2023版高考物理一轮总复习第十五章第1节光的折射全反射课件

这是一份2023版高考物理一轮总复习第十五章第1节光的折射全反射课件，共55页。PPT课件主要包含了第1节，光的折射全反射，折射角的正弦，2表达式，折射率，入射角，质和光的频率决定，的正弦，角θ2的大小无关，偏折程度等内容，欢迎下载使用。

一、光的折射定律1.折射现象：光从一种介质进入另一种介质时传播方
向________的现象.
2.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_______________成正比.
sin θ1sin θ2
＝n12(θ1、θ2 分别为入射角和折射角，
n12 是比例常数).
1.定义：光从真空射入某种介质发生折射时，______________与_____________之比，叫做这种介质的折射率.2.定义式：n＝________.折射率由介质本身的光学性
3.计算公式：n＝________，因为 v＜c，所以任何介
质的折射率都大于________.
对两种介质来说，若 n1>n2，则折射率为 n1 的介质称为________介质，折射率为 n2 的介质称为光疏介质.4.物理意义：折射率是表示光从一种介质进入另一种介质时，发生____________的物理量，与入射角θ1 及折射
1.定义：光从光密介质入射到光疏介质的分界面上时，当________增大到某一角度时，折射光线消失，只剩下反射光线的现象.2.条件：①光从________介质射向光疏介质；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＝________.
4.应用：全反射棱镜、____________.
1.光的色散：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫做光的色散.白光通过三棱镜会分解为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光.
2.光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其
(1)定义：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
【基础自测】1.判断下列题目的正误.
(1)光的传播方向发生改变的现象叫光的折射.(
(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)若光从空气中射入水中，它的传播速度一定减小.
)(5)已知介质对某单色光的临界角为 C，则该介质的折
答案：(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√
2.如果光以同一入射角从真空射入不同介质，则折射
A.折射角越大，表示这种介质对光的偏折作用越大B.折射角越大，表示这种介质对光的偏折作用越小C.折射角越小，表示这种介质对光的偏折作用越大D.折射角越小，表示这种介质对光的偏折作用越小
解析：根据折射定律 n＝
真空向介质入射时，sin θ1 一定，n 越大，sin θ2 就越小，θ2越小，说明光偏离原来的传播方向角度就越大.答案：C
3.如图 15-1-1 是同一单色光从介质 a 射向介质 b 时的
图 15-1-1A.a 是光密介质，b 是光疏介质B.增大入射角，光在界面可能发生全反射C.光在介质 a 中的频率大于在介质 b 中的频率D.光在介质 a 中的传播速度大于在介质 b 中的传播速度
解析：结合光路图可判定入射角大于折射角，可知介质 a 是光疏介质，b 是光密介质，A 错误；全反射发生在从光密介质到光疏介质过程，B 错误；同一单色光在不同介质中传播，频率不变，即光在介质 a 中的频率等于在介
所以，光在介质 a 中的传播速度大于在介质 b 中的传播速度，D 正确.答案：D
4.(多选)如图 15-1-2 所示，从点光源 S 发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的 ab 间形成一条彩色光带.下
A.a 侧是红色光，b 侧是紫色光B.在真空中，a 侧光的波长小于 b
C.三棱镜对 a 侧光的折射率大于对 b 侧光的折射率D.在三棱镜中，a 侧光的波速大于 b 侧光的波速
热点 1 折射现象与折射率[热点归纳]
(1)折射率大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反
(2)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，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小.
