光的折射和全反射

關(guān)于光的折射和全反射一、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(chǎng)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．第2頁,共22頁，2024年2月25日，星期天例.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gMvASNA第3頁,共22頁，2024年2月25日，星期天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(cè)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．第4頁,共22頁，2024年2月25日，星期天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(zhǎng)線要畫成虛線，虛像用虛線畫。第5頁,共22頁，2024年2月25日，星期天四、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)．第6頁,共22頁，2024年2月25日，星期天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θ1及折射角θ2大小無關(guān)．4.光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)

介質(zhì)項(xiàng)目光密介質(zhì)光疏介質(zhì)折射率大小光速小大相對(duì)性若n甲＞n乙，則甲是

介質(zhì)若n甲＜n乙，則甲是

介質(zhì)第7頁,共22頁，2024年2月25日，星期天六、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．第8頁,共22頁，2024年2月25日，星期天解釋實(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、海市蜃樓等第9頁,共22頁，2024年2月25日，星期天例.如圖所示，一條長(zhǎng)度為L(zhǎng)=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α=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：⑴該激光在光導(dǎo)纖維中的速度v是多大？⑵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/st=s/v=2.7×10-8s第10頁,共22頁，2024年2月25日，星期天七、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θ即為偏折角．(2)在入射角相同的情況下，偏折角度θ跟棱鏡材料的折射率有關(guān)，折射率越大，偏折角越大．第11頁,共22頁，2024年2月25日，星期天(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．第12頁,共22頁，2024年2月25日，星期天(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．第13頁,共22頁，2024年2月25日，星期天(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．在真空中速度相等第14頁,共22頁，2024年2月25日，星期天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①用光密三棱鏡：光線兩次折射均向底面偏折．②光疏三棱鏡：光線兩次折射均向頂角偏折．③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．第15頁,共22頁，2024年2月25日，星期天例.(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θ＝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(zhǎng)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第16頁,共22頁，2024年2月25日，星期天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)太陽光ba小水珠B第17頁,共22頁，2024年2月25日，星期天例.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第18頁,共22頁，2024年2月25日，星期天例.(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)．第19頁,共22頁，2024年2月25日，星期天例.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

OEFGHMNF1G1H1E1B第20頁,共22頁，2024年2月25日，星期天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