w木子德舟：09年新高考一轮物理复习15.doc

木子德舟提供 授课日期 2009年 月 日 N0翰林汇翰林汇翰林汇翰林汇课 题： 光的传播 类型：复习课目的要求：掌握光的反射定律、折射定律，掌握发生全反射现象的充要条件。熟悉平面镜、棱镜、平行玻璃砖等光学器件对光路的控制特征。了解光的色散现象。掌握画反射光路与折射光路的方法重点难点： 教 具：过程及内容：第1课 光的直线传播光的反射基础知识 一、光源1定义：能够自行发光的物体2特点：光源具有能量且能将其它形式的能量转化为光能，光在介质中传播就是能量的传播二、光的直线传播1光在同一种均匀介质中沿直线传播，各种频率的光在真空中传播速度：C3108m/s；各种频率的光在介质中的传播速度均小于在真空中的传播速度，即 vC。说明：直线传播的前提条件是在同一种介质，而且是均匀介质。否则，可能发生偏折。如从空气进入水中（不是同一种介质）；“海市蜃楼”现象（介质不均匀）。同一种频率的光在不同介质中的传播速度是不同的。不同频率的光在同一种介质中传播速度一般也不同。在同一种介质中，频率越低的光其传播速度越大。根据爱因斯坦的相对论光速不可能超过C。当障碍物或孔的尺寸和波长可以相比或者比波长小时，发生明显的衍射现象，光线可以偏离原来的传播方向。近年来（1999-2001年）科学家们在极低的压强（10-9Pa）和极低的温度（10-9K）下，得到一种物质的凝聚态，光在其中的速度降低到17m/s，甚至停止运动。2本影和半影（l）影：影是自光源发出并与投影物体表面相切的光线在背光面的后方围成的区域（2）本影：发光面较小的光源在投影物体后形成的光线完全不能到达的区域（3）半影：发光面较大的光源在投影物体后形成的只有部分光线照射的区域（4）日食和月食：人位于月球的本影内能看到日全食，位于月球的半影内能看到日偏食，位于月球本影的延伸区域（即“伪本影”）能看到日环食当地球的本影部分或全部将月球反光面遮住，便分别能看到月偏食和月全食具体来说：若图中的P是月球，则地球上的某区域处在区域A内将看到日全食；处在区域B或C内将看到日偏食；处在区域D内将看到日环食。若图中的P是地球，则月球处在区域A内将看到月全食；处在区域B或C内将看到月偏食；由于日、月、地的大小及相对位置关系决定看月球不可能运动到区域D内，所以不存在月环食的自然光现象。【例1】下列有关光的陈述中正确的是（ ）A、人能使用双眼估测物体的位置利用的是光的直线传播规律B、大孔不成像，说明光通过大孔不是直线传播的C、位于月球本影区的人，能看到月全食D、光总是直线传播的，光在真空中传播的速度最大解答：从物体上发出的两条光线分别到达人的两眼，而根据两条光线的反向交点，就可确定物体的位置；大孔之所以不成像是因为大孔可看成由许多小孔组成，每一个小孔所成的像重叠在一起造成的；位于月球本影区的人看到的是日全食；当月球在地球的本影里才发生月全食；光只有在同种均匀介质中才是直线传播的，选项B、C、D都不正确，只选A。【例2】 有关日食和月食，下列说法正确的有（ ）A、当月亮将照到地球的太阳光挡住时，将发生日食B、当照到月亮的太阳光被地球挡住时，将发生月食C、日食发生在望日（农历十五），月食发生在朔日（农历初一）D、日食发生在朔日，月食发生在望日 分析与解：在朔日，月球运行到地球和太阳的中间，如果月球挡住了照到地球的太阳光，就会发生日食当地面上某一部分区域处在月球的本影区内，本影区内的人完全看不见太阳，叫做“日全食”；地面上某一部分处在月球的半影区，这里的人看见太阳的一部分被月球掩蔽，叫做“日偏食”；当地面上某一部分区域处在月球的本影区的延长线上（伪本影区），地面上的人将会看到“日环食”在望日，地球运行到月球和太阳的中间，如果地球挡住了照到月球的太阳光，月球没有阳光可反射，就会发生月食，月食分为“月全食”和“月偏食”两种情况 A、B、D正确 3.用眼睛看实际物体和像SS / 用眼睛看物或像的本质是凸透镜成像原理：角膜、水样液、晶状体和玻璃体共同作用的结果相当于一只凸透镜。