1、 光的折射、全反射和色散 1光的折射 (1)折射现象：光从一种介质斜射进入另一种介质时，传播方向发生 的现象 (2)折射定律：内容：折射光线与入射光线、法线处在 ，折射光线与入射光线分别位 于 的两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成 表达式：n12，式中n12是比例常数 在光的折射现象中，光路是 (3)折射率： 定义：光从真空射入某介质时， 的正弦与 的正弦的比值 定义式：n (折射率由介质本身和光的频率决定) 计算式：n (c为光在真空中的传播速度，v是光在介 质中的传播速度，由此可知，n1) 2全反射 (1)发生条件：光从 介质射入 介质；入射角 临界角 (2)现象：折射光完全消失，只剩下
2、光 (3)临界角：折射角等于90时的入射角，用C表示，sinC . (4)应用： 全反射棱镜； 光导纤维，如图所示3光的色散 (1)光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为 光的现象 (2)色散规律：由于n红n紫，所以以相同的入射角射到棱镜界面时，红光和紫光的折射角不同，即紫光偏折得更明显当它们射到另一个界面时， 光的偏折最大， 光的偏最小 (3)光的色散现象说明： 白光为复色光； 同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率 ； 不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速 1光密介质不是指密度大的介质，折射率的大小与介质的密度无关 2由n知，当光从真空射向其他透明介质时，频率不
3、变，波速和波长都发生改变 光的波动性 1光的干涉 (1)产生干涉的条件：两列光的 相同， 恒定 (2)杨氏双缝干涉原理如图所示产生明、暗条纹的条件a单色光：若路程差r2r1k(k0,1,2)，光屏上出现 ；若路程差r2r1 (2k1) (k0,1,2)，光屏上出现 b白光：光屏上出现彩色条纹相邻明(暗)条纹间距：x. (3)薄膜干涉 概念：由薄膜的前后表面反射的两列光相互叠加而成劈形薄膜干涉可产生平行 条纹 应用：检查工件表面的平整度，还可以做增透膜 2光的衍射 (1)光的衍射现象：光在遇到障碍物时，偏离直线传播方向而照射到 区域的现象 (2)发生明显衍射现象的条件：当孔或障碍物的尺寸比光波波
4、长小，或者跟波长差不多时，光才能发生明显的衍射现象 (3)各种衍射图样 单缝衍射：中央为 ，两侧有明暗相间的条纹，但间距和 不同用白光做衍射实验时，中央条纹仍为 ，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光 圆孔衍射：明暗相间的不等距 泊松亮斑(圆盘衍射)：光照射到一个半径很小的圆盘后，在圆盘的阴影中心出现的亮斑，这是光能发生衍射的有力证据之一 (4)衍射与干涉的比较 3光的偏振现象 (1)偏振光：在 于传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光 (2)自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光包含沿一切方向振动的光，而且在各个方向上的光波强度都相等 (3)光的偏振现象说明光是 波 (4)获得偏振光
5、的方法有两种：让自然光经过 或使反射光与折射光垂直 (5)偏振光的应用：水下照像、立体电影等 (6)平时我们所看到的光，除了直接从光源发出的光以外都是偏振光 对折射率的理解1.折射率是用光线从真空斜射入介质，入射角的正弦与折射角的正弦之比定义的由于光路可逆，入射角、折射角随光路可逆而“换位”，因此，在应用时折射率可记忆为n (真空角为真空中的光线与法线的夹角，介质角为介质中的光线与法线的夹角) 2折射率的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 3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，对频率大的光折射率大，对频率小的光折射率小 4同一种色光，
6、在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率不变1对于某单色光，玻璃的折射率比水大,则此单色光在玻璃中传播时（ ）A其速度比在水中大，其波长比在水中长 B其速度比在水中大，其波长比在水中短 C其速度比在水中小，其波长比在水中短 D其速度比在水中小，其波长比在水中长 答案 C 解析 由光在介质中的波速与折射率的关系式v 可知，n玻n水，所以v玻v水，光的频率与介质无关，只由光源决定，即光在玻璃及水中传播时不变，据v，知玻水C项正确 对全反射的理解1.在光的反射和全反射现象中，均遵循光的反射定律；光路均是可逆的 2当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，
7、不发生折射当折射角等于90时，实际上就已经没有折射光了 3全反射现象可以从能量的角度去理解：当光由光密介质向光疏介质时，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，这时就发生了全反射 2(2009浙江高考)如图1134所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向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 () 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，波长变小 D从F点出射的光束与入射到E点的光束平行 答案 AC解析 由几何关系可知，入射角16
8、0，折射角230.由折射定律n=， A正确；在BC界面上，入射角为30，根据计算所得折射率，由折射定律易知，出射角度为60，不会发生全反射，B错误；光从空气进入棱镜，频率f不变，波速v减小，所以减小，C正确；由上述计算结果，作出光路图，可知D错误 1无论是应用折射定律，还是应用全反射分析问题，都应准确作出光路图，个别问题还要注意找出符合边界条件或恰好发生全反射的对应光线 2光学题目经常涉及到日常生活或高科技中的光学元件，如光纤通信、照像机镜头等【题型1】折射定律及折射率的应用【例1】(2008宁夏高考)一半径为R的1/4球体放置在水平桌面上，球体由折射率为的透明材料制成现有一束位于过球心O的竖
