1、【 精品教育资源文库 】 第 1 讲 光的反射与折射 全反射 考试标准 知识内容 必考要求 加试要求 说明 光的反射与折射 c 不要求引入相对折射率的概念 全反射 b 光的颜色、色散 b 一、光的反射与折射 1.反射定律 反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的 两侧 ；反射角等于入射角 . 2.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： sin 1sin 2 n. (3)在光的折射现象中，光路是 可逆 的 . 3.折射率
2、(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 sin 1sin 2. (3)计算公式： n cv，因为 v b C.nanb 答案 BC 解析 一束光经过三棱镜折射后，折射率小的光偏折较小，而折射率小的光波长较长，所以 a b， nanb.故选项 B、 C 正确 . 命题点一 光的折射问题 1.对折射率的理解 (1)公式 n sin 1sin 2中，不论是光从真空或空气射入介质，还是从介质射入真空或空气， 1总是真空或空气中的光线与法线间的夹角， 2总是介质中的光线与法 线间的夹角 . (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)折射率的
3、大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关，与入射角的大小无关 .同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小 . (4)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.应用光的折射定律解题的一般思路 (1)根据入射角、折射角及反射角之间的关系，作出比较完整的光路图 . (2)充分利用光路图中的几何关系，确定各角之间的联系，根据折射定律求解相关的物理量：折射角、折射率等 . (3)注意在折射现象中，光路是 可逆的 . 例 1 (多选 )如图 3 所示，一个储油桶的底面直径与高均为 d.当桶内没有油时，从某点 A恰能看到桶底边缘的某点 B.当桶内油的深度等于桶高的一半时，仍
4、沿 AB 方向看去，恰好看到桶底上的点 C， C、 B 两点相距 d4.则下列说法正确的是 ( ) 【 精品教育资源文库 】 图 3 A.油的折射率为 102 B.油的折射率为 52 C.光在油中的传播速度为 35 1010 8 m/s D.光在油中的传播速度为 65 510 8 m/s 答案 AC 解析 因为底面直径与桶高相等，所以 AON BON 45 ，由 ON 2CN 可知 sin CON CNCN 2 ON 2 55 ，因此，油的折射率 n sin AONsin CON 2255 102 ，故 A 正确，B 错误；光在油中的传播速度 v cn 35 1010 8 m/s.故 C 正
5、确， D 错误 . 变式 1 (多选 )关于折射率，下列说法正确的是 ( ) A.根据 n sin 1sin 2可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比 B.根据 n sin 1sin 2可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比 C.根据 n cv可知，介质的折射率与光在该介质中的光速成反比 D.同一频率的光由真空进入某种介质时，折射率与光在介质中的波长成反比 答案 CD 解析 介质的折射率是一个反映介质光学性质 的物理量，由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角无关，故选项 A、 B 均错；由于真空中的光速是一个定值，故 n 与 v 成反比是正确的，选项 C 正确；由于 v f ，当 f
6、一定时， v 与 成正比，又 n 与 v 成反比，故 n 与 也成反比，选项 D 正确 . 【 精品教育资源文库 】 变式 2 (多选 )一束光从空气射向折射率 n 2的某种玻璃的表面，如图 4 所示 .i 代表入射角，则 ( ) 图 4 A.当入射角 i 0 时不会发生折射现象 B.无论入射角 i 是多大，折射角 r 都不会超过 45 C.欲使折射角 r 30 ，应以 i 60 的角度入射 D.当 入射角 i 满足 tan i 2时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直 答案 BD 解析 当入射角 i 0 时光能从空气进入玻璃，故发生了折射， A 错误；当入射角是 90时，根据折射定律 n si
7、n isin r，解得： r 45 ，所以无论入射角 i 是多大，折射角 r 都不会超过 45 ， B 正确；欲使折射角 r 30 ，根据折射定律 n sin isin r，解得： i 45 ，故 C错误；当 tan i 2时，根据折射定律 n sin isin r tan i，解得 sin r cos i，所以反射光线跟折射光线恰好互相垂直，故 D 正确 . 变式 3 (多选 )(2015 浙江 10月选考 16) 为了从坦克内部观察外部目标，在厚度为 20 cm的坦克壁上开了一个直径为 12 cm 的孔，若在孔内分别安装由同一材料制成的如图 5 所示的三块玻璃，其中两块玻璃的厚度相同 .坦
