高中物理选修3-4光的折射和全反射

高中物理选修3-4第十三章----光-总结及练习高中物理选修3-4第十三章知识点总结及练习第十三章 光第一节光的反射和折射知识点1光的折射定律 折射率1）光的折射定律①入射角、反射角、折射角都是各自光线与法线的夹角！②表达式：2211sin sin θθn n =③在光的折射现象中，光路也是可逆的2）折射率光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率，用符号n 表示sin sin n θθ=大小n 是反映介质光学性质的一个物理量，n 越大，表明光线偏折越厉害。

发生折射的原因是光在不同介质中，速度不同 例题：光在某介质中的传播速度是2.122×108m/s ，当光线以30°入射角，由该介质射入空气时，折射角为多少？解：由介质的折射率与光速的关系得又根据介质折射率的定义式得r 为在空气中光线、法线间的夹角即为所求．i 为在介质中光线与法线间的夹角30°． 由(1)、(2)两式解得：所以r=45°．白光通过三棱镜时，会分解出各种色光，在屏上形成红→紫的彩色光带（注意：不同介质中，光的频率不变。

）练习：1、如图所示，平面镜AB 水平放置，入射光线PO 与AB 夹角为30°，当AB 转过20°角至A′B′位置时，下列说法正确的是 ( )A ．入射角等于50°B ．入射光线与反射光线的夹角为80°c n v =C ．反射光线与平面镜的夹角为40°D ．反射光线与AB 的夹角为60°2、一束光从空气射入某种透明液体，入射角40°，在界面上光的一部分被反射，另一部分被折射，则反射光线与折射光线的夹角是 ( )A ．小于40°B ．在40°与50°之间C ．大于140°D ．在100°与140°与间3、太阳光沿与水平面成30°角的方向射到平面镜上，为了使反射光线沿水平方向射出，则平面镜跟水平面所成的夹角可以是 ( )A ．15°B ．30°C ．60°D ．105°知识点：2、测定玻璃的折射率（实验、探究）1．实验的改进：找到入射光线和折射光线以后，可以入射点O 为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO 、OO′（或OO′的延长线）交于C 点和D 点，过C 、D 两点分别向NN′做垂线，交NN′于C′、D′点， 则易得：n = CC′/DD′2．实验方法：插针法例题：光线从空气射向玻璃砖，当入射光线与玻璃砖表面成30°角时，折射光线与反射光线恰好垂直，则此玻璃砖的折射率为 ( ) A ．2 B ．3 C ．22 D ．33 练习：1、光线从空气射向折射率n ＝2的玻璃表面，入射角为θ1，求：当θ1＝45º时，折射角多大？2、光线从空气射向折射率n ＝2的玻璃表面，入射角为θ1，求：当θ1多大时，反射光线和折射光线刚好垂直？（1）300（2）arctan 23、为了测定水的折射率，某同学将一个高32cm ，底面直径24cm 的圆筒内注满水，如图所示，这时从P 点恰能看到筒底的A 点．把水倒掉后仍放在原处，这时再从P 点观察只能看到B 点，B 点和C 点的距离为18cm ．由以上数据计算得水的折射率为多少? 4/3第二节全反射知识点：光的全反射i 越大，γ越大，折射光线越来越弱，反射光越来越强。

1．正确、灵活地理解应用折射率公式(1)公式为n＝sin isin r(i为真空中的入射角，r为某介质中的折射角)。

(2)根据光路可逆原理，入射角、折射角是可以随光路的逆向而“换位”的，我们可以这样来理解、记忆：折射率等于真空中光线与法线夹角的正弦跟介质中光线与法线夹角的正弦之比，再简单一点说就是大角的正弦与小角的正弦之比。

2．n的应用及有关数学知识(1)同一介质对紫光折射率大，对红光折射率小，着重理解两点：第一，光的频率由光源决定，与介质无关；第二，同一介质中，频率越大的光折射率越大。

(2)应用n＝cv，能准确而迅速地判断出有关光在介质中的传播速度、波长、入射光线与折射光线偏折程度等问题。

3．产生全反射的条件光从光密介质射入光疏介质，且入射角大于或等于临界角。

1．半径为R、介质折射率为n的透明圆柱体，过其轴线OO′的截面如图所示。

位于截面所在的平面内的一细束光线，以入射角i0由O点入射，折射光线由上边界的A点射出。

当光线在O点的入射角减小至某一值时，折射光线在上边界的B点恰好发生全反射。

求A、B两点间的距离。

解析：当光线在O点的入射角为i0时，设折射角为r0，由折射定律得sin i0sin r0＝n①设A点与左端面的距离为d A，由几何关系得sin r 0＝Rd A 2＋R 2②若折射光线恰好发生全反射，则在B 点的入射角恰好为临界角C ，设B 点与左端面的距离为d B ，由折射定律得sin C ＝1n ③由几何关系得 sin C ＝d Bd B 2＋R 2④设A 、B 两点间的距离为d ，可得d ＝d B －d A ⑤ 联立①②③④⑤式得d ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫1n 2－1－n 2－sin 2i 0sin i 0R 。