发散光束或平行光束经这只凸透镜作用后，在视网膜上会聚于一点，引起感光细胞的感觉，通过视神经传给大脑，产生视觉。 图中的S可以是点光源，即本身发光的物体。 图中的S也可以是实像点（是实际光线的交点）或虚像点（是发散光线的反向延长线的交点）。 入射光也可以是平行光。以上各种情况下，入射光线经眼睛作用后都能会聚到视网膜上一点，所以都能被眼看到。三、光的反射1 反射现象：光从一种介质射到另一种介质的界面上再返回原介质的现象 2反射定律：反射光线跟入射光线和法线在同一平面内，且反射光线和人射光线分居法线两侧，反射角等于入射角 3分类：光滑平面上的反射现象叫做镜面反射。发生在粗糙平面上的反射现象叫做漫反射。镜面反射和漫反射都遵循反射定律 4光路可逆原理：所有几何光学中的光现象，光路都是可逆的四平面镜的作用和成像特点 （1）作用：只改变光束的传播方向，不改变光束的聚散性质（2）成像特点：等大正立的虚像，物和像关于镜面对称(3)像与物方位关系:上下不颠倒,左右要交换【例4】如图所示，两个镜相成直角，入射光线AB经过两次反射后的光线为CD今以两镜的交线为轴，将镜转动100，两平面镜仍保持垂直，在入射光线AB保持不变的情况下，经过两次反射后，反射光线为CD，则CD与CD的位置关系为（ A ） A不相交，同向平行； B不相交，反向平行 C相交成200角； D相交成400角 解析：如图所示，由于两平面镜垂直，23900，由反射定律可知 123 41800 即反射光线CD与入射光线AB平行且反向 同理，C/D与AB和平行且反向 所以CD和CD同向平行【例5】如图所示，两平面镜相交放置，夹角为300，入射光与其中一个平面镜的夹角为100，则：(D)A、 光线经3次反射后能沿原路反射回去；B、 光线经4次反射能沿原路反射回去；C、 光线经5次反射能沿原路反射回去 D光经不能沿原路反射回去 解析：第一次反射后，反射光线与另一平面镜夹角为400300=700；第二次反射后，反射光线与原平面镜夹角为700300=1000；第三次反射就向回反射，但不会按原光路反射规律方法 一光的直线传播lSAhxvt【例6】如图所示，在A点有一个小球，紧靠小球的左方有一个点光源S。现将小球从A点正对着竖直墙平抛出去，打到竖直墙之前，小球在点光源照射下的影子在墙上的运动是A.匀速直线运动 B.自由落体运动C.变加速直线运动 D.匀减速直线运动解：小球抛出后做平抛运动，时间t后水平位移是vt，竖直位移是h=gt2，根据相似形知识可以由比例求得，因此影子在墙上的运动是匀速运动。思考:如果是平行光垂直照射竖直的墙壁而不是点光源呢? 答：由于光平行垂直照射竖直的墙壁，小球在墙前以垂直于墙的初速度被水平抛出，所以小球在墙上的影与小球始终在一条水平线上，即小球的影和小球在竖直方向的运动性质相同。小球在竖直方向做自由落体运动，所以小球的影的运动为自由落体运动。答案：AGFEDCBA【例7】某人身高1.8 m，沿一直线以2 m/s的速度前进，其正前方离地面5 m高处有一盏路灯，试求人的影子在水平地面上的移动速度。解析：如图所示，设人在时间t内由开始位置运动到G位置，人头部的影子由D点运动到C点。因为三角形ABCFGC，所以有因为三角形ACDAFE，所以有由以上各式可以得到 即 解得S影=3.125t 。可见影的速度为3.125m/s 。二 平面镜成像【例8】一个点光源S放在平面镜前，如图所示镜面跟水平方向成300角，当光源s不动，平面镜以速度V沿水平OS方向向光源S平移求光源S的像S/的移动速度 解析：利用物像对称性作出开始时光源S的像S/设在t时间里平面镜沿水平OS方向平移到S（即镜面与光源S重合），则此时像与物重合，又由物像与镜面对称知：此过程像S/的运动方向必沿着S/S方向（垂直于镜面） 因为OSvt，所SS/=2（vtsin300）vt 故像的速率v/SS/t=v 答案：V【例9】如图所示，S为静止的点光源，M为与水平成角的平面镜，若平面镜沿水平方向做振幅为A的简谐运动，则光源在平面镜中所成的虚像S/的运动是（ ） A在SS/连线上做振幅为4 Asin的简谐运动 B在SS/连线上做振幅为2 Asm的简谐运动， C在水平方向上做振幅为4 Asin的简谐运动 D在水平方向上做振幅为2 Asin的简谐运动 解析：平面镜成像的特点是：像与物相对平面镜是轴对称图形正因为如此，像点与物点的连线总是与平面镜垂直的，本题中的平面镜是平动，而物点不动，所以过物点作与平面镜垂直线的位置是不动的，那么像点就在这条与平面镜垂直线上移动，而不会在水平方向上运动C选项和D选项显然错误。