光的折射和全反射.ppt

第十二章光 第一节光的折射全反射 一 光的直线传播 1 光源 本身能够自行发光的物体叫光源 可分为自然光源与人造光源 2 光线 代表光的有箭头的直线叫光线 光线也是一个理想化的物理模型 是描述光的传播的有效方法 是在对细光束的抽象的基础上建立起来的 其作用类似电场线 磁感线 不能将光线理解为很细的光束 3 光的直线传播光在同种均匀介质中沿直线传播 小孔成像和影的形成都有力证明了光的这一特性 例 如图所示 在距竖直墙MN左侧一段距离的A点有一小球 在球的左边 紧靠小球处有一固定的点光源S 给小球一向右的水平初速度 当小球在空中做抛运动时 在小于碰墙以前 它在墙上的影子由上而下的运动是 A 匀速直线运动 B 自由落体运动 C 变加速直线运动 D 初速为零的匀加速直线运动 加速度a小于重力加速度g A 4 光速 1 光在真空中的传播速度为一定值c 3 108m s 2 光速的测量 迈克耳逊的旋转棱镜法 二 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 且反射光线和入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 三 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 做平面镜成像光路图的技巧 根据平面镜成像有对称性的特点 确定像的位置 再补画光路图 注意 镜后的反向延长线要画成虚线 虚像用虚线画 四 光的折射 1 折射现象 光从一种介质进入另一种介质 传播方向发生变化的现象 2 折射定律 1 折射光线跟入射光线和法线在同一平面 2 折射光线和入射光线分居在法线的两侧 3 入射角的正弦跟折射角的正弦值成正比 3 在折射现象中光路是可逆的 五 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 折射率总大于1 即n 1 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 发生偏折程度的物理量 与入射角 1及折射角 2大小无关 4 光密介质与光疏介质 六 全反射 1 全反射现象 光从光密介质入射到光疏介质的分界面上时 光全部反射回光密介质的现象 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 折射角等于90 时的入射角 则sinC 4 光导纤维 实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝 直径只有几微米到一百微米之间 在内芯和外套的界面上发生全反射 如图所示 解释实际生产生活中的现象 朦气差 玻璃中的气泡特别明亮 沙漠蜃景 海市蜃楼等 例 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 v 2 1 108m s t s v 2 7 10 8s 七 棱镜 光的色散 1 棱镜对光的偏折作用如图所示 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 向底面偏折 若棱镜的折射率比棱镜外介质小则结论相反 1 两次折射后 后来的传播方向和原来传播方向间的夹角 即为偏折角 2 在入射角相同的情况下 偏折角度 跟棱镜材料的折射率有关 折射率越大 偏折角越大 3 光线通过三棱镜后向底面偏折 通过三棱镜看物体 看到的是物体的虚像 向棱镜的方向偏移 如图所示 2 全反射棱镜横截面是等腰直角三角形的棱镜 它在光学仪器里 常用来代替平面镜 改变光的传播方向 如图所示 其能量损失更小 效果更好 1 如图甲所示 光线垂直AB面射入 光线在AC面发生全反射 光线方向改变了90 2 如图乙所示 光线垂直AC面射入 光线在AB BC面发生全反射 光线方向改变180 3 如图丙所示 光线平行AC面射入 光线在AC面发生全反射 射出后方向不变 发生侧移 3 光的色散 1 定义 白光通过三棱镜后 在光屏上形成一条彩色光带 光谱 这就是光的色散 如图所示 光谱中红光在最上端 紫光在最下端 中间是橙 黄 绿 蓝 靛等色光 2 光的色散现象说明白光是复色光 是由红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫7种单色光组成 3 光的色散现象表明 各种色光通过棱镜红光偏折最小 紫光偏折最大 4 同一种介质对不同色光的折射率n不同 对红光的折射率最小 对紫光的折射率最大 在真空中速度相等 3 光路控制 1 玻璃砖对光路的控制两面平行的玻璃砖 出射光线和入射光线平行 且光线发生了侧移 如右图 2 三棱镜对光路的控制对光路的作 用光密三棱镜 光线两次折射均向底面偏折 光疏三棱镜 光线两次折射均向顶角偏折 全反射棱镜 等腰直角棱镜 a 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 b 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 例 2009年高考浙江理综卷 如图所示 有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点 并偏折到F点 已知入射方向与边AB的夹角为 30 E F分别为边AB BC的中点 则 A 该棱镜的折射率为B 光在F点发生全反射C 光从空气进入棱镜 波长变小D 从F点出射的光束与入射到E点的光束平行 AC 彩虹是悬浮于空气中的大量小水珠对阳光的色散造成的 如图所示为太阳光照射到空气中的一个小水珠发生全反射和色散的光路示意图 其中a b为两束频率不同的单色光 对于这两束光 以下说法中正确的是 A 单色光a比单色光b的频率高B 由水射向空气 a光发生全反射的临界角大于b光发生全反射的临界角C 在水中a光的传播速度小于b光的传播速度D 如果b光能使某金属发生光电效应 则a光也一定能使该金属发生光电效应 B 例 abc为一全反射棱镜 它的主截面是等腰直角三角形 如图12 1 15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的位置保持不变 改变光线的入射方向 不考虑自bc面反射的光线 则 1 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 则哪种色光首先射出 2 使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转 哪种色光首先射出ab面 答案 1 红光 2 都不能射出ab 例 2009年高考宁夏理综卷 一棱镜的截面为直角三角形ABC A 30 斜边AB a 棱镜材料的折射率为n 在此截面所在的平面内 一条光线以45 的入射角从AC边上的中点M射入棱镜 画出光路图 并求光线从棱镜射出的点的位置 不考虑光线沿原路返回的情况 例 右图是一个圆柱体棱镜的截面图 图中E F G H将半径OM分成5等份 虚线EE1 FF1 GG1 HH1平行于半径ON ON边可吸收到达其上的所有光线 已知该棱镜的折射率 若平行光束垂直入射并覆盖OM 则光线 A 不能从圆弧NF1射出B 只能从圆弧NG1射出C 能从圆弧G1H1射出D 能从圆弧H1M射出 B 从桌面上有一倒立的玻璃圆锥 其顶点恰好与桌面接触 圆锥的轴 图中虚线 与桌面垂直 过轴线的截面为等边三角形 如图所示 有一半径为r的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的底面上 光束的中心轴与圆锥的轴重合 已知玻璃的折射率为1 5