1、第2课时光的折射全反射一、光的折射定律折射率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性质的物理量。(2)定义式：n。(3)计算公式：n，因为v1，解得i1r1，所以折射光线向右偏折；根据折射定律有n，r1r2，解得i1i2，所以出射光线与入射光线平行，故选项C正确。2(2018全国卷)如图，ABC为一玻璃三棱镜的横截面，A30。一束红光垂直AB边射入，从AC边上的D点射出，其折射角为60，则玻璃对红
2、光的折射率为_。若改用蓝光沿同一路径入射，则光线在D点射出时的折射角_(填“小于”“等于”或“大于”)60。解析：根据光路的可逆性，在AC面由空气射入玻璃三棱镜，入射角为60时，折射角为30。根据光的折射定律有n。玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大，沿同一路径入射时，r角仍为30不变，对应的i角变大，因此折射角大于60。答案：大于3(2021年1月新高考8省联考重庆卷)将自然光引入室内进行照明是一种新型的绿色能源技术。某科技兴趣小组设计了一种接收太阳光的实验装置，如图2为过装置中心轴线的截面，上部的集光球是半径为R的某种均匀透明材料的半球体，下部为导光管，两部分的交界面是PQ。若只有PQ上方
3、高度hR范围内的光束平行于PQ射入后，能直接通过PQ面进入导光管(不考虑集光球内表面的反射)，求该材料的折射率。解析：由于不考虑集光球内表面的反射，所以最上面的一束光线的光路图如图所示，由几何关系可知sin 解得60可知入射角160折射角230根据折射定律可知，材料的折射率n。答案：4. (2018全国卷)如图，某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“”(图中O点)，然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上，小标记位于AC边上。D位于AB边上，过D点做AC边的垂线交AC于F。该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察，恰好可以看到小标记的像；过O点做AB边的垂线交直线DF于E
4、；DE2 cm，EF1 cm。求三棱镜的折射率。(不考虑光线在三棱镜中的反射)解析：如图所示，过D点作AB边的法线NN，连接OD，则、分别为O点发出的光线在D点的入射角和折射角，根据折射定律有n由几何关系可知6030在OEF中有OE2EF2 cm所以OED为等腰三角形，可得30解得n。答案：考点二全反射全反射现象的四点理解(1)光密介质和光疏介质是相对而言的。同一种介质，相对于其他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质。(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)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。(4)当光射到两种介质的
5、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。典例(2021年1月新高考8省联考河北卷)如图，一潜水员在距海岸A点45 m的B点竖直下潜，B点和灯塔之间停着一条长4 m的皮划艇。皮划艇右端距B点4 m，灯塔顶端的指示灯与皮划艇两端的连线与竖直方向的夹角分别为和，水的折射率为，皮划艇高度可忽略。(1)潜水员在水下看到水面上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里。若海岸上A点恰好处在倒立圆锥的边缘上，求潜水员下潜的深度；(2)求潜水员竖直下潜过程中看不到灯塔指示灯的深度范围。解析(1)设潜水员下潜深度为h，水的折射率为，海岸上A点恰好处在倒立圆锥的边缘上，sin
6、得临界角正弦为sin 解得：h15 m。(2)潜水员竖直下潜过程中看不到灯塔指示灯时，灯塔指示灯的光恰好被皮划艇挡住。设入射角为的光线的折射角为，入射角为的折射角为，则，根据几何关系可知sin ，sin 解得：h1 m，h2 m故潜水员竖直下潜过程中看不到灯塔指示灯的深度范围 m m。答案(1)15 m(2) m m集训冲关1(2021山东新高考模拟)如图所示，由某种透明介质制成的长直细圆柱体置于真空中。某种单色光在介质中传输，经过多次全反射后从右端射出。若以全反射临界角传输的光线刚好从右端以张角2出射，则此介质的折射率为()A.B.C. D.解析：选D设介质中发生全反射的临界角为，如图，则由
