第二講　光的折射　全反射

第二講光的折射全反射綱舉目張·主干系統(tǒng)××××√√×關(guān)鍵知能·逐點(diǎn)清障提能點(diǎn)(一)光的折射[題點(diǎn)自主盤查]1.

[折射定律的理解]如圖所示，實(shí)線為空氣和水的分界面，一束藍(lán)光從空氣中的A點(diǎn)沿AO1方向(O1點(diǎn)在分界面上，圖中O1點(diǎn)和入射光線都未畫出)射向水中，折射后通過水中的B點(diǎn)。圖中O點(diǎn)為A、B連線與分界面的交點(diǎn)。下列說法錯(cuò)誤的是

(

)A．O1點(diǎn)在O點(diǎn)的右側(cè)B．藍(lán)光從空氣中射入水中時(shí)，速度變小C．若沿AO1方向射向水中的是一束紫光，則折射光線有可能通過B點(diǎn)正下方的C點(diǎn)D．若沿AO1方向射向水中的是一束紅光，則折射光線有可能通過B點(diǎn)正上方的D點(diǎn)解析：根據(jù)折射定律，可知光由空氣斜射入水中時(shí)入射角大于折射角，則畫出光路圖如圖所示，知O1點(diǎn)應(yīng)在O點(diǎn)的左側(cè)，故A錯(cuò)誤；光從光疏介質(zhì)(空氣)射入光密介質(zhì)(水)中時(shí)，速度變小，故B正確；紫光的折射率大于藍(lán)光，所以折射角要小于藍(lán)光的，則折射光線可能通過B點(diǎn)正下方的C點(diǎn)，故C正確；紅光的折射率小于藍(lán)光，折射角要大于藍(lán)光的，則折射光線可能通過B點(diǎn)正上方的D點(diǎn)，故D正確。答案：A答案：A3．[折射定律的應(yīng)用]

(2021·湖南高考)我國(guó)古代著作《墨經(jīng)》中記載了小孔成倒像的實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)到光沿直線傳播。身高1.6m的人站在水平地面上，其正前方0.6m處的豎直木板墻上有一個(gè)圓柱形孔洞，直徑為1.0cm、深度為1.4cm，孔洞距水平地面的高度是人身高的一半。此時(shí)，由于孔洞深度過大，使得成像不完整，如圖所示。現(xiàn)在孔洞中填充厚度等于洞深的某種均勻透明介質(zhì)，不考慮光在透明介質(zhì)中的反射。(1)若該人通過小孔能成完整的像，透明介質(zhì)的折射率最小為多少？(2)若讓掠射進(jìn)入孔洞的光能成功出射，透明介質(zhì)的折射率最小為多少？[知能自主落實(shí)]1．折射率的理解(1)公式n＝

中，不論是光從真空射入介質(zhì)，還是從介質(zhì)射入真空，θ1總是真空中的光線與法線間的夾角，θ2總是介質(zhì)中的光線與法線間的夾角。(2)折射率由介質(zhì)本身性質(zhì)決定，與入射角的大小無關(guān)。(3)折射率與介質(zhì)的密度沒有關(guān)系，光密介質(zhì)不是指密度大的介質(zhì)，光疏介質(zhì)不是指密度小的介質(zhì)。(4)折射率的大小不僅與介質(zhì)本身有關(guān)，還與光的頻率有關(guān)。同一種介質(zhì)中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越小。(5)同一種色光，在不同介質(zhì)中雖然波速、波長(zhǎng)不同，但頻率相同。(6)折射率的大小不僅反映了介質(zhì)對(duì)光的折射本領(lǐng)，也反映了光在介質(zhì)中傳播速度的大小v＝

。2．解決光的折射問題的一般思路(1)根據(jù)題意畫出正確的光路圖。(2)利用幾何關(guān)系確定光路中的邊、角關(guān)系，要注意入射角、折射角均以法線為標(biāo)準(zhǔn)。(3)利用折射定律、折射率公式求解。(4)注意：在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。如果讓光線逆著原來的折射光線射到界面上，光線就會(huì)逆著原來的入射光線發(fā)生折射。提能點(diǎn)(二)光的全反射解答全反射問題的“兩個(gè)技巧”“四點(diǎn)注意”兩個(gè)技巧(1)解答全反射類問題時(shí)，要抓住發(fā)生全反射的兩個(gè)條件：①光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)；②入射角大于或等于臨界角。(2)利用好光路圖中的臨界光線，準(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)生全反射的光路圖是解題的關(guān)鍵，且在畫光路圖時(shí)盡量與實(shí)際相符。四點(diǎn)注意(1)明確哪種是光密介質(zhì)、哪種是光疏介質(zhì)。同一種介質(zhì)，相對(duì)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)如果光線從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，則無論入射角多大，都不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象。(3)光的反射、折射和全反射現(xiàn)象，光路均是可逆的。(4)當(dāng)光射到兩種介質(zhì)的界面上時(shí)，往往同時(shí)發(fā)生光的折射和反射現(xiàn)象，但在全反射現(xiàn)象中，只發(fā)生反射，不發(fā)生折射。續(xù)表[典例]

