第1講光的折射全反射和色散知識梳理

一、光的折射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)生改變的現(xiàn)象。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①兩側(cè)

;入射角的正弦與折射角的正弦成②

正比

。(2)表達式:

=③

n12

,式中n12是比例常數(shù)。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

該介質(zhì)時④偏折大

,反之偏折小。(2)定義式:n=

,不能說n與sinθ1成正比,與sinθ2成反比。折射率由介質(zhì)本身的光學(xué)性質(zhì)和光的⑤頻率

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。(4)同一種介質(zhì)對不同的色光的折射率略有不同,對紫光的折射率最大,

紅光最小。1.全反射(1)定義:光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì),當(dāng)入射角增大到某一角度時,折射

光線將①消失

,只剩下反射光線的現(xiàn)象。(2)條件:a.光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)。b.入射角②大于等于

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=③

。介質(zhì)的

折射率越大,發(fā)生全反射的臨界角越小。二、全反射2.光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維的工作原理是光的全反射。

1.光的色散:白光通過三棱鏡后,出射光束變?yōu)榧t、橙、黃、綠、青、

藍(lán)、紫七色光的光束。由七色光組成的光帶稱為③光譜

。這種現(xiàn)

象叫光的色散。

三、光的色散2.不同色光的比較

顏色紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫頻率ν低

高同一介質(zhì)的折射率小

大同一介質(zhì)中速度大

小波長大

小同一介質(zhì)的臨界角大

小1.一束單色光由空氣射入玻璃,這束光的

()A.速度變慢,波長變短B.速度不變,波長變短C.頻率增高,波長變長D.頻率不變,波長變長A答案

A單色光由空氣射入玻璃時,是由光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì),故其

速度會減小,由于光在不同介質(zhì)中傳播時頻率不變,故由v=λf可知,其速

度減小時,波長變短。2.一束光從某種介質(zhì)射入空氣中時,入射角θ1=30°,折射角θ2=60°,折射光

路如圖所示,則下列說法正確的是

()

A.此介質(zhì)折射率為

B.此介質(zhì)折射率為

C.相對于空氣此介質(zhì)是光疏介質(zhì)D.光在介質(zhì)中速度比在空氣中大B答案

B根據(jù)折射定律有,

=

=

=

=

,得:n=

,故A錯誤,B正確。由于入射角小于折射角,可知相對于空氣此介質(zhì)是光密介

質(zhì),故C錯誤。光在介質(zhì)中速度比在空氣中小,故D錯誤。3.很多公園的水池底部裝有彩燈,當(dāng)一細(xì)束由紅、藍(lán)兩色組成的燈光從

水中斜射向空氣時,關(guān)于光在水面可能發(fā)生的反射和折射現(xiàn)象,下列光

路圖中正確的是

()

C答案

C紅光、藍(lán)光都要發(fā)生反射,紅光的折射率較小,所以紅光發(fā)生

全反射的臨界角較藍(lán)光大,藍(lán)光發(fā)生全反射時,紅光不一定發(fā)生,故C正

確。4.如圖所示,兩束不同的單色光P和Q,以適當(dāng)?shù)慕嵌壬湎虬雸A形玻璃磚,

其出射光線都是從圓心O點沿OF方向射出,則下面說法正確的是

()

A.玻璃對P光的折射率大B.Q光束的頻率比P光束的頻率大C.P光束穿出玻璃磚后頻率變大D.P光束穿過玻璃磚所需時間長B答案

B由圖看出,單色光Q偏折較大,根據(jù)折射定律得知,玻璃對Q光

的折射率較大,所以Q光束的頻率比P光束的頻率大,故A錯誤,B正確。

光的頻率與介質(zhì)無關(guān),P光束穿出玻璃磚后頻率不變,故C錯誤。由v=

分析得知,P在玻璃中傳播速度較大,所以P穿過玻璃磚所需時間比Q短,

故D錯誤。

深化拓展考點一折射定律的理解和應(yīng)用考點二全反射的理解和應(yīng)用考點三光的色散深化拓展考點一折射定律的理解和應(yīng)用1.折射現(xiàn)象中的光線偏折(1)光線從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì),折射光線向法線偏折,入射角大于折

射角,反之亦然。(2)入射角θ1越大,折射角θ2越大,偏折越明顯;θ1越小,θ2越小,偏折越不明

顯,θ1=0時,θ2=0不偏折。

【情景素材·教師備用】2.光具對光線的控制作用(1)不同光具對光線的控制作用不同,但本質(zhì)上是光的折射、反射規(guī)律

的體現(xiàn),不可盲記,要具體問題具體分析。(2)對不同光具的作用要分析透徹,靈活運用。平行玻璃磚三棱鏡圓(球)形玻璃

出射光與入射光總平行,但有側(cè)移使光線向底邊偏折法線總過圓(球)心1-1高速公路上的標(biāo)志牌常用“回歸反光膜”制成,夜間行車時,它能

將車燈照射出去的光逆向返回,標(biāo)志牌上的字特別醒目。這種“回歸反

光膜”是用球體反射元件制成的。如圖所示,反光膜內(nèi)均勻分布著直徑

為10μm的玻璃珠,所用玻璃的折射率為

,為使入射的光線經(jīng)玻璃珠的折射、反射、再折射后恰好和入射光線平行,那么第一次入射時的入

射角是

()

