123光的折射-全反射

1、第3單元光的折射_全反射光的折射定律和折射率想一想如圖1231所示，光線以入射角1從空氣射向折射率n的玻璃表面。圖1231(1)當(dāng)入射角145°時(shí)，反射光線與折射光線間的夾角為多少？(2)當(dāng)入射角1為何值時(shí)，反射光線與折射光線間的夾角90°？提示(1)設(shè)折射角為2，由折射定律n得sin 2，所以，230°。因?yàn)?145°，所以180°45°30°105°。(2)因?yàn)?290°，所以，sin2sin(90°1)cos 1，由折射定律得tan 1，1arctan。記一記1光的折射光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一

2、種介質(zhì)時(shí)，傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象稱為光的折射現(xiàn)象。2光的折射定律圖1232(1)內(nèi)容：折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比。(2)表達(dá)式：n12，式中n12是比例常數(shù)。(3)光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。3折射率(1)定義：光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫做這種介質(zhì)的折射率。(2)定義式：n。折射率由介質(zhì)本身的光學(xué)性質(zhì)和光的頻率決定。(3)折射率和光速的關(guān)系：折射率與光在介質(zhì)中傳播的速度有關(guān)，當(dāng)c為真空中光速，v為介質(zhì)中光速時(shí)：n。式中c3×108 m/s，n為介質(zhì)的折射率，總

3、大于1，故光在介質(zhì)中的傳播速度必小于真空中的光速。試一試1如圖1233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()圖1233A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)的光束平行解析：選AC由幾何關(guān)系可推理得入射角160°，折射角230°，由n，A對(duì)；由sin C，臨界角C30°，故在F點(diǎn)不發(fā)生全反射，B錯(cuò)；由n知光進(jìn)入棱鏡波長(zhǎng)變小，C對(duì)；F點(diǎn)出射的光束與BC邊的夾角為30°，不與入射光線

4、平行，D錯(cuò)。全反射色散想一想已知介質(zhì)對(duì)某單色光的臨界角為C，則介質(zhì)對(duì)單色光的折射率為多少？單色光在該介質(zhì)中傳播速度為多少？此單色光在該介質(zhì)中的波長(zhǎng)是多少？提示n；vcsin C；0sin C記一記1全反射(1)條件：光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)。入射角等于或大于臨界角。(2)現(xiàn)象：折射光完全消失，只剩下反射光。(3)臨界角：sin C，C為折射角等于90°時(shí)所對(duì)應(yīng)的入射角。(4)應(yīng)用：全反射棱鏡。光導(dǎo)纖維，如圖1234所示。圖12342光的色散(1)定義：含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象叫做光的色散，如圖1235所示，光譜中紅光在最上端，紫光在最下端，中間是橙、黃、綠、青、藍(lán)等色光。

5、圖1235(2)白光的組成：光的色散現(xiàn)象說明白光是復(fù)色光，是由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫7種單色光組成的。試一試2一束單色光由左側(cè)射入盛有清水的薄壁圓柱形玻璃杯，圖1236所示為過軸線的截面圖，調(diào)整入射角，使光線恰好在水和空氣的界面上發(fā)生全反射。已知水的折射率為，求sin 的值。圖1236解析：當(dāng)光線在水面發(fā)生全反射時(shí)，有sin C當(dāng)光線從左側(cè)射入時(shí)，由折射定律有n聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)可得sin 。答案：折射定律及折射率的應(yīng)用(1)公式n中，不論是光從真空射入介質(zhì)，還是從介質(zhì)射入真空，1總是真空中的光線與法線間的夾角，2總是介質(zhì)中的光線與法線間的夾角。(2)折射率由介質(zhì)本身性質(zhì)決定，與入射角的大小

6、無(wú)關(guān)。(3)折射率與介質(zhì)的密度沒有關(guān)系，光密介質(zhì)不是指密度大的介質(zhì)。(4)同一種介質(zhì)中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越小。例1一半圓柱形透明物體橫截面如圖1237所示，底面AOB鍍銀(圖中粗線)，O表示半圓截面的圓心，一束光線在橫截面內(nèi)從M點(diǎn)入射，經(jīng)過AB面反射后從N點(diǎn)射出。已知光線在M點(diǎn)的入射角為30°，MOA60°，NOB30°。求：圖1237(1)光線在M點(diǎn)的折射角；(2)透明物體的折射率。審題指導(dǎo)(1)根據(jù)反射對(duì)稱確定光路圖；(2)根據(jù)幾何角度關(guān)系確定折射角；(3)由n確定折射率。嘗試解題(1)如圖所示，透明物體內(nèi)部的光路為折線MPN，Q、M點(diǎn)相對(duì)于

