光的折射全反射(共7页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上第二节 光的折射、全反射【基础知识再现】 一、光的折射现象图14-2-1光传播到两种介质的分界面上，一部分光进入另一种介质中，并且改变了原来的传播方向，这种现象叫光的折射。1、光的折射定律：同样要抓住“三线（入射光线、折射光线、法线）二角（入射角、折射角）。如图14-2-1所示，光从真空（或空气）进入介质有： 2、折射率（n）定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦跟折射角r的正弦之比n，叫做这种介质的折射率。说明：折射率是表示光线在透明介质界面上发生偏折程度的物理量，与入射角i及折射角r无关。在入射角相同时，对同一种光线、折射率越大，折射光线偏离原方向的程

2、度越大。折射率和光在介质中传播的速度有关。其中，为介质中光速，为介质折射率，总大于1，故光在介质中的速度必小于真空中的光速。在折射现象中，当入射角为，折射角也为，这是个特殊现象，但仍是折射现象。二、全反射光照射到两种介质的界面上，光线全部反射回原介质的现象叫全反射。发生全反射的条件：1、从光密介质射向光疏介质。2、入射角大于或等于临界角C。说明：光密介质和光疏介质是相对的，如酒精相对于水为光密介质，酒精相对于水晶来说是光疏介质。光从光密介质到光疏介质时，折射角大于入射角。光从光疏介质射入到光密介质时，折射角小于入射角。图14-2-2发生全反射时，遵从反射定律及能量守恒。此时折射光的能量已经减弱

3、为零，反射光能量与入射光能量相等。全反射的应用：光导纤维。三、棱镜、光的色散甲 乙 图14-2-31、三棱镜可以改变光的行进方向，起控制光路的作用。三棱镜通过二次折射使光产生较大的偏向角，由于介质对不同的单色光的折射率不同，其中紫光折射率最大，红光折射率最小，因此当白光射向三棱镜时，紫光偏折最明显，而红光偏折最小，这就形成了如图14-2-2所示的光的色散现象。直角等腰三棱镜叫全反射棱镜，这样光在玻璃内的入射角大于这一临界值，使光发生全反射，两种使用方法如图14-2-3所示。2、有关色散几个重要结论（1）各种色光在同一介质中的折射率不同，按红、橙、黄、绿、蓝、靛，紫顺序，折射率不断增加。（2）按

4、红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫顺序，光波波长不断减小，频率不断增加，因而光子的能量逐渐增大，在同一介质中的传播速度逐渐减小。（3）同一介质对频率较高的光的折射率较大。（4）同一种色光在不同介质中频率不变。这些结论很重要，以这些结论为线索，可解决涉及传播速度、临界角、光子能量等物理量的众多问题。图14-2-4【范例剖析】 例1：如图14-2-4所示，一储油圆桶，底面直径与高均为d，而桶内油的深度等于桶高的一半时，在A点沿AB方向看去，看到桶底的C点，C、B相距，由此可得油的折射率 ，图14-2-5光在油中的传播速度 m/s。 解析：无油时B点射出的光线经油桶边缘达到A点，当桶内盛油时，从C点射出的光

5、线在油面折射后，仍沿AC方向射到A点，CO为入射光线，OA为折射光线，如图14-2-5所示。光线CO从油进入空气，由光的折射定律： 图14-2-6 又 ，光在油中的速度：拓展训练：如图14-2-6所示，人站在距槽边D为L=1.2m处，刚好看到槽底B的位置，人眼睛距地面高度H=1.6m。槽中注满某种液体时，人刚好看到槽底中央O点。求：（1）这种液体的折射率？（2）光在该液体中的传播速度？分析与解答：连接人眼与B点，延长CD为法线，从图中知折射角，连接D与O点，则入射角由折射率公式即可求出液体的折射率n和光在液体中的传播速度因为得故液体的折射率为：n=1.71，光在液体中的传播速度为v=1.75&

6、#215;108m/s点拨：介质的折射率，会从实际问题中找出入射角与折射角，会用求光在介质中的光速。图14-2-7例2：有人在游泳池边上竖直向下观察池水的深度，看上去池水的视深约为h。已知水的折射率，那么，水的实际深度约为多少？分析与解答： 我们可以从一般的情况着手分析（如图14-2-7）从空气中观察池水深度时，池底M处发出的光线中有一小束经水面折射后进入观察者的眼睛，折射光线的延长线交于点，这就是M的虚像，的位置比实际位置M离水面的距离要近一些。如图，当入射角较小时，的位置在M的正上方有， ，竖直向下看时，相当于d接近于零，有 图14-2-8，解后语：为例1的延伸，均属物变浅现象，应注意方法

