB分界面上的入射角i45，结果在水平屏幕MN上出现两个亮斑，已知该介质对红光和紫光的折射率分别为n1，n2.(1)判断在AM和AN两处产生亮斑的颜色；(2)求两个亮斑间的距离解析(1)设红光和紫光的临界角分别为C1、C2，sin C1，C160，同理C245，i45C2光线在玻璃砖内会发生三次全反射，最后由G点射出，如图，由反射定律和几何关系得OGOCR射到G点的光有一部分
4、被反射，沿原路返回到达C点射出答案(1)R(2)光线从G点射出时，OGOCR，射到G点的光有一部分被反射，沿原路返回到达C点射出3.(2014高考重庆卷)打磨某剖面如图所示的宝石时，必须将OP、OQ边与轴线的夹角切磨在12，光线一定在OP边发生全反射B若2，光线会从OQ边射出C若1，光线会从OP边射出D若2，光线不能在OP边上发生全反射；若1，光线不能在OQ边上发生全反射，综上所述，选项D正确考点四实验：测定玻璃的折射率1实验原理用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线OB，确定出O点，画出折射光线OO，然后测量出角1和2，代入公式n计算玻璃的折射率2实验过程(1)铺白纸、画线如图所示，将白纸
5、用图钉按在平木板上，先在白纸上画出一条直线aa作为界面，过aa上的一点O画出界面的法线MN，并画一条线段AO作为入射光线把玻璃砖平放在白纸上，使它的长边跟aa对齐，画出玻璃砖的另一条长边bb.(2)插针与测量在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向，直到P1的像被P2挡住，再在观察的这一侧依次插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P1、P2的像及P3，记下P3、P4的位置移去玻璃砖，连接P3、P4并延长交bb于O，连接OO即为折射光线，入射角1AOM，折射角2OON.用量角器测出入射角和折射角，查出它们的正弦值，将数据填
6、入表格中改变入射角1，重复实验步骤，列表记录相关测量数据3数据处理(1)计算法：用量角器测量入射角1和折射角2，并查出其正弦值sin 1和sin 2.算出不同入射角时的，并取平均值(2)作sin 1sin 2图象：改变不同的入射角1，测出不同的折射角2，作sin 1sin 2图象，由n可知图象应为直线，如图所示，其斜率为折射率(3)“单位圆”法确定sin 1、sin 2，计算折射率n：以入射点O为圆心，以一定的长度R为半径画圆，交入射光线OA于E点，交折射光线OO于E点，过E作NN的垂线EH，过E作NN的垂线EH.如图所示，sin 1，sin 2，OEOER，则n.只要用刻度尺量出EH、EH的
7、长度就可以求出n.4注意事项(1)玻璃砖应选用厚度、宽度较大的(2)大头针要插得竖直，且间隔要大些(3)入射角不宜过大或过小，一般在1575之间(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(5)实验过程中，玻璃砖和白纸的相对位置不能改变.扫一扫进入91导学网() 测玻璃折射率的各种不同方法学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图所示在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2，并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，
8、EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可直接读出液体折射率的值，则：(1)若AOF30，OP3与OC的夹角为30，则P3处所对应的折射率的值为_(2)图中P3、P4两位置_处所对应的折射率值大(3)作AO的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率值应为_解析(1)根据折射定律n，题中160，2AOF30，所以n1.73.(2)图中P4对应的入射角大于P3所对应的入射角，所以P4对应的折射率大(3)因A、O、K在一条直线上，入射角等于折射角，所
