高考物理一轮复习讲义第14章第1课时　光的折射全反射（2份打包，原卷版+教师版）

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第1课时光的折射、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.掌握发生全反射的条件并会用全反射的条件进行相关计算。
考点一折射定律折射率
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________________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________比。
(2)表达式：________________________＝n12(n12为比例常数)。
2．折射率
(1)定义式：n＝________________。
(2)折射率与速度的关系式：n＝________。因为v说明：①关系式n＝eq \f(c,v)中的n是指介质相对于真空的折射率，即绝对折射率。
②折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。
a．同一种介质中，频率越大的光折射率越大，传播速度越小；
b．同一种光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。
1．无论是光的折射，还是反射，光路都是可逆的。( )
2．入射角越大，折射率越大。( )
3．若光从空气射入水中，它的传播速度一定增大。( )
4．根据n＝eq \f(c,v)可知，介质的折射率与光在该介质中的传播速度成反比。( )
例1 (2023·河北石家庄市一模)如图所示，一束激光照射在横截面为正方形的透明玻璃柱上，光线与横截面平行，则透过玻璃柱的光线可能是图中的( )
A．① B．② C．③ D．④
平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制特点
例2 (多选)(2023·湖北荆门市龙泉中学三模)日晕是一种常见的大气光学现象，如图甲所示。太阳光线经卷层云中同一冰晶的两次折射，分散成单色光，形成日晕。冰晶截面可看作正六边形。如图乙所示为一束紫光在冰晶上的折射光路，θ1为冰晶上的入射角，θ2为经过第一个界面的折射角，θ3为光线离开冰晶的折射角，θ4为出射光相对入射光的偏转角。下列说法中正确的是( )
A．在冰晶内红光的传播速度比紫光的小
B．若θ1＝θ3＝60°，则冰晶对紫光的折射率为eq \r(3)
C．保持入射角不变，将紫光改为红光，偏转角将增大
D．若红光和紫光均能使同一金属发生光电效应，紫光照射产生的光电子的最大初动能大
例3 (2023·陕西咸阳市模拟)如图所示，透明玻璃体的上半部分是半球体，下半部分是圆柱体，半球体的半径为R，O为半球体的球心。圆柱体的底面半径和高也为R，现有一半径为eq \f(\r(3),2)R的圆环形平行光垂直于圆柱体底面射向半球体，OO1为圆光环的中心轴线，所有光线经折射后恰好经过圆柱体下表面圆心O1点，光线从O1点射出后在玻璃体下方的水平光屏上形成圆形亮环，光屏到圆柱体底面的距离为R，光在真空中的传播速度为c。求：
(1)透明玻璃体的折射率；
(2)光从入射点传播到光屏所用的时间。
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考点二全反射
1．光密介质与光疏介质
2.全反射
(1)定义：光从________介质射入________介质时，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全________，只剩下反射光的现象。
说明：入射角增大的过程中，折射光的能量________，反射光的能量________，当发生全反射时，反射光的能量最强。
(2)条件：①光从________介质射入________介质。②入射角________________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，由n＝eq \f(sin 90°,sin C)，得sin C＝________。介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。
3．全反射的应用
(1)全反射棱镜
(2)光导纤维
说明：内芯相对于外套为光密介质，内芯的折射率大于外套的折射率。
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．密度大的介质为光密介质，密度小的介质为光疏介质。( )
3．只要入射角足够大，就能发生全反射。( )
4．光线从光疏介质进入光密介质，入射角大于等于临界角时发生全反射现象。( )
例4 (2023·甘肃武威市联考)半径为R的透明玻璃球切去底面半径r＝eq \f(\r(3),2)R的球冠成为一个大球冠，如图所示，玻璃的折射率n＝2，一束半径r＝eq \f(\r(3),2)R的光束垂直球冠的切面照射到球冠上，进入球冠的光线有部分从球面射出而使球面发光，已知光在真空中的传播速度为c，且球冠不含底面的表面积公式为S＝2πRh，R为球的半径，h为球冠的高度。不考虑光在球冠内的反射，求：
(1)发光球面的面积；
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(2)光束正中间的光线通过大球冠的时间。
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例5 (2024·广西河池市模拟)如图所示，一透明材料制成的圆柱形棒，长度为6 m。一束光线从圆柱形棒的一个底面圆心垂直射入，经2.5×10－8 s从另一底面圆心射出。保持入射点不变，调整光线的入射方向，使其在材料内部恰好发生全反射(光在真空中的速度为3×108 m/s)，则光线通过透明材料的时间为( )
A．2.5×10－8 s B．3.3×10－8 s
C．3.125×10－8 s D．4.95×10－8 s
考点三光的折射和全反射的综合应用
例6 (2023·湖北卷·6)如图所示，楔形玻璃的横截面POQ的顶角为30°，OP边上的点光源S到顶点O的距离为d，垂直于OP边的光线SN在OQ边的折射角为45°。不考虑多次反射，OQ边上有光射出部分的长度为( )
A.eq \f(1,2)d B.eq \f(\r(2),2)d C．d D.eq \r(2)d
例7 (2023·江苏省盐城中学期末)如图所示，三角形ABC为某透明介质的横截面，O为BC边的中点，位于截面所在平面内的一束光线自O点以角度i入射，第一次到达AB边恰好发生全反射。已知θ＝15°，BC边长为2L，该介质的折射率为eq \r(2)。求：
(1)入射角i；
(2)从入射到发生第一次全反射所用的时间(设光在真空中的速度为c，可能用到：sin75°＝eq \f(\r(6)＋\r(2),4)或tan 15°＝2－eq \r(3))。
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考情分析
试题情境
生活实践类
全反射棱镜、光导纤维、增透膜、偏振滤光片、激光等
学习探究类
折射定律、全反射、测量玻璃的折射率、光的干涉现象、光的衍射、光的偏振现象、用双缝干涉测量光的波长
平行玻璃砖
三棱镜
圆柱体(球)
对光路的控制特点
通过平行玻璃砖后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
介质
光密介质
光疏介质
折射率
大
小
光速
小
大
相对性
若n甲＞n乙，则甲相对乙是________介质
若n甲＜n乙，则甲相对乙是________介质