第十四章光

)

光

-福建卷T10

?-北京卷TL5

全國甲卷T34Q)—囪好卜幾何光學(xué)和

—物理光學(xué)的—一貴州卷T3

湖北卷T5c,---------

上―*H2021k綜合應(yīng)用-重慶卷T5

」9()94.1—

一海南卷T4

一全國甲卷T34(2)

-江蘇卷T6

黑吉遼T4-

―浙江6月選考T3

湖南卷T9一

)四倉1y1—4]——重慶卷T5

光的折射、-12023)-

——浙江月選考

山東卷T4一全反射6T13

江蘇卷一-浙江月選考

考T21T13

江蘇卷T6q-湖北卷T14

J2022卜

情北京卷T2-,------->-浙江1月選考T11

一2-420123H光的干涉和

山東卷T5----「-江蘇卷T12

遼寧卷T8」—衍射光的—

分偏振

浙江月選考廠甘肅卷T10

6山東卷TT140卜1.型---絲----,卜

析r-{2024-廣東卷T6

-山東卷T15

浙江6月選考T16r-----------

江蘇卷T6一H迎iP

p山東卷T16

T2023卜-湖北卷T6

光的折射和

―湖南卷T7

—全反射的綜—

安徽卷Tll-1,----------

合應(yīng)用廠全國甲卷T34(2)

浙江6月選考T16III-實驗：測量

—玻璃的折射——-全國乙卷T34(2)

廣東卷率-遼寧卷T5

海南卷T14」J一河北卷T16(2)

J2022卜

-廣東卷T16(2)

實驗：用雙-重慶卷T16(2)

浙江月選考—

6T17(2)—(2021]—縫干涉測量-山東卷T7

光的波長

-淅旦；先老TR

生活實踐類全反射棱鏡、光導(dǎo)纖維、增透膜、偏振濾光片、激光等

折射定律、全反射、測量玻璃的折射率、光的干涉現(xiàn)象、光的衍射、光的偏振現(xiàn)

學(xué)習探究類

象、用雙縫干涉測量光的波長

第74課時光的折射、全反射

【目標要求】1.理解折射率的概念，掌握光的折射定律。2.掌握發(fā)生全反射的條件并會用全反射的條件進行

相關(guān)計算。3.會解決幾何光學(xué)的折射、全反射的綜合問題。

考點一折射定律折射率

1.折射定律

（1）內(nèi)容：如圖所示，折射光線與入射光線、法線處在____________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_______比。