(2022·全國(guó)甲卷)如圖，邊長(zhǎng)為a的正方形ABCD為一棱鏡的橫截面，M為AB邊的中點(diǎn)。在截面所在的平面，一光線自M點(diǎn)射入棱鏡，入射角為60°，經(jīng)折射后在BC邊的N點(diǎn)恰好發(fā)生全反射，反射光線從CD邊的P點(diǎn)射出棱鏡，求棱鏡的折射率以及P、C兩點(diǎn)之間的距離。[針對(duì)訓(xùn)練]

臨界角的理解1．(2021·廣東高考)如圖所示，一種光學(xué)傳感器是通過接收器Q接收到光的強(qiáng)度變化而觸發(fā)工作的。光從擋風(fēng)玻璃內(nèi)側(cè)P點(diǎn)射向外側(cè)M點(diǎn)再折射到空氣中，測(cè)得入射角為α，折射角為β；光從P點(diǎn)射向外側(cè)N點(diǎn)，剛好發(fā)生全反射并被Q接收，求光從玻璃射向空氣時(shí)臨界角θ的正弦值表達(dá)式。

光在三角形玻璃磚中的全反射2．(2020·全國(guó)卷Ⅱ)

直角棱鏡的折射率n＝1.5，其橫截面如圖所示，圖中∠C＝90°，∠A＝30°，截面內(nèi)一細(xì)束與BC邊平行的光線，從棱鏡AB邊上的D點(diǎn)射入，經(jīng)折射后射到BC邊上。(1)光線在BC邊上是否會(huì)發(fā)生全反射？說明理由；(2)不考慮多次反射，求從AC邊射出的光線與最初的入射光線夾角的正弦值。答案：BD

(1)潛水員在水下看到水面上的所有景物都出現(xiàn)在一個(gè)倒立的圓錐里。若海岸上A點(diǎn)恰好處在倒立圓錐的邊緣上，求潛水員下潛的深度；(2)求潛水員豎直下潛過程中看不到燈塔指示燈的深度范圍。提能點(diǎn)(三)光的色散、光路控制問題[題點(diǎn)自主盤查]

三棱鏡的色散1．(2021年8省聯(lián)考·湖北卷)

(多選)如圖所示，一束復(fù)色光經(jīng)三棱鏡后分開成a、b、c和d四種單色光，用這四種單色光分別照射金屬鉀板，其中c光恰好可從金屬鉀板上打出光電子；也可以用這四種單色光分別作為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的光源。下列說法正確的是

(

)A．d光的頻率最高B．d光在棱鏡中的折射率最小C．a(chǎn)光產(chǎn)生的干涉條紋寬度最大D．a(chǎn)光打出的光電子的遏止電壓最大答案：BD

平行玻璃磚的色散2．

(多選)如圖所示，一束由兩種單色光混合的復(fù)色光沿PO方向射向一上、下表面平行的厚玻璃平面鏡的上表面，得到三束光Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。下列有關(guān)這三束光的判斷正確的是

(

)A．光束Ⅰ仍為復(fù)色光，光束Ⅱ、Ⅲ為單色光B．光束Ⅱ在玻璃中的傳播速度比光束Ⅲ小C．增大α角且α<90°，光束Ⅱ、Ⅲ會(huì)遠(yuǎn)離光束ⅠD．改變?chǔ)两乔姚?lt;90°，光束Ⅱ、Ⅲ一定與光束Ⅰ平行答案：ABD

(半)球形玻璃的色散3.

(2021·北京等級(jí)考)如圖所示的平面內(nèi)，光束a經(jīng)圓心O射入半圓形玻璃磚，出射光為b、c兩束單色光。下列說法正確的是

(

)A．這是光的干涉現(xiàn)象B．在真空中光束b的波長(zhǎng)大于光束c的波長(zhǎng)C．玻璃磚對(duì)光束b的折射率大于對(duì)光束c的折射率D．在玻璃磚中光束b的傳播速度大于光束c的傳播速度答案：C

全反射棱鏡對(duì)光路的控制4.

自行車上的紅色尾燈不僅是裝飾品，也是夜間騎車的安全指示燈，它能把來自后面的光照反射回去。某種自行車尾燈可簡(jiǎn)化為由許多整齊排列的等腰直角三棱鏡(折射率n＞

)組成，棱鏡的橫截面如圖所示。一平行于橫截面的光線從O點(diǎn)垂直AB邊射入棱鏡，先后經(jīng)過AC邊和CB邊反射后，從AB邊的O′點(diǎn)射出，則出射光線是

(

)A．平行于AC邊的光線①

B．平行于入射光線的光線②C．平行于CB邊的光線③

D．平行于AB邊的光線④解析：光線從O點(diǎn)垂直AB邊射入棱鏡后經(jīng)AC邊和CB邊反射，平行于入射光線從O′點(diǎn)射出，故B正確。答案：B

[知能自主落實(shí)]1．光的色散(1)現(xiàn)象：一束白光通過三棱鏡后在屏上會(huì)形成彩色光帶。(2)成因：棱鏡材料對(duì)不同色光的折射率不同，對(duì)紅光的折射率最小，紅光通過棱鏡后的偏折程度最小，對(duì)紫光的折射率最大，紫光通過棱鏡后的偏折程度最大，從而產(chǎn)生色散現(xiàn)象。2．各種色光的比較分析顏色紅橙黃綠青藍(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(zhǎng)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3．平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對(duì)光路的控制特點(diǎn)

平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)結(jié)構(gòu)