7、归纳例3：单色细光束射到折射率的透明球表面，光束在过球心的平面内，入射角。研究经折射进入球内后又经内表面反射一次，再经球面折射后射出的光线，如图14-2-8所示（图上已画出入射光和出射光）。 （1）在图上画出光线在球内的路径和方向。图14-2-9（2）求入射光与出射光之间的夹角（3）如果入射的是一束白光，透明球的色散情况与玻璃相仿，问哪种颜色光的最大，哪种光的最小？分析与解答：试题给出的光路表明，入射光与出射光相对夹角的平分线（）具有对称性。因此，与球面的交点B，就是光线在球内表面的反射点。所以连线AB和BC，就是光线在球内的路径，如图14-2-9所示。 根据折射定律，入射光线的折射角为根据光

8、路的对称性和可逆性，还可以看出：出射光线的入射角，折射角。根据三角形的外角等于不相邻两内角之和，即所以，入射线与出射线之间的夹角为这一结果还表明：角随r角的增大而增大。根据，七种色光中，红光的折射率最小，r角最大，紫光的n最大，r角最小，所以，红光的角最大，紫光的角最小。解后语：本题考查有关折射的基本规律。要求能从题设条件出发，结合对称性，正确作出光路图，并根据有关的规律建立其联系。应具有一定的灵活性和应变能力。图14-2-10拓展训练：在B点有无折射光？如有，哪种色光的偏向角最大？分析与解答：有折射光，紫光的偏向角最大。例4：如图14-2-10，横截面是直角三角形的三棱镜对红光的折射率为，对

9、紫光的折射率为，一束很细的白光由棱镜的一个侧面AB垂直射入，从另一个侧面AC折射出来，已知棱镜顶角，AC边平行于光屏MN，且与光屏的距离为L。 （1）画出白光通过棱镜折射的光路图。（出射光线画出两条边缘光线，并指明其颜色） （2）求在光屏MN上得到的可见光谱的宽度。图14-2-11分析与解答：不同色光在同一介质中，折射率不同，对同一入射角，必定对应不同的出射角，根据折射定律很容易计算出折射角，然后由几何知识就可以求出光谱的宽度。由于光线垂直AB面入射，故在AB面上光线不偏折。在AC面，设红光折射角为，紫光折射角为。由于，紫光偏折角度将大于红光，故，光谱上方为紫光，下方为红光。光路如图14-2-

10、11所示。由折射定律有，则，MN上可见光谱的宽度解后语：对于几何光学中的题目，画好光路图是解题的基础和关键，光路图不画或者画得不规范，相应的几何关系就很难建立。另外，有关折射定律的题目，涉及到三角变换的也很多，虽要求不高，但一定要能熟练应用。【基础训练】 1、光线由介质A进入介质B，入射角小于折射角，由此可知（ A ）A、介质A是光密介质B、光在介质A中的速度大些C、介质A折射率比介质B的小D、光从介质A进入介质B不可能发生全反射解：光在光疏介质中的角比在光密介质中的角大。2、某介质的折射率是，当线从空气中以的入射角射入这种介质时，折射角（ D ）A、B、C、D、解： 3、光从某种介质射入空气

11、中，入射角从零开始逐渐增大时，折射角也随之增大，下述说法正确的是（ D ）A、比值不变B、比值变大图14-2-12C、比值是一个大于1 的常数D、比值是一个小于1 的常数4、如图14-2-12所示，一束光线c由颜色不同的两种单色光a、b组成，当它们从空气射 入水中分别发生折射时，测得b的折射角大于a的折射角，则（ C ）A、a的频率小于b的频率B、a光子能量小于b光子能量C、在水中a波长小于b波长D、在水中a波速大于b波速 5、玻璃的折射率是1.50，水晶的折射率是1.55，同一频率的单色光分别垂直于平行界面玻璃砖和水晶砖的 表面射入，且已知光线通过两介质砖的时间相同，玻璃砖的厚度为3.10c

12、m，则水晶砖的厚度为 3.0 cm。解：设， 则【能力训练】1、光在某种玻璃中传播的速度是m/s。要使折射光线与反射光线之间成 角，则入射角应是（ B ）A、 B、 C、 D、解：根据题意作光路如图14-2-13所示，图中、分别表示入射角、反射角和折射角。根据题意反射线和折射线成角，所以，因为则。由，得，所以2、光线以入射角从玻璃中到玻璃与空气的界面上，它的反射光线与折射光线夹角为，则这块玻璃 的折射率应为（ B ）A、0.886 B、1.732 C、1.414 D、1.500解：作出反射和折射的光路如图所示，i为玻璃中的入射角，为反射角，为空气中的折射角。由反射定律可知：，且由几何知识可得：

