2020版物理高考新素养总复习江苏专用讲义：选修3-4+第十三章+机械振动+机械波+光+电磁
波+第3讲和答案
第3讲 光的折射 全反射 测定玻璃的折射率
知识排查
光的折射定律 折射率
1.折射现象
图1
光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向发生改变的现象，如图1所示。 2.折射定律
(1)内容：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；入射角的正弦值与折射角的正弦值成正比。 sin θ1(2)表达式：sin θ＝n12，式中n12是比例常数。
2
3.折射率
(1)物理意义：折射率反映介质的光学特性，折射率大，说明光从真空射入到该介质时偏折角大，反之偏折角小。
sin θ1(2)定义式：n＝sin θ，不能说n与sin θ1成正比，与sin θ2成反比。折射率由介质
2
本身的光学性质和光的频率决定。
c
(3)计算公式：n＝v，因v 全反射 光导纤维 1.全反射 (1)定义：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线消失，只剩下反射光线的现象。 (2)条件：①光从光密介质射向光疏介质。②入射角大于或等于临界角。 (3)临界角：折射角等于90°时的入射角。若光从光密介质(折射率为n)射向真空或 - 1 - / 20 2020版物理高考新素养总复习江苏专用讲义：选修3-4+第十三章+机械振动+机械波+光+电磁 波+第3讲和答案 1 空气时，发生全反射的临界角为C，则sin C＝n。介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。 2.光导纤维 光导纤维的原理是利用光的全反射(如图2)。 图2 小题速练 思考判断 (1)折射率跟折射角的正弦成正比。( ) (2)只要入射角足够大，就能发生全反射。( ) (3)若光从空气中射入水中，它的传播速度一定减小。( ) 1 (4)已知介质对某单色光的临界角为C，则该介质的折射率等于sin C。( ) (5)密度大的介质一定是光密介质。( ) 答案 (1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)× 折射定律的理解与应用 对折射率的理解 (1)折射率大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中传播速度的c 大小v＝n。 (2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。 (3)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。 【例1】 (2019·扬州第一学期期末) 如图3所示，一束单色光照射到平行玻璃砖上表面，入射方向与界面的夹角θ＝30°，测得入射点A到光屏的距离为 63 cm，玻璃砖的厚度为6 cm，在玻璃砖下方光屏上出现的光点C到玻璃砖下表面的距离为4 cm，求该玻璃砖的折射率n。 - 2 - / 20 2020版物理高考新素养总复习江苏专用讲义：选修3-4+第十三章+机械振动+机械波+光+电磁 波+第3讲和答案 图3 解析 玻璃砖上表面入射角为60° 由几何知识得，B到光屏的距离为43 cm， 233折射角tan r＝6＝3 解得折射角为30° sin i由n＝sin r 解得n＝3。 答案 3 【例2】 (2018·江苏南京、淮安高三第三次模拟)如图4所示，半径为R的扇形AOB为透明柱状介质的横截面，圆心角∠AOB＝60°。一束平行于角平分线OM的单色光由OA边射入介质，折射光线平行于OB且恰好射向M(不考虑反射光线，已知光在真空中的传播速度为c)。求： 图4 (1)从M处射出的光线与OM的夹角； (2)光在介质中的传播时间。 解析 (1)如图所示。 - 3 - / 20 2020版物理高考新素养总复习江苏专用讲义：选修3-4+第十三章+机械振动+机械波+光+电磁 波+第3讲和答案 由题意和几何关系知i＝60°， θ＝30°， 由折射率公式得 sin isin 60°n＝sin θ＝sin 30°＝3， 从M点射出时，设出射角为α，则 sin α ＝3，α＝60°。 sin 30° 3c (2)设PM＝x，则2xcos 30°＝R，得x＝3R，v＝n xRt＝v＝c。 R 答案 (1)60° (2)c 光的折射、全反射的综合应用 求解光的折射、全反射问题的四点提醒 (1)光密介质和光疏介质是相对而言的。同一种介质，相对于其他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质。 (2)如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象。 (3)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。 (4)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。 【例3】 (2019·淮安模拟)如图5所示，一截面为梯形的鱼塘贮满水，鱼塘右侧坡面的倾角为α，水的折射率为n。不同时刻太阳光线与水平面的夹角θ在变化，求当θ满足什么条件时，阳光能够照射到整个鱼塘的底部。 - 4 - / 20 —— 2020版物理高考新素养总复习江苏专用讲义：选修3-4+第十三章+机械振动+机械波+光+电磁 波+第3讲和答案 图5 解析 当右侧光线经水折射后，刚好沿鱼塘右侧坡面传播时，阳光刚好能够照射到整个鱼塘的底部。设此时太阳光线与水平面的夹角为θ0，根据折射定律，得 ?π?sin ?2－θ0? ?? n＝，解得cos θ0＝ncos α ?π?sin ?2－α? ?? 所以θ满足的条件为cos θ≤ncos α或θ≤arccos (ncos α)。 答案 cos θ≤ncos α或θ≤arccos (ncos α) 光的色散、棱镜 1.光的色散 (1)色散现象：白光通过三棱镜会形成由红到紫七种色光组成的彩色光谱，如图6所示。 图6 (2)成因：由于n红＜n紫，所以以相同的入射角射到棱镜界面时，红光和紫光的折射角不同，就是说紫光偏折得更明显些，当它们射到另一个界面时，紫光的偏折角最大，红光偏折角最小。 2.棱镜：三棱镜对光线的作用是改变光的传播方向，使复色光发生色散。 【例4】 如图7，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b，波长分别为λa、λb，该玻璃对单色光a、b的折射率分别为na、nb，则__________。 图7 A.λa＜λb，na＞nb B.λa＞λb，na＜nb - 5 - / 20
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