平面镜的振幅为A，它在与平面镜垂直的线上的投影为Asin，当平面镜靠近物点为Asin，那么像点靠近物点为2 Asin，所以像点振幅为2 AsinB选项正确三、平面镜成像的作图(1)平面镜成像作图技巧A)、反射定律法：从物点作任意两条入射光线，根据反射定律作其反射光线，两反射光线的反向延长线的交点。如图。B、对称法：先根据平面镜成像有对称性的特点，确定像点的位置，再补画入射光线和反射光线注意实际光线用实线且标前头，镜后的反向延长线用虚线，不标箭头 (2)确定平面镜成像的观察范围的方法平面镜前的物体总能在镜中成像，但只有在一定范围内才能看得到若要看到平面镜中完整的像，则需借助边界光线，边界光线的公共部分，即为完整像的观察范围(3)充分利用光路可逆的性质作图。（点光源通过平面镜反射照亮的范围和眼在某点通过平面镜看到的范围是相同的）【例5】如图所示，AB沿平面镜所成的像，能观察到全像的区域解析：先根据像物与镜面对称关系作出虚像A/B/要能观察到A/B/全像，必须要处在物体AB两端点反射光的重叠区，可分别从A、B两点对镜面端点P与Q作A射线AP、AQ和BP、BQ，再分别作它们的反射线，反射线是在像点与入射点所决定的直线上，可利用这两点直线画出反射线 PA1、QA2和 PB2、QB2， PA1和QB2所包围的区域就是A、B两点反射光的重叠区，见图中画有斜线的部分 【例6】有竖直放置的平面镜M，居平面镜前45cm处有一与平面镜平行放置的平板ab，ab靠镜一侧有一点光源 S，现要在离平面镜 5cm的PQ虚线上的某一处放一平行于平面镜的挡板，使反射光不能照射到ab板上的A B部分已知：SA45cm，AB45cm求挡光板的最小宽度是多少？【解析】作出点光源S的像点S/，光源S能反射到A B的范围由图中在挡光板的CF部分挡住，而这部分反射光线中的OB的入射光线在入射时就被D点挡住故把图中的CD部分用挡光板遮住，则反射光A C被C点挡住，反射光线BF的入射光线在 D点被挡住，也就是说当CD被挡板挡住后，S点光源能反射到AB部分的光线全部被CD挡板挡住 由图中的几何关系：S/PCS/SA，S/PS/SCPAB， CPABS/PS/S45（455）（4545）cm25cm。 在S/SA和S/AB中的中位线分别为MO/和O/O，MOMO/O/OSA/2AB/2 45cm 而SPDSMO，则有 PDMOSPSM404589 PD8 MO940cm四、有关平面镜成像的常见应用：1、解钟表在平面镜中成像问题五法1）、反面观察法：从像所在纸面的背面，对着光亮处观察,所观察到的时刻即为实际时刻.2)、对称作图法:(平面镜成像特点:上下不颠倒,左右要交换.)以12点和6点的连线为对称轴,作出象的时针和分针的对称图形,所指示即为实际时刻.3)、逆向读数法:将平面镜中象的时刻按逆时针方向读数.4)、减去象数法:由对称作图法可知,实际时刻与象的指示时刻之和为12,因此12减去象所示时刻(按习惯读数)即为实际时刻.5)、再次成像法:手持纸面,使纸面上的象再次在平面镜中成像,则此时镜中的象所示时刻即为实际时刻.2、两个互成角度的平面镜对一个实物成像个数的问题:若两平面镜间的夹角为,则 1)、当不是整数时,成像个数为个; 2)、当为是整数时,成像个数为个. 以上仅限于一般情况,特殊情况需作图讨论.