9、以K处对应的折射率为1.答案(1)1.73(2)P4(3)1方法技巧两像重合法测折射率如图所示，一个学生用广口瓶和刻度尺测定水的折射率，请填写下述实验步骤中的空白(1)用刻度尺测出广口瓶瓶口内径d.(2)在瓶内装满水(3)将刻度尺沿瓶口边缘_插入水中(4)沿广口瓶边缘向水中刻度尺正面看去，若恰能看到刻度尺的0刻度(即图中A点)，同时看到水面上B点刻度的像B恰与A点的像相重合(5)若水面恰与直尺的C点相平，读出_和_的长度(6)由题中所给条件，可以计算水的折射率n_.审题点睛(1)B点是B点的反射成像和A点折射成像的重合点，即反射光线与折射光线重合，反射现象中的入射角等于折射现象中的折射角(2)
10、在用n计算时，分子、分母不要代错解析由光路图知：sin 1，sin 2，根据折射定律n.答案(3)竖直(5)ACAB(6) 1(2015贵州六校联考)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AO1方向(O1点在分界面上，图中O1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O点为A、B连线与分界面的交点下列说法正确的是()AO1点在O点的右侧B蓝光从空气中射入水中时，速度变小C若沿AO1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AO1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D点E若蓝光沿AO方向射向水中，则折射光线有可能通
11、过B点正上方的D点解析：选BCD.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O1点应在O点的左侧，故A错光从光疏介质(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B点下方的C点，故C对若是红光，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D点，故D对若蓝光沿AO方向射入，据折射定律，知折射光线不能能过B点正上方的D点，故E错2. (2015杭州模拟)如图所示，一束复色光从长方体玻璃砖上表面射入玻璃，穿过玻璃后从侧面射出，变为a、b两束单色光，则以下说法正确的是 ()A玻璃对a光的折射率较大B在
12、玻璃中b光的波长比a光短C在玻璃中b光传播速度比a光大D减小入射角i，a、b光线有可能消失解析：选BD.由图可知折射率nanb，则avb，综上得ba，故A、C错误，B正确减小入射角i，由几何关系可知在玻璃内的入射角变大，可能发生全反射，a、b都可能消失，D正确3(2015江苏盐城模拟)如图所示，空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为r，外圆半径为R，Rr.现有一束单色光垂直于水平端面A射入透明柱体，只经过两次全反射就垂直于水平端面B射出设透明柱体的折射率为n，光在透明柱体内传播的时间为t，若真空中的光速为c，则()An可能为Bn可能为2Ct可能为Dt可能为解析：选AB.光线从A端
13、面右端点C射入，光路如图因为sin ，Rr，可得45，CEr，则光线EF与半径为r的圆相切，由几何关系和题意，经两次反射，可知满足条件的只有此条光线，所以临界角C45，则n，故A、B正确根据光在介质中传播距离s4r，介质中光速v，光传播时间t，解得t，故C、D错4一束单色光由空气射入玻璃，这束光的()A速度变慢，波长变短B速度不变，波长变短C频率增高，波长变长D频率不变，波长变长解析：选A.光从空气射入玻璃中，其频率f不变；又由nc/v，推出速度v变小；再由vf，推出变小故A正确5如图，半圆形玻璃砖置于光屏PQ的左下方一束白光沿半径方向从A点射入玻璃砖，在O点发生反射和折射，折射光在光屏上呈现
