第一節(jié)光的折射和全反射

第十二章第十二章 光學(xué)光學(xué)第一節(jié)第一節(jié) 光的折射和全反射光的折射和全反射光學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)光學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)全全反反射射白白光光色色散散反反射射折折 射射幾幾何何光光學(xué)學(xué)干干涉涉衍衍射射偏偏振振物物理理光光學(xué)學(xué)波波動(dòng)動(dòng)性性（橫橫波波）粒粒子子性性光光電電效效應(yīng)應(yīng)康康普普頓頓效效應(yīng)應(yīng)光光線線傳傳播播規(guī)規(guī)律律同種介質(zhì)直線傳播同種介質(zhì)直線傳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刪內(nèi)容新刪內(nèi)容新刪內(nèi)容新刪內(nèi)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.折射的基本規(guī)律：折射的基本規(guī)律：發(fā)生折射現(xiàn)象時(shí)，在光密介質(zhì)中的角小，光疏介質(zhì)發(fā)生折射現(xiàn)象時(shí)，在光密介質(zhì)中的角小，光疏介質(zhì)中的角大中的角大（介介質(zhì)質(zhì)角角）真真空空角角）21sin(sinn Csin1vc 空氣空氣水水1AOC2MNAB例題：如圖一束光線從介質(zhì)射入真空中，光線與例題：如圖一束光線從介質(zhì)射入真空中，光線與MN的夾角分別為的夾角分別為600和和370。則這種介質(zhì)的折射率是多少？。則這種介質(zhì)的折射率是多少？在介質(zhì)中的光速是多少？在介質(zhì)中的光速是多少？60 37 30 53 sinsinn 真真空空介介質(zhì)質(zhì)sin 53sin 30 0.81.60.5 883.0101.910 m/s1.6cvn 例題：例題：(98(98高考）高考）如圖一個(gè)儲(chǔ)油桶的底面直徑與高均為如圖一個(gè)儲(chǔ)油桶的底面直徑與高均為d d當(dāng)桶內(nèi)沒(méi)有當(dāng)桶內(nèi)沒(méi)有油時(shí)，從某點(diǎn)恰能看到桶底邊緣的某點(diǎn)。當(dāng)桶油時(shí)，從某點(diǎn)恰能看到桶底邊緣的某點(diǎn)。當(dāng)桶內(nèi)油的深度等于桶高的一半時(shí)，仍沿方向看去，內(nèi)油的深度等于桶高的一半時(shí)，仍沿方向看去，恰好看到桶底上的點(diǎn)恰好看到桶底上的點(diǎn)C C，兩點(diǎn)距離，兩點(diǎn)距離d/4d/4求油的求油的折射率和光在油中傳播的速度。折射率和光在油中傳播的速度。AFDOBCddd/2210s/m109.18 例題：（例題：（0707江蘇江蘇)如圖所示，巡查員站立于一空的貯液池邊，檢查池角如圖所示，巡查員站立于一空的貯液池邊，檢查池角處出液口的安全情況。已知池寬為處出液口的安全情況。已知池寬為，照明燈到池底，照明燈到池底的距離為的距離為。若保持照明光束方向不變，向貯液池中。若保持照明光束方向不變，向貯液池中注入某種液體，當(dāng)液面高為注入某種液體，當(dāng)液面高為時(shí)，池底的光斑距時(shí)，池底的光斑距離出液口離出液口。試求：當(dāng)液面高為。試求：當(dāng)液面高為時(shí)，池時(shí)，池底的光斑到出液口的距離底的光斑到出液口的距離x。x=L/3例題：在深例題：在深1m的水池中插一根豎直的木桿，木桿露的水池中插一根豎直的木桿，木桿露出水面部分長(zhǎng)度為出水面部分長(zhǎng)度為0.3m。當(dāng)陽(yáng)光以與水平方向成。