2020年北京市高二物理下学期讲义 第5讲 光的折射、全反射

光的反射、折射、全反射编稿：张金虎 审稿：吴嘉峰【学习目标】1．通过实例分析掌握光的反射定律与光的折射定律．2．理解折射率的定义及其与光速的关系．3．学会用光的折射、反射定律来处理有关问题．4．知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念．5．能判定是否发生全反射，并能分析解决有关问题．6．了解全反射棱镜和光导纤维．7．明确测定玻璃砖的折射率的原理．8．知道测定玻璃砖的折射率的操作步骤．9．会进行实验数据的处理和误差分析．【要点梳理】要点一、光的反射和折射1．光的反射现象和折射现象如图所示，当光线入射AO 到两种介质的分界面上时，一部分光被反射回原来的介质，即反射光线OB ，这种现象叫做光的反射．另一部分光进入第二种介质，并改变了原来的传播方向，即光线OC ，这种现象叫做光的折射现象，光线OC 称为折射光线．折射光线与法线的夹角称为折射角（2θ）．2．反射定律反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角．3．折射定律（1）内容：折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧．入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．即12sin sin θθ=常数．如图所示．也可以用sin sin i n r =的数学公式表达，n 为比例常数．这就是光的折射定律． （2）对折射定律的理解：①注意光线偏折的方向：如果光线从折射率（1n ）小的介质射向折射率（2n ）大的介质，折射光线向法线偏折，入射角大于折射角，并且随着入射角的增大（减小）折射角也会增大（减小）；如果光线从折射率大的介质射向折射率小的介质，折射光线偏离法线，入射角小于折射角，并且随着入射角的增大（减小）折射角也会增大（减小）．②折射光路是可逆的，如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的人射光线发生折射，定律中的公式就变为12sin 1sin nθθ=，式中1θ、2θ分别为此时的入射角和折射角． 4．折射率——公式中的n（1）定义．实验表明，光线在不同的介质界面发生折射时．相同入射角的情况下．折射角不同．这意味着定律中的n 值是与介质有关的，表格中的数据，是在光线从真空中射向介质时所测得的n 值，可以看到不同介质的n 值不同，表明n 值与介质的光学性质有关，人们把这种性质称为介质的折射率．实际运用中我们把光从真空斜射人某种介质发生折射时，入射角1θ的正弦跟折射角2θ的正弦之比。

高二物理光的全反射和光的色散现象北师大版【本讲教育信息】一. 教学内容：光的全反射和光的色散现象1. 全反射：光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角的增大，折射角也越来越大，当折射角达到90°时，折射光线完全消失，只有反射光线，这种现象称为全反射。

（1）临界角：折射角变成90°时的入射角称为临界角Cs i nC n1（2）条件：①光从光密介质射入光疏介质； ②入射角大于等于临界角C2. 光学中常用一种横截面为三角形的三棱镜，简称棱镜。

它对光线的作用及其成像特点： （1）光线通过棱镜后向底面偏折。

（2）通过棱镜看物体，看到的是物体的虚像，物体的虚像向棱镜的顶角方向偏移。

（3）棱镜对光路的改变作用。

如图1所示，玻璃三棱镜放在空气中，光从一个侧面AB 射入，通过棱镜后的光线向棱镜底面偏折，θ角叫做偏向角。

隔着棱镜看点光源S ，则看到点光源的虚像S’，且S’偏向棱镜的顶角，如图2所示。

3. 光的色散一束白光通过三棱镜后，会散开在光屏上形成一个彩色光带，这种现象叫光的色散（如图3所示）。

把按一定次序排列的彩色光带叫做光谱。

光带中色光的排列顺序依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，产生色散的原因是同一介质对不同色光的折射率不同，因而不同色光经棱镜两次折射后偏向角不同。

由图3可看出：紫光折射率最大，红光的最小。

由ncv得：紫光在介质中的传播速度最小，红光最大。

注：各种色光在真空中的传播速度都相同，即c＝3×108m/s。

此规律可列表如下：4. 全反射棱镜横截面是等腰直角三角形的棱镜为全反射棱镜。

由于玻璃的临界角为32°～42°，而光在界面上的入射角为45°>42°，发生全反射，全反射棱镜一般用于改变、控制光路：①如A图光线垂直AB面射入，光线在AC面发生全反射，光线方向改变90°；②如B图光线垂直AC面入射，光线在AB、BC面发生全反射，光线改变180°；③如C图光线平行AC面入射，光线在AC面发生全反射，射出的方向不变，发生侧移。