8、克内的人在同一位置通过玻璃能看到的外界的角度范围是 ( ) 图 5 A.甲的大于乙的 B.甲的小于丙的 C.乙的小于丙的 D.乙的等于丙的 答案 AD 【 精品教育资源文库 】 解析 对甲、乙、丙，人眼的位置一定，入 射光线经玻璃折射后进入眼睛，如图所示， 可知甲的角度范围大于乙、丙的，乙、丙的角度范围相同 . 命题点二 全反射问题 1.求解全反射现象中光的传播时间的一般思路 (1)全反射现象中，光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化，即 v cn. (2)全反射现象中，光的传播路程 s 应结合光路图与几何关系进行确定 . (3)由 t sv求传播时间 . 2.解决全反射问题的一般方法 (1
9、)确定光是从光密介质进入光疏介质 . (2)应用 sin C 1n确定临界角 . (3)根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射 . (4)如果发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图 . (5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、计算 . 例 2 (多选 )光导纤维技术在现代生产、生活与科技方面得以广泛应用 .如图 6 所示是一个质量均匀分布的有机玻璃圆柱的横截面， B、 C 为圆上两点，一束单色光沿 AB 方向射入，然后 从 C 点射出 .已知 ABO 127 ， BOC 120. 真空中光速 c 3.010 8 m/s， sin 53 0.8， cos 53
10、0.6.则 ( ) 图 6 A.光在该有机玻璃中传播速度为 1.87510 8 m/s B.光在该有机玻璃中的折射率为 1.8 C.光在该有机玻璃中发生全反射的临界角为 37 D.若将该材料做成长 300 km的光导纤维，此单色光在光导纤维中传播的最短时间为 1.610 3 s 【 精品教育资源文库 】 答案 AD 解析 根据折射定律得： n sin ?180 127 ?sin 30 0.80.5 1.6，则光在有机玻璃中传播的速度为： v cn 31081.6 m/s 1.875108 m/s，故 A 正确， B 错误 .根据 sin C 1n得， sin C11.6 0.625，故 C
11、错误 .当光线与光导纤维平行时，传播的时间最短，则传播的时间 t Lv nLc 1.6310 5310 8 s 1.610 3 s，故 D 正确 . 变式 4 (多选 )华裔科学家高锟获得 2009年诺贝尔物理学奖，他被誉为 “ 光纤通信之父 ”.光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图 7 所示，其内芯和外套材料不同，光在 内芯中传播 .下列关于光导纤维的说法中正确的是 ( ) 图 7 A.内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射 B.内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射 C.波长越长的光在光纤中传播的速度越大 D.频率越大的光在光
12、纤中传播的速度越大 答案 BC 解析 当内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上才能发生全反射，选项A 错误， B 正确；波长越长的光，频率越小，介质对它的折射率 n 越小，根据公式 v cn，光在光纤中传播的速度越大，选项 C 正确， D 错误 . 变式 5 (多选 )(2017 绍兴第一中学期末 )一束白光从水中射入真空的折射光线如图 8 所示，若保持入射点 O 不变而逐渐增大入射角，下述说法中正确的是 ( ) 图 8 A.若红光射到 P 点，则紫光在 P 点上方 B.若红光射到 P 点，则紫光在 P 点下方 C.紫光先发生全反射，而红光后发生全反射 【 精品教育资源文库 】
13、 D.当红光和紫光都发生全反射时，它们的反射光线射到水底时是在同一点 答案 BCD 解析 同一种介质对紫光的折射率大，而对红光的折射率小，同一入射角时，紫光的折射角大，所以紫光在 P 点下方， A 错误， B 正确；同理，紫光的临 界角小，紫光先达到临界角，红光后达到临界角， C 正确；根据光的反射定律，红光和紫光都发生全反射时，反射光线的传播方向一致，所以它们的反射光线射到水底时是在同一点， D 正确 . 变式 6 (多选 )如图 9 所示为半圆形透明介质的横截面，其半径为 R.一束光从半圆形透明介质的左边缘以入射角 60 射入透明介质，光束在半圆形透明介质的弧形面发生两次反射后刚好从半圆形
14、透明介质的另一边缘射出 .已知光在真空中传播的速度为 c.则 ( ) 图 9 A.透明介质的折射率为 33 B.透明介质的折射率为 3 C.透明介质全反射临界角的正弦值为 33 D.光线在透明介质中传播时间为 3Rc 答案 BC 解析 由几何关系知，光束的折射角 r 30 由 n sin isin r知介质的折射率 n 3.故 A 错误， B 正确 . 由 sin C 1n知，发生全反射临界角的正弦值为 sin C 1n 33 ，故 C 正确 . 光线在介质中传播路程 s 3R. 传播时间 t sv 又 v cn知 t 3 3Rc ，故 D 错误 . 【 精品教育资源文库 】 命题点三 光路控制和色散 1.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 横截面是圆 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，出射光线向棱镜底边偏折 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 应用 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