當(dāng)陽(yáng)光以與水平方向成37角斜射時(shí)，測(cè)得木桿在水池底部的影長(zhǎng)為角斜射時(shí)，測(cè)得木桿在水池底部的影長(zhǎng)為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例題：例題：（1）由于光的折射，站在岸上的人看到水中的魚(yú)）由于光的折射，站在岸上的人看到水中的魚(yú)的位置會(huì)比魚(yú)的實(shí)際位置（的位置會(huì)比魚(yú)的實(shí)際位置（）潛水員在水中觀察）潛水員在水中觀察岸上的景物的位置會(huì)比景物的實(shí)際位置（岸上的景物的位置會(huì)比景物的實(shí)際位置（）高高高高 人在水上看到物體的像，人在水上看到物體的像，比實(shí)際物體位置偏上，比實(shí)際物體位置偏上，感覺(jué)水比較淺。感覺(jué)水比較淺。（2）假設(shè)地球表面不存在大氣層，那么人們觀察）假設(shè)地球表面不存在大氣層，那么人們觀察到的日出時(shí)刻與實(shí)際存在大氣層的情況相比將到的日出時(shí)刻與實(shí)際存在大氣層的情況相比將（）人們觀察到的日落時(shí)刻與實(shí)際存在大氣層）人們觀察到的日落時(shí)刻與實(shí)際存在大氣層的情況相比將的情況相比將（）延后延后延后延后有大氣，看到太陽(yáng)更早；有大氣，看到太陽(yáng)更早；沒(méi)有大氣，將遲一些看到?jīng)]有大氣，將遲一些看到太陽(yáng)太陽(yáng)090C0sin90sinnC 光光密密光光疏疏 C C是臨界角是臨界角二二.全反射全反射 情景情景 當(dāng)光從當(dāng)光從介質(zhì)介質(zhì)射入射入空氣空氣時(shí)時(shí)1sinCn 發(fā)生條件：發(fā)生條件：光密入光疏光密入光疏 入射角大于臨界角入射角大于臨界角介n空n 規(guī)律：規(guī)律：O例題例題.白光射入半圓透鏡，并經(jīng)過(guò)圓心白光射入半圓透鏡，并經(jīng)過(guò)圓心O點(diǎn)射出。點(diǎn)射出。若半圓透鏡繞若半圓透鏡繞O點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，哪種顏色先消失？點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，哪種顏色先消失？例題：例題：如圖，置于空氣中的一不透明容器中盛滿某種如圖，置于空氣中的一不透明容器中盛滿某種透明液體。容器底部靠近器壁處有一豎直放置的透明液體。容器底部靠近器壁處有一豎直放置的6.0cm長(zhǎng)的線光源?？拷€光源一側(cè)的液面上蓋有一長(zhǎng)的線光源。靠近線光源一側(cè)的液面上蓋有一遮光板，另一側(cè)有一水平放置的與液面等高的望遠(yuǎn)鏡，遮光板，另一側(cè)有一水平放置的與液面等高的望遠(yuǎn)鏡，用來(lái)觀察線光源。開(kāi)始時(shí)通過(guò)望遠(yuǎn)鏡不能看到線光源用來(lái)觀察線光源。開(kāi)始時(shí)通過(guò)望遠(yuǎn)鏡不能看到線光源的任何一部分。將線光源沿容器底向望遠(yuǎn)鏡一側(cè)平移的任何一部分。將線光源沿容器底向望遠(yuǎn)鏡一側(cè)平移至某處時(shí)，通過(guò)望遠(yuǎn)鏡剛好可能看到線光源底端。再至某處時(shí)，通過(guò)望遠(yuǎn)鏡剛好可能看到線光源底端。再將線光源沿同一方向移動(dòng)將線光源沿同一方向移動(dòng)8.0cm，剛好可以看到其頂，剛好可以看到其頂端。求此液體的折射率端。求此液體的折射率n。n=1.25=1.3=1.25=1.3例題：（例題：（2006北京）北京）水的折射率為水的折射率為n，距水面深，距水面深h處有一個(gè)點(diǎn)光源，岸上處有一個(gè)點(diǎn)光源，岸上的人看到水面被該光源照亮的圓形區(qū)域的的直徑為的人看到水面被該光源照亮的圓形區(qū)域的的直徑為)1tan(arcsin2nh)tan(arcsin2nh)1tan(arccos2nh)cot(arccos2nhABCDA折射率折射率 全反射全反射 光路圖光路圖例題：例題：（2010重慶）重慶）卷卷P2-7如圖所示，空氣中在一折射率為如圖所示，空氣中在一折射率為 的玻璃柱體，其的玻璃柱體，其橫截面是圓心角為橫截面是圓心角為90、半徑為、半徑為R的扇形的扇形OAB，一束，一束平行光平行于橫截面，以平行光平行于橫截面，以45入射角照射到入射角照射到OA上，上，OB不透光，若只考慮首次入射到圓弧不透光，若只考慮首次入射到圓弧AB上的光，則上的光，則AB上有光透出部分的弧長(zhǎng)為上有光透出部分的弧長(zhǎng)為 