(3)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，
2.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制：
考向 1 折射定律的应用【典题 1】(2021 年辽宁辽阳模拟)如图 15-1-3 所示，边长为 L 的等边三棱镜 ABC，BC 面镀有反光膜(厚度不计)，一单色光从 AB 面上的 D 点与 AB 面成 30°角射入三棱镜，经 BC 镜面反射后，从 AC 边上的 E 点射出，已知 B 点到
D 点的距离 LBD＝
，C 点到 E 点的距离 LCE＝
真空中的传播速度为 c，则(
解析：根据题意，由反射光线的对称性画出光路图如图 D59 所示.由几何关系可知，入射角i＝60°，由B 点到
、C 点到 E 点的距离LCE＝
三角形 BDF 和三角形 ECF 均为等边三角形，折射角 r＝
30°，根据折射定律得 n＝
，解得三棱镜的折射率 n＝
sin r′射出时的入射角 i′＝30°，根据折射定律得 n＝ sin i′
解得r′＝60°，B 错误；光在棱镜中的传播速度大小v＝
考向 2 平行玻璃砖对光路的控制【典题 2】如图 15-1-4 所示，边长为 L 的正方体透明
介质放在水平面上，在地面上离 AB 面距离为
有一个光源，向透明介质的左侧 AB 面射出一束光，当此光线与水平面夹角为 53°时，在 AB 面的折射光线刚好照射到 C 点，则该透明介质对光的折射率为(sin 53° ＝0.8 ，
cs 53°＝0.6)(
解析：根据题意画出光路图如图 D60 所示，设光在AB 面的入射点为E，由题意可知入射角i＝53°，根据几何
考向 3 三棱镜对光路的控制
【典题 3】如图 15-1-5，某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“·”(图中 O 点)，然后用横截面为等边三角形 ABC 的三棱镜压在这个标记上，小标记位于 AC边上.D 位于 AB 边上，过 D 点做 AC 边的垂线交 AC 于 F.该同学在 D 点正上方向下顺着直线 DF 的方向观察.恰好可以看到小标记的像；过O点做 AB 边的垂线交直线 DF 于E；DE＝2 cm，EF＝1 cm.求三棱镜的折射率.(不考虑光线在三棱镜中的反射)
解：过 D 点作AB 边的垂线 NN′，连接OD，则∠ODN＝α为O 点发出的光线在 D 点的入射角；设该光线在 D 点的折射角为β，如图 D61 所示.根据折射定律有
图 D61nsin α＝sin β ①式中 n 为三棱镜的折射率，由几何关系可知∠β＝60° ②
∠EOF＝30°在△OEF中有
EF＝OEsin ∠EOF ④由③④式和题给条件得OE＝2 cm ⑤
根据题给条件可知，△OED 为等腰三角形，有α＝30° ⑥
由①②⑥式得 n＝ .
【迁移拓展 1】(2019 年新课标Ⅲ卷)如图 15-1-6，直角三角形 ABC 为一棱镜的横截面，∠A＝90°，∠B＝30°.一束光线平行于底边 BC 射到 AB 边上并进入棱镜，然后垂直于 AC 边射出.
(1)求棱镜的折射率.
(2)保持 AB 边上的入射点不变，逐渐减小入射角，直到 BC 边上恰好有光线射出.求此时 AB 边上入射角的正弦.
解：(1)光路图及相关量如图 D62 所示.图 D62光束在 AB 边上折射，由折射定律得
式中 n 是棱镜的折射率.由几何关系可知α＋β＝60° ②
由几何关系和反射定律得β＝β′＝∠B ③联立①②③式，并代入 i＝60°得 n＝ . ④(2)设改变后的入射角为 i′，折射角为α′，由折射定律
sin i′sin α′
依题意，光束在 BC 边上的入射角为全反射的临界角
由几何关系得 C＝α′＋30° ⑦
考向 4 透明球对光的控制【典题 4】(2020 年山东淄博模拟)如图 15-1-7 所示，真空中有一个半径为 R，质量分布均匀的玻璃球，频率为ν的细激光束在真空中沿直线 BC 传播，并于玻璃球表面的 C点经折射进入玻璃球，并在玻璃球表面的 D 点又经折射进入真空中，已知∠COD＝120°，玻璃球对该激光的折射率
为 ，则下列说法中正确的是(
图 15-1-7A.出射光线的频率变小B.改变入射角α的大小，细激光束可能在玻璃球的内表面发生全反射
C.此激光束在玻璃中穿越的时间为 t＝
的光速)D.激光束的入射角为α＝45°
解析：光在不同介质中传播时，频率不会发生改变，所以出射光线的频率不变，故 A 错误； 激光束从 C 点进入玻璃球时，无论怎样改变入射角，折射角都小于临界角，根据几何知识可知光线在玻璃球内表面的入射角不可能大于临界角，所以都不可能发生全反射，故 B 错误； 此激
热点 2 全反射现象的理解及应用[热点归纳]
1.求解光的折射、全反射问题的四点提醒：
(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)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)在光的反射和全反射现象中，均遵循光的反射定
(4)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)应用 sin C＝
2.解决全反射问题的一般方法：(1)确定光是从光密介质进入光疏介质.
