光的折射和全反射.ppt

第十二章光 第一節(jié)光的折射全反射 一 光的直線傳播 1 光源 本身能夠自行發(fā)光的物體叫光源 可分為自然光源與人造光源 2 光線 代表光的有箭頭的直線叫光線 光線也是一個(gè)理想化的物理模型 是描述光的傳播的有效方法 是在對(duì)細(xì)光束的抽象的基礎(chǔ)上建立起來的 其作用類似電場線 磁感線 不能將光線理解為很細(xì)的光束 3 光的直線傳播光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播 小孔成像和影的形成都有力證明了光的這一特性 例 如圖所示 在距豎直墻MN左側(cè)一段距離的A點(diǎn)有一小球 在球的左邊 緊靠小球處有一固定的點(diǎn)光源S 給小球一向右的水平初速度 當(dāng)小球在空中做拋運(yùn)動(dòng)時(shí) 在小于碰墻以前 它在墻上的影子由上而下的運(yùn)動(dòng)是 A 勻速直線運(yùn)動(dòng) B 自由落體運(yùn)動(dòng) C 變加速直線運(yùn)動(dòng) D 初速為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng) 加速度a小于重力加速度g A 4 光速 1 光在真空中的傳播速度為一定值c 3 108m s 2 光速的測量 邁克耳遜的旋轉(zhuǎn)棱鏡法 二 光的反射1 反射現(xiàn)象 光從一種介質(zhì)射到另一種介質(zhì)的界面上再返回原介質(zhì)的現(xiàn)象 2 反射定律 反射光線跟入射光線和法線在同一平面 且反射光線和入射光線分居法線兩側(cè) 反射角等于入射角 3 分類 光滑平面上的反射現(xiàn)象叫做鏡面反射 發(fā)生在粗糙平面上的反射現(xiàn)象叫做漫反射 鏡面反射和漫反射都遵循反射定律 4 光路可逆原理 所有幾何光學(xué)中的光現(xiàn)象 光路都是可逆的 三 平面鏡的作用和成像特點(diǎn)1 作用 只改變光束的傳播方向 不改變光束的聚散性質(zhì) 2 成像特點(diǎn) 等大正立的虛像 物和像關(guān)于鏡面對(duì)稱 3 像與物方位關(guān)系 上下不顛倒 左右要交換 做平面鏡成像光路圖的技巧 根據(jù)平面鏡成像有對(duì)稱性的特點(diǎn) 確定像的位置 再補(bǔ)畫光路圖 注意 鏡后的反向延長線要畫成虛線 虛像用虛線畫 四 光的折射 1 折射現(xiàn)象 光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì) 傳播方向發(fā)生變化的現(xiàn)象 2 折射定律 1 折射光線跟入射光線和法線在同一平面 2 折射光線和入射光線分居在法線的兩側(cè) 3 入射角的正弦跟折射角的正弦值成正比 3 在折射現(xiàn)象中光路是可逆的 五 折射率1 定義 光從真空射入某種介質(zhì) 入射角的正弦跟折射角的正弦之比 叫做介質(zhì)的折射率 注意 光從真空射入介質(zhì) 2 公式 折射率總大于1 即n 1 3 物理意義 折射率是表示光線從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí) 發(fā)生偏折程度的物理量 與入射角 1及折射角 2大小無關(guān) 4 光密介質(zhì)與光疏介質(zhì) 六 全反射 1 全反射現(xiàn)象 光從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)的分界面上時(shí) 光全部反射回光密介質(zhì)的現(xiàn)象 2 全反射條件 光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì) 且入射角大于或等于臨界角 3 臨界角 折射角等于90 時(shí)的入射角 則sinC 4 光導(dǎo)纖維 實(shí)際用的光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特制玻璃絲 直徑只有幾微米到一百微米之間 在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生全反射 如圖所示 解釋實(shí)際生產(chǎn)生活中的現(xiàn)象 朦氣差 玻璃中的氣泡特別明亮 沙漠蜃景 海市蜃樓等 例 如圖所示 一條長度為L 5 0m的光導(dǎo)纖維用折射率為n 的材料制成 一細(xì)束激光由其左端的中心點(diǎn)以 45 的入射角射入光導(dǎo)纖維內(nèi) 經(jīng)過一系列全反射后從右端射出 求 該激光在光導(dǎo)纖維中的速度v是多大 該激光在光導(dǎo)纖維中傳輸所經(jīng)歷的時(shí)間是多少 v 2 1 108m s t s v 2 7 10 8s 七 棱鏡 光的色散 