⑥答案：⎝ ⎛⎭⎪⎫1n 2－1－n 2－sin 2i 0sin i 0R1．测玻璃的折射率常用插针法：运用光在玻璃两个界面处的折射。

如图所示为两面平行的玻璃砖对光路的侧移。

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 ′，量出入射角i 和折射角r ，根据n ＝sin isin r计算出玻璃的折射率。

专题六 光的折射和全反射【基本内容】一、光的折射1．光的折射现象：光射到两种介质的界面上，从第一种介质进入其次种介质时，其传播方向发生转变的现象称为光的折射。

折射不仅可以转变光的传播方向，还能转变光束的性质。

折射现象中光路是可逆的。

在两种介质的界面上，发生光的折射时，肯定同时发生了反射。

2．光的折射定律：光折射时遵循光的折射定律。

基本内容包含如下三个要点： ① 折射光线、法线、入射光线共面； ② 折射光线与入射光线分居法线两侧；③ 入射角的正弦与折射角的正弦之比等于两种介质的折射率之比，即： 上式中n 12 是比例常数。

3．折射率：当光从真空（或空气）射入某种介质时，入射角的正弦与折射角的正弦之叫做这种介质的确定折射率。

用符号n 表示。

（1）某种介质的折射率n 与光在该介质的传播速度v 、真空中的光速c 的关系式是：（2）折射率n 是反映介质光学性质的物理量。

n 越大，光线从真空（或空气）斜射入这种介质时，偏折的角度越大。

（3）因光在任何介质的传播速度v 总是小于真空中的光速c ，故任何介质的折射率n 肯定都大于1。

4．光疏介质和光密介质：不同介质的折射率一般不同，对两种介质来说，n 较大的介质称光密介质；n 较小的介质称光疏介质。

光从光密介质进入光疏介质，折射角大于入射角。

留意： ①光从一种介质进入另一介质时，频率不变，光速和波长都转变。

②同一介质对频率较大（速度较小）的色光的折射率较大。

③光的颜色由频率打算。

二、光的全反射5．全反射现象：当光从光密介质射向光疏介质，且入射角不小于临界角时，折射光线将消逝，这一现象叫做光的全反射现象。

6．全反射现象应用举例： 光导纤维、全反射棱镜等。

7．全反射的临界角：若光从介质（折射率为n ）射入空气（或真空）时，发生全反射的临界角C 可由如下公式求得：8．三棱镜的光学特性：光从棱镜的一个侧面入射而从另一侧面射出时，将向棱镜的底面偏折。

隔着棱镜看到物体的虚像比实际位置向顶角方向偏移。

第四章光的折射三、光的全反射教学目标1、理解光密介质、光疏介质的概念及全反射现象；掌握临界角的概念和全反射条件；了解全反射的应用。

2、用实验的方法，通过讨论、分析过程，用准确的语言归纳全反射现象；培养学生创新精神和实践能力。

3、启发学生积极思维，锻炼学生的语言表达能力。

4、培养学生学习物理的兴趣，进行科学态度、科学方法教育。

重点难点重点：临界角的概念及全反射条件难点：全反射现象的应用设计思想本节课的教学设计体现了新课程理念，以培养和发展能力为着眼点，以掌握物理研究方法和物理思维方法为依据。

本节主要知识内容是全反射现象和全反射条件。

灵活运用推理假设，实验验证，分析归纳，比较等方法教学，使学生在获得知识的同时，也获得了掌握这些知识的方法。

通过师生的双边活动，充分调动学生的积极性，使学生主动地和教师、教材、同学进行信息交流，形成了一种和谐、积极参与的教学气氛。

教学资源《光的全反射》多媒体课件教学设计【课堂引入】问题：将光亮铁球出示给学生看，在阳光下很刺眼，将光亮铁球夹在试管夹上，放在点燃蜡烛上熏黑，将试管夹和铁球置于烛焰的内焰进行熏制，一定要全部熏黑，再让学生观察．然后将熏黑的铁球浸没在盛有清水的烧杯中，现象发生了，放在水中的铁球变得比在阳光下更亮．好奇的学生误认为是水泡掉了铁球上黑色物，当老师把试管夹从水中取出时，发现熏黑的铁球依然如故，再将其再放入水中时，出现的现象和前述一样，学生大惑不解，让学生带着这个疑问开始学习新的知识——全反射现象。

