光的折射和全反射

1、關于光的折射和全反射現在學習的是第一頁，共22頁一、光的直線傳播一、光的直線傳播1光源：本身能夠光源：本身能夠自行發(fā)光自行發(fā)光的物體叫光源可分為自然光的物體叫光源可分為自然光源與人造光源源與人造光源2 2光線：代表光的有箭頭的直線叫光線光線：代表光的有箭頭的直線叫光線光線也是一個理想化的物理模型，是描述光的傳播的光線也是一個理想化的物理模型，是描述光的傳播的有效方法，是在對細光束的抽象的基礎上建立起來的，有效方法，是在對細光束的抽象的基礎上建立起來的，其作用類似電場線、磁感線不能將光線理解為很細其作用類似電場線、磁感線不能將光線理解為很細的光束的光束3光的直線傳播光的直線傳播 光在光在同種均勻

2、介質同種均勻介質中沿直線傳播小孔成像和影的形成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都有力證明了光的這一特性現在學習的是第二頁，共22頁A現在學習的是第三頁，共22頁4 4光速光速(1)(1)光在真空中的傳播速度為一定值光在真空中的傳播速度為一定值c c3 310108 8 m/s. m/s.(2)(2)光速的測量：邁克耳遜的旋轉棱鏡法光速的測量：邁克耳遜的旋轉棱鏡法二、光的反射二、光的反射1 1反射現象：光從一種介質射到另一種介質的界面上再返回反射現象：光從一種介質射到另一種介質的界面上再返回原介質的現象原介質的現象2 2反射定律：反射光線跟入射光線和法線在同一平面，反射定律

3、：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，反射角等于入射且反射光線和入射光線分居法線兩側，反射角等于入射角角3 3分類：光滑平面上的反射現象叫做鏡面反射，發(fā)生在分類：光滑平面上的反射現象叫做鏡面反射，發(fā)生在粗糙平面上的反射現象叫做漫反射鏡面反射和漫反射都粗糙平面上的反射現象叫做漫反射鏡面反射和漫反射都遵循反射定律遵循反射定律現在學習的是第四頁，共22頁4 4光路可逆原理：所有幾何光學中的光現象，光路都是可逆光路可逆原理：所有幾何光學中的光現象，光路都是可逆的的三、平面鏡的作用和成像特點三、平面鏡的作用和成像特點1 1作用：只改變光束的傳播方向，不改變光束的聚散性質

4、作用：只改變光束的傳播方向，不改變光束的聚散性質2 2成像特點：等大正立的虛像，物和像關于鏡面對稱成像特點：等大正立的虛像，物和像關于鏡面對稱3 3像與物方位關系：上下不顛倒，左右要交換像與物方位關系：上下不顛倒，左右要交換做平面鏡成像光路圖的技巧：做平面鏡成像光路圖的技巧：根據平面鏡成像有根據平面鏡成像有對稱性對稱性的特點，確定像的位置，再補的特點，確定像的位置，再補畫光路圖。注意：鏡后的反向延長線要畫成畫光路圖。注意：鏡后的反向延長線要畫成虛線虛線，虛像，虛像用用虛線虛線畫。畫。現在學習的是第五頁，共22頁四、光的折射四、光的折射1折射現象：光從一種介質進入另一種介質，傳播方向折射現象：光

5、從一種介質進入另一種介質，傳播方向發(fā)生變化的現象發(fā)生變化的現象2 2折射定律折射定律(1)(1)折射光線跟入射光線和法線在同一平面折射光線跟入射光線和法線在同一平面(2)(2)折射光線和入射光線分居在法線的兩側折射光線和入射光線分居在法線的兩側(3)(3)入射角的正弦跟折射角的正弦值成正比入射角的正弦跟折射角的正弦值成正比3在折射現象中光路是可逆的在折射現象中光路是可逆的五、折射率五、折射率1 1定義：光從真空射入某種介質，入射角的正弦跟折射定義：光從真空射入某種介質，入射角的正弦跟折射角的正弦之比，叫做介質的折射率角的正弦之比，叫做介質的折射率【注意】【注意】光從真空射入介質光從真空射入介質

