第一节光的折射和全反射

第十二章第十二章 光学光学第一节第一节 光的折射和全反射光的折射和全反射光学知识结构光学知识结构全全反反射射白白光光色色散散反反射射折折 射射几几何何光光学学干干涉涉衍衍射射偏偏振振物物理理光光学学波波动动性性（横横波波）粒粒子子性性光光电电效效应应康康普普顿顿效效应应光光线线传传播播规规律律同种介质直线传播同种介质直线传播光的折射定律光的折射定律折射定律折射定律折射引起的色散折射引起的色散全反射全反射光的反射定律光的反射定律新删内容新删内容新删内容新删内容一一.折射定律折射定律1.折射定律：折射定律：3.2P2212.折射率：折射率：3.折射的基本规律：折射的基本规律：发生折射现象时，在光密介质中的角小，光疏介质发生折射现象时，在光密介质中的角小，光疏介质中的角大中的角大（介介质质角角）真真空空角角）21sin(sinn Csin1vc 空气空气水水1AOC2MNAB例题：如图一束光线从介质射入真空中，光线与例题：如图一束光线从介质射入真空中，光线与MN的夹角分别为的夹角分别为600和和370。则这种介质的折射率是多少？。则这种介质的折射率是多少？在介质中的光速是多少？在介质中的光速是多少？60 37 30 53 sinsinn 真真空空介介质质sin 53sin 30 0.81.60.5 883.0101.910 m/s1.6cvn 例题：例题：(98(98高考）高考）如图一个储油桶的底面直径与高均为如图一个储油桶的底面直径与高均为d d当桶内没有当桶内没有油时，从某点恰能看到桶底边缘的某点。当桶油时，从某点恰能看到桶底边缘的某点。当桶内油的深度等于桶高的一半时，仍沿方向看去，内油的深度等于桶高的一半时，仍沿方向看去，恰好看到桶底上的点恰好看到桶底上的点C C，两点距离，两点距离d/4d/4求油的求油的折射率和光在油中传播的速度。折射率和光在油中传播的速度。AFDOBCddd/2210s/m109.18 例题：（例题：（0707江苏江苏)如图所示，巡查员站立于一空的贮液池边，检查池角如图所示，巡查员站立于一空的贮液池边，检查池角处出液口的安全情况。已知池宽为处出液口的安全情况。已知池宽为，照明灯到池底，照明灯到池底的距离为的距离为。若保持照明光束方向不变，向贮液池中。若保持照明光束方向不变，向贮液池中注入某种液体，当液面高为注入某种液体，当液面高为时，池底的光斑距时，池底的光斑距离出液口离出液口。试求：当液面高为。试求：当液面高为时，池时，池底的光斑到出液口的距离底的光斑到出液口的距离x。x=L/3例题：在深例题：在深1m的水池中插一根竖直的木杆，木杆露的水池中插一根竖直的木杆，木杆露出水面部分长度为出水面部分长度为0.3m。当阳光以与水平方向成。当阳光以与水平方向成37角斜射时，测得木杆在水池底部的影长为角斜射时，测得木杆在水池底部的影长为1.15m。取取sin37=0.6,cos37=0.8。由此得出水的折射率是。由此得出水的折射率是_，光在水中的速度是，光在水中的速度是_。37irs1h1h2s2s2例题：例题：（1）由于光的折射，站在岸上的人看到水中的鱼）由于光的折射，站在岸上的人看到水中的鱼的位置会比鱼的实际位置（的位置会比鱼的实际位置（）潜水员在水中观察）潜水员在水中观察岸上的景物的位置会比景物的实际位置（岸上的景物的位置会比景物的实际位置（）高高高高 人在水上看到物体的像，人在水上看到物体的像，比实际物体位置偏上，比实际物体位置偏上，感觉水比较浅。感觉水比较浅。（2）假设地球表面不存在大气层，那么人们观察）假设地球表面不存在大气层，那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比将到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比将（）人们观察到的日落时刻与实际存在大气层）人们观察到的日落时刻与实际存在大气层的情况相比将的情况相比将（）延后延后延后延后有大气，看到太阳更早；有大气，看到太阳更早；没有大气，将迟一些看到没有大气，将迟一些看到太阳太阳090C0sin90sinnC 光光密密光光疏疏 C C是临界角是临界角二二.全反射全反射 情景情景 当光从当光从介质介质射入射入空气空气时时1sinCn 发生条件：发生条件：光密入光疏光密入光疏 入射角大于临界角入射角大于临界角介n空n 规律：规律：O例题例题.白光射入半圆透镜，并经过圆心白光射入半圆透镜，并经过圆心O点射出。点射出。若半圆透镜绕若半圆透镜绕O点顺时针旋转，哪种颜色先消失？点顺时针旋转，哪种颜色先消失？