2023届高考物理二轮复习讲义：光的折射和全反射

光的折射和全反射

本专题是高考的热点问题，主要涉及光的折射定律，全反射条件，临界角等知识点，往往结合几何关系进行综合考查。解决这类问题的关键：应围绕折射率，联系几何量和物理量列相关方程。命题主要以计算题或填空题的形式出现，难度一般。

 平行玻璃砖问题

如图，单色光从折射率n＝1.5、厚度d＝10.0cm的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速为3×108m/s，则该单色光在玻璃板内传播的速度为________m/s；对于所有可能的入射角，该单色光通过玻璃板所用时间t的取值范围是________s≤t＜________s（不考虑反射）。

1.如图，长方体玻璃砖的横截面为矩形MNPQ，MQ＝l，MN＝2l。一束单色光在纸面内以α＝45°的入射角从空气射向MQ边的中点O，该单色光折射到MN上的A点，MA＝l，光在真空中传播的速度为c。

求：（1）玻璃砖对该单色光的折射率；（2）该单色光在玻璃砖中传播的时间。

2.一直桶状容器的高为2l,底面是边长为l的正方形;容器内装满某种透明液体,过容器中心轴DD'、垂直于左右两侧面的剖面图如图所示。容器右侧内壁涂有反光材料,其他内壁涂有吸光材料。在剖面的左下角处有一点光源,已知由液体上表面的D点射出的两束光线相互垂直,求该液体的折射率。

行玻璃砖问题的解题方法：

1、通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移。可以充分利用入射光线的入射角和出射光线的出射角相等的条件来解题；

2、充分利用、、三个公式；

注意：只有光密到光疏并且入射角大于或等于临界角才会发生全反射。

 三角形玻璃砖问题

一细束单色光在三棱镜ABC的侧面AC上以大角度由D点入射（入射面在棱镜的横截面内），入射角为i，经折射后射至AB边的E点，如图所示，逐渐减小i，E点向B点移动，当sin i＝时，恰好没有光线从AB边射出棱镜，且DE＝DA。求棱镜的折射率。

如图所示，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，∠A＝90°，∠B＝30°。一束光线平行于BC边从AB边射入棱镜，光线在棱镜内经一次反射，从AC边或BC边垂直射出。求（1）棱镜的折射率n；

（2）AC边与BC边上有光出射区域长度的比值K。

2.如图所示,玻璃三棱镜的横截面是边长为a的等边三角形,BC面沿竖直方向,O点为BC的中点,现用一束宽为a的单色平行光束水平射向AB及AC面,若玻璃三棱镜对此平行光束的折射率为。

①求射向AB中点P的光线经折射后直接到达BC边的位置;

②若距O点距离为a处放置一平行BC面的光屏,光屏上被照亮的竖直长度为多少?

3. 直角等腰玻璃三棱镜ABC的截面如图所示,∠ABC=∠ACB=45°,一条单色光从腰AB上的D点射入三棱镜,在玻璃内部折射光线为DE,折射角r=30°,折射光线传播到BC边上的E点。已知该玻璃三棱镜的折射率n=。(ⅰ)求光线的入射角i(图中未标出);(ⅱ)判断光线能否在E点发生全反射。

 

4.如图所示,一束单色光从空气入射到棱镜的AB面上,经AB和AC两个面折射后从AC面进入空气。当出射角i'和入射角i相等时,出射光线相对于入射光线偏转的角度为θ。已知棱镜顶角为α,则计算棱镜对该色光的折射率表达式为(　　)

　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　

A. B.   C. D.

5.如图,△ABC为一玻璃三棱镜的横截面,∠A=30°。一束红光垂直AB边射入,从AC边上的D点射出,其折射角为60°,则玻璃对红光的折射率为　　　　。若改用蓝光沿同一路径入射,则光线在D点射出时的折射角　　　　(填“小于”“等于”或“大于”)60°。 

6.如图,△ABC是一直角三棱镜的横截面,∠A=90°,∠B=60°。一细光束从BC边的D点折射后,射到AC边的E点,发生全反射后经AB边的F点射出。EG垂直于AC交BC于G,D恰好是CG的中点。不计多次反射。

(ⅰ)求出射光相对于D点的入射光的偏角;

(ⅱ)为实现上述光路,棱镜折射率的取值应在什么范围?