6、現在學習的是第六頁，共22頁2公式：公式：折射率總大于折射率總大于1.即即n1.3.物理意義：物理意義：折射率是表示光線從一種介質進入另一種介質時，發(fā)生偏折射率是表示光線從一種介質進入另一種介質時，發(fā)生偏折程度的物理量，與入射角折程度的物理量，與入射角1及折射角及折射角2大小無關大小無關4.光密介質與光疏介質光密介質與光疏介質 介質介質項目項目光密介質光密介質光疏介質光疏介質折射率折射率大大小小光速光速小小大大相對性相對性若若n甲甲n乙乙，則甲是，則甲是 介質介質若若n甲甲n乙乙，則甲是，則甲是 介質介質現在學習的是第七頁，共22頁六、全反射六、全反射1.1.全反射現象：光從光密介質入射到光疏

7、介質的分界面上全反射現象：光從光密介質入射到光疏介質的分界面上時，光全部反射回光密介質的現象時，光全部反射回光密介質的現象2全反射條件：光線從光密介質射向光疏介質，且入全反射條件：光線從光密介質射向光疏介質，且入射角大于或等于臨界角射角大于或等于臨界角3臨界角：折射角等于臨界角：折射角等于90時的入射角時的入射角則則sin C4 4光導纖維：實際用的光導纖維是非常細的特制玻璃絲，光導纖維：實際用的光導纖維是非常細的特制玻璃絲，直徑只有幾微米到一百微米之間，在內芯和外套的界面上發(fā)直徑只有幾微米到一百微米之間，在內芯和外套的界面上發(fā)生全反射，如圖所示生全反射，如圖所示現在學習的是第八頁，共22頁解

8、釋實際生產生活中的現象解釋實際生產生活中的現象朦氣差、玻璃中的氣泡特別明亮、沙漠蜃景、海朦氣差、玻璃中的氣泡特別明亮、沙漠蜃景、海市蜃樓等市蜃樓等現在學習的是第九頁，共22頁例例.如圖所示，一條長度為如圖所示，一條長度為L=5.0m的光導纖維用折射率的光導纖維用折射率為為n= 的材料制成。一細束激光由其左端的中心點以的材料制成。一細束激光由其左端的中心點以= 45的入射角射入光導纖維內，經過一系列全反射后的入射角射入光導纖維內，經過一系列全反射后從右端射出。求：從右端射出。求：該激光在光導纖維中的速度該激光在光導纖維中的速度v是多大？是多大？該激光在光導纖維中傳輸所經歷的時間是多少？該激光在光

9、導纖維中傳輸所經歷的時間是多少？v=2.1108m/st=s/v=2.710-8s2 2現在學習的是第十頁，共22頁七、棱鏡、光的色散七、棱鏡、光的色散1 1棱鏡對光的偏折作用棱鏡對光的偏折作用如圖所示一般所說的棱鏡都是用光如圖所示一般所說的棱鏡都是用光密介質制作的入射光線經三棱鏡兩密介質制作的入射光線經三棱鏡兩次折射后，射出方向與入射方向相比，次折射后，射出方向與入射方向相比，向底面偏折向底面偏折( (若棱鏡的折射率比棱鏡若棱鏡的折射率比棱鏡外介質小則結論相反外介質小則結論相反) )(1)(1)兩次折射后，后來的傳播方向和原來傳播方向間的兩次折射后，后來的傳播方向和原來傳播方向間的夾角夾角即