*?？諝?/p>

（2）表達式：="12（"12為比例常數(shù)）。

2.折射率

（1）定義式：n=o

（2）折射率與速度的關(guān)系式：〃=。因為v<c,所以任何介質(zhì)的折射率都0

說明：①表達式〃=中的”是指介質(zhì)相對于真空的折射率，即絕對折射率。②折射率的大小不僅與介質(zhì)本

￡V

身有關(guān)，還與光的頻率有關(guān)。同一種介質(zhì)中，頻率越大的光折射率越大，傳播速度越小。③同一種光，在

不同介質(zhì)中雖然波速、波長不同，但頻率相同。

■判斷正誤

1.無論是光的折射，還是反射，光路都是可逆的。（）

2.入射角越大，折射率越大。（）

3.若光從空氣射入水中，它的傳播速度一定增大。（）

4.根據(jù)〃=可知，介質(zhì)的折射率與光在該介質(zhì)中的傳播速度成反比。（）

V￡

【例1】（2024?貴州卷S）一種測量液體折射率的V形容器，由兩塊材質(zhì)相同的直角棱鏡粘合，并封閉其

前后兩端制作而成。容器中盛有某種液體，一激光束從左邊棱鏡水平射入，通過液體后從右邊棱鏡射

出，其光路如圖所示。設(shè)棱鏡和液體的折射率分別為“0、n,光在棱鏡和液體中的傳播速度分別為no、

n，貝U（）

A.n<no,v>voB.n<no,V<VQ

C.n>no,v>voD.n>no,v<vo

總結(jié)提升平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體（球）對光路的控制特點

平行玻璃磚三棱鏡圓柱體（球）

A

A

h%

對光路的控圓界面的法線是過圓心

通過三棱鏡的光線經(jīng)兩

制特點通過平行玻璃磚后光線不改變的直線，光線經(jīng)過兩次

次折射后，出射光線向

傳播方向，但要發(fā)生側(cè)移折射后向圓心偏折

棱鏡底面偏折

【例2】（八省聯(lián)考?河南4）如圖，一棱鏡的橫截面為等腰三角形△PMN,其中邊長與尸N相等，ZPMN

=30°,PM邊緊貼墻壁放置，現(xiàn)有一束單色光垂直于MN邊入射，從尸N邊出射后恰好與墻面垂直（不考慮

光線在棱鏡內(nèi)的多次反射），則該棱鏡的折射率為（）

【例3】（2024?陜西西安市模擬）如圖所示，透明玻璃體的上半部分是半球體，下半部分是圓柱體，半球

體的半徑為凡。為半球體的球心。圓柱體的底面半徑和高也為R,現(xiàn)有一半徑為的圓環(huán)形平行光

垂直于圓柱體底面射向半球體，OQ為圓光環(huán)的中心軸線，所有光線經(jīng)折射后恰好經(jīng)過圓柱體下表面

圓心Q點，光線從。點射出后在玻璃體下方的水平光屏上形成圓形亮環(huán)，光屏到圓柱體底面的距離

為R,光在真空中的傳播速度為c。求：

(1)透明玻璃體的折射率;

(2)光從入射點傳播到光屏所用的時間。

考點二全反射

1.光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)

介質(zhì)光密介質(zhì)光疏介質(zhì)

折射率大小

光速小大

若n甲"乙，則甲相對乙是_______介質(zhì)

相對性

若n甲＜〃乙，則甲相對乙是_______介質(zhì)

2.全反射

(1)定義：光從介質(zhì)射入介質(zhì)時，當入射角增大到某一角度，使折射角達到90。時，折射

光完全，只剩下反射光的現(xiàn)象。

說明：入射角增大的過程中，折射光的能量,反射光的能量,當發(fā)生全反射時，反射光

的能量最強。

(2)條件：①光從_______介質(zhì)射入_______介質(zhì)。②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〃)射向真空或空氣時，發(fā)生全反射的臨

界角為C,由〃=卑，得sinC=—。介質(zhì)的折射率越大，發(fā)生全反射的臨界角越小。

sinC

3.全反射的應(yīng)用

(1)全反射棱鏡

方向改變90。方向改變180。方向不變，發(fā)生側(cè)移

（2）光導(dǎo)纖維

外套

內(nèi)芯

說明：內(nèi)芯相對于外套為光密介質(zhì)，內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率。

■判斷正誤

1.光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對而言的。同一種介質(zhì)，相對于其他不同的介質(zhì)，可能是光密介質(zhì)，也可能是

光疏介質(zhì)。（）

2.密度大的介質(zhì)為光密介質(zhì)，密度小的介質(zhì)為光疏介質(zhì)。（）

3.只要入射角足夠大，就能發(fā)生全反射。（）

4.光線從光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì)，入射角大于等于臨界角時發(fā)生全反射現(xiàn)象。（）

【例41（2024?山西運城市二模）半徑為R的透明玻璃球切去底面半徑r=y/?的球冠成為一個大球冠，如

圖所示，玻璃的折射率鞏=2,一束半徑的光束垂直球冠的切面照射到球冠上，進入球冠的光線

有部分從球面射出而使球面發(fā)光，已知光在真空中的傳播速度為c,且球冠不含底面的表面積公式為S

=2nRh,R為球的半徑，〃為球冠的高度。不考慮光在球冠內(nèi)的反射，求：

（1）發(fā)光球面的面積；

（2）光束正中間的光線通過大球冠的時間。

【例5】

（2024?廣西河池市模擬）如圖所示，一透明材料制成的圓柱形棒，長度為6m。一束光線從圓柱形棒的

一個底面圓心垂直射入，經(jīng)2.5X10-8$從另一底面圓心射出。保持入射點不變，調(diào)整光線的入射方

向，使其在材料內(nèi)部恰好發(fā)生全反射（光在真空中的速度為3X108m/s）,則光線通過透明材料的時間為

()

