基礎(chǔ)課3光的折射全反射 光的折射定律折射率 1 折射現(xiàn)象光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時傳播方向發(fā)生的現(xiàn)象 如圖1所示 知識排查 改變 圖1 兩側(cè) 正比 3 折射率 1 物理意義 折射率反映介質(zhì)的光學(xué)特性 折射率大 說明光從真空射入到該介質(zhì)時 反之偏折角小 2 定義式 n 不能說n與sin 1成正比 與sin 2成反比 折射率由介質(zhì)本身的光學(xué)性質(zhì)和光的決定 3 計算公式 n 因v c 故任何介質(zhì)的折射率總大于1 全反射光導(dǎo)纖維 1 全反射 1 定義 光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時 當(dāng)入射角增大到某一角度 折射光線 只剩下反射光線的現(xiàn)象 2 條件 光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì) 入射角臨界角 3 臨界角 折射角等于90 時的入射角 若光從光密介質(zhì) 折射率為n 射向真空或空氣時 發(fā)生全反射的臨界角為C 則sinC 介質(zhì)的折射率越大 發(fā)生全反射的臨界角越小 消失 大于等于 2 光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維的原理是利用光的全反射 如圖2 圖2 小題速練 1 思考判斷 1 光從空氣射入玻璃時 只要入射角足夠大可能發(fā)生全反射 2 在水中 藍光的傳播速度大于紅光的傳播速度 3 在潛水員看來 岸上的所有景物都出現(xiàn)在一個倒立的圓錐里 4 光纖通信利用了全反射的原理 5 晚上 在池水中同一深度的兩點光源分別發(fā)出紅光和藍光 藍光光源看起來淺一些 答案 1 2 3 4 5 2 2018 陜西渭南二模 多選 a b兩種單色光組成的光束從玻璃進入空氣時 其折射光束如圖3所示 則關(guān)于a b兩束光的說法正確的是 A 玻璃對a光的折射率小于對b光的折射率B 增大入射角時 a光首先發(fā)生全反射C a光的頻率大于b光的頻率D 在真空中a光的波長大于b光的波長E 分別用這兩束光照射雙縫干涉實驗裝置 在光屏上都能出現(xiàn)干涉條紋 a光的相鄰條紋間距大于b光的相鄰條紋間距 圖3 答案ADE 折射定律折射率 1 對折射率的理解 2 光路的可逆性在光的折射現(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 光線就會逆著原來的入射光線發(fā)生折射 典例 2017 全國卷 34 2 一直桶狀容器的高為2l 底面是邊長為l的正方形 容器內(nèi)裝滿某種透明液體 過容器中心軸DD 垂直于左右兩側(cè)面的剖面圖如圖4所示 容器右側(cè)內(nèi)壁涂有反光材料 其他內(nèi)壁涂有吸光材料 在剖面的左下角處有一點光源 已知由液體上表面的D點射出的兩束光線相互垂直 求該液體的折射率 圖4 解析設(shè)從光源發(fā)出直接射到D點的光線的入射角為i1 折射角為r1 在剖面內(nèi)作光源相對于反光壁的鏡像對稱點C 連接C D 交反光壁于E點 由光源射向E點的光線 反射后沿ED射向D點 光線在D點的入射角為i2 折射角為r2 如圖所示 設(shè)液體的折射率為n 由折射定律有nsini1 sinr1 nsini2 sinr2 由題意知r1 r2 90 聯(lián)立 式得n 1 55 答案1 55 解決光的折射問題的思路 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 在折射現(xiàn)象中光路是可逆的 1 2018 遼寧本溪聯(lián)合模擬 多選 如圖5所示 O1O2是半圓柱形玻璃體的對稱面和紙面的交線 A B是關(guān)于O1O2軸等距且平行的兩束不同單色細(xì)光束 從玻璃體右方射出后的光路如圖所示 MN是垂直于O1O2放置的光屏 沿O1O2方向不斷左右移動光屏 可在屏上得到一個光斑P 根據(jù)該光路圖 下列說法正確的是 A 該玻璃體對A光的折射率比對B光的折射率小B A光的頻率比B光的頻率高C 在該玻璃體中 A光比B光的波長長D 在真空中 A光的波長比B光的波長長E A光從空氣進入該玻璃體后 其頻率變高 圖5 答案ACD 1 玻璃磚的折射率及光線在圓弧面上出射時的折射角 2 光在玻璃磚中傳播的時間 圖6 由幾何關(guān)系可知 COE 90 因此光線在C點的折射角r 30 由于光線在E點的入射角為30 根據(jù)折射定律可知 光線在E點的折射角為60 3 2017 全國卷 34 2 如圖7 一玻璃工件的上半部是半徑為R的半球體 O點為球心 下半部是半徑為R 