目錄TOC\o"13"\h\z\u第54課時光的折射、全反射 1考點一質(zhì)點折射定律及折射率的理解與應(yīng)用 1題型1：折射現(xiàn)象 2題型2：折射定律及折射率的定性分析 3題型3：折射定律及折射率的定理計算 3考點二全反射現(xiàn)象的理解與應(yīng)用 4題型1：全反射現(xiàn)象分析 6題型2：全發(fā)射條件與臨界角 6題型3：折射與全發(fā)射的綜合應(yīng)用 7考點三光路控制與色散 10題型1：光路控制 10題型2：光的色散 11鞏固訓(xùn)練·提升能力 12考點一質(zhì)點折射定律及折射率的理解與應(yīng)用必備知識·回顧梳理1．光的反射現(xiàn)象與折射現(xiàn)象一般來說，光從第1種介質(zhì)射到該介質(zhì)與第2種介質(zhì)的分界面時，一部分光會返回到第1種介質(zhì)，這個現(xiàn)象叫作光的反射；另一部分光會進入第2種介質(zhì)，這個現(xiàn)象叫作光的折射。2．折射定律(1)內(nèi)容：折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比。(2)表達式：eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n12，式中n12是比例常數(shù)。(3)在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。3．折射率(1)定義：光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫作這種介質(zhì)的絕對折射率，簡稱折射率，用符號n表示。(2)物理意義：折射率反映介質(zhì)的光學(xué)特性，折射率大，說明光線以相同入射角從真空斜射入該介質(zhì)時偏折的角度大，反之偏折的角度小。(3)定義式：n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，不能說n與sinθ1成正比、與sinθ2成反比，對于確定的某種介質(zhì)而言，入射角的正弦與折射角的正弦成正比。折射率由介質(zhì)本身的光學(xué)性質(zhì)和光的頻率決定。(4)光在不同介質(zhì)中的傳播速度不同；某種介質(zhì)的折射率，等于光在真空中的傳播速度c與光在這種介質(zhì)中的傳播速度v之比，即n＝eq\f(c,v)。由于c>v，故任何介質(zhì)的折射率都大于1。4．光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)(1)光密介質(zhì)：折射率較大的介質(zhì)。(2)光疏介質(zhì)：折射率較小的介質(zhì)。(3)光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)是相對的。某種介質(zhì)相對其他不同介質(zhì)可能是光密介質(zhì)，也可能是光疏介質(zhì)。關(guān)鍵能力·規(guī)律方法1.對折射率的理解(1)公式n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)中，光不論是從真空射入介質(zhì)，還是從介質(zhì)射入真空，θ1都是指真空中的光線與法線間的夾角，θ2都是指介質(zhì)中的光線與法線間的夾角。(2)折射率大小不僅反映了介質(zhì)對光的折射本領(lǐng)，也反映了光在介質(zhì)中傳播速度的大小，v＝eq\f(c,n)。(3)折射率由介質(zhì)本身的性質(zhì)和入射光的頻率共同決定，與入射角和折射角的大小無關(guān)。(4)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)。(5)同一種介質(zhì)中，頻率越高的色光折射率越大，傳播速度越小。(6)同一種色光，在不同介質(zhì)中雖然波速、波長可能不同，但頻率相同。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)生折射射出。例題分析·考點題型題型1：折射現(xiàn)象1.（單選）玻璃中有一個球形氣泡。一束平行光射入氣泡，下列光路圖中正確的是(

)A. B.C. D.題型2：折射定律及折射率的定性分析2.（單選）如圖所示，光束a在玻璃與真空的分界面處分成b、c兩束單色光。對b、c光，下列說法正確的是(

)A.b光的頻率較大B.玻璃對b光的折射率較大C.在玻璃中傳播時，c光的速度較大D.用同一裝置進行雙縫干涉實驗，b光的相鄰亮條紋中心間距較大題型3：折射定律及折射率的定理計算3.某透明柱形材料的橫截面是半徑為R的四分之一圓，其BC面涂有反光涂層。如圖所示的截面內(nèi)，一與AB邊平行的細光束從圓弧上D點入射，光束進入柱體后射到BC邊上的E點，經(jīng)反射后直接射到A點。已知D到AB的距離為32R，光在空氣中的速度為(1)材料的折射率;(2)光從D傳播到A的時間。變式訓(xùn)練·舉一反三4.（單選）如圖所示，一束激光照射在橫截面為正方形的透明玻璃柱上，光線與橫截面平行，則透過玻璃柱的光線可能是圖中的(