(3)根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射.(4)如发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图.(5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算，解决问题.
(3)利用 t＝ 求解光的传播时间.
3.求解全反射现象中光的传播时间的一般思路：(1)全反射现象中，光在同种均匀介质中的传播速度不
(2)全反射现象中，光的传播路程应结合光路图与几何
考向 1 全反射中的临界问题【典题 5】(多选，2020 年山东卷)截面为等腰直角三角形的三棱镜如图 15-1-8 甲所示.DE 为嵌在三棱镜内部紧贴 BB′C′C 面的线状单色可见光光源，DE 与三棱镜的 ABC面垂直，D 位于线段 BC 的中点.图乙为图甲中 ABC 面的正视图.三棱镜对该单色光的折射率为 ，只考虑由 DE 直
接射向侧面 AA′C′C 的光线.下列说法正确的是(
C.若 DE 发出的单色光频率变小，AA′C′C 面有光出射的区域面积将增大D.若 DE 发出的单色光频率变小，AA′C′C 面有光出射的区域面积将减小
解析：由题可知 sin C＝
，故临界角为45°，因此
从D点发出的光，竖直向上从M点射出的光线恰好是出射光线的边缘，同时 C 点也恰好是出射光线的边缘，如图D63 所示，因此光线只能从 MC 段射出，根据几何关系可知，M 恰好为 AC 的中点，因此在AA′C′C 平面上有一
半的面积有光线射出，故 A 正确，B 错误；由于频率越高，折射率越大，当光源发出的光的频率变小，折射率也会变小，导致临界角会增大，这时 M 点上方也会有光线出射，因此出射光线区域的面积将增大，故 C 正确，D 错误.
考向 2 折射定律与全反射综合[热点归纳]
求解光的折射与全反射的综合问题时，要抓住折射定律和发生全反射的条件这两个关键.基本思路如下：(1)判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密
(2)判断入射角是否大于临界角，明确是否发生全反射
(3)画出反射、折射或全反射的光路图，必要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.
(4)折射率 n 是讨论折射和全反射问题的重要物理量，是联系各物理量的桥梁，对跟折射率有关的所有关系式应熟练掌握.
【典题 6】(2020 年新课标Ⅱ卷)直角棱镜的折射率 n＝1.5，其横截面如图 15-1-9 所示，图中∠C＝90°，∠A＝30°.截面内一细束与 BC 边平行的光线，从棱镜 AB 边上的D 点射入，经折射后射到 BC 边上.(1)光线在 BC 边上是否会发生全反射？说明理由.(2)不考虑多次反射，求从 AC 边射出的
光线与最初的入射光线夹角的正弦值.
解：(1)如图 D64，设光线在 D 点的入射角为 i，折射角为 r.折射光线射到 BC 边上的 E 点.设光线在 E 点的入射角为θ，由几何关系，有θ＝90°－(30°－r)>60° ①
即θ大于全反射临界角，因此光线在 E 点发生全反射.图 D64
(2)设光线从 AC 边上的 F 点射出棱镜，光线的入射角为 i′，折射角为 r′，由几何关系、反射定律及折射定律，有i＝30° ③i′＝90°－θ ④sin i ＝n sin r ⑤n sin i′＝sin r′ ⑥联立①③④⑤⑥式并代入题给数据，得
【迁移拓展 2】(2020 年新课标Ⅲ卷)如图 15-1-10，一折射率为 的材料制作的三棱镜，其横截面为直角三角形ABC，∠A＝90°，∠B＝30°.一束平行光平行于 BC 边从AB 边射入棱镜，不计光线在棱镜内的多次反射，求 AC 边与 BC 边上有光出射区域的长度的比值.
解：设从D 点入射的光线经折射后恰好射向C 点，光在 AB 边上的入射角为θ1，折射角为θ2，如图 D65 所示，由折射定律有sin θ1＝n sin θ2，设从 DB 范围入射的光折射后在BC 边上的入射角为θ′，由几何关系有θ′＝30°＋θ2，代入题中数据解得θ2＝30°，θ′＝60°，n sin θ′>1，所以从DB范围入射的光折射后在 BC 边上发生全反射，反射光线垂直射到 AC 边，AC 边上全部有光射出.设从 AD 范围入射的光折射后在 AC 边上的入射角为θ″，如图 D66 所示.