1、- 1 -专题 57 光的折射 全反射 光导纤维1.理解折射率的概念，掌握光的折射定律.2.掌握全反射的条件，会进行有关简单的计算1 折射现象光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向改变的现象2 折射定律(1)内容：如图所示，折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比(2)表达式： n21si(3)在光的折射现象中，光路是可逆的3 折射率(1)折射率是一个反映介质的光学性质的物理量(2)定义式： 21sin(3)计算公式： vc，因为 vc，所以任何介质的折射率都大于 1.(4)当光从真空(或空气)射入某种介质时，入射角大于折
2、射角；当光由介质射入真空(或空气)时，入射角小于折射角4 全反射现象(1)条件：光从光密介质射入光疏介质入射角大于或等于临界角(2)现象：折射光完全消失，只剩下反射光- 2 -5 临界角：折射角等于 90时的入射角，用 C 表示，sin C n1.6 光的色散(1)光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象(2)光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长的有序排列(3)光的色散现象说明：白光为复色光；同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率越大；不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速越慢(4)棱镜含义：截面是三角形的玻璃仪器，可以使光发生色散，白光的色散表
3、明各色光在同一介质中的折射率不同三棱镜对光线的作用：改变光的传播方向，使复色光发生色散考点一 折射定律的理解与应用解决光的折射问题的一般方法：(1)根据题意画出正确的光路图(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，确定入射角和折射角(3)利用折射定律建立方程进行求解重点归纳1 玻璃砖对光路的控制两平面平行的玻璃砖，出射光线和入射光线平行，且光线发生了侧移，如图所示2 三棱镜对光路的控制(1)光密三棱镜：光线两次折射均向底面偏折，偏折角为 ，如图所示- 3 -(2)光疏三棱镜：光线两次折射均向顶角偏折(3)全反射棱镜(等腰直角棱镜)，如图所示当光线从一直角边垂直射入时，在斜边发生全反射，从另一直
4、角边垂直射出(如图甲)当光线垂直于斜边射入时，在两直角边发生全反射后又垂直于斜边射出 (如图乙)，入射光线和出射光线互相平行特别提醒 不同颜色的光的频率不同，在同一种介质中的折射率、光速也不同，发生全反射现象的临界角也不同典型案例如图所示， ABC 是三棱镜的一个截面，其折射率为 1.5n，现有一细束平行与截面的光线沿 MN 方向射到棱镜的 AB 面上的 N 点， 2ABcm，入射角的大小为，且sin0.75，已知真空中的光速 8/3.01cms，求：光在棱镜中传播的速率；此束光进入棱镜后从棱镜射出的方向和位置（不考虑 AB 面的反射）。【答案】 82.01/ms； 3c- 4 -【名师点睛】
5、本题是折射定律、光速公式和全反射知识的综合应用当光从光密介质射入光疏介质时要考虑能否发生全反射。针对练习 1如图所示，用折射率为 的透明物质做成内外半径分别为2a0.10m， b0.20m 的空心球，内表面涂上能完全吸光的物质，不考虑光在介质内部传播时的反射光线。问：当平行光射向此球时有一部分光经过球的折射能从球右侧射出，求这部分平行入射光束的横截面积 S（ =3.14，要求保留作图痕迹，计算结果保留三位有效数字）。【答案】6.2810 2 m2【解析】- 5 -【名师点睛】本题考查折射定律的应用及机械波的性质；在折射定律的应用中应注意几何关系的确定；由题意可得出能从球面射出光线的边界光线的光
