折射與全反射

《光學(xué)》幾何光學(xué)物理光學(xué)反射，折射全反射色散光的波動(dòng)性光的粒子性干涉衍射偏振光電效應(yīng)1、光在同一種均勻介質(zhì)中沿直線傳播.2、光能在真空中傳播,各種不同頻率的光在真空中傳播速度都相同,都等于光速.一、光的直線傳播3、光在介質(zhì)中傳播的速度小于光速４、光的直線傳播的應(yīng)用:小孔成像；影子；日食；月食等光在介質(zhì)中傳播的速度與折射率n有關(guān)(即與介質(zhì)和光的頻率有關(guān))注意：所有幾何光學(xué)中的光路都是可逆的.二、光的反射1.定義：2.光的反射定律：3.反射的分類(lèi)：鏡面反射、漫反射三、平面鏡成像的特點(diǎn)等大對(duì)稱(chēng)、正立虛像、左右互換反射光線的延長(zhǎng)線交于像點(diǎn)例、（04全國(guó)）圖中M是豎直放置的平面鏡，鏡離地面的距離可調(diào)節(jié)。甲、乙二人站在鏡前，乙離鏡的距離為甲離鏡的距離的2倍，如圖所示。二人略錯(cuò)開(kāi)，以便甲能看到乙的像。以l表示鏡的長(zhǎng)度，h表示乙的身高，為使甲能看到鏡中乙的全身像，l的最小值為（）

A．

B．C．D．hA例：內(nèi)表面只反射而不吸收光的圓筒內(nèi)有一半徑為R的黑球，距球心為2R處有一點(diǎn)光源S，球心O和光源S皆在圓筒軸線上，如圖所示．若使點(diǎn)光源向右半邊發(fā)出的光最后全被黑球吸收，則筒的內(nèi)半徑r最大為多少？四、光的折射1.定義：光線從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，

發(fā)生改變的現(xiàn)象叫做光的折射現(xiàn)象.2.折射定律：折射光線與

、

處在同一平面內(nèi)；折射光線與入射光線分別位于______的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成

.傳播方向入射光線法線法線正比3、折射率1）定義：光從真空射入某種介質(zhì)中時(shí)，入射角和折射角的正弦值之比，叫做這種介質(zhì)的折射率sinisinrn=定義式：2）另一種定義方法：某介質(zhì)的折射率，等于光在真空中的速度C與光在介質(zhì)中的速度之比：4、對(duì)折射率的幾點(diǎn)說(shuō)明1）折射率的大小由介質(zhì)本身和光的頻率共同決定，與入射角、折射角的大小無(wú)關(guān).2）折射率反映介質(zhì)對(duì)光的偏折能力的大小折射定律的推廣式：光從一種介質(zhì)（n1）到另一種介質(zhì)(n2),折射定律可表示為：3）★平行玻璃磚對(duì)光線的偏折光線通過(guò)玻璃磚后，出射光線方向與入射光線平行，但有側(cè)移。irΔx(側(cè)移量)d例.一束單色光斜射到厚平板玻璃的一個(gè)表面上,經(jīng)兩次折射后從玻璃板另一個(gè)表面射出,出射光線相對(duì)于入射光線側(cè)移了一段距離.在下列情況下,出射光線側(cè)移距離最大的是()A.紅光以30°的入射角入射B.紅光以45°的入射角入射C.紫光以30°的入射角入射D.紫光以45°的入射角入射D★平行玻璃磚對(duì)光線的偏折例：如圖所示，一透明塑料棒的折射率為n,光線由棒的一端面射入,若要求所有的入射光都不會(huì)從上下側(cè)面出射,對(duì)n有何要求?練習(xí):如圖為一立方體玻璃磚,折射率為,放在空氣中一束平行光從立方體的上表面斜射進(jìn)來(lái),入射角α<900,然后它投射到左端側(cè)面,則:A、無(wú)論α角多大，該光線都能從這個(gè)側(cè)面射出B、無(wú)論α角多大，該光線都不能從這個(gè)側(cè)面射出C、只有α<450時(shí)，該光線才不能這個(gè)側(cè)面射出D、只有α>450時(shí)，該光線才不能這個(gè)側(cè)面射出B利用光的折射解釋實(shí)際問(wèn)題現(xiàn)象一：“視深變淺”，從空氣中看水中物體，物體比實(shí)際的深度要淺★垂直往下看時(shí)，h′=h／n空氣水界面AA'現(xiàn)象二：從水中看水面上的物體，物體比實(shí)際的高度要高；現(xiàn)象三、大氣對(duì)光線的折射:現(xiàn)象：1）天上的星星、太陽(yáng)比實(shí)際高度要高2）日出提前，日落延后n大n小n中★有大氣層與無(wú)大氣層相比三、全反射當(dāng)光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí),折射角大于入射角當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí),折射角會(huì)達(dá)到900,此時(shí)折射光完全消失，即全反射。全反射臨界角：（1）光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，當(dāng)折射角變?yōu)?0°時(shí)的入射角叫臨界角；（2）光從折射率為n的介質(zhì)射向真空時(shí)臨界角的計(jì)算公式:產(chǎn)生全反射的條件：（1）光必須從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)；（2）入射角必須等于或大于臨界角．在兩種介質(zhì)的分界面上一般有反射還有折射，但一旦滿足全反射的條件，則只有反射沒(méi)有折射全反射的應(yīng)用：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，n內(nèi)芯>n外套,在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生全反射，如圖所示設(shè)光以入射角＝600從空氣入射到光導(dǎo)纖維的左端，內(nèi)芯的折射率為n1=1.73，外套的折射率為n2=1.5，且光導(dǎo)纖維的長(zhǎng)度為Ｌ，問(wèn)信號(hào)從一端到另一端的時(shí)間為多少？(光在真空中的速度為Ｃ)例:如圖所示，ABC是由折射率為的某種透明物質(zhì)制成的直角三棱鏡的橫截面，∠A=30°,一束光線在紙面內(nèi)從AB的中點(diǎn)O射入棱鏡，光線與AB面間的夾角為α.

