光的折射与全反射

常见题型：选择题、填空题、实验题

定义

折射定律：折射光线在入射光线和法线决定的平面内，折射角的正弦与入射角的正弦之比等于光在两种介质中速度之比（即折射率之比的倒数）。全反射：光从光密介质射向光疏介质，入射角增大到临界角时折射光线消失，光全部反射回原介质。

详解

一、折射现象与折射率
（1）光从真空（或空气）射入介质：sinθ₁/sinθ₂=n（介质折射率>1）。光进入介质后速度变小，波长变短（λ'=λ/n），频率不变。
（2）折射率n=c/v，任何介质n>1。折射率越大，光在该介质中速度越小，光线越靠近法线方向。
（3）光路可逆性：若光逆着折射光线方向射入，则折射光线逆着原入射光线方向射出。

二、全反射
临界角C=arcsin(1/n)（从介质射向真空）。
应用实例：
（1）光纤通信：光在光纤内芯（高折射率）和外层（低折射率）界面上发生全反射，信号得以远距离传输。
（2）海市蜃楼：空气密度（折射率）不均匀导致光线弯曲和全反射。
（3）水中的气泡、露珠看起来特别明亮→光在水-空气界面发生全反射。

三、⛔光的色散
白光通过三棱镜分解为七色光。红→紫：折射率增大、频率增大、波长减小、在同一介质中速度减小。
⚠️易错点：光的颜色由频率决定，频率在介质传播中不变，所以光的颜色不变。介质折射率与频率有关（正常色散：频率越高n越大）。

四、实验：测定玻璃的折射率
用插针法测量入射角和折射角，由n=sinθ₁/sinθ₂计算折射率。也可用最小偏向角法或全反射法。

要点

• ⚠️全反射的两个必要条件缺一不可：光密→光疏+入射角≥临界角
• ⚠️光进入不同介质时频率不变（颜色不变），波长和速度改变
• 折射率n=c/v，n越大光速越小
• 光纤利用全反射原理传光，内芯折射率大于外层
• 光在不同介质界面同时发生反射和折射，能量按一定比例分配

推导过程

1. 惠更斯原理推导折射定律：波前在不同介质中传播速度不同，波前倾斜→传播方向改变。
2. 全反射临界角推导：n₁sinC=n₂sin90°=n₂，sinC=n₂/n₁。当从介质（n₁=n）射向空气（n₂=1）时，sinC=1/n。
3. 光速与折射率：n=c/v，v=c/n，λ'=v/f=(c/n)/f=λ/n。

考情权重

选择题、实验题高频，全反射常与几何光学综合，约占比光学与原子物理35%分值。

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