人教版高中物理一轮复习课件：选修3-4光的折射 全反射
第1讲光的折射全反射
考点1光的折射定律和折射率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________的现象.2.折射定律(1)内容：折射光线与入射光线、法线处在_________内，折射光线与入射光线分别位于法线的_______；入射角的正弦与折射角的正弦________.改变同一平面两侧成正比
(2)表达式：______=n12,式中n12是比例常数.(3)在光的折射现象中，光路是______的.3.折射率(1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，________的正弦与________的正弦的比值.可逆入射角折射角
(3)定义式：n=.不能说n与sinθ1成正比、与sinθ2成反比.折射率由介质本身的光学性质和光的________决定.(4)计算公式：n=，因v＜c,故任何介质的折射率总______(填“大于”或“小于”)1.4.光密介质与光疏介质(1)光密介质：折射率_______的介质.(2)光疏介质：折射率________的介质.(3)光密介质和光疏介质是__________.同种介质相对不同介质可能是光密介质，也可能是光疏介质.频率大于较大较小相对的(2)物理意义：折射率仅反映介质的______特性，折射率大，说明光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小.光学
1.对折射率的五点理解(1)公式n=中，不论是光从真空射入介质，还是从介质射入真空，θ1总是真空中的光线与法线间的夹角，θ2总是介质中的光线与法线间的夹角.(2)折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关.(3)折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质.(4)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.(5)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同.
2.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制类别项目平行玻璃砖三棱镜圆柱体（球）结构玻璃砖上下表面是平行的横截面为三角形的三棱镜横截面是圆
类别项目平行玻璃砖三棱镜圆柱体（球）对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折圆界面的法线是过圆心的直线，经过两次折射后向圆心偏折ABdhOABCO●
类别项目平行玻璃砖三棱镜圆柱体（球）测定玻璃的折射率全反射棱镜，改变光的传播方向改变光的传播方向应用
考点2全反射和光的色散现象1.全反射(1)条件：①光从光密介质射入___________.②入射角_____________临界角.(2)现象：折射光完全消失，只剩下________.(3)临界角：折射角等于90°时的入射角，用C表示，sinC=____.(4)应用：①全反射棱镜.光疏介质大于或等于反射光
②光导纤维，如图.2.光的色散(1)色散现象:白光通过三棱镜会形成由____到_____七种色光组成的彩色光谱,如图.红紫
(2)成因:由于n红
n靛>n蓝>n绿>n黄>n橙>n红比较不同色光临界角的大小关系时产生错误.没有根据临界角公式sinC=比较出不同色光在ab面上发生全反射的临界角的大小关系导致错解.由不同色光折射率的大小关系，可以知道不同色光临界角的大小关系为C紫nc>nb，由此可知，a光的频率最大，传播速度最小，波长最短，b光的频率最小，波长最长，故选项C正确.
4.(多选)如图所示,有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点,并偏折到F点,已知入射方向与边AB的夹角为θ=30°,E、F分别为边AB、BC的中点,则()A.该棱镜的折射率为B.光在F点发生全反射C.光从空气进入棱镜,波长变小D.从F点出射的光束与入射到E点的光束平行
【解析】选A、C.在E点作出法线可知入射角为60°,折射角为30°,折射率为，A对;由光路的可逆性可知,在BC边上的入射角小于临界角,不会发生全反射,B错;根据公式可知C对;三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折,不会与入射到E点的光束平行,故D错.
5.(2011·天津高考)某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率.开始玻璃砖的位置如图中实线所示，使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察P1、P2的像，且P2的像挡住P1的像.如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失.此时只须测量出_______，即可计算出玻璃砖的折射率.请用你的测量量表示出折射率n=_________________.
