第3讲光的折射全反射

1 第三章 机械波

第一讲 光的折射 全反射

光的折射定律 折射率

1．折射现象：光从一种介质进入另一种介质时，在界面上传播方向发生改变的现象。

2．折射定律(光路图如图)

(1)折射定律内容：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，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正比。

(2)表达式：n12＝sin θ1sin θ2，式中n12是比例系数。

(3)在光的折射现象中，光路是可逆的。

3．折射率

(1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦的比值。

(2)定义式：n＝sin θ1sin θ2。不能说n与sin_θ1成正比，与sin θ2成反比。折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定。

(3)物理意义：折射率仅反映介质的光学特性，折射率大说明光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小。

(4)计算公式：n＝cv，因v

全反射、光导纤维及光的色散

1．全反射

(1)全反射的条件

①光从光密介质射入光疏介质。

②入射角大于或等于临界角。

(2)全反射现象：折射光完全消失，只剩下反射光。

(3)临界角：折射角等于90°时的入射角，用C表示，且sin C＝1n。

(4)如图所示的光导纤维传输过程，由此可知，光导纤维的传输原理：利用光的全反射。 2

2．光的色散

(1)色散现象：白光通过三棱镜会形成由红到紫七种色光组成的彩色光谱。

(2)成因：由于n红

考点一 折射率及折射定律的应用

1．对折射率的理解

(1)折射率大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中传播速度的大小，v＝cn。

(2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。

(3)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。

2．光路的可逆性

在光的折射现象中，光路是可逆的。如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线射出。

(2018·全国卷Ⅰ)如图所示，△ABC为一玻璃三棱镜的横截面，∠A＝30°。一束红光垂直AB边射入，从AC边上的D点射出，其折射角为60°，则玻璃对红光的折射率为多少？

1.图中虚线表示两种介质的界面或法线,实线表示一束光斜射向界面后发生反射与折射的光路.下列说法正确的是 ( )

A. BO是入射光线 B.AO是反射光线

C.CO是入射光线 D.OB是反射光线 3

2．(多选)一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，下图中能正确描述其光路的是( )

3.(多选)光从空气斜射入介质中,i、r分别为入射角、折射角,比值sinisinr=常数,这个常数 ( )

A.与介质有关

B.与光在介质中的传播速度有关

C.与入射角的大小无关

D.跟入射角的正弦成正比,跟折射角的正弦成反比

4.一束单色光由空气进入水中,则该光在空气和水中传播时( )

A.速度相同,波长相同 B.速度不同,波长相同

C.速度相同,频率相同 D.速度不同,频率相同

5.一束光由空气射入某介质时,入射光与反射光间的夹角为90°,折射光与反射光间的夹角为105°,光在真空中的传播速度为c,则该介质的折射率及光在该介质中的传播速度为 ( )

A.√2 √2c B.√3 √2c2 C.√3 √3c D.√2 √2c2

6.一个人站在湖边,观察离岸一段距离的水下的一条鱼,这个人看到的鱼的位置和鱼在水下真实的位置相比较,下列说法正确的是( )

A.在鱼真实位置正下方某处

B.在鱼真实位置上方某处

C.在鱼真实位置下方偏向观察者的某处

D.所给条件不足,无法确定观察到的鱼的位置

7.井口大小和深度相同的两口井,一口是枯井(图甲),一口是水井(如图乙所示,水面在井口之下),两井底部各有一只青蛙(用黑点表示),则 ( )

甲 乙

A.水井中的青蛙觉得井口大些,晴天的夜晚,水井中的青蛙能看到更多的星星

B.枯井中的青蛙觉得井口大些,晴天的夜晚,水井中的青蛙能看到更多的星星

C.水井中的青蛙觉得井口小些,晴天的夜晚,枯井中的青蛙能看到更多的星星 4 D.两只青蛙觉得井口一样大,晴天的夜晚,水井中的青蛙能看到更多的星星

8.一束光以入射角θ1从空气斜射入折射率n=√2的透明介质表面,如图所示.

(1)当入射角θ1=45°时,求反射光线与折射光线间的夹角θ.

(2)当入射角θ1为何值时,反射光与折射光间的夹角 θ=90°.