14、七色光带若入射点由A向B缓慢移动，并保持白光沿半径方向入射到O点，观察到各色光在光屏上陆续消失在光带未完全消失之前，反射光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是()A减弱，紫光B减弱，红光C增强，紫光 D增强，红光解析：选C.因n红C紫，因此当增大入射角时，紫光先发生全反射，紫光先消失，且当入射光的入射角逐渐增大时，折射光强度会逐渐减弱，反射光强度会逐渐增强，故应选C.6(2014高考江苏卷)Morpho蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒， 这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉. 电子显微镜下鳞片结构的示意图如下. 一束光以入射角 i 从 a 点入射，经过折射和反射后从 b 点
15、出射. 设鳞片的折射率为 n, 厚度为 d, 两片之间空气层厚度为h. 取光在空气中的速度为 c，求光从 a 到 b 所需的时间 t. 解析：设光在鳞片中的折射角为，由折射定律知sin insin 在鳞片中传播的路程l1，传播速度v，传播时间t1，解得t1同理，在空气中的传播时间t2则tt1t2.答案：一、选择题1(2013高考四川卷)光射到两种不同介质的分界面，分析其后的传播情形可知()A折射现象的出现说明光是纵波B光总会分为反射光和折射光C折射光与入射光的传播方向总是不同的D发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同解析：选D.光的折射不能反映光是纵波还是横波，由光的偏振现象可知光是横波，
16、选项A错误；当光从光密介质射入光疏介质，且入射角大于等于临界角时，发生全反射现象，没有折射光，选项B错误；当光线垂直于界面入射时，折射光与入射光的传播方向相同，选项C错误；发生折射是因为光的传播速度在不同介质中不同，选项D正确2(2013高考浙江卷)与通常观察到的月全食不同，小虎同学在2012年12月10日晚观看月全食时，看到整个月亮是暗红的小虎画了月全食的示意图，并提出了如下猜想，其中最为合理的是()A地球上有人用红色激光照射月球B太阳照射到地球的红光反射到月球C太阳光中的红光经地球大气层折射到月球D太阳光中的红光在月球表面形成干涉条纹解析：选C.A选项中地月之间距离较大，激光能量不足以照亮
17、整个月球；B选项中太阳照射到地球上的红光被反射后应该朝向太阳一侧；D选项中不满足光的干涉条件3(2015湖北黄梅一中质检)如图，一个三棱镜的截面为等腰直角ABC，A为直角此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边，进入棱镜后直接射到AC边上，并刚好能发生全反射该棱镜材料的折射率为()A.B.C. D.解析：选A.如图所示，由23，n与n，解得n.4(2014高考四川卷)如图所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球，则()A小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球B小球所发的光能从水面任何区域射出C小球所发的光从水中进入空气后频率变大D小球所发的光从水中进入空气后传播速度
18、变大 解析：选D.发光小球沿水平方向发出的光，均能射出玻璃缸，不发生全反射，选项A错误；小球发出的光射到水面上时，当入射角大于等于临界角时，会发生全反射，选项B错误；光的频率由光源决定，光由一种介质进入另一种介质时，光的频率不变，选项C错误；根据n，光在水中的传播速度较小，选项D正确5(2015南昌调研)折射率n的直角玻璃三棱镜截面如图所示，一束单色光从AB面入射，入射角为i(图中未标出)，ab为其折射光线，ab与AB面的夹角60，则()Ai45，光在AC面上不发生全反射Bi45，光在AC面上发生全反射Ci30，光在AC面上不发生全反射Di30，光在AC面上发生全反射解析：选B.由题图中几何关
19、系可知折射角r30，由折射定律n可得，入射角i45.由全反射关系可知，临界角sin C，C45，由几何关系可得，光在AC面上入射角为60，因此光在AC面上会发生全反射所以答案选B.6(2013高考天津卷)固定的半圆形玻璃砖的横截面如图，O点为圆心，OO为直径MN的垂线足够大的光屏PQ紧靠玻璃砖右侧且垂直于MN.由A、B两种单色光组成的一束光沿半径方向射向O点，入射光线与OO夹角较小时，光屏NQ区域出现两个光斑，逐渐增大角，当时，光屏NQ区域A光的光斑消失，继续增大角，当时，光屏NQ区域B光的光斑消失，则()A玻璃砖对A光的折射率比对B光的大BA光在玻璃砖中传播速度比B光的大C时，光屏上只有1个