若不考慮光在AB面和BC面上的反射.（1）若α=45°，請(qǐng)作出光路圖并標(biāo)明相應(yīng)的角度；（2）要使射入O點(diǎn)的光線能從AC面射出，夾角α(0°<α<90°)應(yīng)滿足什么條件？（結(jié)果可用反三角函數(shù)表示）【例】如圖5所示，用折射率n=

的玻璃做成一個(gè)外徑為R的半球形空心球殼.一束與O′O平行的平行光射向此半球的外表面，若讓一個(gè)半徑為的圓形遮光板的圓心過(guò)O′O軸，并且垂直該軸放置.則球殼內(nèi)部恰好沒(méi)有光線射入，問(wèn)：（1）臨界光線射入球殼時(shí)的折射角θ2為多大？（2）球殼的內(nèi)徑R′為多少？圖5例．一個(gè)均勻的透明圓柱體切成橫截面如圖所示的柱體，一束平行光從空氣垂直AB平面射入（不考慮二次反射），則：A．II部分光線一定能全部射出B．II部分光線能否全部射出與透明體的折射率有關(guān)C．I、III兩部分光線一定能全部射出D．I、III兩部分光線能否全部射出與透明體的折射率有關(guān)BC結(jié)論：光線從玻璃球一側(cè)射入一定能從另一側(cè)射出例.

如圖示，一束平行光照射在半徑為R的半圓柱形玻璃磚的圓柱面上，光線a是與一條半徑重合的光線，該光線照射到圓心O點(diǎn)與直徑AB夾角為45°，且剛好發(fā)生全反射．請(qǐng)作圖并確定出光線能從AB面射出的范圍．

aOAB45°解:

畫(huà)出光路圖如圖示:a左側(cè)的光線在AB面發(fā)生全反射，從圓弧面上射出；aOABa右側(cè)的光線在AB面不發(fā)生全反射，直接從AB面射出；aOABCb45°跟圓弧面相切的光線b，入射角為90°，沿垂直AB面的方向射出。OC為光線射出的范圍第三講折射中的的色散i1r1r2i2θ四、光線通過(guò)棱鏡（1）光線通過(guò)三棱鏡向底面偏折，通過(guò)三棱鏡所成的像向頂角偏移。（2）在入射角一定的情況下，折射率越大，偏折角越大。（3）白光通過(guò)三棱鏡后產(chǎn)生色散現(xiàn)象。（4）全反射棱鏡。δ改變180度改變90度方向不改變五、光的色散１、成因分析：同種介質(zhì)對(duì)不同色光的折射率不同。（不同色光在介質(zhì)中傳播的速度不同）２、光的色散的規(guī)律：紅紫★結(jié)論：頻率大，折射率大，偏轉(zhuǎn)角大白光例1:如圖所示，OO′是半圓柱形對(duì)稱(chēng)面與紙面的交線．在圖內(nèi)有兩束與OO′平行且距OO′距離相等的單色光A和B，從玻璃磚射出后相交于OO′的下方的P點(diǎn)．由此可以得出的結(jié)論是 []A．A光在玻璃磚中的速度比B光在玻璃磚中的速度小B．玻璃磚對(duì)A光的折射率比對(duì)B光的折射率小C．在空氣中，A光的波長(zhǎng)比B光的波長(zhǎng)短D．B光光子的能量比A光光子的能量小ACDO′OPBA如圖，a和b都是厚度均勻的平玻璃板，它們之間的夾角為φ，一細(xì)光束以入射角θ從P點(diǎn)射入，θ＞φ，已知此光束由紅光和藍(lán)光組成，則當(dāng)光束透過(guò)b板后（