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 =21sin 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：21sin sin θθ=n 。

（3）计算公式：vcn =，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。

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 =n1。

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。

高二物理光的反射和折射北师大版【本讲教育信息】一. 教学内容：光的反射和折射〔一〕光的直线传播：1. 光在同种均匀介质中沿直线传播，真空中传播速度×108m/s，介质中传播速度2. 几何光学是以光的直进为根底，通过几何作图的方法研究光具对光路的控制作用及成像规律，主要讨论光的反射、折射及所产生的光学现象。

3. 影由于光的直线传播、当光遇到不透明物体时，物体向光的外表被照明，在背光面的前方形成一个光线照不到的黑暗区域，形成影。

〔1〕影分本影和半影：假设光源为非点光源时，将形本钱影和半影。

本影：光源的光线完全照不到的区域。

半影：光源的一局部光线照射的区域。

4. 光传播到两种介质的分界面上，一局部光返回原介质中，并且改变传播方向，这种现象称为光的反射；一局部光进入另一种介质中，并且改变了原来的传播方向，这种现象叫光的折射。

〔二〕光的反射1. 反射定律：反射光线跟入射光线、法线在同一平面内，反射光与入射光分别位于法线两侧，反射角等于入射角。

2. 平面镜控制光路及平面镜成像。

〔三〕光的折射1. 折射定律：折射光线跟入射光线、法线在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于尔定律。

2. 折射率：〔n〕光从真空射入某种介质发生折射的时候，入射角的正弦与折射角的正某种介质的折射率，等于光在真空中的速度c跟光在这种介质中的速度v之比：3. 不同折射率的介质相比较，折射率大的叫光密介质，折射率小的叫光疏介质。

【典型例题】例1. 关于日食和月食，以下说法中正确的选项是〔〕A. 在月球的本影区里能看到日全食B. 在月球的半影区里能看到日偏食C. 在月球进入地球的半影区时，可看到月偏食D. 在月球全部进入地球的本影区时，可看到月全食解析：此题应理解光直线传播形成影的原理。

通过作出光线传播示意图甲可看到，在月球的本影区①里，太阳任何光线均不可能射入，故在①里可看到日全食。

在月球的半影区②里，有局部太阳光线入射到，故在②里可看到日偏食。

高中物理光的折射与全反射现象光的折射与全反射是光在不同介质中传播时所表现出的特性，它们在日常生活中有着重要的应用和影响。

本文将介绍光的折射和全反射的基本概念、实验原理以及相关实际应用。

一、光的折射光的折射是指光线从一种介质传播到另一种介质时的改变方向。

光线在两种介质之间传播时，由于介质的光密度不同，会导致光线的传播速度和传播方向发生变化。

当光从光疏介质（如空气）射入光密介质（如水或玻璃）时，会发生向法线方向弯曲的现象，这被称为折射。

折射的基本定律由斯涅尔定律（或称为折射定律）给出，它表明入射角、出射角和两种介质的折射率之间存在着一定的关系，即n1sinθ1 = n2sinθ2，其中n1和n2分别表示两种介质的折射率，θ1和θ2分别表示入射角和出射角。

光的折射现象广泛应用于透镜、光纤通信和光学仪器等领域。

例如，我们常见的凸透镜利用光的折射特性，使光线经过透镜后产生聚焦效应，从而实现放大和聚焦的功能。

光纤通信也是基于光的折射原理，利用光纤内部的光折射特性来传输信号，具有高带宽和低损耗的优势。

二、全反射现象当光从光密介质射入光疏介质时，如果入射角大于临界角，光线将完全被反射回光密介质中，而不发生折射现象。

这种现象被称为全反射。

全反射的临界角由折射定律推导而得，临界角的正弦值等于两种介质的折射率之比，即sinθc = n2 / n1，其中n1和n2分别表示光疏介质和光密介质的折射率。

当入射角大于临界角时，光线无法从光疏介质中折射出来，被完全反射回去。

全反射在光纤通信和光导器件中起到了重要作用。

光纤的工作原理就是利用全反射实现信号的传输。

光信号通过光纤的内部表面不断发生全反射，从而保持信号的传输。

另外，光导器件如全反射棱镜和光透波导等利用全反射现象进行光的转向和耦合，广泛应用于光学仪器和通信设备中。

三、实验原理与应用为了观察和研究光的折射和全反射现象，可以进行一些简单的实验。

1. 折射实验将一块光密的玻璃板放置在一个光源前方，利用一束光线从空气中射入玻璃板，可以观察到光线在入射和出射过程中的折射现象。

第5讲：光的反射、折射和全反射知识归纳1、光源：能够自行发光的物体．2、光的直线传播：光在_____________________中沿直线传播，各种频率的光在真空中传播速度：C＝_____________；各种频率的光在介质中的传播速度_________在真空中的传播速度，即v____C。