20、光斑D，故nAnB，选项A正确；根据n，得vAvB，选项B错误；当时，A光发生全反射，B光发生折射和反射，在光屏PQ上有两个光斑，选项C错误；当时，A、B两光都发生全反射，光屏PQ上有一个光斑，选项D正确7如图所示是一玻璃球体，其半径为R，O为球心，AB为水平直径M点是玻璃球的最高点，来自B点的光线BD从D点射出，出射光线平行于AB，已知ABD30，光在真空中的传播速度为c，则()A此玻璃的折射率为B光线从B到D需用时C若增大ABD，光线不可能在DM段发生全反射现象D若减小ABD，从AD段射出的光线均平行于AB解析：选AB.由题图可知光线在D点的入射角为i30，折射角为r60，由折射率的定义得
21、n知n，A正确；光线在玻璃中的传播速度为vc，由题图知BDR，所以光线从B到D需用时t，B正确；若增大ABD，则光线射向DM段时入射角增大，射向M点时为45，而临界角满足sin Csin 45，即光线可以在DM段发生全反射现象，C错误；要使出射光线平行于AB，则入射角必为30，D错误8. (2015安徽六校联考)如图所示，AOB为透明扇形玻璃砖，圆心角AOB60，OM为AOB的角平分线，平行于OM的单色光在空气中由OA边射入玻璃砖，经OA面折射后的光线恰平行于OB.则下列说法中正确的是()A该玻璃的折射率为2B经OA面折射后的光线射到AMB面都将发生全反射C该入射光在空气中的波长与玻璃砖中的波
22、长相等D该入射光在空气中的频率与玻璃砖中的频率相等解析：选D.依题意作出光路图(图略)，由几何知识得：入射角i60，折射角r30，由折射定律n得n，A错误；由sin C可知，光在此介质中发生全反射的临界角C大于30，经OA面折射后照射到面这一范围的光线可能发生全反射，经OA面折射后照射到范围的光线不能发生全反射，B错误；光在不同介质中传播的过程中频率不变，D正确；若光在真空中的传播速度为c，则光在玻璃砖中的传播速度为vc，由vf可知，该入射光在空气和玻璃砖中的波长不同，C错误9.(2015浙江部分学校联考)如图所示，将一个折射率为n的透明长方体放在空气中，矩形ABCD是它的一个截面，一单色细光
23、束入射到P点，入射角为，APAD，则()A若要使光束进入长方体后能射至AD上，角的最小值为arcsin nB若要使光束进入长方体后能射至AD上，角的最小值为arcsin nC若要此光束在AD上发生全反射，角的范围应满足arcsin narcsinD若要此光束在AD上发生全反射，角的范围应满足arcsin n1，故光是从空气射入玻璃的，入射角为1，A正确由折射率的定义知n1.5，B错误，C正确由临界角定义知临界角的正弦值sin C0.67，D正确故选B.答案：见解析11(2015潍坊模拟)半径为R的玻璃半圆柱体，横截面如图所示，圆心为O，底边水平一束单色光竖直向下射向圆柱面，入射点为P，入射角为
24、60，经折射后射向底边的Q点(图中未画出)已知玻璃的折射率n.(1)求P、Q间的距离；(2)光线PQ能否在Q点发生全反射？解析：(1)画出光路图，如图所示由折射定律n其中60，n得折射角30由几何关系得cos 30cos 60得PQR.(2)在底面上Q点，入射角为30，sin 30，故不能发生全反射答案：(1)R(2)不能12.(2014高考山东卷)如图，三角形ABC为某透明介质的横截面，O为BC边的中点，位于截面所在平面内的一束光线自O以角i入射，第一次到达AB边恰好发生全反射已知15，BC边长为2L，该介质的折射率为.求：(1)入射角i；(2)从入射到发生第一次全反射所用的时间(设光在真空中的速度为c，可能用到：sin 75或tan 152)解析：(1)根据全反射定律可知，光线在AB面上P点的入射角等于临界角C，由折射定律得sin C代入数据得C45.设光线在BC面上的折射角为r，由几何关系得r30由折射定律得n联立式，代入数据得i45.(2)在OPB中，根据正弦定理得设所用时间为t，光线在介质中的速度为v，得vt又v联立式，代入数据得t.答案：(1)45(2)