高考物理考点一遍过专题光的折射和全反射

专题67 光的折射和全反射

1．折射现象

光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向改变的现象。

2．折射定律

（1）内容：如图所示，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。

（2）表达式：n =2

1sin sin θθ。 （3）在光的折射现象中，光路是可逆的。

3．折射率

（1）折射率是一个反映介质的光学性质的物理量。

（2）定义式：2

1sin sin θθ=n 。 （3）计算公式：v c n =

，因为v

4．全反射现象

（1）条件：①光从光密介质射入光疏介质。

②入射角大于或等于临界角。

（2）现象：折射光完全消失，只剩下反射光。

5．临界角：折射角等于90°时的入射角，用C 表示，sin C=n

1。 6．光的色散 （1）光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象。

（2）光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长的有序排列。

（3）光的色散现象说明：

①白光为复色光；

②同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率越大；

③不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速越慢。

（4）棱镜

①含义：截面是三角形的玻璃仪器，可以使光发生色散，白光的色散表明各色光在同一介质中的折射率不同。

②三棱镜对光线的作用：改变光的传播方向，使复色光发生色散。

7．折射定律的理解与应用

解决光的折射问题的一般方法：

（1）根据题意画出正确的光路图。

（2）利用几何关系确定光路中的边、角关系，确定入射角和折射角。

（3）利用折射定律建立方程进行求解。

8．玻璃砖对光路的控制

两平面平行的玻璃砖，出射光线和入射光线平行，且光线发生了侧移，如图所示。

9．三棱镜对光路的控制

（1）光密三棱镜：光线两次折射均向底面偏折，偏折角为δ，如图所示。

（2）光疏三棱镜：光线两次折射均向顶角偏折。

（3）全反射棱镜（等腰直角棱镜），如图所示。

①当光线从一直角边垂直射入时，在斜边发生全反射，从另一直角边垂直射出（如图甲）。

②当光线垂直于斜边射入时，在两直角边发生全反射后又垂直于斜边射出（如图乙），入射光线和出射光线互相平行。

特别提醒：不同颜色的光的频率不同，在同一种介质中的折射率、光速也不同，发生全反射现象的临界角也不同。

10．全反射现象的理解与应用

（1）在光的反射和全反射现象中，均遵循光的反射定律；光路均是可逆的。

（2）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，实际上就已经没有折射光了。

（3）全反射现象可以从能量的角度去理解：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，折射光的能量已经减弱为零，这时就发生了全反射。

11．光的折射、全反射中的三个“一”

一个规律：光的折射定律

一个概念：折射率

一个条件：全反射的条件

12．解答全反射类问题的技巧

（1）解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的两个条件：

一是光必须从光密介质射入光疏介质，

二是入射角大于或等于临界角。利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符，这样更有利于问题的分析。

（2）解答光的折射、全反射问题时抓好两个关键点

①准确作出光路图

②利用几何关系确定光路中的边、角关系，找准入射角和折射角。

如图为一块直角三棱镜，顶角A为30°。一束激光从AC边入射，刚好能垂直AB边射出，入射方向如图所示，求该激光在棱镜中的传播速度。（结果保留两位有效数字）

【参考答案】1.7×108 m/s

【详细解析】欲求传播速度，则必需先求折射率，折射率可通过几何知识求得，即过入射点做法线，

找到入射角与折射角，通过折射度公式计算得出，即棱镜折射率

sin sin60

3

sin sin30

i

n

r

?

===

?

；又

c

n

v

=；所

以

8

8

310

1.710

3

c

v

n

?

===? m/s。

1．如图所示，半圆玻璃砖的半径R=10 cm，折射率3

n=，直径AB与屏幕MN垂直并接触于A点。激光束a以入射角i=60°射向玻璃砖圆心O，结果在屏幕MN上出现两光斑：

（1）画出光路图；

（2）求两光斑之间的距离L。

【答案】（1）光路如图（见解析）（2）23.1 cm

2．如图所示，一个立方体玻璃砖的边长为a，折射率n=1.5，立方体中心有一个小气泡。为使从立方体外面各个方向都看不到小气泡，必须在每个面上都贴一张纸片，则每张纸片的最小面积为多少？

【答案】S=πr2=

2π5 a

【解析】设纸片的最小半径为r，玻璃砖的临界角为C，则

sin C=

n

1

r=

2

a

tan C

解得r=

5

1

22

a

n

a

=

-

则最小面积S=πr2=

2

π

5

a

C

a/2