资源简介

(共60张PPT)
第十四章
光　学
│知识网络│
南方凤凰台·5A新考案·物理
第1讲　光的折射　全反射
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”).
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．折射率跟折射角的正弦成正比． (　　)
4．介质的折射率与光在该介质中的传播速度成反比． (　　)
5．若光从空气中射入水中，它的传播速度一定增大． (　　)
√
×
×
×
×
6．密度大的介质为光密介质，密度小的介质为光疏介质． (　　)
7．只要入射角足够大，就能发生全反射． (　　)
8．光线从光疏介质进入光密介质，入射角等于临界角时发生全反射现象．
(　　)
9．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sin C．(　　)
×
×
×
×
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．　
同一平面
正
可逆
2．折射率
(1) 折射率是一个反映介质的___________的物理量．
(2) 定义式：n＝_____．
(3) 计算公式：n＝_____，因为v＜c，所以任何介质的折射率都________．
(4) 当光从真空(或空气)斜射入某种介质时，入射角_______折射角；当光由介质斜射入真空(或空气)时，入射角_______折射角．
光学性质
大于1
大于
小于
3．折射率的理解
(1) 折射率由___________性质决定，与入射角的大小无关．
(2) 折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质．
(3) 同一种介质中，频率越大的色光折射率越_____，传播速度越_____．
介质本身
大
小
典 题 悟 法
A．0°　　　　B．15°　　　　C．30°　　　　D．45°
1
B
(1) 该液体的折射率．
2
(2) 光从底部质点射至人眼全过程的时间．
答案：(2) 1×10-9 s
解决光的折射问题的思路
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．
4．注意折射现象中光路的可逆性．
考点二　全反射
1．光疏介质和光密介质
折射率较_____的介质称为光疏介质，折射率较_____的介质称为光密介质．光疏介质和光密介质是_______的．
2．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，折射光线将全部_______，只剩下反射光线的现象．
(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，则sin C＝_____．介质的折射率越大，发生全反射的临界角越_____．
小
大
相对
消失
光密
光疏
大于或等于
小
3．全反射的应用
(1) 解释生活中的现象：炎热的夏天，远处柏油马路上特别明亮；海市蜃楼等．
(2) 全反射棱镜：截面是等腰直角三角形的棱镜．
(3) 光导纤维：原理是光的全反射，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率．
典 题 悟 法
　　　　(2025·苏州三模)如图所示，一条圆柱形的光导纤维，长为L，它的玻璃芯的折射率为n1，外层材料的折射率为n2，光在空气中的传播速度为c.下列说法中正确的是 (　　)
A．折射率n1小于折射率n2
3
B
　　　　(2026·苏州期初调研)有一个半径为R的半圆柱形透明体，其俯视图如图所示．某同学进行了如下实验：用激光笔从右侧沿垂直于直径AB方向朝透明体射入，保持入射方向不变，入射点由圆心O处缓慢向A处移动，观察到从圆弧面上射出的光逐渐减弱．当入射点到达C处时，恰好看不到光从圆弧面上D处射出，测得OC＝0.5R，真空中光速为c.
(1) 求透明体材料的折射率n.
答案： (1) 2　
4
【解析】 (1) 当入射点到达C处时，恰好看不到光从圆弧面上D处射出，可知在D处刚好发生全反射，根据全反射临界角公式有
(2) 从C处垂直入射的光线恰好从B点射出，求光线在透明体中传播的时间t.
考点三　光的折射和全反射的
综合应用
典 题 悟 法
(1) 当α＝45°时，求光线从AB边射入棱镜时折射角的正弦值．
5
(2) 若光线从AB边折射后直接到达BC边，并在BC边刚好发生全反射，求此时的α值．
答案：(2) 60°
光的折射和全反射问题的解题技巧
1．在解决光的折射问题时，应根据题意分析光路，当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射．
2．如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象．
3．找出临界光线往往是解题的关键，若不符合全反射的条件，则要由折射定律和反射定律确定光的传播情况．
4．有时还可应用光路的可逆原理画出光路图，然后结合几何知识进行推断和求解相关问题．
随堂内化
1．地球表面大气对光的折射率随高度的增加逐渐减小．一束太阳光从大气层中某点射入，此后光的传播路径可能正确的是 (　　)
C
【解析】 地球表面大气对光的折射率随高度的增加逐渐减小，太阳光从大气层中某点射入，则光从光疏介质射向光密介质，折射角小于入射角，光线逐渐向下弯曲，故A、B、D错误，C正确．
