第十四章第二节　光的折射　全反射　色散.ppt

第二节光的折射全反射色散 一 光的折射与折射率1 折射现象光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向改变的现象 2 折射定律 如图14 2 1 图14 2 1 1 内容 折射光线跟入射光线和法线在同一平面内 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 2 表达式 n 式中n是比例常数 正比 3 折射率 1 定义 光从真空射入某种介质发生折射时 入射角 1的正弦与折射角 2的正弦之比n 叫做这种介质的绝对折射率 简称折射率 2 表达式 n 3 物理意义折射率是表示光线从一种介质进入另一种介质时 发生 程度的物理量 与入射角 1及折射角 2大小 关 4 折射率和光速的关系 偏折 无 折射率和光在介质中传播的速度有关 当c为真空中光速 v为介质中光速时n 式中c 3 0 108m s n为介质的折射率 总大于1 故光在介质中的传播速度必 真空中的光速 小于 二 光的全反射1 现象 折射光完全消失 只剩下反射光 2 条件 1 光从 介质射入 介质 2 入射角 临界角 光密 光疏 3 临界角 折射角等于90 时的入射角 用C表示 sinC 4 应用 1 全反射棱镜 2 光导纤维 如图14 2 2 图14 2 2 三 光的色散1 色散现象白光通过三棱镜会形成由红到紫七种色光组成的彩色光谱 如图14 2 3 图14 2 3 2 成因由于n红 n紫 所以以相同的入射角射到棱镜界面时 红光和紫光的折射角不同 就是说紫光偏折得更明显些 当它们射到另一个界面时 紫光的偏折角最大 红光偏折角最小 四 三棱镜对光路的控制1 对光线的偏折作用 1 光密三棱镜 光线两次折射均向底面偏折 偏折角为 如图14 2 4甲 2 光疏三棱镜 光线两次折射均向顶角偏折 如图乙 2 全反射棱镜 等腰直角棱镜 图14 2 4 1 当光线从一直角边垂直射入时 在斜边发生全反射 从另一直角边垂直射出 如图14 2 5甲 2 当光线垂直于斜边射入时 在两直角边发生全反射后又垂直于斜边射出 如图乙 入射光线和出射光线互相平行 特别提示 不同颜色的光频率不同 在同一种介质中的折射率 光速也不同 发生全反射现象的临界角也不同 图14 2 5 一 对折射率的理解1 折射率是用光线从真空斜射入介质 入射角正弦与折射角正弦之比定义的 由于光路可逆 入射角 折射角随光路可逆而 换位 2 折射率大小不仅反映了介质对光的折射本领 也反映了光在介质中传播速度的大小v 3 折射率的大小不仅与介质本身有关 还与折射光的频率有关 同一种介质 对频率大的光折射率大 对频率小的光折射率小 4 同一种色光 在不同介质中虽然波速 波长不同 但频率不变 即时应用 图14 2 6 A 屏上c处是紫光B 屏上d处是红光C 屏上b处是紫光D 屏上a处是红光 解析 选D 由公式可知 光的波长越长 折射率越小 而在太阳光的可见光范围内 从红光到紫光的波长越来越短 即折射率越来越大 所以a处是红光 d处是紫光 则A B C错误 D正确 二 光的折射 全反射的理解和应用1 全反射现象的理解 1 光线射向两种介质的界面上 会同时发生光的反射和折射 2 若光从光密介质射入光疏介质 折射角就大于入射角 3 当折射角等于90 时 实际上就已经没有折射光线了 这时的入射角为临界角C 当入射角 1大于等于临界角C时 折射光线消失 发生全反射现象 如图14 2 7 图14 2 7 2 光的折射和全反射综合问题 1 首先要根据折射或全反射画出光路图 2 对不同的介质界面要具体问题具体分析 如平行玻璃砖 圆形玻璃砖 三棱镜等 3 作图时要找出具有代表性的光线 如符合边界条件或全反射临界条件的光线 4 要注意利用光路的可逆性 对称性 寻找三角形全等 相似等几何关系 即时应用2 2011 高考山东卷 如图14 2 8所示 扇形AOB为透明柱状介质的横截面 圆心角 AOB 60 一束平行于角平分线OM的单色光由OA射入介质 经OA折射的光线恰平行于OB 1 求介质的折射率 2 折射光线中恰好射到M点的光线 填 能 或 不能 发生全反射 图14 2 8 解析 依题意作出光路图 1 由几何知识可知 入射角i 60 折射角r 30 根据折射定律得 2010 高考课标全国卷 如图14 2 9所示 一个三棱镜的截面为等腰直角 ABC A为直角 图14 2 9 此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边 进入棱镜后直接射到AC边上 并刚好能发生全反射 该棱镜材料的折射率为 图14 2 10 答案 A 方法技巧 解决这类问题时常采取程序法 在发生折射处 用折射定律列方程 在恰好发生全反射处 利用全反射临界条件列方程 联立即可求解 2011 高考海南卷 一赛艇停在平静的水面上 赛艇前端有一标记P离水面的高度为h1 0 6m 尾部下端Q略高于水面 赛艇正前方离赛艇前端s1 0 8m处有一浮标 示意如图14 2 11 一潜水员在浮标前方s2 3 0m处下潜到深度为h2 4 0m时 看到标记刚好被浮标挡住 此处看不到船尾端Q 继续下潜 h 4 0m 恰好能看见Q 求 图14 2 11 1 水的折射率n 2 赛艇的长度l 可用根式表示 图14 2 12 满分样板10分 2012 潍坊模拟 如图14 2 13所示 一束截面为圆形 半径为R 的平行复色光垂直射向一玻璃半球的平面 经折射后在屏幕S上形成一个圆形彩色亮区 已知玻璃半球的半径为R 屏幕S至球心的距离为D D 3R 不考虑光的干涉和衍射 试问 图14 2 13 1 在屏幕S上形成的圆形亮区的最外侧是什么颜色 2 若玻璃半球对 1 中色光的折射率为n 请你求出圆形亮区的最大半径 解题样板规范步骤 该得的分一分不丢 1 由于紫光频率最大 折射率最大 偏折角最大 故最外侧为紫色 2分 2 如