9、直平面内的光线，平行于桌面射到球体表面上，折射入球体后再从竖直表面射出，如图所示已知入射光线与桌面的距离为求出射角. 答案60解析 如图所示，设入射光线与1/4球体的交点为C，连接OC，OC即为入射点的法线因此，图中的角为入射角过C点作球体水平表面的垂线，垂足为B.依题意，COB. 又由OBC知sin设光线在C点的折射角为，由折射定律得 = 由两式得30 由几何关系知，光线在球体的竖直表面上的入射角为30.由折射定律得= 因此sin解得60 应用折射定律进行相关计算时，关键是做好光路图，确定入射角和折射角.【题型2】全反射现象、临界角及应用【例2】(2009宁夏高考)如图所示，一棱镜的截面为直
10、角三角形ABC，A30，斜边ABa，棱镜材料的折射率为n在此截面所在的平面内，一条光线以45的入射角从AC边的中点M射入棱镜画出光路图，并求光线从棱镜射出的点的位置(不考虑光线沿原路返回的情况) 解析设入射角为i，折射角为r，由折射定律得 由已知条件及式得 r30 如果入射光线在法线的右侧，光路图如图所示设出射点为F，由几何关系可得AFM90 AFa 即出射点在AB边上离A点a的位置 如果入射光线在法线的左侧，光路图如图所示设折射光线与AB的交点为D. 由几何关系可知，在D点的入射角 60 设全反射的临界角为C，则 sinc 由和已知条件得 C45 因此，光在D点发生全反射 设此光线的出射点为
11、E，由几何关系得DEB90 BDa2AF BEDBsin30 联立式得BEa 即出射点在BC边上离B点a的位置 以45的入射角从AC边的中点M射入棱镜，对应两个入射方向，解答本题时易出现漏解现象【题型3】光的色散问题分析【例3】abc为一全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形，如图1137所示一束白光垂直入射到ac面上，在ab面上发生全反射，若光线入射点O的位置保持不变，改变光线的入射方向(不考虑自bc面反射的光线)，则：(1)使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab面，则哪种色光首先射出(2)使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，哪种色光首先射出ab面思路点拨解答本题时应
12、注意以下四个方面：(1)明确各种色光折射率的大小关系(2)比较白光转动时各色光折射角的大小(3)明确各色光在ab面上入射角变化(4)根据临界角大小作出判断答案(1)红光(2)无光射出ab面解析(1)白光垂直入射ac面后直射到ab面，入射角为45，发生全反射说明棱镜的临界角C45，这是对从红光到紫光的所有色光说的当入射光顺时针偏转时，在ac面上发生色散，不同色光折射不同，红光偏折小，紫光偏折大，如图所示，射到ab面上时红光入射角小，紫光入射角大，但它们都小于45.另一方面，棱镜对红光的临界角比紫光的临界角大因此，入射光顺时针逐渐偏转时，在ab面上红光的入射角将首先小于临界角而射出ab面(2)如果
13、入射光逆时针偏转，则经ab面上的红光、紫光的入射角都大于45，都发生全反射而不可能从ab面射出光垂直界面入射时传播方向不发生改变，但不垂直界面时光线要发生折射，红光折射率小，紫光折射率大，发生全反射时红光临界角大于紫光的临界角本题中还要注意改变光路的两种情况要分别考虑，作出光路图找出在ab界面上的入射角与临界角的关系再判断【课时作业】1(2009天津高考)已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大，则两种光 () A在该玻璃中传播时，蓝光的速度较大 B以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光的折射角较大 C从该玻璃中射入空气发生全反射时，红光的临界角较大 D用同一装置进行双缝干涉实验，蓝光的相
14、邻条纹间距较大 答案C解析在光的折射和干涉现象中有这样四个公式：v ， n，=，据此结合题目中的条件可知只有C正确 2如图1138所示，一束细光线a射到、两种介质的临界面后，反射光束只有b，折射光束只有c.下列说法正确的是（） A若a是复色光，则b、c都一定是复色光 B若a是单色光，则b、c都一定是单色光 C若b是复色光，则a、c都一定是复色光 D若b是单色光，则a、c都一定是单色光 答案BD解析光射到两种介质界面上，一定有反射，但不一定有折射；不同频率的光入射角相同时，折射角一定不同若a是复色光，b一定是复色光，而折射光线只有c，c一定是单色光，而且只有这种频率的光发生了折射，其余频率的光都
15、发生了全反射若b是复色光，说明a是复色光，但c只能是单色光若b是单色光，说明a一定是单色光，因此c也一定是单色光 3如图所示的长直光纤，柱芯为玻璃，外层以折射率比玻璃稍低的介质包覆若光线自光纤左端进入， 与中心轴的夹角为，则下列有关此光线传递方式的叙述， 正确的是 () A不论为何值，光线都不会发生全反射 B不论为何值，光线都会发生全反射 C够小时，光线才会发生全反射 D够大时，光线才会发生全反射 答案C 解析发生全反射的条件之一是入射角i要等于或大于临界角C，即光线传播到光纤侧面时的入射角i应满足i90C，90C，故选项C正确 4(2008上海高考)在杨氏双缝干涉实验中，如果 () A用白光
16、作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹 B用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹 C用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹 D用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上呈现间距不等的条纹 答案BD 解析在双缝干涉实验中，用白光作为光源，将得到彩色条纹，用红光作为光源，将得到红黑相间的条纹用不同颜色的光分别照射两缝，得不到干涉条纹用单色光照射一条缝，得到衍射条纹 5如图所示为半圆柱形玻璃砖的横截面，其折射率n，现有垂直于平面的平行光束射来，试求在半圆面上有光线射出的范围是多大答案半圆面对应的圆心角在90范围解析这束平行光束垂直于平面部分射入玻璃砖，其传播方向不变，射至半圆面上时，一部分光线因发生全反射而不会射出设其中一条光线刚好以临界角射向圆柱面而发生全反射，这条光线外侧的光线射向圆柱面时，入射角均大于临界角，都将发生全反射，如图所示 由图可知，在M点刚好发生全反射时， Carcsin45 即45，由此可知，有光线射出的范围在MN间，即对应的 圆心角290.