试题展示第2课散 光的折射、全反射基础知识 一、光的折射1折射现象：光从一种介质进入另一种介质，传播方向发生改变的现象2折射定律：折射光线、入射光线跟法线在同一平面内，折射光线、入射光线分居法线两侧，入射角的正弦跟折射角的正弦成正比3在折射现象中光路是可逆的二、折射率1定义：光从真空射入某种介质，入射角的正弦跟折射角的正弦之比，叫做介质的折射率 注意：光从真空射入介质2公式：n=sini/sin，折射率总大于1即n13.各种色光性质比较：红光的n最小，最小，在同种介质中（除真空外）v最大，最大，从同种介质射向真空时全反射的临界角C最大，以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小（注意区分偏折角和折射角）。4两种介质相比较，折射率较大的叫光密介质，折射率较小的叫光疏介质【例1】一束光从空气射向折射率n=的某种玻璃的表面，如图所示，i表示入射角，则（ ） A无论入射角i有多大，折射角r都不会超过450 B欲使折射角r300，应以i450的角度入射 C当入射角iarctan时，反射光线与折射光线恰好互相垂直 D以上结论都不正确解析：针对A：因为入射角最大值imax=900，由折射定律sini/sin=n， sin=sini/n=sin900/=/2 所以max450，故A正确 针对B：由sini/sin=n知，当r300时 sini=sinn=sin300=/2 所以，I=450，即选项B正确 针对c：当入射角iarctan 时，有sini/cosi=， 由折射定律有sini/sin=n 所以cosisin，则ir=900 所以在图中，OBOC故选项C也正确 答案：ABC【例2】如图所示，一圆柱形容器，底面直径和高度相等，当在S处沿容器边缘的A点方向观察空筒时，刚好看到筒底圆周上的B点保持观察点位置不变，将筒中注满某种液体，可看到筒底的中心点，试求这种未知液体的折射率是多大？ 解析：筒内未装液体时，S点的眼睛能看到B点以上部分，注满液体后，由O点发出的光线经液面折射后刚好进入眼睛，根据折射定律知：n=sini/sin=/2=1.58 即这种未知液体的折射率n=158三、全反射1全反射现象：光照射到两种介质界面上时，光线全部被反射回原介质的现象2全反射条件：光线从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角3临界角公式：光线从某种介质射向真空（或空气）时的临界角为C，则sinC=1/n=v/c【例3】潜水员在折射率为的透明的海水下hm深处，向上观察水面，能看到的天穹和周围的景物都出现在水面上 的一个圆形面积为S的区域内，关于圆面积S和深度h的关系正确的是（ C ）A、S与水深h成正比 B、S与水深h成反比C、S与水深h的平方成正比 D、S与水深h的平方成反比【例4】完全透明的水中某深处，放一点光源在水面上可见到一个圆形的透光平面，如果透光圆面的半径匀速增大，则光源正在（ D ）A、加速上升 B、加速下沉 C、匀速上升 D、匀速下沉四、棱镜与光的色散1.棱镜对光的偏折作用一般所说的棱镜都是用光密介质制作的。入射光线经三棱镜两次折射后，射出方向与入射方向相比，向底边偏折。（若棱镜的折射率比棱镜外介质小则结论相反。）作图时尽量利用对称性（把棱镜中的光线画成与底边平行）。由于各种色光的折射率不同，因此一束白光经三棱镜折射后发生色散现象，在光屏上形成七色光带（称光谱）（红光偏折最小，紫光偏折最大。）在同一介质中，七色光与下面几个物理量的对应关系如表所示。色光红橙黄绿蓝靛紫折射率小大偏向角小大频率小小速度大小【例5】发出白光的细线光源ab，长度为l0，竖直放置，上端a恰好在水面以下，如图。现考虑线光源a b发出的靠近水面法线（图中的虚线）的细光束经水面折射后所成的像，由于水对光有色散作用，若以l1表示红光成的像的长度，l2表示蓝光成的像的长度，则（D）A l1 l2 l2l0 Cl2 l1l0 Dl2 l1l0解析：红光的折射率n1小于蓝光的折射率n1，b点的像红光比蓝光靠下，所以l2 l1l0【例6】公园里灯光喷泉的水池中有处于同一深度若干彩灯，在晚上观察不同颜色彩灯的深度和 水面上被照亮的面积，下列说法正确的是（ D ）A红灯看起来较浅，红灯照亮的水面面积较小 B红灯看起来较深，红灯照亮的水面面积较小C红灯看起来较浅，红灯照亮的水面面积较大 D红灯看起来较深，红灯照亮的水面面积较大2.