3、光的反射（1）反射现象：光从一种介质射到另一种介质的界面上，_____________________ 。

（2）反射定律：反射光线跟入射光线和法线在同一平面内，且反射光线和人射光线分居法线两侧，反射角等于入射角．（3）分类：光滑平面上的反射现象叫做_____________。

发生在粗糙平面上的反射现象叫做_______________。

它们都遵循反射定律．（4）光路可逆原理：所有几何光学中的光现象，光路都是__________4、光的折射（1）折射现象：光从一种介质斜．射入另一种介质，。

（2）折射定律：折射光线、入射光线跟法线在同一平面内，折射光线、入射光线分居法线两侧，入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．（3）在折射现象中光路是可逆的．（4）折射率①定义：光从真空射入某种介质, ______________________________,叫做介质的折射率．注意：指光从真空射入介质．②公式：________________________________________，折射率总大于1．即n＞1．③各种色光性质比较：红光的频率ν__________， n__________，在同种介质中（除真空外）V最大，λ最大，从同种介质射向真空时全反射的临界角C最大，以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小（注意区分偏折角．．）。

．．．和折．射角④两种介质相比较，折射率__________的叫光密介质，折射率__________的叫光疏介质．5、全反射（1）全反射现象：光照射到两种介质界面上时，______________________________的现象．（2）全反射条件：________________________________、____________________________ （3）临界角公式：光线从某种介质射向真空（或空气）时的临界角为C，则sinC=1/n=v/c （4）全反射棱镜横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。

高三物理光的反射、折射和全反射北师大版【本讲教育信息】一. 教学内容：光的反射、折射和全反射第一节：光的反射1. 光的直线传播a. 同种均匀介质中直线传播b. 光速真空任何光C m s =⨯3108/ 同频率不同介质不同ν 不同频率同介质不同红紫ννν()>c. 光源（点光源）、光线、光束（反映光的性质、平行、会聚、发散）d. 典型现象：小孔成“像”、日食、月食、本影、半影)A. 本影 B 、C 、D 半影A. 日全食 B 、D 日偏食 C. 日环食 小孔成“像”类似发光体的一个亮斑2. 光的反射：光到达两介质的交界面时，要发生反射和折射 （1）反射定律：空间关系 三线共面 定量 i’=i （2）平面镜成像：a. 平面镜作用：改变光束的传播方向，不改变光束的聚散性。

物点发出的一束发散光束，经平面镜反射后，出射光束仍是发散光束。

光线入射方向保持不变时，平面镜绕沿镜表面的轴转过α角，反射光线将转过2α角。

b. 像的形成：出射光束若能相交于一点（或反向延长线交于一点）形成。

像点 实像点 虚像入射光线必过物点，反射光线必过像点。

c. 观像：反射光线进入人眼即可，可直接看虚像。

观像范围即找反射光线范围，找反射光线的边界光线。

d. 成像规律：正立、等大、虚像、物像对于平面镜对称。

e. 成像作图法：利用反射定律作图或对称法作图；在进行平面镜成像作图时，要紧紧抓住物像对称的特点。

通常先根据物、像对称特点确定像（或物）的位置，再补画必要的入射光线和反射光线，利用反射光线过虚像点确定反射光线。

注意：光线的反向延长线应画成虚线，且不加箭头，虚像也要画成虚线，实际光线必须画成实线还要加箭头。

第二节：光的折射、全反射1. 折射定律：空间关系：三线共面，分居两侧 定量关系：常数sin sin ()irn =当光线进入不同介质，折射角不同，常数不同，对光的偏折作用不同。

