1、光 光的折射、全反射和色散 1光的折射 (1)折射現象：光從一種介質斜射進入另一種介質時，傳播方向發生 的現象 (2)折射定律：內容：折射光線與入射光線、法線處在 ，折射光線與入射光線分別位 于 的兩側，入射角的正弦與折射角的正弦成 表達式：n12，式中n12是比例常數 在光的折射現象中，光路是 (3)折射率： 定義：光從真空射入某介質時， 的正弦與 的正弦的比值 定義式：n (折射率由介質本身和光的頻率決定) 計算式：n (c為光在真空中的傳播速度，v是光在介 質中的傳播速度，由此可知，n1) 2全反射 (1)發生條件：光從 介質射入 介質；入射角 臨界角 (2)現象：折射光完全消失，只剩下

2、 光 (3)臨界角：折射角等于90時的入射角，用C表示，sinC . (4)應用： 全反射棱鏡； 光導纖維，如圖所示3光的色散 (1)光的色散現象：含有多種顏色的光被分解為 光的現象 (2)色散規律：由于n紅n紫，所以以相同的入射角射到棱鏡界面時，紅光和紫光的折射角不同，即紫光偏折得更明顯當它們射到另一個界面時， 光的偏折最大， 光的偏最小 (3)光的色散現象說明： 白光為復色光； 同一介質對不同色光的折射率不同，頻率越大的色光折射率 ； 不同色光在同一介質中的傳播速度不同，波長越短，波速 1光密介質不是指密度大的介質，折射率的大小與介質的密度無關 2由n知，當光從真空射向其他透明介質時，頻率

3、不變，波速和波長都發生改變 光的波動性 1光的干涉 (1)產生干涉的條件：兩列光的 相同， 恒定 (2)楊氏雙縫干涉原理如圖所示產生明、暗條紋的條件a單色光：若路程差r2r1k(k0,1,2)，光屏上出現 ；若路程差r2r1 (2k1) (k0,1,2)，光屏上出現 b白光：光屏上出現彩色條紋相鄰明(暗)條紋間距：x. (3)薄膜干涉 概念：由薄膜的前后表面反射的兩列光相互疊加而成劈形薄膜干涉可產生平行 條紋 應用：檢查工件表面的平整度，還可以做增透膜 2光的衍射 (1)光的衍射現象：光在遇到障礙物時，偏離直線傳播方向而照射到 區域的現象 (2)發生明顯衍射現象的條件：當孔或障礙物的尺寸比光波

4、波長小，或者跟波長差不多時，光才能發生明顯的衍射現象 (3)各種衍射圖樣 單縫衍射：中央為 ，兩側有明暗相間的條紋，但間距和 不同用白光做衍射實驗時，中央條紋仍為 ，最靠近中央的是紫光，最遠離中央的是紅光 圓孔衍射：明暗相間的不等距 泊松亮斑(圓盤衍射)：光照射到一個半徑很小的圓盤后，在圓盤的陰影中心出現的亮斑，這是光能發生衍射的有力證據之一 (4)衍射與干涉的比較 3光的偏振現象 (1)偏振光：在 于傳播方向的平面上，只沿著某個特定的方向振動的光 (2)自然光：太陽、電燈等普通光源發出的光包含沿一切方向振動的光，而且在各個方向上的光波強度都相等 (3)光的偏振現象說明光是 波 (4)獲得偏振

5、光的方法有兩種：讓自然光經過 或使反射光與折射光垂直 (5)偏振光的應用：水下照像、立體電影等 (6)平時我們所看到的光，除了直接從光源發出的光以外都是偏振光 對折射率的理解1.折射率是用光線從真空斜射入介質，入射角的正弦與折射角的正弦之比定義的由于光路可逆，入射角、折射角隨光路可逆而“換位”，因此，在應用時折射率可記憶為n (真空角為真空中的光線與法線的夾角，介質角為介質中的光線與法線的夾角) 2折射率的大小不僅反映了介質對光的折射本領，也反映了光在介質中傳播速度的大小，v 3折射率的大小不僅與介質本身有關，還與光的頻率有關同一種介質，對頻率大的光折射率大，對頻率小的光折射率小 4同一種色光

