光的折射、全反射

学案正标题

一、考纲要求

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，会进行有关简单的计算．

二、知识梳理

1.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.

(3)在光的折射现象中，光路是可逆的．

2.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：n＝.

(3)计算公式：n＝，因为v

(4)当光从真空(或空气)射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质射入真空(或空气)时，入射角小于折射角．

3.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．

4.临界角：折射角等于90°时的入射角，用C表示，sin C＝.

5.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．

三、要点精析

1.折射定律及折射率的应用

（1）折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关．

（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）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）公式n＝中，不论是光从真空射入介质，还是从介质射入真空，θ1总是真空中

的光线与法线间的夹角，θ2总是介质中的光线与法线间的夹角．

2.对全反射现象的四点提醒

（1）光密介质和光疏介质是相对而言的．同一种介质，相对于其他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质．

（2）如果光线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．（3）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．

（4）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．

3.全反射的有关现象及应用

（1）海水中浪花呈白色、玻璃(水)中气泡看起来特别亮、沙漠蜃景、夏天的柏油路面看起来“水淋淋”的、海市蜃楼、钻石的夺目光彩、水下灯照不到整个水面、全反射棱镜等都与光的全反射有关．

（2）光导纤维

①结构：简称光纤，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，即内芯是光密介质，外套是光疏介质；

②原理：光在光纤的内芯中传播，每次射到内、外层的界面上时，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射．

4.解决全反射问题的一般方法

（1）确定光是从光密介质进入光疏介质．

（2）应用sin C＝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、运算，解决问题．5.测定玻璃的折射率

（1）实验原理：用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O′B，确定出O′点，画出折射光线OO′，然后测量出角θ1和θ2，代入公式计算玻璃的折射率．

（2）实验器材：白纸、图钉、大头针、直尺、铅笔、量角器、平木板、长方形玻璃砖．（3）实验过程：

①铺白纸、画线．

a.如图所示，将白纸用图钉按在平木板上，先在白纸上画出一条直线aa′作为界面，过aa′上的一点O画出界面的法线MN，并画一条线段AO作为入射光线．

b.把玻璃砖平放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一条长边bb′.

②插针与测量．

a.在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向，直到P1的像被P2挡住，再在观察的这一侧依次插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P1、P2的像及P3，记下P3、P4的位置．

b.移去玻璃砖，连接P3、P4并延长交bb′于O′，连接OO′即为折射光线，入射角θ1＝∠AOM，折射角θ2＝∠O′ON.

c.用量角器测出入射角和折射角，查出它们的正弦值，将数据填入表格中．

d.改变入射角θ1，重复实验步骤，列表记录相关测量数据．

（4）数据处理：计算每次的折射率n，求出平均值.

（5）注意事项

①玻璃砖应选用厚度、宽度较大的．

②大头针要插得竖直，且间隔要大些．

③入射角不宜过大或过小，一般在15°～75°之间．

④玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线．

⑤验过程中，玻璃砖和白纸的相对位置不能改变．

6.求折射率的四种方法

（1）计算法：用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，算出不同入射角时的，并取平均

值．

（2）图象法：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sin θ1－sin θ2图象，如图所示，其斜率就是玻璃的折射率．