《高考物理新编大一轮总复习》第十四章 第三节 光的折射全反射

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第三节　光的折射　全反射　
一、光的折射定律　折射率
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发生__改变__的现象。如图所示。
2．折射定律
(1)内容：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__；入射角的正弦值与折射角的正弦值成__正比__。
(2)表达式：＝n12，式中 n12 是比例常数。
3．折射率
(1)物理意义：折射率反映介质的光学特性，折射率大，说明光从真空射入到该介质时
__偏折角大__，反之偏折角小。
(2)定义式：n＝　　。
(注：折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定)
(3)计算公式：n＝　　，因 v＜c，故任何介质的折射率总大于 1。
二、全反射　光导纤维
1．全反射
(1)定义：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线__消失
__，只剩下反射光线的现象。
(2)条件：①光从光密介质射向光疏介质。②入射角__大于等于__临界角。
(3)临界角：折射角等于 90°时的入射角。若光从__光密介质__(折射率为 n)射向真空或
空气时，发生全反射的临界角为 C，则 sin C＝。介质的折射率越大，发生全反射的临界角
越小。
2．光导纤维
光导纤维的原理是利用光的__全反射__。(如图所示)。
[自我诊断]
判断下列说法的正误。
(1)光的传播方向发生改变的现象叫光的折射。(×)
1
(2)折射率跟折射角的正弦成正比。(×)
(3)只要入射角足够大，就能发生全反射。(×)
(4)折射定律是托勒密发现的。(×)
(5)若光从空气中射入水中，它的传播速度一定减小。(√)
(6)已知介质对某单色光的临界角为 C，则该介质的折射率等于。(√)
(7)密度大的介质一定是光密介质。(×)
考点一　折射率及折射定律
1．对折射率的理解
(1)折射率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。同一种介质中，频率越大
的色光折射率越大，传播速度越小。
(3)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．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制
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，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]　(2019·全国卷Ⅰ)如图，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面
3 m。距水面 4 m 的湖底 P点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光
束与竖直方向的夹角为 53°(取sin 53°＝0.8)。已知水的折射率为。
(1)求桅杆到 P点的水平距离；
(2)船向左行驶一段距离后停止，调整由 P点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角
为45°时，从水面射出后仍照射在桅杆顶端，求船行驶的距离。
2
[解析]　(1)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为 x1，到 P点的水平距离为 x2；
桅杆高度为 h1，P点处水深为 h2；激光束在水中与竖直方向的夹角为 θ。由几何关系有＝
tan 53°①
＝tan θ②
由折射定律有 sin 53°＝nsin θ③
设桅杆到 P点的水平距离为 x，则 x＝x1＋x2④
联立①②③④式并代入题给数据得 x＝7 m。⑤
(2)设激光束在水中与竖直方向的夹角为 45°时，从水面出射的方向与竖直方向夹角为 i
′，由折射定律有
sin i′＝nsin 45°⑥
设船向左行驶的距离为 x′，此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为 x1′，到 P
点的水平距离为 x2′，则
x1′＋x2′＝x′＋x⑦
＝tan i′⑧
＝tan 45°⑨
联立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入题给数据得
x′＝(6－3) m≈5.5 m。
[答案]　(1)7 m　(2)5.5 m
[跟踪训练]
[折射率的理解]
1．(2018·全国卷Ⅰ)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____________ 60°(填
“小于”“等于”或“大于”)。
[解析]　根据题述和题图可知，折射角 i＝60°，入射角 r＝30°，由折射定律可得，玻璃
对红光的折射率 n＝＝。若改用蓝光沿同一路径入射，由于玻璃对蓝光的折射率大于玻璃
对红光的折射率，则光线在 D点射出时的折射角大于 60°。
[答案]　　大于
[折射率的计算]
3
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