6、路图；由几何关系确定折射角，则可求得折射角，由几何关系即可求得入射光束的横截面积。针对练习 2如图所示，空气中有一折射率为 2的玻璃柱体，其横截面是圆心角为 09、半径为 R 的扇形 OAB，一束平行光平行于横截面，以 045入射角照射到 OA 上， OB 不透光，若只考虑首次入射到圆弧 AB 上的光，则弧 AB 上有光透出部分的弧长为： （ ）A、 16R B、 14 C、 13R D、 512R【答案】B【解析】试题分析：根据折射定律有： 45sinr，可得光进入玻璃后光线与竖直方向的夹角为 30，过 O 的光线垂直入射到 AB 界面上点 C 射出， C 到 B 之间没有光线射出；越接近
7、A 的光线入射- 6 -到 AB 界面上时的入射角越【名师点睛】注意两条特殊光线，一是从 O 点沿半径方向进入玻璃柱体的光线，在 AO 面上折射后传播入方向不变，二是在 AB 面上发生全反射的光线，有光透出的部分在这两条光线之间，然后根据几何关系求解。考点二 全反射现象的理解与应用1在光的反射和全反射现象中，均遵循光的反射定律；光路均是可逆的2当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射当折射角等于 90时，实际上就已经没有折射光了3全反射现象可以从能量的角度去理解：当光由光密介质射向光疏介质时，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐
8、增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，这时就发生了全反射重点归纳1光的折射、全反射中的三个“一”一个规律：光的折射定律一个概念：折射率一个条件：全反射的条件2解答全反射类问题的技巧（1）解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的两个条件：一是光必须从光密介质射入光疏介质，二是入射角大于或等于临界角利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符，这样更有利于问题的分析（2）解答光的折射、全反射问题时抓好两个关键点准确作出光路图- 7 -利用几何关系确定光路中的边、角关系，找准入射角和折射角典型案例一棱镜的横
9、截面为直角三角形 ABC， A=30，斜边 AB 的长度为 a，棱镜材料的折射率为 2n。在此横截面内，一条光线以 45的入射角从 AC 边的中点 M 射入棱镜。请画出光路图，并求光线从棱镜射出的点的位置（不考虑光线沿原路返回的情况）。【答案】见解析.设全反射的临界角为 0，则 n1si0将已知条件代入可解得 0=45由于 =60 0=45，因此光在 D 点发生全反射设此光线的出射点为 BC 面上的 E 点，由几何关系得 DEB=90光路图如图所示则 aAFBD412- 8 -出射点在 BC 面上的 E 点，到 B 点的距离为 830sinaBDE【名师点睛】本题考查了光的折射定律以及全反射问
10、题；题目中入射光线的位置未知，要分析两种情况进行研究，不能漏解要将折射定律与几何知识结合起来分析光路。针对练习 1某单色光在某种介质中的传播速度大小为 1.5108m/s，则该单色光从此介质射向真空并发生全反射的临界角是： （ ）A15 B30 C45 D60【答案】B【名师点睛】此题是对光的折射定律及全反射的考查；要知道若是光是从空气射向液体则折射率应该是入射角的正弦与折射角的正弦相比光的全反射必须从光密介质进入光疏介质，同时入射角大于临界角。针对练习 2如图所示，两束单色光 a、 b 从水面下射向 A 点，光线经折射后合成一束光，则正确的是： （ ）A在水中 a 光的波速比 b 光的波速小
11、B a 光的频率比 b 光的频率低C a 光的折射率大于 b 光的折射率D当 a、 b 两束光以相同的入射角从水中射到 A 点，入射角从 0 开始逐渐增大，最先消失的是 a 光【答案】B【解析】 b 光的偏折程度大于 a 光的偏折程度，所以 b 光的折射率大于 a 光的折射率a 光的折射率小，a 光的频率小，根据 cvn知 a 光在介质中的速度大故 AC 错误，B 正确根- 9 -据 1sinC知，a 光的折射率小于 b 光的折射率，所以在水中 a 光的临界角大于 b 光的临界角当 a、b 两束光以相同的入射角从水中射到 A 点，入射角从 0开始逐渐增大，最先消失的是 b 光，故 D 错误故选 B【名师点睛】解决本题的突破口在于通过光的偏折程度得出光的折射率大小，从而根据 cvn、 1siC比较出光在介质中的速度大小以及临界角的大小。
