2022年高考物理一轮复习（人教1） 第14章 第1讲 光的折射、全反射.docx

第1讲　光的折射、全反射
目标要求　1.理解折射率的概念，掌握光的折射定律.2.掌握全反射的条件并会用全反射的条件进行相关计算．
考点一　光的折射
基础回扣
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：＝n12(n12为比例常数)．
2．折射率
(1)定义式：n＝.
(2)计算公式：n＝，因为v<c，所以任何介质的折射率都大于1.
技巧点拨
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＝.
(2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关．
①同一种介质中，频率越大的光折射率越大，传播速度越小．
②同一种光，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．
3．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制特点
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
横截面为三角形的三棱镜
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，出射光线向棱镜底面偏折
圆界面的法线是过圆心的直线，光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
改变光的传播方向
例1　(2020·山东枣庄市模拟)如图2所示，水平地面上静止放置一个透明实心玻璃球，O点是球心，A是最高点，B是最低点．两条跟水平地面夹角为45°的平行光线斜照在球面上，其中一条向着球心O，其延长线交地面于D点(图中未画出)，另一条过最高点A.已知该玻璃的折射率为，tan 15°＝2－.求：
图2
(1)过A点的光线折射进入玻璃球时的折射角；
(2)过A点的光线从玻璃球射出后，跟水平地面的交点是在D点的左侧、右侧、还是在D点？试证明你的猜想．
答案　(1)30°　(2)见解析
解析　(1)由题意知，在A点入射角i＝45°.设折射角为r，由折射定律得
n＝，解得r＝30°.
(2)设E点为折射光线的出射点，由几何关系得
AE＝2Rcos 30°＝R
过E点作水平地面的垂线，垂足为F；过E点作水平线，与AB的交点为C，由几何关系得
EF＝CB＝2R－AEcos 30°＝
设光线在E点的入射角为i1，折射角为r1，由几何关系得i1＝r，n＝，解得r1＝45°
设从玻璃球E点折射出的光线与水平地面的交点为G，由几何关系得
BG＝BF＋FG＝CE＋FG＝AEsin 30°＋EFtan (60°－45°)
解得BG＝R
经过圆心O的光线沿直线传播，由几何关系可知BD＝Rtan 45°＝R
可知BG＝BD，所以过A点的光线从玻璃球射出后，跟水平地面的交点在D点．
1.(光的折射)(2020·山东滨州市模拟)如图3所示，ACDB为圆柱型玻璃的横截面，AB为其直径．现有两单色光组成的复合光沿EA方向射向玻璃，其折射光线分别沿AC、AD方向，光从A到C的时间为tAC，从A到D的时间为tAD.则(　　)
图3
A．tAC＝tAD B．tAC＜tAD
C．tAC＞tAD D．无法确定
答案　B
解析　由于AD光折射角小于AC光的折射角，故AD光的折射率大于AC光的折射率，由v＝可知，AD光在玻璃中的传播速度较小，AB为直径，故AD＞AC，所以tAC＜tAD，故B正确．
2．(折射定律的应用)(八省联考·广东·16(2))如图4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．
图4
答案　1.43 m　1.2 m
解析　当池中注水深度h为1.2 m，光路图如图所示
根据几何关系知sin i＝＝
即i＝53°
根据折射率可求得sin r＝＝
即r＝37°
根据几何关系可知盲区宽度为
s＝(1.6 m－1.2 m)tan 53°＋1.2 m×tan 37°＝ m＝1.43 m
同理可得，当池中注水深度为1.6 m时，池底盲区宽度为
s′＝1.6 m×tan 37°＝1.2 m．
考点二　全反射
基础回扣
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