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eq\o(\s\up15(第1讲光的折射全反射))
素养目标1.了解光的折射和全反射现象.(物理观念)2.了解折射率的概念和折射定律.(物理观念)3.知道光的色散的成因及各种色光的比较.(物理观念)4.分析光的折射和全反射问题的一般思路.(科学思维)
一、光的折射定律折射率
1.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;入射角的正弦与折射角的正弦成正比.
直
观
情
境
(2)表达式:eq\f(sinθ1,sinθ2)=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=eq\f(sinθ1,sinθ2).
(3)计算公式:n=eq\f(c,v),因为v<c,所以任何介质的折射率都大于1.
(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.
二、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,折射光线将消失,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)入射角大于或等于临界角.
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sinC=eq\f(1,n).介质的折射率越大,发生全反射的临界角越小.
三、光的色散
1.光的色散
含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫作光的色散,如图所示,光谱中红光在最上端,紫光在最下端,中间是橙、黄、绿、青、蓝色光.
直
观
情
境
2.白光的组成
光的色散现象说明白光是复色光,是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种单色光组成的.
1.思维辨析
(1)无论是折射光路,还是全反射光路,都是可逆的.()
(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)光从空气射入水中,它的传播速度一定增大.()
(5)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eq\f(1,sinC).()
2.(多选)两束不同频率的平行单色光a、b分别由水中射入空气发生如图所示的折射现象(α<β),下列说法正确的是()
A.随着a、b入射角度的逐渐增加,a先发生全反射
B.水对a的折射率比水对b的折射率小
C.a、b在水中的传播速度va>vb
D.a、b入射角为0°时,没有光线射入空气中
3.如图所示,两束细平行单色光a、b射向置于空气中横截面为矩形的玻璃砖的下表面,设玻璃砖足够长,若发现玻璃砖的上表面只有一束光线射出,则下列说法中正确的是()
A.其中有一束单色光在玻璃砖的上表面发生了全反射
B.在玻璃中单色光a的传播速率小于单色光b的传播速率
C.单色光a的折射率小于单色光b的折射率
D.若单色光a为黄光,则单色光b可能为红光
考点折射定律及折射率的应用
1.对折射率的理解
(1)折射率只由介质本身的光学性质和光的频率决定.由n=eq\f(sinθ1,sinθ2)定义和计算,与入射角θ1和折射角θ2无关.
(2)由n=eq\f(c,v)可计算光的折射率,n是光从真空射入某种介质的折射率.对两种介质来说,若n1n2,则折射率为n1的称为光密介质,折射率为n2的称为光疏介质.
(3)光从一种介质进入另一种介质时频率不变,波长改变,光速改变,可以根据v=λf和n=eq\f(c,v)判断.
(4)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,频率越大的光折射率越大,传播速度越小.
2.解决光的折射问题的步骤
(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,要注意入射角、折射角均以法线为标准.
(3)利用折射定律、折射率公式求解.
典例1(2023·全国乙卷)如图所示,一折射率为eq\r(2)的棱镜的横截面为等腰直角三角形ABC,AB=AC=l,BC边所在底面上镀有一层反射膜.一细光束沿垂直于BC方向经AB边上的M点射入棱镜,若这束光被BC边反射后恰好射向顶点A,求M点到A点的距离.
1.[光的反射与折射]如图所示,一束单色光从厚度均匀的玻璃砖上表面M点射入,在下表面P点反射的光线经上表面N点射出,出射光线b相对入射光线a偏转60°,已知M、P、N三点连线组成等边三角形,则该玻璃砖的折射率为()
A.eq\r(2) B.1.5
C.eq\r(3) D.2
2.[光的色散现象]如图甲所示,一细束白光通过某种特殊材料制成的三棱镜发生色散.图乙是其光路平面图,已知三棱镜的切面为等边三角形,白光由M点入射,入射角α=60°,该材料对红光的折射
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