)A.① B.② C.③ D.④5.（多選）已知在某一溫度下，海水的折射率隨鹽度的變大而變大。如圖將一復(fù)色光束從海水射向平行空氣磚(做空氣磚的玻璃壁很薄，可忽略厚度)的一個表面，當入射角合適時，組成復(fù)色光的光束1和2均從平行表面射出，側(cè)移量分別為d1和d2，且A.光束1的頻率大于光束2的頻率B.在海水中，光束1的傳播速度大于光束2的傳播速度C.若海水的鹽度變大，則d1和dD.若海水的鹽度變大，則d1和d6.（多選）如圖所示，透明材料制成的直角三棱鏡的∠CAB=θ2，一束單色光線從BC邊以入射角θ1射入，經(jīng)AC邊反射后從AB邊垂直射出。若光在空氣中的速度為cA.θ2<π4B.2θ考點二全反射現(xiàn)象的理解與應(yīng)用必備知識·回顧梳理1．全反射(1)條件：①光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)；②入射角等于或大于臨界角。(2)現(xiàn)象：折射光完全消失，只剩下反射光。(3)臨界角：折射角等于90°時的入射角。光從介質(zhì)射入空氣(真空)時，發(fā)生全反射的臨界角C與介質(zhì)的折射率n的關(guān)系是sinC＝eq\f(1,n)。(4)應(yīng)用：①全反射棱鏡；②光導(dǎo)纖維。2．光的色散(1)光的色散現(xiàn)象：含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象。(2)色散規(guī)律：白光是由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種色光組成的，折射率依次增大，紅光的最小，紫光的最大，當一束白光入射到棱鏡界面時，七種色光以相同的入射角射到棱鏡界面，各種色光的折射角不同，紅光偏折得最小，紫光偏折得最大；當它們從另一個界面射出時，仍然是紫光的偏折最大，紅光的偏折最小。(3)光的色散現(xiàn)象說明①白光為復(fù)色光；②同一介質(zhì)對不同色光的折射率不同，頻率越大的色光折射率越大；③不同色光在同一介質(zhì)中的傳播速度不同，根據(jù)n＝eq\f(c,v)，頻率越大，折射率越大，則波速越小。(4)光的色散的種類除光的折射時的色散，還有光的干涉時的色散、光的衍射時的色散。關(guān)鍵能力·規(guī)律方法1.發(fā)生全反射的條件(1)光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)；(2)入射角必須大于或等于臨界角。2．全反射的理解(1)如果光從光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì)，則無論入射角多大，都不會發(fā)生全反射現(xiàn)象。(2)光的全反射遵循光的反射定律，光路是可逆的。(3)當光射到兩種介質(zhì)的界面上時，往往同時發(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。當折射角等于90°時，實際上已經(jīng)沒有折射光了。(4)從能量角度理解全反射現(xiàn)象：當光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，在入射角逐漸增大的過程中，反射光的能量逐漸增強，折射光的能量逐漸減弱，當入射角等于臨界角時，折射光的能量減弱為零，這時就發(fā)生了全反射。3．全反射的有關(guān)現(xiàn)象海水浪花呈白色、玻璃或水中的氣泡看起來特別亮、沙漠蜃景、海市蜃樓、鉆石的光彩奪目、水下的燈不能照亮整個水面等。4．全反射的應(yīng)用(1)全反射棱鏡：用來改變光的方向。(2)光導(dǎo)纖維(簡稱光纖)①結(jié)構(gòu)：是一種透明的玻璃纖維絲，直徑在幾微米到一百微米之間，由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率，即內(nèi)芯是光密介質(zhì)，外套是光疏介質(zhì)。②原理：光在光纖的內(nèi)芯中傳播，每次射到內(nèi)芯和外套的界面上時，入射角都大于臨界角，從而發(fā)生全反射。例題分析·考點題型題型1：全反射現(xiàn)象分析7.（單選）海市蜃樓分為兩種形式：海面的海市蜃樓和沙漠中的海市蜃樓。觀察對比下列兩幅圖像，下列說法正確的是(