全反射棱镜横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。选择适当的入射点，可以使入射光线经过全反射棱镜的作用在射出后偏转90o（右图1）或180o（右图2）。要特别注意两种用法中光线在哪个表面发生全反射。【例7】 如图所示，自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理。它虽然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车。尾灯的原理如图所示，下面说法中正确的是 A.汽车灯光应从左面射过来在尾灯的左表面发生全反射B.汽车灯光应从左面射过来在尾灯的右表面发生全反射C.汽车灯光应从右面射过来在尾灯的左表面发生全反射D.汽车灯光应从右面射过来在尾灯的右表面发生全反射 解：利用全反射棱镜使入射光线偏折180，光线应该从斜边入射，在两个直角边上连续发生两次全反射。所以选C。3.玻璃砖所谓玻璃砖一般指横截面为矩形的棱柱。当光线从上表面入射，从下表面射出时，其特点是：射出光线和入射光线平行；各种色光在第一次入射后就发生色散；射出光线的侧移和折射率、入射角、玻璃砖的厚度有关；可利用玻璃砖测定玻璃的折射率。【例8】 如图所示，两细束平行的单色光a、b射向同一块玻璃砖的上表面，最终都从玻璃砖的下表面射出。已知玻璃对单色光a的折射率较小，那么下列说法中正确的有 a bA.进入玻璃砖后两束光仍然是平行的B.从玻璃砖下表面射出后，两束光不再平行C.从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离一定减小了D.从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离可能和射入前相同解：进入时入射角相同，折射率不同，因此折射角不同，两束光在玻璃内不再平行，但从下表面射出时仍是平行的。射出时两束光之间的距离根据玻璃砖的厚度不同而不同，在厚度从小到大变化时，该距离先减小后增大，有可能和入射前相同（但左右关系一定改变了）。4.光导纤维全反射的一个重要应用就是用于光导纤维（简称光纤）。光纤有内、外两层材料，其中内层是光密介质，外层是光疏介质。光在光纤中传播时，每次射到内、外两层材料的界面，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射。这样使从一个端面入射的光，经过多次全反射能够没有损失地全部从另一个端面射出。【例13】 如图所示，一条长度为L=5.0m的光导纤维用折射率为n=的材料制成。一细束激光由其左端的中心点以= 45的入射角射入光导纤维内，经过一系列全反射后从右端射出。求：该激光在光导纤维中的速度v是多大？该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少？解：由n=c/v可得v=2.1108m/s由n=sin/sinr可得光线从左端面射入后的折射角为30，射到侧面时的入射角为60，大于临界角45，因此发生全反射，同理光线每次在侧面都将发生全反射，直到光线达到右端面。由三角关系可以求出光线在光纤中通过的总路程为s=2L/，因此该激光在光导纤维中传输所经历的时间是t=s/v=2.710-8s。五、各光学元件对光路的控制特征（1）光束经平面镜反射后，其会聚（或发散）的程度将不发生改变。这正是反射定律中“反射角等于入射角”及平面镜的反射面是“平面”所共同决定的。（2）光束射向三棱镜，经前、后表面两次折射后，其传播光路变化的特征是：向着底边偏折，若光束由复色光组成，由于不同色光偏折的程度不同，将发生所谓的色散现象。