物理第十四章 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论 第3讲 光的折射 全反射

第十四章机械振动与机械波光电磁波与相对论第十四章机械振动与机械波光电磁波与相对论第第3 3讲光的折射全反射讲光的折射全反射过好双基关一、光的折射定律折射率一、光的折射定律折射率1.折射定律(1)内容：如图1所示，折射光线与入射光线、法线处在 内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成 比.(2)表达式： n.(3)在光的折射现象中，光路是 的.图1同一平面正可逆2.折射率(1)折射率是一个反映介质的 的物理量.(2)定义式：n .(3)计算公式：n ，因为v 光线在玻璃砖内会发生三次全反射，最后由G点射出，如图乙，由反射定律和几何关系得射到G点的光有一部分被反射，沿原路返回到达C点射出.1.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球球)对光路的控制对光路的控制命题点三光路控制和色散能力考点师生共研能力考点师生共研 类别项目平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)结构玻璃砖上下表面是平行的横截面为三角形横截面是圆对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底边偏折圆界面的法线是过圆心的直线，经过两次折射后向圆心偏折应用测定玻璃的折射率全反射棱镜，改变光的传播方向改变光的传播方向特别提醒特别提醒不同颜色的光的频率不同，在同一种介质中的折射率、光速也不同，发生全反射现象的临界角也不同.2.光的色散及成因光的色散及成因(1)含有多种颜色的光被分解为单色光的现象称为光的色散.(2)含有多种颜色的光从一种介质进入另一种介质，由于介质对不同色光的折射率不同，各种色光的偏折程度不同，所以产生光的色散.3.各种色光的比较各种色光的比较颜色红橙黄绿青蓝紫频率f低高同一介质中的折射率小大同一介质中速度大小波长大小临界角大小通过棱镜的偏折角小大答案解析图9得：130，237由分析可知，恰好分开时：xd(tan 37tan 30)变式变式4如图10所示，一束宽度为d的平行光射向截面为正三角形的玻璃三棱镜，入射光与AB界面夹角为45，玻璃的折射率n ，光束通过三棱镜后到达与BC界面平行的光屏PQ，求光屏PQ上光斑的宽度D.答案解析图10解析解析设AB面的入射角为，折射角为，光线射到BC边时由几何关系可知入射角30，得45变式变式5单色细光束射到折射率n 的透明球面，光束在过球心的平面内，入射角i45，研究经折射进入球内后，又经内表面反射一次，再经球面折射后射出的光线，如图11所示(图上已画出入射光和出射光).(1)在图上大致画出光线在球内的路径和方向.答案解析图11答案答案见解析图解析解析光线从入射到出射的光路如图所示，入射光线AB经玻璃折射后，折射光线为BC，又经球内壁反射后，反射光线为CD，再经折射后，折射出的光线为DE.OB、OD为球的半径，即为法线.(2)求入射光与出射光之间的夹角.答案解析答案答案304r2i，把r30，i45代入得：30.课时作业1.(多选)如图1所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射入E点，并偏折到F点，已知入射方向与边AB的夹角为30，E、F分别为边AB、BC的中点，则下列说法正确的是A.该棱镜的折射率为B.光在F点发生全反射C.光从空气进入棱镜，波长变短D.光从空气进入棱镜，波速变小E.从F点出射的光束与入射到E点的光束平行答案双基巩固练双基巩固练解析12345678图1由几何关系可知，在BC边上的入射角小于临界角，不会发生全反射，B错；三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折，不会与入射到E点的光束平行，故E错误.123456782.如图2所示，光导纤维由内芯和包层两个同心圆柱体组成，其中心部分是内芯，内芯以外的部分为包层，光从一端进入，从另一端射出，下列说法正确的是A.内芯的折射率大于包层的折射率B.内芯的折射率小于包层的折射率C.不同频率的可见光从同一根光导纤维的一端传输到另一端所用的时间相同D.若紫光以如图所示角度入射时，恰能在内芯和包层分界面上发生全反射， 则改用红光以同样角度入射时，也能在内芯和包层分界面上发生全反射答案图2123456783.一束复色光由空气斜射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光a、b.已知a光的频率小于b光的频率，下列光路图正确的是答案解析12345678解析解析两种单色光射入玻璃砖时的折射角小于入射角，据此可排除选项A、B；已知a光的频率小于b光的频率，那么a光在玻璃砖中的折射率较小，入射角相同时，折射角较大，选项D正确.123456784.(2015重庆理综11(1)虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球来说明.两束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带，光路如图3所示.M、N、P、Q点的颜色分别为A.紫、红、红、紫 B.红、紫、红、紫C.红、紫、紫、红 D.紫、红、紫、红答案图3解析12345678解析解析玻璃对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大，由折射定律和反射定律可知M点为紫色，N点为红色，P点为红色，Q点为紫色，故A项正确.12345678答案解析答案答案45图4得C4512345678答案解析答案答案4530(2)A点处光线的入射角和折射角.12345678解析解析由题给条件画出光路图，如图所示，得i45123456786.(2017湖南长沙四县三月模拟)如图5所示，将半径为R的透明半球体放在水平桌面上方，O为球心，直径恰好水平，轴线OO垂直于水平桌面.位于O点正上方某一高度处的点光源S发出一束与OO夹角60的单色光射向半球体上的A点，光线通过半球体后刚好垂直射到桌面上的B点，已知OB R，光在真空中传播速度为c，不考虑半球体内光的反射，求：(1)透明半球体对该单色光的折射率n；综合提升练综合提升练图5答案解析12345678解析解析光从光源S射出经半球体到达水平桌面的光路如图.得COD60由几何知识知COD60故，由几何知识得6012345678(2)该光在半球体内传播的时间.答案解析由几何关系知ACAO，且ACsin AOOB123456787.(2017河北冀州2月模拟)在真空中有一正方体玻璃砖，其截面如图6所示，已知它的边长为d.在AB面上方有一单色点光源S，从S发出的光线SP以60入射角从AB面中点射入，当它从侧面AD射出时，出射光线偏离入射光线SP的偏向角为30，若光从光源S到AB面上P点的传播时间和它在玻璃砖中传播的时间相等，求点光源S到P点的距离.答案图6解析12345678由几何关系有90(60)()30联立以上各式并代入数据得45，6012345678设点光源到P点的距离为L，有Lct12345678答案解析图7答案答案15012345678解析解析设图中N点为光线在球冠内底面上的反射点，光线的光路图如图所示.设光线在M点的入射角为i、折射角为r，在N点的入射角为i，反射角为i，玻璃折射率为n.由几何关系知OAM为等边三角形，则i60由折射定律有sin insin rr3012345678作底面在N点的法线NE，由于NEAM，有i30 根据反射定律，有i30 连接ON，由几何关系知MANMON，故有MNO60 由式得ENO30于是ENO为反射角，NO为反射光线.这一反射光线经球面再次折射后不改变方向.所以，经一次反射后射出玻璃球冠的光线相对于入射光线的偏角为180ENO150.12345678