化學總備考：光的折射、全反射、色散【考綱要求】1、知道折射率的概念，能運用折射定理進行相關估算；2、知道光的色散現象，不同頻度的光在同一介質中傳播速率與頻度的關系;3、知道全反射現象及其條件，會進行相關估算，了解全反射的應用；4、會測定玻璃磚的折射率。【知識網路】兩用*實驗；測徒圾隅的護射率【考點梳理】考點一、折射及折射定理要點闡釋：1、光的折射光射到兩種介質的界面處，一部份步入到另一種介質中，而且改變原先的傳播方向的現象稱作光的折射。2、折射定理i的余弦跟折射光線跟入射光線和法線在同一平面上，而且分別坐落法線一側，入射角折射角r的余弦成反比，即常數。sinr3、折射率光從真空射入某種介質發生折射時，入射角i的余弦跟折射角r的余弦之比，稱作這些介質的折射率，即它還等于光在真空中的速率c跟光在這些介質中的速率v之比，即n對折射定理的理解：（1）任何介質的折射率均小于因而光（2）相比較而言，折射率大的物質叫光密介質，折射率小的物質叫光疏介質，疏介質或光密介質是相對的。（3）介質的折射率表明了介質的折光能力，是由介質的屬性決定的，不同的介質有不同的折射率，所以光在不同的介質中的速率不同。
（4）光的折射現象中，光路是可逆的。考點二、全反射和臨界角要點展現：1、全反射光從光密介質射入光疏介質時，在界面處，一部份光被反射，另一部份光被折射到另一種介質中，隨著入射角的減小，折射角減小，且折射光線能量減小，反射光線能量提高，當入射角減小到某一角度時，使折射角等于90°折射光線消失，只剩下反射光線，這些現象稱作全反射。2、臨界角在全反射中，當折射角等于90°時的入射角叫臨界角。1臨界角C的估算：當光線由某種折射率為n的介質射入真空（或空氣）時，sinC-。n3、發生全反射的條件光從光密介質射向光疏介質；入射角小于或等于臨界角。4、全反射現象的應用在理解并把握了全反射現象及其形成的條件后，可以列舉一些現象，運用全反射的知識進行剖析解釋。諸如：（1）草葉上的露珠在陽光照射下晶瑩剔透，空試管置于盛水的燒瓶中，會聽到試管壁很明亮，等等。（2）光導纖維是全反射的實際應用，與現代科學技術的發展關系密切。光導纖維，簡稱光纖，如圖所示。光導纖維是借助全反射的原理來傳播光訊號的，一般光纖是由內芯和短褲兩層組成的，內芯的折射率比夾克大，光傳播時在內芯與短褲的界面上發生全反射，借助光纖可實現光纖通訊，而光纖通訊的主要優點是容量大、衰減小、抗干擾。
考點三、棱鏡和光的色散1、棱鏡多面體形的透明體為棱鏡，而橫截面為三角形的棱鏡即為三棱鏡。折射率小于周圍介質的棱鏡具有使光線向底面偏折的作用，一個物體通過它所成的實像則向內角偏斜。而折射率大于周圍介質的棱鏡對光線的作用則剛好相反。需注意的是光在通過三棱鏡時，光線要經過兩次折射。要點展現：2、一束白光經棱鏡折射后會發生色散現象。復色光在介質中因為折射率不同而分解成單色光的現象，稱作光的色散。一束白光通過三棱鏡后形成色散，在屏上產生紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫彩色波譜，說明白光是復色光。3、不同色光在介質中的速率是不同的綠光在玻璃中的光速最大，故綠光在玻璃中的折射率最小，偏向角也最小，而紫光在玻璃中的光速最小、紫光在玻璃中的折射率最大，偏向角也最大，因而白光因為各式光通過棱鏡后偏向角不同而形成色散現象（如圖）。比同一介質對不同色光的折射率不同，頻度越大的色光折射率越大。不同色光在同一介質中傳播速率不同。（2）（3）要點展現：正確理解光的頻度、折射率、光速、波長、全反射臨界角等化學量的關系白光通過三棱鏡后會發生色散，光從一種介質射入另一種介質時，頻度是不變的。但同一介質對不同頻度的入射光，折射率n不同，入射光頻度越高，介質的折射率就越大。