（3）光束射向前、后表面平行的透明玻璃砖，经前、后表面两次折射后，其传播光路变化的特征是；传播方向不变，只产生一个侧移。（4）光束射向透镜，经前、后表面两次折射后，其传播光路变化的特征是：凸透镜使光束会聚，凹透镜使光束发散。六、各光学镜的成像特征物点发出的发散光束照射到镜面上并经反射或折射后，如会聚于一点，则该点即为物点经镜面所成的实像点；如发散，则其反向延长后的会聚点即为物点经镜面所成的虚像点。因此，判断某光学镜是否能成实（虚）像，关键看发散光束经该光学镜的反射或折射后是否能变为会聚光束（可能仍为发散光束）。（1）平面镜的反射不能改变物点发出的发散光束的发散程度，所以只能在异侧成等等大的、正立的虚像。（2）凹透镜的折射只能使物点发出的发散光束的发散程度提高，所以只能在同侧成缩小的、正立的虚像。（3）凸透镜的折射既能使物点发出的发散光束仍然发散，又能使物点发出的发散光束变为聚光束，所以它既能成虚像，又能成实像。七、几何光学中的光路问题几何光学是借用“几何”知识来研究光的传播问题的，而光的传播路线又是由光的基本传播规律来确定。所以，对于几何光学问题，只要能够画出光路图，剩下的就只是“几何问题”了。而几何光学中的光路通常有如下两类：（1）“成像光路”一般来说画光路应依据光的传播规律，但对成像光路来说，特别是对薄透镜的成像光路来说，则是依据三条特殊光线来完成的。这三条特殊光线通常是指：平行于主轴的光线经透镜后必过焦点；过焦点的光线经透镜后必平行于主轴；过光心的光线经透镜后传播方向不变。（2）“视场光路”即用光路来确定观察范围。这类光路一般要求画出所谓的“边缘光线”，而一般的“边缘光线”往往又要借助于物点与像点的一一对应关系来帮助确定。规律方法 一. 用光的折射解释自然现象现象一:星光闪烁与光折射 由于重力的影响，包围地球的大气密度随高度而变化；另外，由于气候的变化，大气层的各处又在时刻不断地变化着，这种大气的物理变化叫做大气的抖动由于大气的抖动便引起了空气折射率的不断变化我们观望某一星星时，星光穿过大气层进入眼睛，于是看到了星光之后由于大气的抖动，使空气折射率发生变化，星光传播的路径便发生了改变，这时星光到达另一地点，我们站在原来的地方就看不见它的光了，便形成一次闪烁大气的抖动是时刻不停的，并与气候密切相关一般大气抖动明显地大气折射率而形成一次闪烁的时间间隔是14秒，所以，我们观望星空时，看到的星光是闪烁的了现象二:蓝天、红日与光散射 光在传播过程中，遇到两种均匀媒质的分界面时，会产生反射和折射现象但当光在不均匀媒介质中传播时，情况就不同了由于一部分光线不能直线前进，就会向四面八方散射开来，形成光的散射现象地球周围由空气形成的大气层，就是这样一种不均匀媒质因此，我们看到的天空的颜色，实际上是经大气层散射的光线的颜色科学家的研究表明，大气对不同色光的散射作用不是“机会均等”的，波长短的光受一的散射最厉害当太阳光受到大气分子散射时，波长较短的蓝光被散射得多一些由于天空中布满了被散射的蓝光，地面上的人就看到天空呈现出蔚蓝色空气越是纯净、干燥，这种蔚蓝色就越深、越艳如果天空十分纯净，没有大气和其他微粒的散射作用，我们将看不到这种璀璨的蓝色比如在2万米以上的高空，空气气体分子特别稀薄，散射作用已完全消失，天空也会变得暗淡同样道理，旭日初升或日落西山时，直接从太阳射来的光所穿过的大气层厚度，比正午时直接由太阳射击来的光所穿过的大气层厚度要厚得多太阳光在大气层中传播的距离越长，被散射掉的短波长的蓝光就越多，长波长的红光的比例也显著增多最后到达地面的太阳光，它的红色万分也相对增加，因此，才会出现满天红霞和血红夕阳实际上，发光的太阳表面的颜色却始终没有变化现象三:光在大气中的折射 