【课堂学习】学习活动一：全反射现象问题1：什么是光密介质和光疏介质？不同折射率的介质相比较，折射率较大的叫光密介质，折射率较小的叫光疏介质。

举例说明光密介质和光疏介质是相对的。

问题2：什么是全反射现象？演示实验：激光束射向半玻璃砖，观察反射、折射现象。

设疑：如果入射角变大，反射光线和折射光线可能怎么变化呢？学生猜想：①反射光，折射光全部消失。

②反射光消失，只有折射光线。

高中物理学习材料桑水制作光的折射与全反射归纳小结武功县普集高中范裕子郭随弟光的折射与全反射问题是高考的重点与难点，也是每年高考的必考内容，是几何光学部分的主考方向。

命题形式主要是基础知识，基本概念的考察与应用。

如长方体玻璃砖、球形或半球形玻璃柱折射问题或在液体中的视深问题以及视野范围问题，对于全反射临界角问题，一般渗透在折射问题中，并结合棱镜考查，题型以选择题为主，也可以通过计算题形式进行考查。

能够正确的解三角形是运算能力的要求。

2010年高考中，这些问题都有涉及：例如全国卷1第20题，平面镜的反射成像，能够正确转化为三角形求解；全国卷2第20题，平行玻璃砖的折射综合；新课标卷第33题，物理—选修3-4，折射率的计算；北京卷第14题，折射率，频率基本概念。

山东卷第37题，物理—选修3-4，全反射的应用；重庆卷第20题，四分之一圆形玻璃柱的折射与全反射问题；福建卷第19题(1)用“插针法”测定玻璃的折射率。

1.（全国卷2）20.频率不同的两束单色光1和2 以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后，其光路如图所示，下列说法正确的是A单色光1的波长小于单色光2的波长B在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2 的传播速度C单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间D 单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角答案：AD解析：由折射光路知，1光线的折射率大，频率大，波长小，在介质中的传播速度小，产生全反射的临界角小，AD对，B错。

sinsininr=，在玻璃种传播的距离为cosdlr=，传播速度为cvn=，所以光的传播事件为sin2sinsin cos sin2l d i d itv c r r c r===，1光线的折射角小，所经历的时间长，C错误。

2．如图所示为安全门上的观察孔，直径ab为4cm，门的厚度ac为3.464cm．为了扩大向外观察的范围，将孔中完全嵌入折射率为3的玻璃．求（1）嵌入玻璃后向外观察视野的最大张角；（2）当视野扩大到180°时，嵌入玻璃的折射率．解析：（1）向外观察的张角最大时，在cd 的中点e 点观察，b 为入射点，be 为折射线，求出i 即可。

高中物理选修34光学部分光的折射及光的全反射光既具有波动性，又具有粒子性；光是一种电磁波。

阳光能够照亮水中的鱼和水草，同时我们也能通过水面看到烈日的倒影；这讲明光从空气射到水面时，一部分光射进水中，另一部分光被反射回到空气中。

一样讲来，光从一种介质射到它和另种分界面时，一部分光又回到这种介质中的现象叫做光的反射；而斜着射向界面的光进入第二种介质的现象，叫做光的折射。

1.光的反射定律：实验讲明：光的反射遵循以下规律a 、 反射光线和入射光线、界面的法线在同一平面内，反射光线和入射光线分不们于法线的两侧。

b 、 反射角等于入射角。

〔i=i‘〕 在反射现象中，光路是可逆的。

折射定律 1.2.sin i c 3.n sin r v ⎧⎫⎪⎪⎪⎪⎨⎬⎪⎪⎪⎪==⎩⎭三线共面分居两侧 全反射i C 1sin c n →≥⎧⎫⎪⎪⎨⎬=⎪⎪⎩⎭1.条件：光密光疏；2.临界角： 棱镜对光的作用⎧⎫⎨⎬⎩⎭单色光：向底边偏折复色光：色散 平行玻璃板：使光线折射侧移 光的折射 光的折射 光学 光的波动2.光的折射定律：入射光线和法线的夹角i叫做入射角；折射光线和法线的夹角r叫做折射角；反射光线和法线的夹角i‘叫做反射角。

光的折射定律可如此表示：a、折射光线跟入射光线和界面的法线在同一平面内，折射光线和入射光线分不们位于法线的两侧。

b、入射角的正弦跟折射角的正弦之比是一个常量，即：sini/sinr=n在折射现象中，光路也是可逆的。

3.折射率：由折射定律可知：光从一种介质射入另一种介质时，尽管折射角的大小随着入射角的大小在变化，然而两个角的正弦之比是个常量，关于水、玻璃等各种介质差不多上如此，然而，关于不同介质，比值n的大小并不相同，例如，光从空气射入水时那个比值为1.33，从空气射入一般玻璃时，比值约为1.5。