例题：例题：如图，置于空气中的一不透明容器中盛满某种如图，置于空气中的一不透明容器中盛满某种透明液体。容器底部靠近器壁处有一竖直放置的透明液体。容器底部靠近器壁处有一竖直放置的6.0cm长的线光源。靠近线光源一侧的液面上盖有一长的线光源。靠近线光源一侧的液面上盖有一遮光板，另一侧有一水平放置的与液面等高的望远镜，遮光板，另一侧有一水平放置的与液面等高的望远镜，用来观察线光源。开始时通过望远镜不能看到线光源用来观察线光源。开始时通过望远镜不能看到线光源的任何一部分。将线光源沿容器底向望远镜一侧平移的任何一部分。将线光源沿容器底向望远镜一侧平移至某处时，通过望远镜刚好可能看到线光源底端。再至某处时，通过望远镜刚好可能看到线光源底端。再将线光源沿同一方向移动将线光源沿同一方向移动8.0cm，刚好可以看到其顶，刚好可以看到其顶端。求此液体的折射率端。求此液体的折射率n。n=1.25=1.3=1.25=1.3例题：（例题：（2006北京）北京）水的折射率为水的折射率为n，距水面深，距水面深h处有一个点光源，岸上处有一个点光源，岸上的人看到水面被该光源照亮的圆形区域的的直径为的人看到水面被该光源照亮的圆形区域的的直径为)1tan(arcsin2nh)tan(arcsin2nh)1tan(arccos2nh)cot(arccos2nhABCDA折射率折射率 全反射全反射 光路图光路图例题：例题：（2010重庆）重庆）卷卷P2-7如图所示，空气中在一折射率为如图所示，空气中在一折射率为 的玻璃柱体，其的玻璃柱体，其横截面是圆心角为横截面是圆心角为90、半径为、半径为R的扇形的扇形OAB，一束，一束平行光平行于横截面，以平行光平行于横截面，以45入射角照射到入射角照射到OA上，上，OB不透光，若只考虑首次入射到圆弧不透光，若只考虑首次入射到圆弧AB上的光，则上的光，则AB上有光透出部分的弧长为上有光透出部分的弧长为 A.B.C.D.B光路图、光路图、光的光的折射、全反射折射、全反射16R14R13R512R245301sin45sinn 3014530Csin90sinn 45C例题：（例题：（0909年浙江卷）年浙江卷）如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面的单色光从如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面的单色光从空气射向空气射向E E点，并偏折到点，并偏折到F F点，已知入射方向与边的夹点，已知入射方向与边的夹角为角为 ，E E、F F分别为边分别为边ABAB、BCBC的中点，则的中点，则A A该棱镜的折射率为该棱镜的折射率为B B光在光在F F点发生全反射点发生全反射C C光从空气进入棱镜，波长变小光从空气进入棱镜，波长变小D D从点出射的光束与入射到点的光束平行从点出射的光束与入射到点的光束平行 30AC3折射率、光速、波长关系、光路图折射率、光速、波长关系、光路图60,90abcbac例题：例题：（05全国全国1）图示为一直角棱镜的横截面，图示为一直角棱镜的横截面，一平行细光束从一平行细光束从O点沿垂直于点沿垂直于bc面的方向射入棱镜。面的方向射入棱镜。已知棱镜材料的折射率已知棱镜材料的折射率n=，若不考虑原入射光在，若不考虑原入射光在bc面上的反射光，则有光线（面上的反射光，则有光线（）2A从从ab面射出面射出B从从ac面射出面射出C从从bc面射出，且与面射出，且与bc面斜交面斜交D从从bc面射出，且与面射出，且与bc面垂直面垂直 B D折射折射 全反射全反射 光路图光路图光导纤维光导纤维内内 窥窥 镜镜光光 纤纤内芯：内芯：n大大外套：外套：n小小i全反射应用：全反射应用：光导纤维的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光导纤维的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播。以下关于光导纤维的说法正确的是光在内芯中传播。