6、，在不同介質中雖然波速、波長不同，但頻率不變1對于某單色光，玻璃的折射率比水大,則此單色光在玻璃中傳播時（ ）A其速度比在水中大，其波長比在水中長 B其速度比在水中大，其波長比在水中短 C其速度比在水中小，其波長比在水中短 D其速度比在水中小，其波長比在水中長 答案 C 解析 由光在介質中的波速與折射率的關系式v 可知，n玻n水，所以v玻v水，光的頻率與介質無關，只由光源決定，即光在玻璃及水中傳播時不變，據v，知玻水C項正確 對全反射的理解1.在光的反射和全反射現象中，均遵循光的反射定律；光路均是可逆的 2當光射到兩種介質的界面上時，往往同時發生光的折射和反射現象，但在全反射現象中，只發生反射

7、，不發生折射當折射角等于90時，實際上就已經沒有折射光了 3全反射現象可以從能量的角度去理解：當光由光密介質向光疏介質時，在入射角逐漸增大的過程中，反射光的能量逐漸增強，折射光的能量逐漸減弱，當入射角等于臨界角時，折射光的能量已經減弱為零，這時就發生了全反射 2(2009浙江高考)如圖1134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，并偏折到F點已知入射方向與邊AB的夾角為 30，E、F分別為邊AB、 BC的中點，則 () A該棱鏡的折射率為B光在F點發生全反射 C光從空氣進入棱鏡，波長變小 D從F點出射的光束與入射到E點的光束平行 答案 AC解析 由幾何關系可知，入射角1

8、60，折射角230.由折射定律n=， A正確；在BC界面上，入射角為30，根據計算所得折射率，由折射定律易知，出射角度為60，不會發生全反射，B錯誤；光從空氣進入棱鏡，頻率f不變，波速v減小，所以減小，C正確；由上述計算結果，作出光路圖，可知D錯誤 1無論是應用折射定律，還是應用全反射分析問題，都應準確作出光路圖，個別問題還要注意找出符合邊界條件或恰好發生全反射的對應光線 2光學題目經常涉及到日常生活或高科技中的光學元件，如光纖通信、照像機鏡頭等【題型1】折射定律及折射率的應用【例1】(2008寧夏高考)一半徑為R的1/4球體放置在水平桌面上，球體由折射率為的透明材料制成現有一束位于過球心O的

9、豎直平面內的光線，平行于桌面射到球體表面上，折射入球體后再從豎直表面射出，如圖所示已知入射光線與桌面的距離為求出射角. 答案60解析 如圖所示，設入射光線與1/4球體的交點為C，連接OC，OC即為入射點的法線因此，圖中的角為入射角過C點作球體水平表面的垂線，垂足為B.依題意，COB. 又由OBC知sin設光線在C點的折射角為，由折射定律得 = 由兩式得30 由幾何關系知，光線在球體的豎直表面上的入射角為30.由折射定律得= 因此sin解得60 應用折射定律進行相關計算時，關鍵是做好光路圖，確定入射角和折射角.【題型2】全反射現象、臨界角及應用【例2】(2009寧夏高考)如圖所示，一棱鏡的截面為

10、直角三角形ABC，A30，斜邊ABa，棱鏡材料的折射率為n在此截面所在的平面內，一條光線以45的入射角從AC邊的中點M射入棱鏡畫出光路圖，并求光線從棱鏡射出的點的位置(不考慮光線沿原路返回的情況) 解析設入射角為i，折射角為r，由折射定律得 由已知條件及式得 r30 如果入射光線在法線的右側，光路圖如圖所示設出射點為F，由幾何關系可得AFM90 AFa 即出射點在AB邊上離A點a的位置 如果入射光線在法線的左側，光路圖如圖所示設折射光線與AB的交點為D. 由幾何關系可知，在D點的入射角 60 設全反射的臨界角為C，則 sinc 由和已知條件得 C45 因此，光在D點發生全反射 設此光線的出射點

11、為E，由幾何關系得DEB90 BDa2AF BEDBsin30 聯立式得BEa 即出射點在BC邊上離B點a的位置 以45的入射角從AC邊的中點M射入棱鏡，對應兩個入射方向，解答本題時易出現漏解現象【題型3】光的色散問題分析【例3】abc為一全反射棱鏡，它的主截面是等腰直角三角形，如圖1137所示一束白光垂直入射到ac面上，在ab面上發生全反射，若光線入射點O的位置保持不變，改變光線的入射方向(不考慮自bc面反射的光線)，則：(1)使入射光按圖中所示的順時針方向逐漸偏轉，如果有色光射出ab面，則哪種色光首先射出？(2)使入射光按圖中所示的逆時針方向逐漸偏轉，哪種色光首先射出ab面？思路點撥解答本