綠光到紫光的特征如圖所示：尢色光規烽模型圖t部份）紫光只有折射率、頻率按照上圖理解記憶：最基本的是折射率，綠光最小，紫光最大。大光的折射的基本條件，其它都小。折射率：從綠光到紫光，折射率漸漸變大，綠光最小，紫光最大；在介質中的傳播速率：從綠光到紫光，速率漸漸變小，綠光最大，紫光最小；頻度：從綠光到紫光，頻度逐步變大，綠光最小，紫光最大；在介質中的波長：從綠光到紫光，波長逐步變小，綠光最大，紫光最小；全反射的臨界角：從綠光到紫光，全反射的臨界爭奪漸變小，綠光最大，紫光最小；紫光最容易發生全反射。c估算公式：在介質中的傳播速度：V―,綠光的折射率最小，速率最大，紫光折射率n0，0為真n可見光從真空步入介質時，波長變小，綠光最大，紫光最1―，折射率大的，臨界角小，就更容易發生全反射。n在之后的光學學習中還要應用，在上圖的前面再添加最大，速率最小。光在不同介質中傳播時，頻度不變。在介質中的波長:空中的波長，因為折射率小于1,小。全反射的臨界角公式sinC請朋友們透徹理解，熟練應用,考點四、實驗：測定玻璃的折射率測定玻璃折射率要點展現：OO后由O'B方向實驗原理：用“插針法”確定光路，找出跟入射光線相對應的折射光線；藥量角器測出入射角1和折射角2，如圖所示，入射光線AO由空氣射入玻璃磚，經射出。
做出法線NN，按照折射定理估算出玻璃的折射率n耳丄」。sin2禁止把玻璃磚大頭針應垂直地插注意事項：手拿玻璃磚時，不準觸摸潔白的光學面，只能接觸毛面或棱，當尺畫玻璃磚的界面；實驗過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變；在白紙上，且玻璃磚每兩側的兩個大頭針距離應大一些，以減少確定光路方向導致的偏差;入射角應適當大一些，以降低檢測角度的偏差。【典型例題】類型一、折射定理及應用例1、如圖所示，一盛滿水的容器兩側直立一木桿AB，CD為海面，其中AC=3cm，BC=6.5cm，CD=5cm，人眼靠在D處向水下觀察，見到木桿A端在水下的實像正好與B端的實像重合，求水的折射率月0【思路點撥】由題意可知，A入射到海面D處反射的光線和B入射到海面D處的折射光線重合后步入人的眼，才才能觀察到題中所說的現象。A的實像和B的實像應當在步入人眼光線的反向延長線且與木桿交點處。【答案】n1.41【解析】作出光路圖如圖所示，畫出A的入射并反向延長該光線交AB于A'(B')。5734，..——BD6.53J67.【總結升華】準確理解題意,似估算。由折射定理可知n(67.25,“—=—1.41734正確地畫出折射光路圖是估算折射率的關鍵。