c

A.2.5X10-8SB.3.3X1(F8s

C.3.125X10-8SD.4.95X10-8s

考點三光的折射和全反射的綜合應(yīng)用

分析光學(xué)綜合問題的基本思路

1.根據(jù)題目條件進行光路分析

（1）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）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。

2.畫出反射、折射或全反射的光路圖，必要時還可應(yīng)用光路的可逆性原理畫出光路圖，在光路圖上分析并

找出有關(guān)幾何圖形的邊角關(guān)系。

3.根據(jù)光學(xué)的基本規(guī)律，結(jié)合幾何關(guān)系（三角函數(shù)、勾股定理、正弦定理等）分析或求解相關(guān)問題。

【例6】（九省聯(lián)考?廣西-13）光學(xué)反射棱鏡被廣泛應(yīng)用于攝像、校準等領(lǐng)域，其中一種棱鏡的截面如圖，

e/?邊為鍍膜反射面，ef=eh,fg=gh,Ze=60°,Zg=120°,棱鏡的折射率為VI,光在真空中的傳播

速度為3.0X108m/s,若細光束從O點以60。的入射角從真空射入棱鏡，求：

⑴光在上述棱鏡中傳播速度的大??；

⑵光束從棱鏡中射出的折射角，并完成光路圖。

【例7】（2024.全國甲卷S4⑵）一玻璃柱的折射率”=百，其橫截面為四分之一圓，圓的半徑為R,如圖

所示。截面所在平面內(nèi)，一束與A3邊平行的光線從圓弧入射。入射光線與A3邊的距離由小變大，距

離為h時，光線進入柱體后射到3c邊恰好發(fā)生全反射。求此時/I與R的比值。

答案精析

考點一

1.(1)同一平面正⑵吟

sin%

巴警2￡大于1

sin/v

判斷正誤

1N2.x3.x4W

例1A［由題圖可知光從棱鏡進入液體中時，入射角小于折射角，根據(jù)折射定律可知n<n0，又丫=￡,可

得v>vo,故選Ao1

例2D［光路圖如圖所示

根據(jù)幾何關(guān)系可得Nl=30。，Z2=60°

根據(jù)折射定律可得

片鬻=8,故選D。］

例3(1)73(2)—

C

解析(1)作出光路圖如圖所示,

設(shè)光線的入射角為a，折射角為p,則由幾何關(guān)系可得

Rsina等,

解得a=60。

由幾何關(guān)系可知￡=30。

由折射定律可知九=篝=百

(2)光在透明玻璃體中的傳播速度

光在透明玻璃體中的傳播時間―一，由圖及折射定律知光線從5點出射后與豎直方向的夾角a

=60°,所以光從透明玻璃體出射后到光屏所用的時間介=3=竺，則光從入射點傳播到光屏所用的時間

CC

I5R

tt\Io

C

考點二

1.光密光疏

2.(1)光密光疏消失減少增加

⑵①光密光疏②大于或等于(3)；

判斷正誤

1J2.X3.X4.X

例4⑴(2一圾球2(2)y

解析(1)根據(jù)題意，設(shè)光發(fā)生全反射的臨界角為C,

由sinC=工解得C=30。

n

畫出光路圖，如圖所示

光線①恰好發(fā)生全反射，發(fā)光區(qū)域是一個小的球冠，設(shè)小球冠高為h,由幾何關(guān)系有cos30。=?,解得/?

R.

=守/?,發(fā)光球面面積S=2nRh=Q一6)球

(2)如圖，大球冠底面所對的圓心角為120°,光束正中間的光線②