【物理】2019届一轮复习人教版第十二章第3讲光的折射 全反射学案
第3讲 光的折射 全反射
一、光的折射定律 折射率
1．折射定律
(1)内容：如图1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．
图1
(2)表达式：＝n.
(3)在光的折射现象中，光路是可逆的．
2．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：n＝.
(3)计算公式：n＝，因为v
v2>v3 B．v1>v3>v2
C．v1v1>v3
答案 B
解析 光从介质Ⅱ射向介质Ⅰ，发生全反射，说明介质Ⅰ的折射率小于介质Ⅱ的折射率，入射角大于或等于临界角；光从介质Ⅱ射入介质Ⅲ，从题图可以看出，入射角小于折射角，说明介质Ⅱ的折射率大于介质Ⅲ的折射率，入射角小于临界角．界面相互平行，比较可知，介质Ⅰ的折射率小于介质Ⅲ的折射率．光在介质中的传播速度等于光在真空中的速度与介质的折射率的比值，折射率大，传播速度小，B正确．
4．华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理奖，他被誉为“光纤通信之父”．
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3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( )
图3
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
答案 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，A对，B错；频率大的光波长短，折射率大，在光纤中传播的速度小，C、D错．
5．(多选)(2017·苏锡常镇四市调研)如图4，某同学用插针法测量平行玻璃砖折射率，他按正确的方法插了大头针a、b、c、d.则下列说法正确的是( )
图4
A．实验中，入射角应适当大些
B．该同学在插大头针d时，应使其挡住a、b的像和c
C．若入射角太大，光会在玻璃砖内表面发生全反射
D．该实验方法只能测量平行玻璃砖的折射率
答案 AB
6．(2018·如皋市调研)如图5所示，半圆形玻璃砖的半径为R＝10 cm，折射率n＝，直径AB与水平放置的光屏MN垂直并接触于A点，激光a以入射角i＝30°射向玻璃砖的圆心O，结果在光屏MN上出现两个光斑，则这两个光斑之间的距离为( )
图5
A. cm B．5 cm
C. cm D．20 cm
答案 C
解析 画出光路图如图所示，设折射角为r，根据折射定律：n＝，则得：sin r＝nsin i＝×sin 30°＝
解得：r＝60°；根据几何关系，两个光斑之间的距离为：
L＝PA＋AQ＝Rtan 30°＋Rtan 60°＝(10×＋10×) cm＝ cm，故选C.
7．(2017·南京市、盐城市二模)如图6所示，一束光线从玻璃球的A点入射，入射角为60°，折射入球后，经过一次反射再折射到球外的光线恰好平行于入射光线．
图6
(1)求玻璃球的折射率；
(2)B点是否有光线折射出玻璃球，请写出证明过程．
答案 (1) (2)见解析
解析 (1)由几何知识可知，在A点的折射角为30°，
由折射定律：n＝＝
(2)设临界角为C
由sin C＝
得sin C＝>
C>30°
在B点的入射角为30°，小于临界角，即在B点有光线折射出玻璃球．
8．(2017·南通市第三次调研)如图7所示，在水平桌面上倒立着一个透明圆锥，底面是半径r＝0.24 m的圆，圆锥轴线与桌面垂直，过轴线的竖直截面是等腰三角形，底角θ＝30°.有一束光线从距轴线a＝0.15 m处垂直于圆锥底面入射，透过圆锥后在水平桌面上形成一个小光点
(不考虑从右侧面上反射后的情况)．已知透明圆锥n＝1.73，真空中光速c＝3.0×108 m/s.求：
图7
(1)光在圆锥中传播的时间t；
(2)桌面上光点到圆锥顶点O间的距离l.
答案 (1)3.0×10－10 s (2)0.10 m
解析 (1)光线从底面垂直入射后沿直线射到圆锥侧面上的O′点发生折射，光路如图所示，
圆锥中的光速v＝
传播时间t＝
解得t＝3.0×10－10 s
(2)由几何关系可知，在O′点发生折射时，入射角为θ，设折射角为α，则
＝n
解得α＝60°
由几何关系可知△OPO′为等腰三角形，则
2lcos θ＝
解得l＝0.10 m.
9.(2017·江苏省联盟2月大联考)利用插针法可以测量水的折射率，其做法如图8所示，取一厚度可以忽略不计的圆形薄木片，在它的圆心处垂直插入一根较长的大头针，让圆形薄木片浮在水面上，调整大头针插入薄木片的深度，直至从水面上方的各个方向向水中观察，都恰好看不到水中的大头针．
图8
(1)需要测量的物理量有哪些？写出物理符号和相应的物理意义．
(2)根据(1)中所测量的物理量写出水的折射率表达式．
答案 (1)薄木片的半径R，大头针在水面下的长度h (2)n＝
解析 由题意知，大头针下端的光线在木板的边缘处由水进入空气时，恰好发生全发射，此时入射角等于临界角C，如图所示．根据n＝知，若要求折射率，需测量薄木片的半径R，大头针在水面下的长度h；代入得：n＝.
10．(2017·南通市第二次调研)如图9所示，玻璃砖ABCD的折射率n＝1.732，左右两个侧面AD、BC垂直于上表面AB，∠ADC＝120°.一束光从图示方向射到AB面上，试通过计算作出光经过玻璃砖的光路图．
图9
答案 见解析
解析 在AB面发生折射的入射角θ1＝60°
由折射定律有＝n
解得θ2＝30°
则在CD面上的入射角θ3＝60°
设发生全反射的临界角为C，则
sin C＝
可知C<60°，故光在CD面上发生全反射，垂直射向BC面，光经过玻璃砖的光路如图所示．