同時也要注意近舉一反三【高清課堂：光學1例2【變式1】如圖一個儲油桶的底面半徑與高均為d，當桶內沒有油時，從某點A恰能看見桶底邊沿的某點B。當桶內油的深度等于桶高的一半時，仍沿AB方向看去，剛好聽到桶底上的點C，CB兩點距離d/4。求油的折射率和光在油中傳播的速率。A*41J10【答案】注；vB1.9108m/s2【解析】無油歲月路如圖實線，有油時如圖虛線所示由于底面半徑與高均為d,則i45°,——2由圖中幾何關系sinr??浙射率n竺1sinr光在油中傳播的速率3..58/SB1.9108m/s。【變式2】圖中廣口瓶內盛滿水，沿瓶口邊豎直插入瓶內的尺子上與海面相齊的C點讀數為15.00cm，從圖中D處海面看見的，應與21.00cm刻度線S的反射光所成像相重疊的、水中尺子上的刻度是cm（已知瓶口CD=8.00cm，水底光速為2.25>108m/s）。【答案】4.33cm【解析】根據題意做出光路圖如圖所示,A點的讀數即為所求。由題意水的折射率為n3..2510入射角的余弦(2115)2折射角的余弦聯立以上三式解得|A點的讀數等于.00210—314-4.33cm。
3類型二、全反射現象及應用1、光從介質射向與空氣的交界面，隨介質中入射角度不斷減小，空氣中的折射角也減小且先于入射角減小到了90°,此時若再減小入射角，則光線全部反射回介質，這些現象稱時對應的介質中的入射角稱作這些介質的為全反射。2、光從介質射向空氣，折射角為901。3、發生全反射現象的條件是光從光nCC°臨界角，用C表示，則有n，即密介質射向光疏介質，入射角小于等于臨界角。例2、光導纖維的結構如圖所示，其內芯和短褲材料不同，光在內芯中傳播。以下關于光導纖維的說法正確的是（）A.內芯的折射率比夾克大，光傳播時在內芯與短褲的界面發生全反射B.內芯的折射率比夾克小，光傳播時在內芯與短褲的界面發生全反射C.內芯的折射率比夾克小，光傳播時在內芯與短褲的界面發生折射D.內芯的折射率與短褲相同，衣服的材料有硬度，可以起保護作用【思路點撥】光導纖維是借助光的全反射原理制造的，理解全發射的條件。光導纖維內芯的因而使載【答案】A【解析】發生全反射的條件是光從光密介質步入光疏介質，且入射角小于臨界角。是一種十分細的特制玻璃絲，直徑只有幾微米到一百微米之間，由內芯和短褲組成,實現光纖通訊。
所以折射率比夾克大，光從一端步入，經內芯與短褲的界面多次全反射從另一端射出，有聲音、圖像以及各類數字訊號的激光在光纖中隨全反射遠距離傳播，選項A正確。入射角小于等于臨界角。【總結升華】發生全反射現象的條件是光從光密介質射向光疏介質，舉一反三【高清課堂：光學1例51【變式11光線由介質A步入介質B,入射角大于折射角，由此可知（A、B、C、D、【答案1介質A是光密介質光在介質A中的速率大些介質A的折射率比介質B的小光從介質A步入介質B不可能發生全反射A則下述說法正確的是（入射角再大也不可能發生全90°故B對；由nsinr【變式2】一束光從空氣射向折射率nJ2的某種玻璃的表面,當入射角小于45。時會發生全反射無論入射角多大，折射角都不會超過45入射角為45。時，折射角為30°D.當入射角為時，反射光線跟折射光線正好垂直【答案】BCD【解析】玻璃相對于空氣是光密介質，光從空氣射向某種玻璃,反射，A錯；光由空氣射向玻璃時，45。的折射角對應的入射角為可知，折射角等于30°時對應的入射角為45°,C對；由入射角，可知tani，即sinL，再由折射率n-Sin^42，可得即ir90°,D對，故選。