10、為偏折角即為偏折角(2)(2)在入射角相同的情況下，偏折角度在入射角相同的情況下，偏折角度跟棱鏡材料的跟棱鏡材料的折射率有關，折射率越大，偏折角越大折射率有關，折射率越大，偏折角越大現在學習的是第十一頁，共22頁(3)(3)光線通過三棱鏡后向底面偏光線通過三棱鏡后向底面偏折，通過三棱鏡看物體，看到折，通過三棱鏡看物體，看到的是物體的虛像，向棱鏡的的是物體的虛像，向棱鏡的 方向偏移，如圖所示方向偏移，如圖所示2全反射棱鏡全反射棱鏡橫截面是等腰直角三角形的棱鏡，它在光學儀器里，常用來橫截面是等腰直角三角形的棱鏡，它在光學儀器里，常用來代替平面鏡，改變光的傳播方向，如圖所示，其能量損失更代替平面鏡，

11、改變光的傳播方向，如圖所示，其能量損失更小，效果更好小，效果更好現在學習的是第十二頁，共22頁(1)如圖甲所示，光線垂直如圖甲所示，光線垂直AB面射入，光線在面射入，光線在AC面發(fā)生全反面發(fā)生全反射，光線方向改變了射，光線方向改變了90.(2)如圖乙所示，光線垂直如圖乙所示，光線垂直AC面射入，光線在面射入，光線在AB、BC面面發(fā)生全反射，光線方向改變發(fā)生全反射，光線方向改變180.(3)如圖丙所示，光線平行如圖丙所示，光線平行AC面射入，光線在面射入，光線在AC面發(fā)生全面發(fā)生全反射，射出后方向不變，發(fā)生側移反射，射出后方向不變，發(fā)生側移3.光的色散光的色散(1)定義：白光通過三棱鏡后，在光屏

12、定義：白光通過三棱鏡后，在光屏上形成一條彩色光帶上形成一條彩色光帶光譜，這就光譜，這就是光的色散，如圖所示，光譜中紅光是光的色散，如圖所示，光譜中紅光在最上端，紫光在最下端，中間是橙、在最上端，紫光在最下端，中間是橙、黃、綠、藍、靛等色光黃、綠、藍、靛等色光現在學習的是第十三頁，共22頁(2)(2)光的色散現象說明白光是復色光，是由紅、橙、黃、光的色散現象說明白光是復色光，是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫綠、藍、靛、紫7 7種單色光組成種單色光組成(3)(3)光的色散現象表明，各種色光通過棱鏡紅光偏折最小，紫光的色散現象表明，各種色光通過棱鏡紅光偏折最小，紫光偏折最大光偏折最大(4)(4)同一種

13、介質對不同色光的折射率同一種介質對不同色光的折射率n n不同，對紅光的折射不同，對紅光的折射率最小，對紫光的折射率最大率最小，對紫光的折射率最大在真空中速度相等在真空中速度相等現在學習的是第十四頁，共22頁3.3.光路控制光路控制(1)(1)玻璃磚對光路的控制玻璃磚對光路的控制兩面平行的玻璃磚，出射光線和入射光線兩面平行的玻璃磚，出射光線和入射光線平行，且光線發(fā)生了側移如右圖平行，且光線發(fā)生了側移如右圖(2)(2)三棱鏡對光路的控制對光路的作三棱鏡對光路的控制對光路的作用用光密三棱鏡：光線兩次折射均向底面偏光密三棱鏡：光線兩次折射均向底面偏折折光疏三棱鏡：光線兩次折射均向頂角偏折光疏三棱鏡：光

14、線兩次折射均向頂角偏折全反射棱鏡全反射棱鏡( (等腰直角棱鏡等腰直角棱鏡) )：a a當光線從一直角邊垂直射入時，在斜邊發(fā)生全反射，當光線從一直角邊垂直射入時，在斜邊發(fā)生全反射，從另一直角邊垂直射出從另一直角邊垂直射出b b當光線垂直于斜邊射入時，在兩直角邊發(fā)生全反射當光線垂直于斜邊射入時，在兩直角邊發(fā)生全反射后又垂直于斜邊射出后又垂直于斜邊射出現在學習的是第十五頁，共22頁例例.(2009年高考浙江理綜卷年高考浙江理綜卷)如圖所示，有一束平行于等如圖所示，有一束平行于等邊三棱鏡截面邊三棱鏡截面ABC的單色光從空氣射向的單色光從空氣射向E點，并偏折到點，并偏折到F點已知入射方向與邊點已知入射方