1 棱鏡對(duì)光的偏折作用如圖所示 一般所說的棱鏡都是用光密介質(zhì)制作的 入射光線經(jīng)三棱鏡兩次折射后 射出方向與入射方向相比 向底面偏折 若棱鏡的折射率比棱鏡外介質(zhì)小則結(jié)論相反 1 兩次折射后 后來的傳播方向和原來傳播方向間的夾角 即為偏折角 2 在入射角相同的情況下 偏折角度 跟棱鏡材料的折射率有關(guān) 折射率越大 偏折角越大 3 光線通過三棱鏡后向底面偏折 通過三棱鏡看物體 看到的是物體的虛像 向棱鏡的方向偏移 如圖所示 2 全反射棱鏡橫截面是等腰直角三角形的棱鏡 它在光學(xué)儀器里 常用來代替平面鏡 改變光的傳播方向 如圖所示 其能量損失更小 效果更好 1 如圖甲所示 光線垂直AB面射入 光線在AC面發(fā)生全反射 光線方向改變了90 2 如圖乙所示 光線垂直AC面射入 光線在AB BC面發(fā)生全反射 光線方向改變180 3 如圖丙所示 光線平行AC面射入 光線在AC面發(fā)生全反射 射出后方向不變 發(fā)生側(cè)移 3 光的色散 1 定義 白光通過三棱鏡后 在光屏上形成一條彩色光帶 光譜 這就是光的色散 如圖所示 光譜中紅光在最上端 紫光在最下端 中間是橙 黃 綠 藍(lán) 靛等色光 2 光的色散現(xiàn)象說明白光是復(fù)色光 是由紅 橙 黃 綠 藍(lán) 靛 紫7種單色光組成 3 光的色散現(xiàn)象表明 各種色光通過棱鏡紅光偏折最小 紫光偏折最大 4 同一種介質(zhì)對(duì)不同色光的折射率n不同 對(duì)紅光的折射率最小 對(duì)紫光的折射率最大 在真空中速度相等 3 光路控制 1 玻璃磚對(duì)光路的控制兩面平行的玻璃磚 出射光線和入射光線平行 且光線發(fā)生了側(cè)移 如右圖 2 三棱鏡對(duì)光路的控制對(duì)光路的作 用光密三棱鏡 光線兩次折射均向底面偏折 光疏三棱鏡 光線兩次折射均向頂角偏折 全反射棱鏡 等腰直角棱鏡 a 當(dāng)光線從一直角邊垂直射入時(shí) 在斜邊發(fā)生全反射 從另一直角邊垂直射出 b 當(dāng)光線垂直于斜邊射入時(shí) 在兩直角邊發(fā)生全反射后又垂直于斜邊射出 例 2009年高考浙江理綜卷 如圖所示 有一束平行于等邊三棱鏡截面ABC的單色光從空氣射向E點(diǎn) 并偏折到F點(diǎn) 已知入射方向與邊AB的夾角為 30 E F分別為邊AB BC的中點(diǎn) 則 A 該棱鏡的折射率為B 光在F點(diǎn)發(fā)生全反射C 光從空氣進(jìn)入棱鏡 波長變小D 從F點(diǎn)出射的光束與入射到E點(diǎn)的光束平行 AC 彩虹是懸浮于空氣中的大量小水珠對(duì)陽光的色散造成的 如圖所示為太陽光照射到空氣中的一個(gè)小水珠發(fā)生全反射和色散的光路示意圖 其中a b為兩束頻率不同的單色光 對(duì)于這兩束光 以下說法中正確的是 A 單色光a比單色光b的頻率高B 由水射向空氣 a光發(fā)生全反射的臨界角大于b光發(fā)生全反射的臨界角C 在水中a光的傳播速度小于b光的傳播速度D 如果b光能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng) 則a光也一定能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng) B 例 abc為一全反射棱鏡 它的主截面是等腰直角三角形 如圖12 1 15所示 一束白光垂直入射到ac面上 在ab面上發(fā)生全反射 若光線入射點(diǎn)O的位置保持不變 改變光線的入射方向 不考慮自bc面反射的光線 則 1 使入射光按圖中所示的順時(shí)針方向逐漸偏轉(zhuǎn) 如果有色光射出ab面 則哪種色光首先射出 2 使入射光按圖中所示的逆時(shí)針方向逐漸偏轉(zhuǎn) 哪種色光首先射出ab面 答案 1 紅光 2 都不能射出ab 例 2009年高考寧夏理綜卷 一棱鏡的截面為直角三角形ABC A 30 斜邊AB a 棱鏡材料的折射率為n 在此截面所在的平面內(nèi) 一條光線以45 的入射角從AC邊上的中點(diǎn)M射入棱鏡 畫出光路圖 并求光線從棱鏡射出的點(diǎn)的位置 不考慮光線沿原路返回的情況 例 右圖是一個(gè)圓柱體棱鏡的截面圖 圖中E F G H將半徑OM分成5等份 虛線EE1 FF1 GG1 HH1平行于半徑ON ON邊可吸收到達(dá)其上的所有光線 已知該棱鏡的折射率 若平行光束垂直入射并覆蓋OM 則光線 A 不能從圓弧NF1射出B 只能從圓弧NG1射出C 能從圓弧G1H1射出D 能從圓弧H1M射出 B 從桌面上有一倒立的玻璃圓錐 其頂點(diǎn)恰好與桌面接觸 圓錐的軸 圖中虛線 與桌面垂直 過軸線的截面為等邊三角形 如圖所示 有一半徑為r的圓柱形平行光束垂直入射到圓錐的底面上 光束的中心軸與圓錐的軸重合 已知玻璃的折射率為1 5