【解析】若半圆形玻璃砖转过θ角时在半圆形玻璃砖直径一侧恰好看不到P1、P2的像，那么此时恰好发生了全反射.则过P1、P2的光线在玻璃砖内的入射角为θ，在空气中折射角为90°，根据折射定律得n=，只要测出θ，就可求出玻璃砖的折射率.答案：玻璃砖直径边绕O点转过的角度θ
6.(2012·南京模拟)如图所示，直角三棱镜折射率为，∠B=30°,一束单色光垂直于AC面射向棱镜，入射点为O，试画出光在棱镜中传播的光路图，并求出光射出棱镜时的折射角.(不考虑BC面对光线的反射)
【解析】光在棱镜中的光路如图所示，由图可知，α=60°i=180°-30°-120°=30°由n=即得sinr=nsini=故r=45°答案：光路图见解析，折射角为45°
7.(1)如图所示，空气中有一折射率为的玻璃柱体，其横截面是圆心角为90°、半径为R的扇形OAB，一束平行光平行于横截面，以45°入射角照射到OA上，OB不透光，若只考虑首次入射到圆弧上的光，则上有光透出部分的弧长为()A.πRB.πRC.πRD.πR
(2)如图是一个圆柱体棱镜的截面图，图中E、F、G、H将半径OM分成5等份，虚线EE1、FF1、GG1、HH1平行于半径ON，ON边可吸收到达其上的所有光线.已知该棱镜的折射率n=，若平行光束垂直入射并覆盖OM，则光线从MN弧上的哪一部分射出？
【解析】(1)选B.由sinC=可知,光在玻璃柱体中发生全反射的临界角C=45°.据折射定律可知所有光线从AO进入玻璃柱体后的折射角均为30°.从O点入射后的折射光线将沿半径从C点射出.假设从E点入射的光线经折射后到达D点时刚好发生全反射，则∠ODE=45°.如图所示，由几何关系可知θ=45°，故弧长=πR，故B正确.
(2)由该棱镜的折射率n=可知其临界角C满足：sinC==，可求出GG1左边的入射光线没有发生全反射，其右边的光线全部发生全反射.所以光线只能从圆弧NG1射出.答案：(1)B(2)光线只能从圆弧NG1射出
【总结提升】如何寻找光线照射的范围求光线照射的范围时，关键是找出边界光线，如果发生全反射，刚好能发生全反射时的临界光线就是一条边界光线，确定临界光线时，关键是确定光线在什么位置时入射角等于临界角.
8.在“测定玻璃折射率”的实验中(1)操作步骤如下：①先在白纸上画出一条直线aa′代表两种介质的界面，过aa′上的O点画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线.②把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐.③在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像.调整视线方向，直到P1的像被P2挡住.再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P1、P2的像和P3，记下P3、P4的位置.
④移去大头针和玻璃砖，连接P3、P4作为折射光线，测量出入射角θ1与折射角θ2，填入表格中.上述操作步骤中存在严重的缺漏，应作的补充是_________________________________________________.(2)(多选)实验中测出了多组入射角θ1与折射角θ2，并作出了sinθ1-sinθ2图象如图.则下列说法正确的是.
A.实验时，光线是由空气射入玻璃B.玻璃的折射率为0.67C.玻璃的折射率为1.5D.玻璃临界角的正弦值为0.67【解析】(1)步骤②中应在白纸上画出玻璃砖的另一个界面bb′，步骤④中应通过P3、P4的连线与bb′的交点O′和aa′上的入射点O，作出玻璃砖中的光线OO′.(2)由图可看出入射角θ1小于折射角θ2，因此，光线应该是由玻璃射入空气；则玻璃折射率n===1.5，故sinC===0.67，所以选项C、D正确.答案：(1)见解析(2)C、D
9.(1)一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光a、b.已知a光的频率小于b光的频率.下面哪个光路图可能是正确的()
(2)(2012·南通模拟)如图所示，一个圆柱形容器的底部半径与高均为b，当容器未装液体时，从某点A恰能看到底部边缘的B点.当容器装满某种液体时，仍沿AB方向看去，恰好能看到底部中心O，已知光在真空中的传播速度为c，试求光在此液体中的传播速度.