高為2R的圓柱體 圓柱體底面鍍有反射膜 有一平行于中心軸OC的光線從半球面射入 該光線與OC之間的距離為0 6R 已知最后從半球面射出的光線恰好與入射光線平行 不考慮多次反射 求該玻璃的折射率 圖7 解析如圖 根據(jù)光路的對稱性和光路可逆性 與入射光線相對于OC軸對稱的出射光線一定與入射光線平行 這樣 從半球面射入的折射光線 將從圓柱體底面中心C點反射 設(shè)光線在半球面的入射角為i 折射角為r 由折射定律有sini nsinr 全反射現(xiàn)象的理解和分析 1 解答全反射類問題的技巧 1 解答全反射類問題時 要抓住發(fā)生全反射的兩個條件 光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì) 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 且在作光路圖時盡量與實際相符 2 求光的傳播時間的一般思路 典例 2017 全國卷 34 2 如圖8 一半徑為R的玻璃半球 O點是半球的球心 虛線OO 表示光軸 過球心O與半球底面垂直的直線 已知玻璃的折射率為1 5 現(xiàn)有一束平行光垂直入射到半球的底面上 有些光線能從球面射出 不考慮被半球的內(nèi)表面反射后的光線 求 圖8 解析 如圖 從底面上A處射入的光線 在球面上發(fā)生折射時的入射角為i 當(dāng)i等于全反射臨界角ic時 對應(yīng)入射光線到光軸的距離最大 設(shè)最大距離為l i ic 設(shè)n是玻璃的折射率 由全反射臨界角的定義有nsinic 1 由幾何關(guān)系有 C r1 i1 1 多選 水下一點光源 發(fā)出a b兩單色光 人在水面上方向下看 如圖9所示 水面中心 區(qū)域有a光 b光射出 區(qū)域只有a光射出 下列判斷正確的是 A a b光從 區(qū)域某點傾斜射出時 a光的折射角小B 在真空中 a光的波長大于b光的波長C 水對a光的折射率大于對b光的折射率D 水下b光不能射到圖中 區(qū)域E 水下a b光能射到圖中 區(qū)域以外區(qū)域 圖9 答案ABE 2 多選 一光纖通訊中信號傳播的主要載體是光導(dǎo)纖維 它的結(jié)構(gòu)如圖10所示 可看成一段直線 其內(nèi)芯和外套的材料不同 光在內(nèi)芯中傳播 下列關(guān)于光導(dǎo)纖維的說法正確的是 A 內(nèi)芯的折射率比外套的大 光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射B 內(nèi)芯的折射率比外套的大 光傳播時在外套與外界的界面上發(fā)生全反射C 波長越長的光在光纖中傳播的速度越大D 頻率越大的光在光纖中傳播的速度越大E 若紫光以如圖所示角度入射時 恰能在光纖中發(fā)生全反射 則改用紅光以同樣角度入射時 不能在光纖中發(fā)生全反射 圖10 答案ACE 圖11 由幾何關(guān)系可知光線在BC界面的入射角 60 在AB界面的折射角 30 解得 45 1 實驗原理與操作 實驗 測定玻璃的折射率 圖12 單位圓法 如圖13所示 圖13 1 多選 圖14甲為某同學(xué)利用半圓形玻璃磚測定玻璃折射率n的裝置示意圖 AO DO分別表示某次測量時 光線在空氣和玻璃中的傳播路徑 在正確操作后 他利用測出的數(shù)據(jù)作出了圖乙所示的折射角正弦值 sinr 與入射角正弦值 sini 的關(guān)系圖象 則下列說法正確的是 圖14 答案BDE 2 2018 上海長寧區(qū)模擬 某同學(xué)為了測量截面為正三角形的玻璃三棱鏡的折射率 先在白紙上放好三棱鏡 在棱鏡的左側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2 然后在棱鏡的右側(cè)觀察到P1和P2的像 當(dāng)P1的像恰好被P2的像擋住時 插上大頭針P3和P4 使P3擋住P1 P2的像 P4也擋住P1 P2的像 在紙上標(biāo)出的大頭針位置和三棱鏡輪廓如圖15所示 圖15 1 在圖上畫出對應(yīng)的光路 2 為了測出三棱鏡玻璃材料的折射率 若以AB為分界面 需要測量的量是 在圖上標(biāo)出它們 3 三棱鏡玻璃材料折射率的計算公式是n 4 若在描繪三棱鏡輪廓的過程中 放置三棱鏡的位置發(fā)生了微小的平移 移至圖中的虛線位置 底邊仍重合 若仍以AB為分界面 則三棱鏡玻璃材料折射率的測量值 真實值 填 大于 小于 或 等于 解析 1 光路圖如圖所示 2 若以AB為分界面 需要測量的量為入射角 1 折射角 2 4 若在描繪三棱鏡輪廓的過程中 放置三棱鏡的位置發(fā)生了微小的平移 仍以AB為分界面 將入射光線與AB的交點和出射光線與BC的交點連接起來 從而可知該連接線發(fā)生偏轉(zhuǎn) 導(dǎo)致折射角變小 所以測量值比真實值大