63 第十四章 第3讲　光的折射　全反射（word教参）-2023高考物理【金版新学案】大一轮复习讲义·高三总复习（老高考 A版）

第3讲　光的折射　全反射 一、光的折射定律　折射率 1.折射现象：光从一种介质进入另一种介质时，在界面上传播方向发生改变的现象。如图所示。 2.折射定律(光路图如图) (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；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。 (2) 表达式：n12＝，式中n12是比例系数。 (3) 在光的折射现象中，光路是可逆的。 3.折射率 (1) 定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦的比值。 (2) 定义式：n＝。不能说n与sin θ1成正比，与sin θ2成反比。折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定。 (3) 物理意义：折射率仅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大，反之偏折小。 (4) 计算公式：n＝，因ν＜c，故任何介质的折射率总大于。 二、全反射、光导纤维 1.光密介质与光疏介质 介质 光密介质 光疏介质 折射率 大 小 光速 小 大 相对性 若n甲>n乙，则甲是光密介质 若n甲<n乙，则甲是光疏介质 2.全反射 (1) 定义：光从光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到某一角度，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，由n＝，得sin C＝。介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。 3.光导纤维 光导纤维的原理是利用光的全反射(如图) 。 判断下列说法的正误 (1) 渔民叉鱼时，由于光的折射，不是正对着看到的鱼去叉，而是对着所看到鱼的下方叉。(　　) (2) 落山的太阳看上去正好在地平线上，但实际上太阳已处于地平线以下，观察者的视觉误差大小取决于当地大气的状况。造成这种现象的原因是光的折射。(　　) (3) 光导纤维内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射。(　　) 答案：　(1) √　(2) √　(3) √ 考点一　折射定律、折射率 计算折射率时注意“三点” (1) 注意入射角、折射角均为光线与法线的夹角。 (2) 注意折射率是由介质自身的性质决定的，与入射角的大小无关。 (3) 注意当光从介质射入真空时，要利用光路的可逆性，转化为光从真空射入介质，再应用公式n＝计算。 (2021·湖南卷) 我国古代著作《墨经》中记载了小孔成倒像的实验，认识到光沿直线传播。身高1.6 m的人站在水平地面上，其正前方0.6 m处的竖直木板墙上有一个圆柱形孔洞，直径为1.0 cm、深度为1.4 cm，孔洞距水平地面的高度是人身高的一半。此时，由于孔洞深度过大，使得成像不完整，如图所示。现在孔洞中填充厚度等于洞深的某种均匀透明介质，不考虑光在透明介质中的反射。 (1) 若该人通过小孔能成完整的像，透明介质的折射率最小为多少？ (2) 若让掠射进入孔洞的光能成功出射，透明介质的折射率最小为多少？ 解析：　(1) 根据题意作出如下光路图 当孔在人身高一半时有tan θ＝＝≈，sin θ＝0.8，tan α＝＝，sin α＝ 由折射定律有n＝≈1.38。 (2) 若让掠射进入孔洞的光能成功出射，则可画出如下光路图 根据几何关系有n′＝≈1.7。 答案：　(1) 1.38　(2) 1.7 针对练1.如图所示，一厚度均匀的圆柱形玻璃管内径为r，外径为R，高为R。一条光线从玻璃管上方入射，入射点恰好位于M点，光线与圆柱上表面成30°角，且与直径MN在同一竖直面内。光线经入射后从内壁射出，最终到达圆柱底面，在玻璃管中的传播时间为t1，从玻璃管中射出直至到底面的传播时间为t2，测得t1∶t2＝3∶1。已知该玻璃管的折射率为，求圆柱形玻璃管内、外半径之比r∶R。 解析：　光路图如图所示，入射角i＝60°，玻璃管的折射率n＝，设折射角为γ 由折射定律有n＝，解得γ＝45°，则∠DAB＝30°， 由几何关系可得，MC＝CA＝R－r，MA＝MC，AD＝r，AB＝r， 光线在玻璃管中传播的速度v＝， 则有t1＝＝，t2＝＝， 又t1∶t2＝3∶1，解得r∶R＝1∶3。 答案：　1∶3 针对练2.(2022·广东新高考适应卷) 如图所示，救生员坐在泳池旁边凳子上，其眼睛到地面的高度h0为1.2 m，到池边的水平距离L为1.6 m，池深H为1.6 m，池底有一盲区。设池水的折射率为。当池中注水深度h为1.2 m和1.6 m时，池底盲区的宽度分别是多少。 解析：　当h＝1.2 m时，光路图如图甲所示： 甲 由几何关系可得＝ 即＝ 解得EF≈0.53 m 根据折射定律，有n＝ 其中sin α1＝，sin α2＝