)A.兩圖都是折射現(xiàn)象，沒有反射現(xiàn)象B.海市蜃樓的原理和平面鏡相同C.兩圖都是光從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)，最終發(fā)生了全反射D.海面附近與沙漠表面，底層空氣均比上層空氣稠密題型2：全發(fā)射條件與臨界角8.（單選）如圖所示，ABC為一直角三棱鏡，其中∠A=30°，D、E、F是三條邊上的中點.緊貼DA.FB區(qū)域都有光直接射出 B.CF區(qū)域都有光直接射出C.CE區(qū)域都有光直接射出 D.EA區(qū)域都有光直接射出題后反思全反射問題的分析思路：1．確定光是從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)。2．應(yīng)用sinC＝eq\f(1,n)確定臨界角。3．根據(jù)題設(shè)條件，判定光在傳播時是否發(fā)生全反射。4．如果發(fā)生全反射，畫出入射角等于臨界角時的臨界光路圖。5．運用幾何關(guān)系或三角函數(shù)關(guān)系以及反射定律等進行分析、判斷、運算，解決問題。題型3：折射與全發(fā)射的綜合應(yīng)用9.（單選）如圖所示為四分之一透明介質(zhì)圓柱體，半徑為R，高為3R，一束光垂直射到圓柱體的ABCD面上。已知透明介質(zhì)的折射率為233，不考慮光在介質(zhì)內(nèi)的反射透光，則弧面ABFEA.13πR2 B.23π10.如圖所示，ABCD是一直角梯形棱鏡的橫截面，位于截面所在平面內(nèi)的一束光線由O點以α=45°角射入，已知棱鏡的折射率n=2，BC=CD=16cm，OB=8(1)光線在棱鏡AB邊的折射角;(2)光線在棱鏡中傳播的時間。題后反思分析折射和全反射綜合問題的思路(1)首先判斷光線是從光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì)還是從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)。(2)光從光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì)時，判斷入射角是否大于或等于臨界角，明確是否會發(fā)生全反射現(xiàn)象(或求出全反射臨界角，畫出臨界光線)。(3)然后畫出反射、折射或全反射的光路圖(必要時還可應(yīng)用光路的可逆原理畫出光路圖)，再由光學(xué)規(guī)律結(jié)合幾何知識推斷和求解相關(guān)問題。變式訓(xùn)練·舉一反三11.（單選）如圖所示的光纖樹是孩子們喜歡的玩具，它由很多根粗細均勻、密度相同的透明纖維絲制成。每根纖維絲發(fā)光原理可以等效為右圖的裝置，底部放置光源，可向各個方向發(fā)出同種顏色的光，光射向纖維絲截面后，可在側(cè)面看到一根根發(fā)光的細絲，光源可以調(diào)出紅、綠、藍三種不同顏色的光，三種色光中，紅光折射率最小，藍光最大，下列說法正確的是(

)A.光從截面處射入纖維絲后頻率變大 B.光從截面處射入纖維絲后波長變大C.紅光在纖維絲中的波長比藍光大 D.射向纖維絲截面的光不會從側(cè)面射出12.一細束單色光在三棱鏡ABC的側(cè)面AC上以大角度由D點入射(入射面在棱鏡的橫截面內(nèi))，入射角為i，經(jīng)折射后射至AB邊的E點，如圖所示。逐漸減小i，E點向B點移動，當sini=16時，恰好沒有光線從AB邊射出棱鏡，且13.（單選）圖示為某同學(xué)設(shè)計的一種測量液體折射率的方案。將一綠光點光源置于足夠大的容器內(nèi)，光源距水面深度為h，水面被光源照亮的區(qū)域直徑為d，已知光在真空中的傳播速度大小為c。下列說法正確的是(