12、題時應注意以下四個方面：(1)明確各種色光折射率的大小關系(2)比較白光轉動時各色光折射角的大小(3)明確各色光在ab面上入射角變化(4)根據臨界角大小作出判斷答案(1)紅光(2)無光射出ab面解析(1)白光垂直入射ac面后直射到ab面，入射角為45，發生全反射說明棱鏡的臨界角C45，這是對從紅光到紫光的所有色光說的當入射光順時針偏轉時，在ac面上發生色散，不同色光折射不同，紅光偏折小，紫光偏折大，如圖所示，射到ab面上時紅光入射角小，紫光入射角大，但它們都小于45.另一方面，棱鏡對紅光的臨界角比紫光的臨界角大因此，入射光順時針逐漸偏轉時，在ab面上紅光的入射角將首先小于臨界角而射出ab面(2

13、)如果入射光逆時針偏轉，則經ab面上的紅光、紫光的入射角都大于45，都發生全反射而不可能從ab面射出光垂直界面入射時傳播方向不發生改變，但不垂直界面時光線要發生折射，紅光折射率小，紫光折射率大，發生全反射時紅光臨界角大于紫光的臨界角本題中還要注意改變光路的兩種情況要分別考慮，作出光路圖找出在ab界面上的入射角與臨界角的關系再判斷【課時作業】1(2009天津高考)已知某玻璃對藍光的折射率比對紅光的折射率大，則兩種光 () A在該玻璃中傳播時，藍光的速度較大 B以相同的入射角從空氣斜射入該玻璃中，藍光的折射角較大 C從該玻璃中射入空氣發生全反射時，紅光的臨界角較大 D用同一裝置進行雙縫干涉實驗，藍

14、光的相鄰條紋間距較大 答案C解析在光的折射和干涉現象中有這樣四個公式：v ， n，=，據此結合題目中的條件可知只有C正確 2如圖1138所示，一束細光線a射到、兩種介質的臨界面后，反射光束只有b，折射光束只有c.下列說法正確的是（） A若a是復色光，則b、c都一定是復色光 B若a是單色光，則b、c都一定是單色光 C若b是復色光，則a、c都一定是復色光 D若b是單色光，則a、c都一定是單色光 答案BD解析光射到兩種介質界面上，一定有反射，但不一定有折射；不同頻率的光入射角相同時，折射角一定不同若a是復色光，b一定是復色光，而折射光線只有c，c一定是單色光，而且只有這種頻率的光發生了折射，其余頻率

15、的光都發生了全反射若b是復色光，說明a是復色光，但c只能是單色光若b是單色光，說明a一定是單色光，因此c也一定是單色光 3如圖所示的長直光纖，柱芯為玻璃，外層以折射率比玻璃稍低的介質包覆若光線自光纖左端進入， 與中心軸的夾角為，則下列有關此光線傳遞方式的敘述， 正確的是 () A不論為何值，光線都不會發生全反射 B不論為何值，光線都會發生全反射 C夠小時，光線才會發生全反射 D夠大時，光線才會發生全反射 答案C 解析發生全反射的條件之一是入射角i要等于或大于臨界角C，即光線傳播到光纖側面時的入射角i應滿足i90C，90C，故選項C正確 4(2008上海高考)在楊氏雙縫干涉實驗中，如果 () A用白光作為光源，屏上將呈現黑白相間的條紋 B用紅光作為光源，屏上將呈現紅黑相間的條紋 C用紅光照射一條狹縫，用紫光照射另一條狹縫，屏上將呈現彩色條紋 D用紫光作為光源，遮住其中一條狹縫，屏上呈現間距不等的條紋 答案BD 解析在雙縫干涉實驗中，用白光作為光源，將得到彩色條紋，用紅光作為光源，將得到紅黑相間的條紋用不同顏色的光分別照射兩縫，得不到干涉條紋用單色光照射一條縫，得到衍射條紋 5如圖所示為半圓