2. 折射率：折射率是反映介质光学性质的物理量。

高中物理光的折射现象详解光的折射是光线从一种介质传到另一种介质时，由于介质的不同密度而产生的方向改变现象。

在实际生活中，我们经常会遇到光线折射的现象，比如光在水中的折射以及在玻璃或晶体中的折射。

本文将详细介绍什么是光的折射，折射定律的表达式，以及一些实际问题中的应用。

一、折射现象的实验观察当光线从一种介质传到另一种密度不同的介质中时，会产生折射现象。

我们可以通过简单的实验来观察这一现象。

实验中，我们需要一块平面的玻璃板和一束光线。

将玻璃板放在平台上，使得光线垂直入射到平面上。

观察光线经过玻璃板后的偏折角度，可以发现光线经过玻璃板后会发生偏折。

二、折射定律的表达式光的折射遵循一个重要的定律——折射定律。

折射定律由斯涅尔定律给出，其表达式为：n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂其中，n₁和n₂分别为两种介质的折射率，θ₁和θ₂分别为光线入射和折射的角度。

折射定律的表达式说明，当光线从密度较小的介质传到密度较大的介质中时，光线向法线方向偏向；当光线从密度较大的介质传到密度较小的介质中时，光线离开法线方向偏离。

三、光在水中的折射以光在水中的折射为例，我们可以更深入地探究光的折射现象。

当光经过水面射入水中时，光线的速度会发生改变，进而引起光线的折射。

根据折射定律，我们可以计算出光的折射角度。

实例一：光线由空气射入水中，假设水的折射率为1.33，根据折射定律，当入射角为30°时，求折射角。

解：根据折射定律的表达式，我们有：n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂代入数据，可得：1sin30° = 1.33sinθ₂求解得到θ₂ ≈ 22.6°因此，当光线由空气射入水中，入射角为30°时，折射角约为22.6°。

类似地，我们可以计算不同入射角度下的折射角度，从而更好地理解光在水中的折射现象。

四、光在玻璃或晶体中的折射除了在水中的折射，光线在玻璃或晶体中的折射也是常见的现象。

专题强化7光的折射和全反射[学习目标] 1.知道不同色光在折射现象和全反射现象中的传播特点(重点)。

2.能够熟练作出光路图，会利用光的反射定律、折射定律解决有关问题(重难点)。

一、不同色光的折射和全反射问题可见光中，由于不同颜色光的频率并不相同，它们在发生折射和全反射时也有许多不同，如下表：颜色红橙黄绿青蓝紫项目频率低→高波长大→小同一介质中的折射率小→大同一介质中的速度大→小临界角大→小通过棱镜的偏折角小→大例1(2023·达州一中月考)很多公园的水池底部都装有彩灯，当一细束由红蓝两色组成的灯光，从水中斜射向空气时，关于光在水面可能发生的反射和折射现象，下列光路图中正确的是()答案 C解析光线射到水面时一定发生反射，所以反射光中红光和蓝光都有，故D图不可能；由于红光的频率比蓝光的小，红光的折射率比蓝光的小，由临界角公式sin C ＝1n 知，红光的临界角比蓝光的大，所以在水面上若蓝光不发生全反射，则红光也一定不会发生全反射，故B 图不可能；当两种色光都能折射到空气中时，根据折射定律n ＝sin θ1sin θ2知，红光与蓝光的折射率不同，在入射角相等时，折射角一定不同，故A 不可能；综上，只有C 可能，故选C 。

例2 (多选)如图所示，某一复合光线对准一半圆形玻璃砖的圆心O 入射，当在O 点的入射角为30°时，出射光线分成a 、b 两束，光束a 与下边界的夹角为37°，光束b 与下边界的夹角为53°，则下列说法正确的是( )A ．a 光的频率比b 光的频率大B ．a 光在玻璃砖中的传播速度比b 光的大C ．a 、b 两束光在该玻璃砖中的折射率之比为3∶4D ．若使入射角增大，则出射光线a 先消失 答案 AD解析 根据折射定律n ＝sin θ1sin θ2由图可知，a 光的折射率为n a ＝sin 53°sin 30°＝1.6b 光的折射率为n b ＝sin 37°sin 30°＝1.2a 、b 两束光在该玻璃砖中的折射率之比为n a n b ＝1.61.2＝43，故C 错误；由于a 光的折射率大于b 光的折射率，则a 光的频率比b 光的频率大，故A 正确； 根据公式n ＝cv由于a 光的折射率大于b 光的折射率，则a 光在玻璃砖中的传播速度比b 光的小，故B 错误； 根据sin C ＝1n ，由于a 光的折射率大于b 光的折射率，则a 光的临界角小于b 光的临界角，若使入射角增大，则出射光线a 先消失，故D 正确。