2．(2024·海南卷)一正三角形OPQ玻璃砖，某束光线垂直于OP射入，恰好在PQ界面发生全反射，则玻璃砖的折射率
(　　)
C
3．(2026·南京六校联合体期初)如图所示，半径为R的半圆形玻璃砖截面上，有一束单色光斜射到圆弧面上的C点，入射光线与竖直方向的夹角为θ＝30°，折射光线CD刚好与直径AB垂直，AC弧长是AB弧长的三分之一，光速为c，则该玻璃砖材料的折射率为 (　　)
C
4．(2026·南京学情调研)如图所示，一半圆形透明玻璃砖平放在水平桌面上，其横截面是半径为R的半圆，O为圆心．将激光束垂直于AB面射入，若光到达右表面后，都能从右表面射出，已知玻璃的折射率为n，真空中的光速为c.
(1) 求光在玻璃砖中传播的速度．
(2) 求入射光束在AB上的最大宽度．
配套热练
一、 选择题
1．光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播．下列关于光导纤维的说法中，正确的是(　　)
A．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
B．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯
与外套的界面上发生全反射
C．波长越短的光在光纤中传播的速度越大
D．频率越大的光在光纤中传播的速度越大
A
【解析】 光纤内芯比外套折射率大，在内芯与外套的界面上发生全反射，故A正确，B错误；频率大的光波长短，折射率大，在光纤中传播速度小，故C、D错误．
2．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
C
3．(2023·江苏卷)地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲．下列光路图中能描述该现象的是 (　　)
A
【解析】 根据折射定律n上sin θ上＝n下sin θ下，由于地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，则n下＞n上，则θ下逐渐减小，故光线逐渐向竖直方向偏移，故A正确．
4．(2025·广东卷)如图所示为测量某种玻璃折射率的光路图．某单色光从空气垂直射入顶角为α的玻璃棱镜，出射光相对于入射光的偏转角为β，该玻璃的折射率为 (　　)
A
D
6．(2025·江苏卷)如图所示，一束激光射入肥皂泡后(入射激光束未在图中标出)，肥皂膜内出现一亮环．肥皂膜内的激光 (　　)
A．波长等于亮环的周长
B．频率比在真空中的大
C．在肥皂膜与空气的界面上发生衍射
D．在肥皂膜与空气的界面上发生全反射
【解析】 激光在不同的介质中传播时，频率相同，波长不同，激光波长与亮环周长无关，故A、B错误；一束激光打进一个肥皂泡(图中未画出入射光线)，发现在肥皂泡内侧出现一个亮环，是因为激光在空气与肥皂膜分界面处发生了全反射，故C错误，D正确．
D
7．(2025·南通第二次调研)如图所示，ABCD是折射率n＝2.4的透明介质做成的四棱柱横截面，其中∠A＝∠C＝90°，∠B＝60°.现有一束光垂直入射到棱镜的AB面上，入射点从A移到B的过程中，光只能 (　　)
A．从CD、BC面射出　　　　
B．从BC、AD面射出
C．从AB、AD面射出　　　　
D．从AB、BC面射出
D
8．如图所示，圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从P点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角θ＝60°时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行．已知真空中的光速为c，则(　　)
C
二、 计算题
9．(2025·苏锡常镇第一次调研)如图所示，阴影部分ABC为一透明材料做成的柱形光学元件的横截面，ABCO构成边长为R的正方形，AC为圆心在O点的圆弧．一光线从O点射出沿OE方向射入元件，光线恰好不能从AB面射出，∠AOE＝30°，真空中光速为c.求：
(1) 该材料的折射率n.
答案： (1) 2　
【解析】 (1) 设该光学元件全反射临界角为C0，从点光源沿OE方向射入元件的光线恰好不能从AB面射出
则可知C0＝30°
(2) 光线从O点射出到第一次射至AB面的时间t.
10．(2026·南京期初补偿训练)一个半圆柱形特殊玻璃砖，其横截面是半径为R的半圆，AB为半圆的直径，O为圆心，如图所示．玻璃的折射率为n＝2.　
(1) 一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面，若光线到达上表面后，都能从该表面射出，则入射光束在AB上的最大宽度为多少？
答案： (1) R　
【解析】 (1) 在O点左侧，设从E点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角θ，则OE区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出，如图所示
由几何关系有OE＝R sin θ　②
由对称性可知，若光线都能从上表面射出，
光束的宽度最大为l＝2OE　③
联立①②③式，代入已知数据得l＝R　④
谢谢观赏

展开更多......

收起↑