15、向與邊AB的夾角為的夾角為30，E、F分別為邊分別為邊AB、BC的中點，則的中點，則()A A該棱鏡的折射率為該棱鏡的折射率為B B光在光在F F點發(fā)生全反射點發(fā)生全反射C C光從空氣進入棱鏡，波長變小光從空氣進入棱鏡，波長變小D D從從F F點出射的光束與入射到點出射的光束與入射到E E點點的光束平行的光束平行3 3AC現在學習的是第十六頁，共22頁彩虹是懸浮于空氣中的大量小水珠對陽光的色散造成的，如彩虹是懸浮于空氣中的大量小水珠對陽光的色散造成的，如圖所示為太陽光照射到空氣中的一個小水珠發(fā)生全反射和色圖所示為太陽光照射到空氣中的一個小水珠發(fā)生全反射和色散的光路示意圖，其中散的光路示意圖，其

16、中a a、b b為兩束頻率不同的單色光。為兩束頻率不同的單色光。對于這兩束光，以下說法中正確的是對于這兩束光，以下說法中正確的是 （ ）A A單色光單色光a a比單色光比單色光b b的頻率高的頻率高B B由水射向空氣，由水射向空氣，a a光發(fā)生全反射的臨界角大于光發(fā)生全反射的臨界角大于b b光發(fā)光發(fā)生全反射的臨界角生全反射的臨界角C C在水中在水中a a光的傳播速度小光的傳播速度小于于b b光的傳播速度光的傳播速度D D如果如果b b光能使某金屬發(fā)生光能使某金屬發(fā)生光電效應，則光電效應，則a a光也一定能使光也一定能使該金屬發(fā)生光電效應該金屬發(fā)生光電效應太陽光太陽光ba小水珠小水珠B現在學習的

17、是第十七頁，共22頁例例.abc為一全反射棱鏡，它的主截面是等腰直角三角形，為一全反射棱鏡，它的主截面是等腰直角三角形，如圖如圖12115所示一束白光垂直入射到所示一束白光垂直入射到ac面上，在面上，在ab面上發(fā)生全反射，若光線入射點面上發(fā)生全反射，若光線入射點O的位置保持不變，的位置保持不變，改變光線的入射方向改變光線的入射方向(不考慮自不考慮自bc面反射的光線面反射的光線)則：則：(1)(1)使入射光按圖中所示的順時針方使入射光按圖中所示的順時針方向逐漸偏轉，如果有色光射出向逐漸偏轉，如果有色光射出abab面，面，則哪種色光首先射出？則哪種色光首先射出？(2)(2)使入射光按圖中所示的逆時

18、針方使入射光按圖中所示的逆時針方向逐漸偏轉，哪種色光首先射出向逐漸偏轉，哪種色光首先射出abab面面【答案答案】(1)紅光紅光(2)都不能射出都不能射出ab現在學習的是第十八頁，共22頁例例.(2009年高考寧夏理綜卷年高考寧夏理綜卷)一棱鏡的截面為直角三角形一棱鏡的截面為直角三角形ABC，A30，斜邊，斜邊ABa.棱鏡材料的折射率為棱鏡材料的折射率為n ，在此截面所在的平面內，一條光線以在此截面所在的平面內，一條光線以45的入射角從的入射角從AC邊上邊上的中點的中點M射入棱鏡畫出光路圖，并求光線從棱鏡射出的射入棱鏡畫出光路圖，并求光線從棱鏡射出的點的位置點的位置(不考慮光線沿原路返回的情況不考慮光線沿原路返回的情況)2 2現在學習的是第十九頁，共22頁例例. .右圖是一個右圖是一個 圓柱體棱鏡的截面圖，圖中圓柱體棱鏡的截面圖，圖中E E、F F、G G、H H將將半徑半徑OMOM分成分成5 5等