2023届高考物理一轮复习学案：光学

NO39.光的折射、全反射 【学习目标】 1.折射定律和折射率的理解及应用 2.全反射现象的理解和应用 3.光路控制和色散 4.光的折射和全反射的综合应用 【考点掌握】 考向一 折射定律和折射率的理解及应用 一、光的折射定律　折射率 1．光的反射现象与折射现象 一般来说，光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质，这个现象叫作光的反射；另一部分光会 ，这个现象叫作光的折射(如图所示)。 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成 。 (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 的正弦之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，用符号n表示。 (2)物理意义：折射率仅反映介质的 特性，折射率大，说明光线以相同入射角从真空斜射入该介质时偏折的角度大，反之偏折的角度小。 (3)定义式：n＝，不能说n与sinθ1成正比、与sinθ2成反比，对于确定的某种介质而言，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定。 (4)光在不同介质中的传播速度不同；某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝。由于v<c，故任何介质的折射率都 (填“大于”或“小于”)1。 4．对折射率的理解 (1)公式n＝中，光不论是从真空射入介质，还是从介质射入真空，θ1都是指真空中的光线与法线间的夹角，θ2都是指介质中的光线与法线间的夹角。 (2)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大小，v＝。 (3)折射率由介质本身的性质和入射光的频率共同决定，与入射角和折射角的大小无关。 (4)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。 (5)同一种介质中，频率越高的色光折射率越大，传播速度越小。 (6)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长可能不同，但频率相同。 【典例1】如图，一个半径为R的玻璃球，O点为球心。球面内侧单色点光源S发出的一束光在A点射出，出射光线AB与球直径SC平行，θ = 30°。光在真空中的传播速度为c。求：（i）玻璃的折射率； （ii）从S发出的光线经多次全反射回到S点的最短时间。 【典例2】将自然光引入室内进行照明是一种新型的绿色能源技术。某科技兴趣小组设计了一种接收太阳光的实验装置，如图为过装置中心轴线的截面，上部的集光球是半径为R的某种均匀透明材料的半球体，下部为导光管，两部分的交界面是PQ。若只有PQ上方高度范围内的光束平行于PQ射入后，能直接通过PQ面进入导光管（不考虑集光球内表面的反射），求该材料的折射率。 考向二 全反射现象的理解和应用 一、全反射 1．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 的。某种介质相对其他不同介质可能是光密介质，也可能是光疏介质。 2．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＝ 。 3.全反射现象的理解和应用 1．全反射的理解 (1)如果光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。 (2)光的全反射遵循光的反射定律，光路是可逆的。 (3)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，实际上已经没有折射光了。 (4)从能量角度理解全反射现象：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，折射光的能量减弱为零，这时就发生了全反射。 3．全反射的有关现象 海水浪花呈白色、玻璃或水中的气泡看起来特别亮、沙漠蜃景、海市蜃楼、钻石的光彩夺目、水下的灯不能照亮整个水面等。 4．全反射的应用 (1)全反射棱镜：用来改变光的方向。 (2)光导纤维(简称光纤) ①结构：是一种透明的玻璃纤维丝，直径在几微米到一百微米之间，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，即内芯是光密