以下关于光导纤维的说法正确的是A A、内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯与外套的、内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射界面发生全反射B B、内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的、内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射界面发生全反射C C、内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的、内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界面发生折射界面发生折射D D、内芯的折射率与外套相同，外套的材料有韧性，可、内芯的折射率与外套相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用以起保护作用例题：例题：(2007(2007北京北京)A三三.折射引起的色散折射引起的色散 白光经过三棱镜色散情景图：白光经过三棱镜色散情景图：nn 红红紫紫三三棱棱镜镜色色散散实实验验 CC 红红紫紫vv 红红紫紫cnv 1sinCn 紫光偏折最大紫光偏折最大红光偏折最小红光偏折最小红紫cnv nnnnnnn 红红橙橙黄黄绿绿蓝蓝靛靛紫紫vvvvvvv 红红橙橙黄黄绿绿蓝蓝靛靛紫紫CCCCCCC 红红橙橙黄黄绿绿蓝蓝靛靛紫紫1sinCn 偏转角偏转角折射率折射率n光速光速v临界角临界角C频率频率 f波长波长 光子光子能量能量小小红光红光红光红光紫光紫光红光红光红光红光紫光紫光红光红光大大紫光紫光紫光紫光红光红光紫光紫光紫光紫光红光红光紫光紫光色散色散例题：例题：(05(05广东广东)如图所示，一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象，下如图所示，一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象，下列说法正确的是列说法正确的是 红光的偏折最大，紫光的偏折最小红光的偏折最大，紫光的偏折最小红光的偏折最小，紫光的偏折最大红光的偏折最小，紫光的偏折最大玻璃对红光的折射率比紫光大玻璃对红光的折射率比紫光大玻璃中紫光的传播速度比红光大玻璃中紫光的传播速度比红光大3.2P225-例例12 小结小结BA.A.OAOA为黄光，为黄光，OBOB为紫光为紫光 B.B.OAOA为紫光，为紫光，OBOB为黄光为黄光C.C.OAOA为黄光，为黄光，OBOB为复色光为复色光D.D.OAOA为紫光，为紫光，OBOB为复色光为复色光C全反射全反射 光射到界面上，一定发生反射不一定折射光射到界面上，一定发生反射不一定折射例题：例题：(04(04江苏江苏)卷卷P1-3P1-3如图所示，只含黄光和紫光的复色光束如图所示，只含黄光和紫光的复色光束POPO，沿半径，沿半径方向射入空气中的玻璃半圆柱后，被分成两光束方向射入空气中的玻璃半圆柱后，被分成两光束OAOA和和OBOB沿如图所示方向射出则沿如图所示方向射出则例题：（例题：（08全国全国）一束单色光斜射到厚平板玻璃的一个表面上一束单色光斜射到厚平板玻璃的一个表面上,经两次经两次折射后从玻璃板另一个表面射出折射后从玻璃板另一个表面射出,出射光线相对于入出射光线相对于入射光线侧移了一段距离射光线侧移了一段距离.在下列情况下在下列情况下,出射光线侧出射光线侧移距离最大的是移距离最大的是A.红光以红光以30的入射角入射的入射角入射B.红光以红光以45的入射角入射的入射角入射C.紫光以紫光以30的入射角入射的入射角入射D.紫光以紫光以45的入射角入射的入射角入射3.2P224 小结小结3.2P224-例例7、P226-例、卷例、卷P2-6Dd例题：例题：（20102010全国全国2 2）频率不同的两束单色光频率不同的两束单色光1 1和和2 2 以相同的入射角从同一以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后，其光路如右图所示，下列说法点射入一厚玻璃板后，其光路如右图所示，下列说法正确的是正确的是A.A.单色光单色光1 1的波长小于单色光的波长小于单色光2 2的波长的波长B.B.在玻璃中单色光在玻璃中单色光1 1的传播速度大于单色光的传播速度大于单色光2 2 的传播的传播速度速度C.C.单色光单色光1 1通过玻璃板所需的时间小于通过玻璃板所需的时间小于单色光单色光2 2通过玻璃板所需的时间通过玻璃板所需的时间D.D.单色光单色光1 1从玻璃到空气的全反射临界从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光角小于单色光2 2从玻璃到空气的全反射从玻璃到空气的全反射临界角临界角A折射率、光速、波长关系折射率、光速、波长关系折射引起的色散折射引起的色散现象：霓和虹现象：霓和虹