A.60°

B.45°

C.30°

D.15°A答案

A設(shè)入射角為i,折射角為θ,作出光路圖如圖所示。因為出射光

線恰好和入射光線平行,所以i=2θ,根據(jù)折射定律有

=

=

,所以θ=30°,i=2θ=60°。

1-2平行的a、b兩種單色光的光束以相同的入射角從空氣斜射向某

種長方體玻璃磚上表面的同一位置,在玻璃磚下表面將分開為不同的單

色光光束。若a光的頻率小于b光的頻率,則以下光路圖中正確的是

()

A答案

A因為光的頻率fa<fb,故折射率na<nb,在玻璃磚上表面,入射角相

等,由折射定律知折射角ra>rb,B、D項錯誤;由幾何關(guān)系及折射定律可知,

入射光線與出射光線平行,A項正確,C項錯誤?？键c二全反射的理解和應(yīng)用1.光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)是相對而言的。例如,有機玻璃(n=1.50)對水(n=1.33)是光密介質(zhì),而對金剛石(n=2.42)是光疏介質(zhì),要看它與什么介質(zhì)相

比較。2.全反射現(xiàn)象的發(fā)生全反射發(fā)生之前,隨著入射角的增大,折射角和反射角都增大,但折射角

增大得快;在入射光強度一定的情況下,折射光越來越弱,反射光越來越

強,發(fā)生全反射時,折射光消失,反射光的強度等于入射光的強度?！厩榫八夭摹そ處焸溆谩?/p>

2-1如圖所示,一個玻璃三棱鏡的截面為等腰直角△ABC,∠A為直角,

玻璃三棱鏡的折射率為

。此截面所在平面內(nèi)的光線沿平行于BC邊的方向射到AB邊的中點,對這條光線進入棱鏡之后的光路分析正確的

是

()A.直接射到AC邊上,發(fā)生全反射現(xiàn)象B.直接射到BC邊上,發(fā)生全反射現(xiàn)象C.直接射到AC邊上,部分光線從AC邊射出D.直接射到BC邊上,部分光線從BC邊射出A答案

A由光路圖可知光線在AB邊上的入射角為45°,由n=

可知,該光線經(jīng)過AB邊后的折射角為30°,則光線將會到達AC邊,且入射角為60°,由sinC=

可知光在該玻璃棱鏡中發(fā)生全反射的臨界角為45°,故光線在AC邊上將發(fā)生全反射現(xiàn)象,故A正確。

2-2光纖通信是一種現(xiàn)代化的通信手段,它可以為客戶提供大容量、

高速度、高質(zhì)量的通信服務(wù),為了研究問題方便,我們將光導(dǎo)纖維簡化

為一根長直玻璃管,如圖所示。設(shè)此玻璃管長為L,折射率為n。已知從

玻璃管左端面射入玻璃管的光線在玻璃管的側(cè)面上恰好能發(fā)生全反射,

最后從玻璃管的右端面射出。設(shè)光在真空中的傳播速度為c,則光通過

此段玻璃管所需的時間為

()

A.

B.

C.

D.

A答案

A用C表示臨界角,則有sinC=

,光在介質(zhì)中的傳播速度為v=

。光在沿玻璃管軸線的方向上勻速傳播。所用時間為t=

=

=

。故A正確。考點三光的色散1.光的顏色取決于頻率,從紅光到紫光,頻率逐漸增大,波長逐漸減

小,色光由真空進入介質(zhì),頻率不變,波長減小。2.在真空中,各種色光的速度均為c=3×108m/s。色光從真空進入介質(zhì)速

度都要減小,v=

。在同一種介質(zhì)中,從紅光到紫光,速度逐漸減小。3.在同一種介質(zhì)中,從紅光到紫光,折射率逐漸增大。

3-1

(2017北京理綜,14,6分)如圖所示,一束可見光穿過平行玻璃磚后,

變?yōu)閍、b兩束單色光。如果光束b是藍(lán)光,則光束a可能是

()

A.紅光

B.黃光C.綠光

D.紫光D答案

D由題圖可知,可見光穿過玻璃磚后,發(fā)生了色散,其中a光的側(cè)

移距離大于b光的側(cè)移距離,說明玻璃對a光的折射率大于對b光的折射

率,同種介質(zhì)對紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫的折射率依次增大,由于b

光是藍(lán)光,故只有D選項符合題意。3-2兩束不同頻率的單色光a、b從空氣平行射入水中,發(fā)生了如圖所

示的折射現(xiàn)象(α>β)。下列結(jié)論中正確的是

()

A.光束b的頻率比光束a的低B.在水中的傳播速度,光束a的比光束b的小C.水對光束a的折射率比水對光束b的折射率小D.若光束從水中射向空氣,則光束b的臨界角比光束a的臨界角大C答案

C由公式n=

,可得折射率na<nb,C正確;由na<nb知頻率νa<νb,A錯誤;由v=

知傳播速度va>vb,B錯誤;由sinC=

知臨界角Ca>Cb,D錯誤。3-3如圖所示,半圓形玻璃磚置于光屏PQ的左下方。一束白光沿半徑

方向從A點射入玻璃磚,在O點發(fā)生反射和折射,折射光在光屏上呈現(xiàn)七

色光帶。若入射點由A向B緩慢移動,并保持白光沿半徑方向入射到O

點,觀察到各色光在光屏上