高考物理大一轮复习 第十四章 第3讲 光的折射 全反射讲义（含解析）教科版-教科版高三全册物理教案.docx

第3讲光的折射全反射

一、光的折射定律折射率
1.折射定律
(1)内容：如图1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.

图1
(2)表达式：eq\f(sini,sinr)＝n.
(3)在光的折射现象中，光路是可逆的.
2.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：n＝eq\f(sini,sinr).
(3)计算公式：n＝eq\f(c,v)，因为v<c，所以任何介质的折射率都大于1.
(4)当光从真空(或空气)斜射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质斜射入真空(或空气)时，入射角小于折射角.
3.折射率的理解
(1)折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关.
(2)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.
(3)同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小.
自测1如图2所示，MN是空气与某种液体的分界面，一束红光由空气射到分界面，一部分光被反射，一部分光进入液体中.当入射角是45°时，折射角为30°，则以下说法正确的是()

图2
A.反射光线与折射光线的夹角为120°
B.该液体对红光的折射率为eq\r(3)
C.该液体对红光的全反射临界角为45°
D.当紫光以同样的入射角从空气射到分界面时，折射角也是30°
答案C
二、全反射光导纤维
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，折射光线将全部消失，只剩下反射光线的现象.
2.条件：(1)光从光密介质射入光疏介质.(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)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，则sinC＝eq\f(1,n).介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小.
4.光导纤维
光导纤维的原理是利用光的全反射，如图3所示.

图3
自测2eq\x(教材P53第1题)(多选)光从介质a射向介质b，如果要在a、b介质的分界面上发生全反射，那么必须满足的条件是()
A.a是光密介质，b是光疏介质
B.光在介质a中的速度必须大于在介质b中的速度
C.光的入射角必须大于或等于临界角
D.必须是单色光
答案AC

命题点一折射定律和折射率的理解及应用
1.对折射率的理解
(1)折射率的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大小v＝eq\f(c,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.
2.光路的可逆性
在光的折射现象中，光路是可逆的.如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射.
例1(2018·全国卷Ⅲ·34(2))如图4，某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“·”(图中O点)，然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上，小标记位于AC边上.D位于AB边上，过D点作AC边的垂线交AC于F.该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察，恰好可以看到小标记的像；过O点作AB边的垂线交直线DF于E；DE＝2cm，EF＝1cm.求三棱镜的折射率.(不考虑光线在三棱镜中的反射)

图4
答案eq\r(3)
解析过D点作AB边的法线NN′，连接OD，则∠ODN＝α为O点发出的光线在D点的入射角；设该光线在D点的折射角为β，如图所示.根据折射定律有nsinα＝sinβ①

式中n为三棱镜的折射率.
由几何关系可知
β＝60°②
∠EOF＝30°③
在△OEF中有
EF＝OEsin∠EOF④
由③④式和题给条件得
OE＝2cm⑤
根据题给条件可知，△OED为等腰三角形，有
α＝30°⑥
由①②⑥式得
n＝eq\r(3)
变式1(2017·全国卷Ⅰ·34(2))如图5，一玻璃工件的上半部是半径为R的半球体，O点为球心；下半部是半径为R、高为2R的圆柱体，圆柱体底面镀有反射膜.有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入，该光线与OC之间的距离为0.6R.已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射).求该玻璃的折射率.

图5
答案eq\r(2.05)(或1.43)
解析如图，根据光路的对称性和光路可逆性，与入射光线相对于OC轴对称的出射光线一定与入射光线平行.这样，从半球面射入的折射光线，将从圆柱体底面中心C点反射.

设光线在半球面的入射角为i，折射角为r.由折射定律有
sini＝nsinr①
由正弦定理有
eq\f(sinr,2R)＝eq\f(sini－r,R)②
由几何关系，入射