考点二 全反射现象的理解和综合分析

1．解答全反射类问题的技巧

(1)要抓住发生全反射的两个条件

①光必须从光密介质射入光疏介质；

②入射角大于或等于临界角。

(2)利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在做光路图时尽量与实际相符。

2．求光的传播时间的一般思路

(1)全反射现象中，光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化，即v＝cn。

(2)全反射现象中，光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定。

(3)利用t＝lv求解光的传播时间。

下图是某种透明物质制成的直角三棱镜ABD的截面图,光在棱镜中的传播速度为2.4×108 m/s.一束光在纸面内垂直于AB所在的面射入棱镜,发现光刚好不能从AD所在的面射出,光在真空中的传播速度为3.0×108 m/s,sin 53°=0.8,cos 53°=0.6,求:

(1)透明物质的折射率和直角三棱镜∠A的大小;

(2)光从BD所在的面首次射出时的折射角α的正弦值.

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1.(多选)下列现象或应用与全反射有关的是 ( )

A.露珠或喷泉的水珠,在阳光照耀下格外明亮

B.直棒斜插入水中时呈现弯折现象

C.用光导纤维传输信号

D.在盛水的玻璃杯中放一空试管,用灯光照亮玻璃杯侧面,在水面上观察水中的试管,看到试管壁特别明亮

2.(多选)已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分别为 1.33、1.55、1.60和1.63,如果光按以下几种方式传播,可能发生全反射的是 ( )

A.光从玻璃射入水晶

B.光从水中射入二硫化碳

C.光从玻璃射入水中

D.光从水晶射入水中

3.(多选)一束光从介质1射入介质2,如图所示.下列对于1、2两种介质的光学属性判断正确的是 ( )

A.介质1是光疏介质

B.介质1的折射率大

C.光在介质1中传播速度大

D.光在介质2中传播速度大

4.(多选)光在某种介质中的传播速度是1.5×108 m/s,光从该介质射向空气时 ( )

A.该介质的临界角是30°

B.大于或等于30°的所有角都是临界角

C.入射角大于或等于30°时都能发生全反射

D.临界角可能是60°

5.光导纤维是利用光的全反射来传输光信号的.光导纤维由内、外两种材料制成,内芯材料的折射率为n1,外套材料的折射率为n2,如图所示的一束光信号与界面间的夹角为α,由内芯射向外套,要想在此界面发生全反射,必须满足的条件是 ( )

A.n1>n2,α大于某一值

B.n1n2,α小于某一值

D.n1

6.如图所示,一段横截面为正方形的玻璃棒,中间部分弯成四分之一圆弧状,一细束单色光由MN端面的中点垂直射入,恰好能在弧面EF上发生全反射,然后垂直PQ端面射出.

(1)该玻璃棒的折射率是 .

(2)若将入射光向N端平移,当光第一次射到弧面EF上时 (选填“能”“不能”或“无法确定能否”)发生全反射.

第二讲 光的干涉与衍射

光的干涉

1．产生干涉的条件

两列光的频率相同，振动方向相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉图样。

2．杨氏双缝干涉

(1)原理如图所示。

(2)明、暗条纹的条件

①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为明条纹。

光的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2，…)，光屏上出现明条纹。

光的路程差r2－r1＝(2k＋1)λ2(k＝0,1,2，…)，光屏上出现暗条纹。

②白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色(填写颜色)。 7 ③条纹间距公式：Δx＝ldλ。

3．薄膜干涉

(1)相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面反射的两列光波。

(2)图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)纹对应薄膜的厚度相等。单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹 ，白光照射薄膜时，形成彩色条纹。

各种色光的比较

颜色 红橙黄绿青蓝紫

频率ν 低→高

同一介质中的折射率 小→大

同一介质中的速度

大→小

波长 大→小

通过棱镜的偏折角 小→大

临界角 大→小

双缝干涉时的条纹间距 大→小

光的衍射

1．发生明显衍射的条件：只有当障碍物(或孔、缝)的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显。

2．衍射条纹的特点

光的偏振现象

1．偏振：光波只沿某一特定的方向振动。

2．自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包括在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫作自然光。

3．偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光。光的偏振证明光是横波。自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。

4．偏振光的应用：应用于照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等。