因此，常量n是一个能够反映介质的光学性质的物理量，我们把它叫做介质折射率。

光在不同介质中的传播速度不同〔介质n越大，光传播速度越小〕。

高中物理选修3-4光的反射、折射和全反射题型1（光的反射定律）光的反射定律：（1）三线共面反射光线在入射光线和法线所决定的平面内；（因果关系要注意）（2）法线居中反射光线跟入射光线分别位于法线的两侧；（3）两角相等反射角等于入射角（因果关系）1、保持入射光线方向不变，将平面镜绕着过入射点且垂直于入射光线和法线决定的平面的轴旋转角，则（B）A. 反射光线也转过角B. 反射光线转过角C. 入射角增大角D. 反射光线与入射光线的夹角增大角2、如图所示，点光源S到平面镜M的距离为d。

光屏AB与平面镜的初始位置平行。

当平面镜M绕垂直于纸面过中心O的转轴以的角速度逆时针匀速转过30°时，垂直射向平面镜的光线SO在光屏上的光斑P的即时速度大小为8d。

3、2018年1月31日，天空中上演了一场万众瞩目、被称为“超级满月、蓝月亮、红月亮”的月全食大戏，这次月全食历时近5小时。

嘴精彩之处是在发生月全食阶段月亮呈现红色，下列有关月食的说法，其中正确的是（ADE）A. 当地球处于太阳和月亮中间时才会出现月食现象B. 当月亮处于太阳和地球中间时才会出现月食现象C. 月食可能是太阳光经月亮反射到地球大气层时发生全反射形成的D. 出现月食现象，是因为月亮处于地球的“影子”中E. “红月亮”是太阳光中的红光经地球大气层折射到月球时形成的4、如图所示，用激光控制液面高度仪器的原理是：一束激光AO以固定的入射角i照射到液面上，反射光OB射到水平放置的光屏上，屏上用光电管将光信号转变成电信号，电信号输入控制系统就可以控制液面的高度。

如果发现光屏上的光点在屏上由B点向左移动了的距离到点，则可判定（C）A. 液面上升，上升的距离为B. 液面下降，下降的距离为C. 液面上升，上升的距离为D. 液面下降，下降的距离为5、如图所示，a、b、c三条光线会聚于S点，若在S点前任意位置放一平面镜，则（C）A. 三条反射光线可能交于一点，也可能不交于一点B. 三条反射光线一定不会交于一点C. 三条反射光线一定会交于镜前一点D. 三条反射光线的反向延长线一定交于镜后一点6、两平面镜M1与M2互成角，如图所示，入射光线AB射到M1上后发生第一次反射，在M2上发生第二次反射。

基础课3光的折射全反射知识排查光的折射定律折射率1.折射现象光从一种介质斜射入另一种介质时传播方向发生改变的现象，如图1所示。

图12.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：sin θ1sin θ2＝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＝sin θ1sin θ2，不能说n与sin θ1成正比，与sin θ2成反比。

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＝cv，因v <c，故任何介质的折射率总大于1。

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时，当入射角增大到某一角度，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＝1n。

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2)。

图2小题速练1.思考判断(1)光从空气射入玻璃时，只要入射角足够大可能发生全反射。

()(2)在水中，蓝光的传播速度大于红光的传播速度。

()(3)在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里。

()(4)光纤通信利用了全反射的原理。

()(5)晚上，在池水中同一深度的两点光源分别发出红光和蓝光，蓝光光源看起来浅一些。

()答案(1)×(2)×(3)√(4)√(5)√2.(2018·陕西渭南二模)(多选)a、b两种单色光组成的光束从玻璃进入空气时，其折射光束如图3所示，则关于a、b两束光的说法正确的是()图3A.玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率B.增大入射角时，a光首先发生全反射C.a光的频率大于b光的频率D.在真空中a光的波长大于b光的波长E.分别用这两束光照射双缝干涉实验装置，在光屏上都能出现干涉条纹，a光的相邻条纹间距大于b光的相邻条纹间距解析a光的偏折程度小于b光，所以玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率，增大入射角，b光首先发生全反射，选项A正确，B错误；折射率大，频率大，所以a光的频率小于b光的频率，选项C错误；根据c＝λf知，a光的波长长，再由Δx＝ldλ，a光的相邻条纹间距大于b光的相邻条纹间距，选项D、E正确。