7、全反射临界角与折射率的关系可知：sin 。由图，经多次全反射后从右端射出时，入射角和反射角满足关系：n。联立两式可得n。2(2019江苏高考)如图所示，某L形透明材料的折射率n2。现沿AB方向切去一角，AB与水平方向的夹角为。为使水平方向的光线射到AB面时不会射入空气，求的最大值。解析：光线不射入空气中，则在AB面发生全反射，有sin C，且由几何关系得：C90，得60。答案：603. (2019全国卷)如图，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，A90，B30。一束光线平行于底边BC射到AB边上并进入棱镜，然后垂直于AC边射出。(1)求棱镜的折射率；(2)保持AB边上的入射点不变，逐渐减小入射角
8、，直到BC边上恰好有光线射出。求此时AB边上入射角的正弦。解析： (1)光路图及相关量如图所示。光束在AB边上折射，由折射定律得n式中n是棱镜的折射率。由几何关系可知60由几何关系和反射定律得B联立式，并代入i60得n。(2)设改变后的入射角为i，折射角为，由折射定律得n依题意，光束在BC边上的入射角为全反射的临界角c，且sin c由几何关系得c30由式得入射角的正弦为sin i。答案：(1)(2)4(2020全国卷)如图，一折射率为 的材料制作的三棱镜，其横截面为直角三角形ABC，A90，B30。一束平行光平行于BC边从AB边射入棱镜，不计光线在棱镜内的多次反射，求AC边与BC边上有光出射区
9、域的长度的比值。解析：如图(a)所示，设从D点入射的光线经折射后恰好射向C点，光在AB边上的入射角为1，折射角为2，由折射定律有sin 1nsin 2设从DB范围入射的光折射后在BC边上的入射角为，由几何关系有302由式并代入题给数据得230nsin 1所以，从DB范围入射的光折射后在BC边上发生全反射，反射光线垂直射到AC边，AC边上全部有光射出。设从AD范围入射的光折射后在AC边上的入射角为，如图(b)所示。由几何关系有902由式和已知条件可知nsin 1即从AD范围入射的光折射后在AC边上发生全反射，反射光线垂直射到BC边上。设BC边上有光线射出的部分为CF，由几何关系得CFACsin
10、30AC边与BC边有光出射区域的长度的比值为2。答案：2考点三光的色散各种色光的比较颜色红橙黄绿青蓝紫波长大小频率低高同一介质中的折射率小大同一介质中的传播速度大小同一介质中的临界角大小折射时的偏折程度小大通过棱镜的偏折角小大典例某物理兴趣小组用实验探究光的色散规律，他们将半圆形玻璃砖放在竖直面内，在其左方竖直放置一个很大的光屏P，让一复色光束SA射向玻璃砖的圆心O后，有a和b两束单色光射向光屏P，如图所示。他们根据实验现象提出了以下四个猜想，你认为正确的是()A单色光a的波长小于单色光b的波长B在玻璃中单色光a的传播速度大于单色光b的传播速度C单色光a通过玻璃砖所需的时间大于单色光b通过玻璃
11、砖所需的时间D在光束SA绕圆心O逆时针转动的过程中，在光屏P上最早消失的是a光解析由题图知，a光的偏折程度小于b光的，所以a光的折射率小于b光的折射率，则a光的波长大于b光的波长，故A错误；由v知，b光在玻璃砖中传播速度较小，时间较长，故B正确，C错误；由sin C知a光的临界角较大，b光的临界角较小，则当光束SA绕圆心O逆时针转动过程中，在光屏P上最早消失的是b光，D错误。答案B不同颜色的光，波长不同，频率不同；同种颜色的光在不同介质中折射率不同，传播速度和波长不同，但频率相同，说明光的颜色由频率决定。集训冲关1(2021年1月新高考8省联考湖北卷)(多选)如图所示，一束复色光经三棱镜后分开
12、成a、b、c和d四种单色光，用这四种单色光分别照射金属钾板，其中c光恰好可从金属钾板上打出光电子；也可以用这四种单色光分别作为双缝干涉实验的光源。下列说法正确的是()Ad光的频率最高Bd光在棱镜中的折射率最小Ca光产生的干涉条纹宽度最大Da光打出的光电子的遏止电压最大解析：选BD由光路图可知，a光通过三棱镜的偏折程度最大，则折射率最大，a光的频率最大，d光的折射率最小，则频率最低，选项A错误，B正确；因a光的频率最大，则波长最短，根据x可知，a光产生的干涉条纹宽度最小，选项C错误；因为c光恰好可从金属钾板上打出光电子，则a光一定能发生光电效应，因a光的频率最大，则根据Ucemvm2hW0，可知
13、，a光打出的光电子的遏止电压最大，选项D正确。2. (2021南宁二中检测)(多选)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、一定与光束平行解析：选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v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。