)A.該液體的折射率為2B.光傳播至液體上表面的最短時間為hC.若將綠光換為紅光，水面照亮的區(qū)域變大D.若將點光源換為平行水面的正方形面光源，水面照亮的區(qū)域為正方形14.（多選）光導(dǎo)纖維在現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著重要作用。如圖所示，長為L的直光導(dǎo)纖維由內(nèi)芯和外套兩層介質(zhì)組成，一束激光從端面AB以某一入射角α射向內(nèi)芯，在內(nèi)芯的內(nèi)側(cè)面入射角為θ，此時恰好發(fā)生全反射。設(shè)內(nèi)芯的折射率為n，光在真空中的傳播速度為c，則(

)A.sinB.激光在內(nèi)芯中的傳播路程為LC.若α=0，則激光在內(nèi)芯中傳播的時間為nLD.若增大α，激光在內(nèi)芯中仍能發(fā)生全反射考點三光路控制與色散關(guān)鍵能力·規(guī)律方法1.平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對光路的控制類別項目平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)結(jié)構(gòu)上下表面平行橫截面為三角形橫截面是圓對光線的作用通過平行玻璃磚的光線不改變傳播方向，但要發(fā)生側(cè)移通過三棱鏡的光線經(jīng)兩次折射后，出射光線向棱鏡底邊偏折圓界面的法線是過圓心的直線，經(jīng)過兩次折射后向圓心偏折應(yīng)用測量玻璃的折射率全反射棱鏡，改變光的傳播方向改變光的傳播方向不同顏色的光的頻率不同，在同一種介質(zhì)中的折射率、光速也不同，發(fā)生全反射現(xiàn)象的臨界角也不同。2．折射時光的色散及成因(1)含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象稱為光的色散。(2)含有多種顏色的光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)，由于同一介質(zhì)對不同色光的折射率不同，各種色光的偏折程度不同，所以產(chǎn)生光的色散。不同色光的比較：顏色紅橙黃綠青藍紫頻率低→高折射時的偏折程度小→大通過棱鏡的偏折角小→大同一介質(zhì)中的折射率小→大同一介質(zhì)中的速度大→小波長大→小全反射臨界角大→小例題分析·考點題型題型1：光路控制15.（單選）如圖所示，a、b兩束相互平行的單色光，以一定的入射角照射到兩面平行玻璃磚上表面，經(jīng)平行玻璃磚折射后匯聚成一束復(fù)色光c，從平行玻璃磚下表面射出。下列說法中正確的是(

)A.在玻璃介質(zhì)中，a光的傳播速度大于b光的傳播速度B.增大入射角，a光在玻璃磚下表面可發(fā)生全反射C.用同一裝置在相同條件下分別做雙縫干涉實驗，a光條紋間距小D.經(jīng)過玻璃磚折射后，a的側(cè)向位移小于b的側(cè)向位移題型2：光的色散16.（單選）在美麗的夏日雨后，我們通常能看見的彩虹是紅色在外、紫色在內(nèi)，這被稱為“虹”，有時還能看見一組相對“虹”而言顏色較淡的彩色圓弧，這被稱為“霓”，圖甲和圖乙為霓虹產(chǎn)生的原理圖，圖中用虛線或?qū)嵕€代表紅光或紫光，下列說法正確的是(

)A.霓顏色較淡的主要原因是水滴距離人限更遠B.“霓”與“虹”順序剛好相反，是紅色在內(nèi)、紫色在外C.圖甲表示“虹”的產(chǎn)生原理，其中虛線代表紫光D.圖乙表示“霓”的產(chǎn)生原理，其中虛線代表紫光變式訓(xùn)練·舉一反三17.（單選）2021年12月9日中國女航天員王亞平第二次在太空給學(xué)生授課，第三次太空授課內(nèi)容還在征集中。如果她下次在太空再做水球?qū)嶒?，如圖甲用一細束強白光偏離直徑30°照射太空中失重狀態(tài)的水球;又用如圖乙、丙、丁的三個玻璃磚對比實驗，讓一細束強白光都以如圖30°入射角分別射向半球形玻璃磚上A.圖甲中從右側(cè)折射出來包含所有顏色的光，最下方的是紅光，通過同一狹縫衍射條紋間距更大B.圖乙中，若球直徑為30cm，則各色光都經(jīng)過5×10C.圖丙中光從下表面射出時，一定與上表面入射光平行，且紫光在最左邊D.圖丁中從右側(cè)折射出來的光最上方是紫光，光子能量大，最容易使物質(zhì)發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象18.（單選）如圖所示，一束可見光穿過玻璃三棱鏡后，變?yōu)閍、b、c三束單色光。如果b光是綠光，則以下說法正確的是(