【解析】(1)选B.由于a光的频率小于b光的频率，可知a光的折射率小于b光的折射率.在上表面a、b两束单色光的入射角相同，由折射定律可判断出a光的折射角大于b光的折射角.在下表面光线由玻璃射向空气，光线折射率应为折射角正弦比入射角正弦，故下表面的折射角应与上表面的入射角相同，即通过玻璃砖后的出射光线应与原入射光线平行.
(2)此液体的折射率n=，而sinθ1=sinθ2=光在此液体中的传播速度v=解得v=答案：(1)B(2)
10.(2011·海南高考)一赛艇停在平静的水面上，赛艇前端有一标记P离水面的高度为h1=0.6m，尾部下端Q略高于水面；赛艇正前方离赛艇前端s1=0.8m处有一浮标，示意如图.一潜水员在浮标前方s2=3.0m处下潜到深度为h2=4.0m时，看到标记刚好被浮标挡住，此处看不到船尾端Q；继续下潜Δh=4.0m，恰好能看见Q.求：
(1)水的折射率n；(2)赛艇的长度l.(可用根式表示)【解析】(1)如图所示，n==
(2)刚好看到Q点时的光路图如图所示.船尾发出的到人眼的光线的折射角等于全反射临界角，设为C，则
x=s1+s2+ly=h2+ΔhsinC=n=联立以上4个方程解得l=答案：(1)(2)
11.(1)(2011·山东高考)如图所示，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射入介质，经OA折射的光线恰平行于OB.
①求介质的折射率.②折射光线中恰好射到M点的光线_________(填“能”或“不能”)发生全反射.(2)如图所示，A、B为一直光导纤维，A、B之间距离为s，使一光脉冲信号从光导纤维中间入射，射入后在光导纤维与空气的界面上恰好发生全反射，由A点传输到B点所用时间为t，求光导纤维所用材料的折射率n.
【解析】(1)①由题意画出光路图如图所示，可得入射角θ1=60°，折射角θ2=30°，由折射定律可得此介质的折射率为n===
②由题意画出恰好经过M点的折射光线如图所示，可得出此时射向M点的入射角为180°-30°-90°-30°=30°，全反射的临界角sinC==>sin30°=，故不能发生全反射.(2)光脉冲信号由A点进入光导纤维后，沿AO方向照射到O点，此时入射角α恰好等于临界角.光在此介质中的速度为v，而沿水平方向的分速度为vsinα，沿水平方向传播的距离为s.设介质的折射率为n，则有sinα=sinC=，①n=，②
t=，③由①②③三式解得所以n=.答案：(1)①②不能(2)
12.如图所示，一棱镜的截面为直角三角形ABC，∠A＝30°,斜边AB＝a，棱镜材料的折射率为n=.在此截面所在的平面内，一条光线以45°的入射角从AC边的中点M射入棱镜．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)．
【解题指南】解答本题的关键点有三个：(1)正确求出临界角；(2)根据临界角正确地画出光路图；(3)根据折射定律和几何关系列方程求解.
【解析】设入射角为θ1，折射角为θ2，由折射定律得=n①由已知条件及①式得θ2=30°②如果入射光线在法线的右侧，光路图如图所示，设出射点为F，由几何关系可得∠AFM＝90°AF=a③即出射点在AB边上离A点a的位置.
如果入射光线在法线的左侧，光路图如图所示．设折射光线与AB的交点为D．由几何关系可知，在D点的入射角θ＝60°④设全反射的临界角为θC，则sinθC=⑤由⑤和已知条件得θC=45°⑥因此，光在D点发生全反射．设此光线的出射点为E，由几何关系得∠DEB=90°
BD=a-2AF⑦BE=BDsin30°⑧联立③⑦⑧式得BE=a即出射点在BC边上离B点a的位置．答案：见解析
