高二物理光的全反射和光的色散现象北师大版知识精讲Word文档下载推荐.docx

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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

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。

【典型例题】

例1.点光源S位于水下深h＝1.0m处，其中一条光线SA与竖直线OS的夹角∠OSA＝37°

，另一条光线SB与竖直线OS的夹角∠OSB＝53°

，如图所示。

已知水的折射

（1）试完成光路图；

（2）求折射光线与竖直线OS的交点到O点的距离。

根据折射定律，入射光线SA的折射角的正弦sini1＝nsinr1＝0.8，i1＝53°

，光线SA在界面上既有反射，又有折射；

入射光线SB的折射角的正弦sini2＝nsinr2＝1.067>

1，正弦值不能成立，说明折射光线不存在，即光线SB在界面上发生全反射，只有反射光线，没有折射光线。

（1）作图：

①根据平面镜成像规律，作点光源S的像S1；

②连接S1和A、B作SA和SB的反射光线；

③过A点作平行于SB的折射光线。

作好的光路图如图所示：

（2）由几何关系，OA＝OS·

tanr1＝0.75m

根据折射定律：

sini1＝n·

sinr1＝0.8

则OS2＝OA·

cotr1＝0.5625m

例2.如下图所示，直角玻璃棱镜中∠A＝70°

，入射光线垂直于AC面，求光线从棱

解析：

光从玻璃射入空气的临界角为45°

，作光路图如图所示，第一次射到AB面上时，入射角∠1＝70°

，发生全反射，再射到BC面上，这时入射角∠2＝50°

，大于临界角，发生全反射。

再射到AB面上时，入射角∠3＝30°

，发生折射，根据

答案：

第一次射入空气时的折射角为45°

，光路图如图所示：

例3.有一折射率为n的透明体，现有一细束光线以入射角i从它的端面AB射入透明体，如图所示，要使光线不能从另一端面AC射出，入射角i应满足的条件是什么？

通过计算并说明。

设当AB面的入射角为i0时，折射角为r，AC面上恰发生全反射，即AC面入射角为临界角A，则

由<

1>

<

3>

：

2>

式：

将<

5>

代入<

4>

例4.白光以小于90°

的入射角α从空气射到长方体的玻璃砖的AB面上，如图所示，下列说法正确的是（）

A.光在AB面上可能发生全反射

B.光射进玻璃砖后，射到CD面上可能发生全反射

C.光在AB面折射时，紫光比红光偏折的多，而紫光的折射角比红光的折射角小

D.在玻璃砖内，红光比紫光的速度小

光从空气射向玻璃时，是从光疏介质射向光密介质，不会发生全反射，所以A错。

光从玻璃射向空气，当入射角为玻璃对空气的临界角C时，折射角为90°

，由光的可逆性可知，光从空气射向玻璃时，若入射角为90°

，则折射角为C，现在入射角α<

90°

，所以在AB面上的折射角θ1<

C。

由图可知，光射在CD面上的入射角θ2＝θ1<

C，所以不会发生全反射，因此B错。

折射角比红光小，所以θ紫和α的差值较大，因此紫光比红光偏折的多，所以C对。

又有

C

例5.一束白光从顶角为θ的一边以较大的入射角i射入并通过三棱镜后，在屏P上可得到彩色光带，如图所示，在入射角i逐渐减小到零的过程中，假如屏上的彩色光带先后全部消失，则（）

A.红光最先消失，紫光最后消失

B.紫光最先消失，红光最后消失

C.紫光最先消失，黄光最后消失

D.红光最先消失，黄光最后消失

作出白光的折射光路图，如图所示，可看出，白光从AB射入玻璃后，由于紫光偏折大，从而到达另一侧面AC时的入射角较大，且因紫光折射率大，，因而其全反射的临界角最小，故随着入射角i的减小，进入玻璃后的各色光中紫光首先发生全反射不从AC面射出，后依次是靛、蓝、绿、黄、橙、红，逐渐发生全反射而不从AC面射出。