)A.a光可能是藍光 B.c光可能是紅光C.a光的頻率小于b光的頻率 D.c光的波長大于b光的波長鞏固訓(xùn)練·提升能力一、單選題。1.如圖甲所示，自行車后尾燈本身并不發(fā)光，但夜晚在燈光的照射下會顯得特別明亮，研究發(fā)現(xiàn)尾燈內(nèi)部是由折射率較大的實心透明材料制成，結(jié)構(gòu)如圖乙所示。當光由實心材料右側(cè)面垂直入射時，自行車尾燈看起來特別明亮的原因是(

)A.光的折射 B.光的全反射 C.光的干涉 D.光的衍射2.如圖所示，一束單色光從介質(zhì)II射入介質(zhì)I時發(fā)生折射，圖中虛線為法線，光線與法線的夾角α<β。已知兩種介質(zhì)的折射率nI、nII與α、β滿足關(guān)系nA.該單色光在介質(zhì)I中的頻率大于在介質(zhì)II中的頻率B.該單色光在介質(zhì)I中的速度小于在介質(zhì)II中的速度C.減小介質(zhì)II中的入射角β，該單色光可能發(fā)生全反射D.增大介質(zhì)II中的入射角β，該單色光可能發(fā)生全反射3.如圖所示，半徑為12cm的半圓形透明柱體與屏幕MN接觸于B點，MN垂直于直徑AB，一單色光a以入射角53°射向圓心O，反射光線b與折射光線c恰好垂直。已知光在真空中的傳播速度為3×108m/sA.柱體的折射率為5B.兩個光斑之間的距離為20cmC.增大光束a的入射角，可以在O點發(fā)生全反射D.光在介質(zhì)中的傳播速度v=2.25×4.如圖所示，一棱鏡的截面為直角三角形ABC，∠A=30°，一束單色光從AC邊的P點進入棱鏡，棱鏡對該單色光的折射率為3。當入射角等于i時，折射到AB邊上的光線剛好發(fā)生全反射，則入射角A.33 B.24 C.5.如圖所示，一足夠高的長方體玻璃磚abcd和光屏P均豎直放置在水平地面上。用激光筆從ad側(cè)O點以60°入射角照射，激光射到屏上A點，移走玻璃磚，激光射到屏上B點(圖上未標出A、B)，A、B兩點之間距離為l。已知玻璃磚折射率為3，不考慮光的反射。則長方體玻璃磚厚度為A.233l B.3l6.有一透明材料制成的C型半圓柱體，內(nèi)徑是R，外徑是2R，其橫截面(紙面內(nèi))如圖所示，O'O是對稱軸，一束單色光(紙面內(nèi))從半圓柱體外表面上O'點射入，光線與O'O直線所成夾角i=60°時，經(jīng)折射后恰好與內(nèi)表面相切。已知真空中的光速為c，不考慮多次反射，下列說法正確的是A.這束單色光在該材料中的折射率為B.這束單色光在該材料中的傳播時間為3RC.當入射角i大于60°時，該單色光可能在半圓柱體內(nèi)發(fā)生全反射D.該單色光在內(nèi)圓柱面恰好發(fā)生全反射時，從O'點射入的光線與O'O直線的夾角i=30°二、多選題。7.半徑為R的半圓柱形玻璃磚置于空氣中，其橫截面如圖所示，O為圓心，AB面水平，設(shè)光在空氣中的傳播速率為c。一束單色光與水平面成45°角照射到AB面上的D點，D為OA中點，折射光線剛好照射到圓弧最低點C，光線在C點折射后照射到地面上的E點(圖中未畫出)，現(xiàn)將入射點從D點移到O點，保持入射方向始終與原入射方向平行，最終光線也照射到地面上的E點，不考慮光的反射。則下列說法正確的是A.玻璃磚對光的折射率為2 B.C點到E點的距離為C.C點離地面的高度為R D.