A.B.C.D.B光路圖、光路圖、光的光的折射、全反射折射、全反射16R14R13R512R245301sin45sinn 3014530Csin90sinn 45C例題：（例題：（0909年浙江卷）年浙江卷）如圖所示，有一束平行于等邊三棱鏡截面的單色光從如圖所示，有一束平行于等邊三棱鏡截面的單色光從空氣射向空氣射向E E點(diǎn)，并偏折到點(diǎn)，并偏折到F F點(diǎn)，已知入射方向與邊的夾點(diǎn)，已知入射方向與邊的夾角為角為 ，E E、F F分別為邊分別為邊ABAB、BCBC的中點(diǎn)，則的中點(diǎn)，則A A該棱鏡的折射率為該棱鏡的折射率為B B光在光在F F點(diǎn)發(fā)生全反射點(diǎn)發(fā)生全反射C C光從空氣進(jìn)入棱鏡，波長(zhǎng)變小光從空氣進(jìn)入棱鏡，波長(zhǎng)變小D D從點(diǎn)出射的光束與入射到點(diǎn)的光束平行從點(diǎn)出射的光束與入射到點(diǎn)的光束平行 30AC3折射率、光速、波長(zhǎng)關(guān)系、光路圖折射率、光速、波長(zhǎng)關(guān)系、光路圖60,90abcbac例題：例題：（05全國(guó)全國(guó)1）圖示為一直角棱鏡的橫截面，圖示為一直角棱鏡的橫截面，一平行細(xì)光束從一平行細(xì)光束從O點(diǎn)沿垂直于點(diǎn)沿垂直于bc面的方向射入棱鏡。面的方向射入棱鏡。已知棱鏡材料的折射率已知棱鏡材料的折射率n=，若不考慮原入射光在，若不考慮原入射光在bc面上的反射光，則有光線（面上的反射光，則有光線（）2A從從ab面射出面射出B從從ac面射出面射出C從從bc面射出，且與面射出，且與bc面斜交面斜交D從從bc面射出，且與面射出，且與bc面垂直面垂直 B D折射折射 全反射全反射 光路圖光路圖光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維內(nèi)內(nèi) 窺窺 鏡鏡光光 纖纖內(nèi)芯：內(nèi)芯：n大大外套：外套：n小小i全反射應(yīng)用：全反射應(yīng)用：光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)如圖所示，其內(nèi)芯和外套材料不同，光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)如圖所示，其內(nèi)芯和外套材料不同，光在內(nèi)芯中傳播。以下關(guān)于光導(dǎo)纖維的說(shuō)法正確的是光在內(nèi)芯中傳播。以下關(guān)于光導(dǎo)纖維的說(shuō)法正確的是A A、內(nèi)芯的折射率比外套大，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的、內(nèi)芯的折射率比外套大，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面發(fā)生全反射界面發(fā)生全反射B B、內(nèi)芯的折射率比外套小，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的、內(nèi)芯的折射率比外套小，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面發(fā)生全反射界面發(fā)生全反射C C、內(nèi)芯的折射率比外套小，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的、內(nèi)芯的折射率比外套小，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面發(fā)生折射界面發(fā)生折射D D、內(nèi)芯的折射率與外套相同，外套的材料有韌性，可、內(nèi)芯的折射率與外套相同，外套的材料有韌性，可以起保護(hù)作用以起保護(hù)作用例題：例題：(2007(2007北京北京)A三三.