7、底面EF對(duì)稱，Q、P和N三點(diǎn)共線。設(shè)在M點(diǎn)處，光的入射角為1，折射角為2，OMQ，PNF根據(jù)題意有30°由幾何關(guān)系得，PNOPQO2，于是260°且2由式得 215°(2)根據(jù)折射率公式有sin 1nsin 2由式得n1.932。答案(1)15°(2)或1.932全 反 射1.全反射的理解(1)如果光線從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，則無(wú)論入射角多大，都不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象。(2)光的全反射現(xiàn)象遵循光的反射定律，光路是可逆的。(3)當(dāng)光射到兩種介質(zhì)的界面上時(shí)，往往同時(shí)發(fā)生光的折射和反射現(xiàn)象，但在全反射現(xiàn)象中，只發(fā)生反射，不發(fā)生折射。當(dāng)折射角等于90°時(shí)，

8、實(shí)際上就已經(jīng)沒有折射光了。(4)全反射現(xiàn)象可以從能量的角度去理解：當(dāng)光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，在入射角逐漸增大的過程中，反射光的能量逐漸增強(qiáng)，折射光的能量逐漸減弱，當(dāng)入射角等于臨界角時(shí)，折射光的能量已經(jīng)減弱為零，這時(shí)就發(fā)生了全反射。2全反射的有關(guān)現(xiàn)象及應(yīng)用(1)海水浪花呈白色、玻璃(水)中氣泡看起來特別亮、沙漠蜃景、夏天的柏油路面看起來“水淋淋”的、海市蜃樓、鉆石的奪目光彩、水下燈照不到整個(gè)水面、全反射棱鏡等。(2)光導(dǎo)纖維：結(jié)構(gòu)：簡(jiǎn)稱光纖，是一種透明的玻璃纖維絲，直徑在幾微米到一百微米之間，由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率，即內(nèi)芯是光密介質(zhì)，外套是光疏介質(zhì)。原理：光在光纖

9、的內(nèi)芯中傳播，每次射到內(nèi)、外層的界面上時(shí)，都要求入射角大于臨界角，從而發(fā)生全反射。例2(2012·山東高考)如圖1238所示，一玻璃球體的半徑為R，O為球心，AB為直徑。來自B點(diǎn)的光線BM在M點(diǎn)射出，出射光線平行于AB，另一光線BN恰好在N點(diǎn)發(fā)生全反射。已知ABM30°，求圖1238(1)玻璃的折射率。(2)球心O到BN的距離。嘗試解題(1)設(shè)光線BM在M點(diǎn)的入射角為i，折射角為r，由幾何知識(shí)可知230°，160°，根據(jù)折射定律得n代入數(shù)據(jù)得n(2)光線BN恰好在N點(diǎn)發(fā)生全反射，則BNO為臨界角Csin C設(shè)球心到BN的距離為d，由幾何知識(shí)可知dRsin

10、 C聯(lián)立以上各式得dR答案(1)(2)R解答全反射類問題的技巧解答全反射類問題時(shí)，要抓住發(fā)生全反射的兩個(gè)條件：一是光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，二是入射角大于或等于臨界角。利用好光路圖中的臨界光線，準(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)生全反射的光路圖是解題的關(guān)鍵，且在作光路圖時(shí)盡量與實(shí)際相符，這樣更有利于問題的分析。光的色散各種色光的比較顏色紅橙黃綠青藍(lán)紫頻率低高同一介質(zhì)中的折射率小大同一介質(zhì)中速度大小波長(zhǎng)大小臨界角大小通過棱鏡的偏折角小大例3實(shí)驗(yàn)表明，可見光通過三棱鏡時(shí)各色光的折射率n隨波長(zhǎng)的變化符合科西經(jīng)驗(yàn)公式：nA，其中A、B、C是正的常量。太陽(yáng)光進(jìn)入三棱鏡后發(fā)生色散的情形如圖1239所示，則()圖1239A屏上c處是紫光B屏上d處是紅光C屏