光在到达密度不同的两层大气的分界面时，会发生光的折射气象学告诉我们，空气的密度的大小主要受气压和气温两个条件的影响气压指得是单位面积空气柱的重量大气层包围在地球表面，因此在大气层的低层气压较高，越向上气压越低气压高则空气密度大，气压低则空气密度小因此，正常情况下，总是贴近地面的空气密度最大，越向上空气密度越小温度对空气密度的影响和气压则刚好相反气温越高，空气的体积越膨胀，空气的密度越小；温度越低，空气收缩，则空气的密度变大一般越接近地面温度越高（逆温层是个例外） 根据实测所得，在大多数情况下，温度的上下差别不是太大，而气压上下的差别却很显著，因此气压对空气密度的垂直分布所产生的影响远比气温的影响大，这就使得空气密度经常是越向上越小的（当然减小的情况并不是一成不变的）由于地球上空气的密度随高度的变化，折射率随密度减小而正比例地减小，因此光在大气中传播时，通过一层层密度不同的大气，在各层的分界面处会发生折射，使光线不沿直线传播而是变弯曲，这样当太阳和其他星体的光线进入大气以后，光线就会拐弯，这种现象称天文折射，这使在地面观测得的天体视位置S比实际位置S高 【例9】假设地球表面不存在气层，那么人们观察到日出时刻与实际存在大气层的情况相比（ ）A、将提前 B、将延后 C、在某些地区将提前，在另一些地区将延后 D、不变分析：注意到大气层不均匀的特性解答：由几何光学知识可知，有大气层时，由于地表大气层不均匀，太阳光线经大气折射后向下弯曲，如图所示，地球上观察者看到日出的太阳要比实际位置高，也就是当太阳还在地平线以下时就可以看到太阳的像；而没有大气层时，太阳光线沿直线传播，当太阳在地平线以下时是看不到太阳的。故有大气层时可提前看到日出。二.光的色散问题的分析【例10】abc为全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形，如图23-3所示。一束白光垂直入射到ac面上，在ab面上发生全反射，若光线入射点O的位置不变，改变光线的入射方向（不考虑bc面反射的光线）（ ）A、使入射光线按图所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab面，则红光将首先射出。B、使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab面，则紫光将首先射出C、使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，红光将首先射出ab面D、使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，紫光将首先射出ab面解答：白光是由红到紫七种色光组成，同一种介质对它们的折射率，从红光到紫光逐渐增大。从同一介质射向空气发生全反射的临界角不同。由公式，n越小，C越大。红光折射率最小，则临界角最大。光垂直入射ac面，在ab面发生全反射，则临界角c45，紫光折射率最大，则临界角最小。当入射光沿顺时针方向偏转时，通过ac面折射后，射到ab面的入射角减小，首先小到红光临界角以下，红光先射出ab面。当入射光沿逆时针方向偏转时，通过ac面折射后，射到ab面的入射角增大，不可能有光从ab面射出。三、折射定律的应用1.边作图边计算有关光的折射和全反射，在解题时首先要判断是否发生全反射，在确定未发生全反射的条件下，再根据折射定律确定入射角或折射角要把计算和作图有机地结合起来，根据数据计算反射角、折射角，算一步画一步，画一步在根据需要算一步。作图要依据计算结果，力求准确。【例11】如图所示，一圆柱形容器的底部有一凹面镜，其主轴与圆柱形容器的轴线重合，一点光源S射向凹面镜的光线，经凹面镜反射平行于主轴，当往容器中注入水后，水面在点光源与凹面镜之间，要使点光源S射向凹面镜的光线，以凹镜反射后互相平行，则点光源就沿主轴 A适当提高； B适当降低； C不动 ；D无法确定移动方向；解析：点光源射向水面的光线要发生一次折射，再射到凹面镜上发生反射，反射的光线互相平行由光路可逆，设光线平行于主轴射向凹面镜，在凹面镜反射后射向水面，在水面上发生折射，由图可知，S/在S的下方，说明了点光源S应适当降低ABCD【例12】 直角