B

【模拟试题】

1.一条单色光线由空气入射某介质时，入射角是60°

，折射光线与反射光线垂直，那么该介质的折射率为（）

A.B.C.D.2

2.对于光由空气射入水中的情况，下面说法中正确的是（）

A.光的传播方向一定改变

B.折射角的正弦值一定大于入射角的正弦值

C.光速一定变大

D.这束光一定不会发生全反射

3.如图所示，是两种不同的色光a，b以相同的入射角射到平行玻璃板上表面，由下表面射出的部分光路图，由此可以判断（）

A.在空气中，a色光的波长大于b色光的波长

B.a色光的频率大于b色光的频率

C.在玻璃板中，a色光传播速度大于b色光的传播速度

D.在玻璃板中，a色光传播速度小于b色光的传播速度

4.EF，MN是长方体玻璃砖的两平行光学面，将玻璃置于空气中，一细束光斜射到EF面上，如图所示，当θ逐渐增大时（θ<

），下面关于是否发生全反射的说法正确的是（）

A.在EF面上不可能，在MN面上可能

B.在EF面上可能，在MN面上不可能

C.在EF，MN面上都可能

D.在EF，MN面上都不可能

5.一束白光从玻璃中射向玻璃与空气的交界面，当入射角从90°

开始逐渐变小时，以下说法正确的是（）

A.红光首先从玻璃中射出

B.紫光首先从玻璃中射出

C.各种色光同时从玻璃中射出

D.各种色光均射出后，折射光亮度随入射角变小而加强

6.如图所示，一束白光通过放置于空气中的玻璃三棱镜时，发生了色散现象，a、b为出射光线中的两条光线，棱镜对这两条光线的折射率分别为na和nb，若其中一条为黄光，另一条为绿光，则（）

A.a为绿光，

B.b为绿光，

C.a为黄光，

D.b为黄光，

7.白光通过三棱镜色散，以下说法正确的是（）

A.红光的偏向角最大，折射率最小，在棱镜中光速最大

B.红光的偏向角最小，折射率最小，在棱镜中光速最大

C.紫光的偏向角最大，折射率最大，在棱镜中光速最小

D.紫光的偏向角最大，折射率最小，在棱镜中光速最小

8.人看到沉在水底的硬币，其实看到的是（）

A.硬币的实像，其位置比实际位置浅

B.硬币的实像，其位置比实际位置深

C.硬币的虚像，其位置比实际位置浅

D.硬币的虚像，其位置比实际位置深

9.某种色光在传播过程中，下面说法正确的是（）

A.当它的频率不发生改变时，一定是在同一种介质中传播

B.当它的速度由小变大时，一定是从光疏介质进入光密介质

C.当它的速度由小变大时，一定是从密度大的介质进入密度小的介质

D.当它的波长由长变短时，一定是从光疏介质进入光密介质

10.某介质的折射率是，一束光线由介质射向空气，入射角是60°

，它的光路图是图中的（）

11.井口大小和深度相同的两口井，一口是枯井，一口是水井（水面在井口之下），两井底部各有一只青蛙，则（）

A.枯井中的青蛙觉得井口大些

B.水井中的青蛙觉得井口大些

C.晴天的夜晚，枯井中的青蛙能看到更多的星星

D.晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星

12.站在河边看清澈水中的游鱼和山的倒影，实际看到的是（）

A.鱼的实像B.鱼的虚像

C.鱼的实物D.以上说法都不对

13.潜水员在折射率为的透明海水下h深处，向上观察，若能看到天穹和水面外周围的景物都出现在水面上的一个面积为S的圆形区域内，则圆面积S和下潜深度h的关系是（）

A.S和h成正比B.S和h成反比

C.S和h的平方成正比D.S和h的平方成反比

14.如图所示，a、b为两束不同的单色平行光，从空气射入水中发生折射的光路图分别给出，下面说法中正确的是（）

A.水对光束a的折射率较大

B.在水中光束b的光速较小

C.光束a的频率较大

D.若从水中射向空气，光束a的临界角一定比b的临界角大

15.一束光从空气射向折射率的某种玻璃的表面如图所示，i代表入射角，则（）

A.当时会发生全反射现象

B.无论入射角i是多大，折射角r都不会超过

C.欲使折射角，应以的角度入射

D.当入射角时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直

16.地球与太阳间的距离比地球半径大得多，假设地球表面不存在大气层，则太阳照亮地球的范围与实际存在大气层的情况相比（不考虑大气层变化）（）

A.大些B.小些

C.一样大D.早晚照到的范围小，中午照到的范围大

17.如图所示是光在A、B、C三种介质中传播时发生全反射和折射的情况，已知M、N两界面平行，光在这三种介质中的速度分别是，则有（）

A.B.

C.D.

18.如图所示，两块同样的玻璃直角三棱镜ABC，两者的AC面是平行放置的，在它们之间是均匀的未知透明介质，一单色细光束O垂直于AB面入射，在图示的出射光线中（）

A.1，2，3（彼此平行）中的任一条都有可能

B.4，5，6（彼此平行）中的任一条都有可能

C.7，8，9（彼此平行）中的任一条都有可能

D.只能是4，6中的某一条

19.半圆柱玻璃砖如图所示，已知光线从a处进入玻璃砖后，在圆心O点恰好发生全反射（a点为的中点），玻璃砖的临界角为_____________，折射率为_________。

20.已知水的折射率是4/3，某种单色光在真空中的波长为，它在水中的传播速度是_____________m/s，波长是____________m。

21.某单色光在真空中波长是，以的入射角从真空射入折射率的液体中，如图所示，在液体中放一平面镜，使光线经平面镜反射后沿原光路返回真空中，则平面镜与水平底面夹角________，此单色光在该液体中波长___________。

22.如