例3、（2015湖南卷）直徑為R、介質折射率為n的透明圓錐體，過其軸線00的截面如圖所示。坐落截面所在平面內的一細束光線，以角io由0點入射，折射光線由上邊界的A點射出。當光線在0點的入射角增大至某一值時,折射光線在上邊界的B點剛好發生全反射。求A、B兩點間的距離。1【答案】肝【解析】光路如圖:當光線從A點射出時，設折射角為Y由光的折射定理可知:Sini^，貝yA點到左sinR錐面的距離為x1；若在B點發生全反射時，則一nB點離左錐面的距離為,聯立解得AB間的距離為xx2為r~2._2^)sini0【考點】光的折射定理；全反射舉一反三【變式】在長度為d、折射率為n的大玻璃板的下表面,貼近著一個直徑為r的方形發光面,為了在玻璃板的上方看不到發光面，可在玻璃板的上表面貼一張紙片，所貼紙片的最面館積為多大？t-i—r-Jd2【答案】（r嚴）【解析】根據題述，光路如圖所示，S點為方形發光面邊沿上一點.由該點發出的光線能射出玻璃板的范圍由臨界光線SA確定，當入射角小于臨界角C時，光線就不能射出玻璃板了存dtanC由于1sinC-，所以故應貼圓紙片的最小直徑應貼圓紙片的最面館積為R2(r例4、如圖所示，一條光線從空氣垂直射到棱鏡的界面AB上，棱鏡的折射率為42，C45o.這條光線離開棱鏡時與界面的傾角為（30°B.45°60°D.90°【思路點撥】畫出光路圖，剖析光線射到每一個界面時是否發生全反射。
【答案】BD11【解析】求出全反射的臨界角sinC—―產，所以臨界角nJ2做光路圖步驟：光線從空氣垂直射到棱鏡的界面AB上,射到AC界面，畫出法線，剖析入射角，由幾何關系，入射角為60°，小于臨界角，發生全反射光的折射的基本條件，沒有折射光線射出；再射到BC界面上，畫出法線，剖析入射角，由幾何關系，入射角為30°小于臨界角，有折射光線，也有反射光線，按照折射定理仝叫42所以射出時與界面的傾角為45°反射光線射到Sin30°AC界面，按照幾何關系，垂直射到AC界面，直接射出，與界面的傾角為90°，故選BD。【總結升華】幾何光學做光路圖或做光路圖解題時，都要按照全反射的條件剖析光線射到每大小。借助公式一個界面時是否發生全發射。光從光密介質射向光疏介質時，一定要比較入射角與臨界角的時，最好都用空氣中角度的余弦比介質中角度的余弦，不然的話，sinr1就要寫成丄。n舉一反三【變式】如圖所示,空氣中在一折射率為J2的玻璃柱體，其橫截面是圓心角為90°半徑為R的扇形OAB，—束平行光平行于橫截面，以45。入射角照射到0A上，OB不透光，若只考慮首次入射到弧形Ab上的光，則Ab上有光透出部份的弦長為（）Ir【答案】【解析】A1R6B（1）光路圖如圖所示,3r12R由折射定理可求得設在C點剛好發生全反射,由sinC士可求得42C=450,（2）按照n竺絲得°/AOC=180°-120°-45弧AB上有光透出的部份弦長=15°CD為則/COD=4545°類型三、光的色散的理解及應用例5、（2015上海卷）虹和霓是太陽光在水珠內分別經過一次和兩次反射后出射產生的,可用白光照射玻璃球來說明.兩束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的藍色桌面上會產生MN和PQ兩條彩色光帶，光路如圖所示.M、N、P、Q點的顏色分別為（）A.紫、紅、B.紅、紫、C.紅、紫、D.紫、紅、紅、紫紅、紫紫、紅紫、紅【答案】A【解析】白光中的可見光部份從紅到紫排列,對同一介質的折射率n紫n紅，由折射定理知紫光的折射角較小，由光路可知，紫光將抵達M點和Q點，而綠光抵達N點和P點,故選A。