13、故根据光路可逆原理，光从AO入射后从OC折射出，反过来从CO入射必从OA折射，这时空气中的入射角为。玻璃中折射角，故有，故B选项正确。可见，分析光的折射问题，应先画出光路图，正确找出入射角和折射角，再应用折射定律或折射率公式分析讨论。必要时，还可应用光路可逆原理进行讨论。3、如图14-2-13所示，在清澈平静的水底，抬头向上观察，会看到一个十分有趣的景象：图14-2-13（1）水面外的景物（蓝天、白云、树木、房屋），都呈现在顶角的倒立圆锥底面的“洞”内；（2）“洞”外是水底的镜像；（3）“洞”边呈彩色，且七色的顺序为内紫外红。试分析上述水下观天的奇异现象。解：水面外的景物射向水面的光线，其入射

14、角时，都能折射入水中被人观察到（图a）。根据折射定律，在的临界条件下， 因为水的临界角，所以，倒立圆锥的顶角为水底发出的光线，通过水面反射成虚像，也可以在水下观察到。但是由于“洞”内有很强的折射光，所以只有在“洞”外才能看到反射光（尤其是含反射光）造成的水底镜像（图b）。光线从空气中折射入水中时，要发生色散现象：红光的折射率最小，偏向角最小；紫光的折射率最大，偏向角最大，因为眼睛感觉光线是沿直线传播的，所以从水中看到的彩色“洞”边，是内紫外红（图c）。4、空气中一束光线以角入射到一块冰上，光线在冰内以角折射，一粒灰尘被嵌在2cm深处，从 正入射方向看去时，灰尘的视深度为 cm。解：，视深度图1

15、4-2-145、如图14-2-14所示，某玻璃棱镜的顶角为，恰为黄光的临界角。当白光通过棱镜 发生色散，在光屏A上形成彩色光带后，把白光的入射角i逐渐减小到零的过程， 在光屏上会观察到（ AB ）A、屏A上最先消失的是紫光B、最后屏B上左边是紫光C、最后屏B上右边是黄光D、最后屏B上左边是黄光 解：三棱镜由于玻璃对于各种色光的折射率不同，导致了各种色光的偏折角不同而形成彩色的光带（即色散）。玻璃对紫光的折射率最大，紫光的偏折角最大，而紫光的临界角最小，所以首先在EG面上发生全反射后，再从GF面上折射到光屏B上，当时，白光射到EG面上的入射角为，此时黄光恰好发生全反射到FG面上，它们的入射角相同

16、，折射角最大的是紫光，所以屏B的左边是紫光。由以上分析知A、B正确。图14-2-156、一束复色可见光射至置于空气中的平板玻璃上，穿过玻璃后从下表面射出，变为a、b两束平行单色光， 如图14-2-15所示。对于两束单色光来说（ AD ）A、玻璃对a光的折射率较大B、a光在玻璃中传播的速度较大C、b光每个光子的能量较大D、b光的波长较长 解：光的频率较大，玻璃对它的折射率越大，从平行板玻璃另一面射出时偏离原传播方向越大，由图知玻璃对a的折射率较大，对b的折射率较小，即b光频率较小，即波长较长，故AD正确。图14-2-167、如图14-2-16所示，宽为a的平行光束从空气倾向入射到两面平行的玻璃

17、板上表面，入射角为，光束中包含两种波长的光，玻璃对这两种波 长的光的折射率分别为，。（1）求每种波长的光射入上表面后的折射角、。（2）为了使光束从玻璃下表面出射时能分成不交叠的两束，玻璃板的厚度d至少为多少？并画出光路示意图。 解：（1）， ，（2）由光路图可知：讨论：该题的第（2）问是属于典型的色散问题，利用介质对不同色光有不同的折射率，使得不同的色光有不同的折射角而产生色散。本题的难点是找出两种色光在玻璃中完全分离的临界点。8、一辆实验小车可沿水平地面（图中纸面）上的长直轨道匀速向右运动。在一台发出细光束的激光器装在 小转台M上，到轨道的距离MN为，如图14-2-17（a）所示。转台匀速转动，使激光束在水 平面