折射引起的色散折射引起的色散 白光經(jīng)過(guò)三棱鏡色散情景圖：白光經(jīng)過(guò)三棱鏡色散情景圖：nn 紅紅紫紫三三棱棱鏡鏡色色散散實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn) CC 紅紅紫紫vv 紅紅紫紫cnv 1sinCn 紫光偏折最大紫光偏折最大紅光偏折最小紅光偏折最小紅紫cnv nnnnnnn 紅紅橙橙黃黃綠綠藍(lán)藍(lán)靛靛紫紫vvvvvvv 紅紅橙橙黃黃綠綠藍(lán)藍(lán)靛靛紫紫CCCCCCC 紅紅橙橙黃黃綠綠藍(lán)藍(lán)靛靛紫紫1sinCn 偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)角折射率折射率n光速光速v臨界角臨界角C頻率頻率 f波長(zhǎng)波長(zhǎng) 光子光子能量能量小小紅光紅光紅光紅光紫光紫光紅光紅光紅光紅光紫光紫光紅光紅光大大紫光紫光紫光紫光紅光紅光紫光紫光紫光紫光紅光紅光紫光紫光色散色散例題：例題：(05(05廣東廣東)如圖所示，一束白光通過(guò)玻璃棱鏡發(fā)生色散現(xiàn)象，下如圖所示，一束白光通過(guò)玻璃棱鏡發(fā)生色散現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是列說(shuō)法正確的是 紅光的偏折最大，紫光的偏折最小紅光的偏折最大，紫光的偏折最小紅光的偏折最小，紫光的偏折最大紅光的偏折最小，紫光的偏折最大玻璃對(duì)紅光的折射率比紫光大玻璃對(duì)紅光的折射率比紫光大玻璃中紫光的傳播速度比紅光大玻璃中紫光的傳播速度比紅光大3.2P225-例例12 小結(jié)小結(jié)BA.A.OAOA為黃光，為黃光，OBOB為紫光為紫光 B.B.OAOA為紫光，為紫光，OBOB為黃光為黃光C.C.OAOA為黃光，為黃光，OBOB為復(fù)色光為復(fù)色光D.D.OAOA為紫光，為紫光，OBOB為復(fù)色光為復(fù)色光C全反射全反射 光射到界面上，一定發(fā)生反射不一定折射光射到界面上，一定發(fā)生反射不一定折射例題：例題：(04(04江蘇江蘇)卷卷P1-3P1-3如圖所示，只含黃光和紫光的復(fù)色光束如圖所示，只含黃光和紫光的復(fù)色光束POPO，沿半徑，沿半徑方向射入空氣中的玻璃半圓柱后，被分成兩光束方向射入空氣中的玻璃半圓柱后，被分成兩光束OAOA和和OBOB沿如圖所示方向射出則沿如圖所示方向射出則例題：（例題：（08全國(guó)全國(guó)）一束單色光斜射到厚平板玻璃的一個(gè)表面上一束單色光斜射到厚平板玻璃的一個(gè)表面上,經(jīng)兩次經(jīng)兩次折射后從玻璃板另一個(gè)表面射出折射后從玻璃板另一個(gè)表面射出,出射光線相對(duì)于入出射光線相對(duì)于入射光線側(cè)移了一段距離射光線側(cè)移了一段距離.在下列情況下在下列情況下,出射光線側(cè)出射光線側(cè)移距離最大的是移距離最大的是A.紅光以紅光以30的入射角入射的入射角入射B.紅光以紅光以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 小結(jié)小結(jié)3.2P224-例例7、P226-例、卷例、卷P2-6Dd例題：例題：（20102010全國(guó)全國(guó)2 2）頻率不同的兩束單色光頻率不同的兩束單色光1 1和和2 2 以相同的入射角從同一以相同的入射角從同一點(diǎn)射入一厚玻璃板后，其光路如右圖所示，下列說(shuō)法點(diǎn)射入一厚玻璃板后，其光路如右圖所示，下列說(shuō)法正確的是正確的是A.A.單色光單色光1 1的波長(zhǎng)小于單色光的波長(zhǎng)小于單色光2 2的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)B.B.在玻璃中單色光在玻璃中單色光1 1的傳播速度大于單色光的傳播速度大于單色光2 2 的傳播的傳播速度速度C.C.單色光單色光1 1通過(guò)玻璃板所需的時(shí)間小于通過(guò)玻璃板所需的時(shí)間小于單色光單色光2 2通過(guò)玻璃板所需的時(shí)間通過(guò)玻璃板所需的時(shí)間D.D.單色光單色光1 1從玻璃到空氣的全反射臨界從玻璃到空氣的全反射臨界角小于單色光角小于單色光2 2從玻璃到空氣的全反射從玻璃到空氣的全反射臨界角臨界角A折射率、光速、波長(zhǎng)關(guān)系折射率、光速、波長(zhǎng)關(guān)系折射引起的色散折射引起的色散現(xiàn)象：霓和虹現(xiàn)象：霓和虹