【考點】本題考查光的折射和全反射、光路、折射率。【變式ABCD舉一反三1】一束單色光經由空氣射入玻璃，這束光的（速率變慢，速率不變，頻度增高，頻度不變，波長變長波長變長波長變短波長變長【答案】A（空氣）步入光密介質（玻-可知光的波長和速率都減少,n【解析】本題屬于光學知識，考查光的折射。單色光由光疏介質璃），頻度不變，但介質對光的折射率減小，由v-，nn答案A。【變式2】一束復色光從玻璃界面射向空氣時分成a、b、c三束，如圖所示，三束光相比較,可以確定（）在玻璃中a束光的速率較大在玻璃中c束光的速率較大c束光的頻度最大由玻璃射向空氣，三束光的臨界角中a束光最大【答案】ACD【解析】延長入射光線可知，a束光偏折的最小，c束光偏折的最大，按照折射規律，a光相當于綠光（看著綠光），c光相當于紫光（看著紫光），在同一種介質中綠光速率最大，紫光速率最小，A對，C錯；光通過介質頻度不變，綠光頻度最小，紫光頻度最大，C對；由玻璃射向空氣，三束光的臨界角中綠光最大，D對，故選ACD。【變式3】雨后太陽光入射到水滴中發生色散而產生彩虹。設水滴是球狀的，圖中的圓代表水滴過球心的截面，入射光線在過此截面的平面內，a、b、c、d代表四條不同顏色的出射光線，則它們可能依次是（）太陽泄A.B.C.D.紫光、黃光、藍光和綠光紫光、藍光、黃光和綠光綠光、藍光、黃光和紫光綠光、黃光、藍光和紫光【答案】【解析】按照偏折程度從小到大的排序為率為：，故選【變式4】頻率不同的兩束單色光路如圖所示，下述說法正確的是（d、c、b、a,故折射率為：，頻1和2以相同的入射角從同一點射入一厚玻璃板后，其光）2的波長單色光1的波長大于單色光在玻璃中單色光1的傳播速率小于單色光2的傳播速率單色光1通過玻璃板所需的時間大于單色光2通過玻璃板所需的時間單色光1從玻璃到空氣的全反射臨界角大于單色光2從玻璃到空氣的全反射臨界【答案】AD【解析】單色光1比單色光2偏折大，單色光1相當于紫光，單色光2相當于綠光，紫光的波長大于綠光類型四、實驗：測定玻璃的折射率例6、如圖1所示為光學實驗用的長方體玻璃磚，它的面不能用手直接接觸。
在用插針法測定玻璃磚折射率的實驗中，兩位朋友繪出的上班磚和三個針眼a、b、c的位置相同，且插在c位置的針剛好堵住插在a、b位置的針的像，但最后一個針眼的位置不同，分別為d、e兩點，如圖2所示。估算折射率時，用（填“d或“e）點得到的值較小，用（填“d或“e）”點得到的值偏差較小。5亍A*■?-■a.工?-?T*厶?*■■■■*【思路點撥】前面考點梳理中：“手拿玻璃e時，不準觸摸潔白的光學面，只能接觸毛面或棱，禁止把玻璃磚當尺畫玻璃磚的界面”；在做光路圖（折射定理）的練習中應當曉得射出光線與入射光線平行。【答案】光學，d,e【解析】光學面用手接觸后容易留下指痕影響實驗療效，聯接cd（ce）后畫出玻璃的中的光路圖可知，通過d勾畫的圖線其折射角較大，所得折射率較小；透過玻璃磚的光線應與原入射光線平行，故用e點實驗偏差較小。【總結升華】要熟練處理“用插針法測定玻璃磚折射率的實驗中”的有關問題。舉一反三【變式】某同事借助插針法”測定玻璃的折射率，所用的玻璃磚兩面平行，正確操作后，做出的光路圖及測出的相關角度如圖所示，①此玻璃的折射率估算式為n=（用圖中的2表示）:②如果有幾塊長度大小不同的平行玻璃磚可供選擇，為了減少偏差，應選用長度.（填大”或小”的玻璃磚來檢測。知rir【答案】①n匹（或^90—1））②大sin（902）【解析】入射角是入射光線與法線的傾角，折射角是折射光線與法線的傾角，故圖中入射角是90°1，折射角是90°cos2，所以折射率n。為了減少偏差，應選用長度大的cos2玻璃磚來檢測。