《光的全反射》讲义一、光的折射与反射在我们探讨光的全反射现象之前，让我们先来了解一下光的折射和反射这两个基本概念。

当光从一种介质进入另一种介质时，它的传播方向会发生改变，这种现象被称为光的折射。

比如说，当光从空气进入水中时，我们会看到筷子在水中好像“折断”了，这就是光的折射导致的。

折射现象遵循着一定的规律，那就是折射定律。

而光的反射呢，是指光在传播过程中遇到障碍物时，返回原来介质的现象。

就像我们照镜子时看到自己的影像，这就是光的反射。

反射定律告诉我们，反射光线、入射光线和法线都在同一平面内，并且反射光线和入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角。

二、光的全反射的条件那么，什么是光的全反射呢？光由光密介质射向光疏介质时，当入射角增大到某一角度，折射光线会完全消失，只剩下反射光线，这种现象就叫做光的全反射。

要发生光的全反射，需要满足两个条件。

首先，光必须从光密介质射向光疏介质。

所谓光密介质和光疏介质，是根据介质的折射率来划分的。

折射率大的介质称为光密介质，折射率小的介质称为光疏介质。

例如，水对于空气来说就是光密介质。

其次，入射角必须大于或等于临界角。

临界角是指当折射角为 90度时对应的入射角。

它的大小取决于两种介质的折射率。

三、临界角的计算那么，如何计算临界角呢？临界角 C 可以通过以下公式计算：sin C ＝ 1 ／ n ，其中 n 是光从光密介质射向光疏介质时，光密介质相对于光疏介质的折射率。

举个例子，如果光从水（折射率约为 133）射向空气，那么临界角大约是 488 度。

这意味着当入射角大于 488 度时，就会发生全反射现象。

四、光的全反射的应用光的全反射在我们的生活和科技中有着广泛的应用。

光纤通信就是一个典型的例子。

光纤由内芯和包层组成，内芯的折射率较大，包层的折射率较小。

当光在内芯中传播时，如果入射角满足全反射条件，光就会在光纤内不断地全反射，从而实现远距离、高速率的信息传输。

在医学领域，内窥镜也是利用了光的全反射原理。

光的折射、全反射授课内容：例题1、如图示，一折射率为n=的长方形玻璃砖ABCD放在水平桌面上，有一直尺EF 紧贴在玻璃砖AB面上，CD面上贴着黑纸，眼睛在P点沿PQ方向观察，能看到直尺上的某点成像在S′处，已知QP与AD面的夹角θ=30°，请作出成像光路示意图，标出直尺上可能在S′处成像的点，并求出该点到像点S′的距离。

图一例题2、为了观察门外情况,有人在门上开一小圆孔,将一块圆柱形玻璃嵌入其中,圆柱体轴线与门面垂直。

从圆柱底面中心看出去,可以看到的门外入射光线与轴线间的最大夹角称做视场角。

已知该玻璃的折射率为n,圆柱长为l ,底面半径为r,则视场角是（）A．B．C．D．图二例题3、如图示是两个同种玻璃制成的棱镜,顶角α1略大于α 2 ,两束单色光A和B分别垂直射于三棱镜后,出射光线与第二界面的夹角β1= β 2 , 则 ( )A. A光束的频率比B光束的小B. 在棱镜中A 光束的波长比B 光束的短C. 在棱镜中B 光束的传播速度比A 光束的大D.把两束光由水中射向空气, 产生全反射,A 光的临界角比B 的临界角大图三例题4、如图，a和b 都是厚度均匀的平玻璃板，它们之间的夹角为φ，一细光束以入射角θ从P点射入，θ＞φ，已知此光束由红光和蓝光组成，则当光束透过b板后（）A．传播方向相对于入射光方向向左偏转φ角B．传播方向相对于入射光方向向右偏转φ角C．红光在蓝光的左边D．红光在蓝光的右边图四图五例题5、如图所示，AB两点之间的距离为S米，在AB 两点连接一直光导纤维，使一光脉冲信号从光导纤维中间射入，（射入后在光导纤维与空气的界面上恰好发生全反射现象）由A点传输出B点，所用时间为t秒，求光导纤维所用材料的折射率。