光的折射全反射

第3单元光的折射_全反射光的折射定律和折射率想一想如图1231所示，光线以入射角1从空气射向折射率n的玻璃表面。图1231(1)当入射角145时，反射光线与折射光线间的夹角为多少？(2)当入射角1为何值时，反射光线与折射光线间的夹角90？提示(1)设折射角为2，由折射定律n得sin 2，所以，230。因为1145，所以1804530105。(2)因为1290，所以，sin2sin(901)cos 1，由折射定律得tan 1，1arctan。记一记1光的折射光从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变的现象称为光的折射现象。2光的折射定律图1232(1)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，式中n12是比例常数。(3)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之比，叫做这种介质的折射率。(2)定义式：n。折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定。(3)折射率和光速的关系：折射率与光在介质中传播的速度有关，当c为真空中光速，v为介质中光速时：n。式中c3108 m/s，n为介质的折射率，总大于1，故光在介质中的传播速度必小于真空中的光速。试一试1如图1233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()图1233A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点的光束平行解析：选AC由几何关系可推理得入射角160，折射角230，由n，A对；由sin C，临界角C30，故在F点不发生全反射，B错；由n知光进入棱镜波长变小，C对；F点出射的光束与BC边的夹角为30，不与入射光线平行，D错。全反射色散想一想已知介质对某单色光的临界角为C，则介质对单色光的折射率为多少？单色光在该介质中传播速度为多少？此单色光在该介质中的波长是多少？提示n；vcsin C；0sin C记一记1全反射(1)条件：光从光密介质射入光疏介质。入射角等于或大于临界角。(2)现象：折射光完全消失，只剩下反射光。(3)临界角：sin C，C为折射角等于90时所对应的入射角。(4)应用：全反射棱镜。光导纤维，如图1234所示。图12342光的色散(1)定义：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫做光的色散，如图1235所示，光谱中红光在最上端，紫光在最下端，中间是橙、黄、绿、青、蓝等色光。图1235(2)白光的组成：光的色散现象说明白光是复色光，是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种单色光组成的。试一试2一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯，图1236所示为过轴线的截面图，调整入射角，使光线恰好在水和空气的界面上发生全反射。已知水的折射率为，求sin 的值。图1236解析：当光线在水面发生全反射时，有sin C当光线从左侧射入时，由折射定律有n联立式，代入数据可得sin 。答案：折射定律及折射率的应用(1)公式n中，不论是光从真空射入介质，还是从介质射入真空，1总是真空中的光线与法线间的夹角，2总是介质中的光线与法线间的夹角。(2)折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关。(3)折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质。(4)同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。例1一半圆柱形透明物体横截面如图1237所示，底面AOB镀银(图中粗线)，O表示半圆截面的圆心，一束光线在横截面内从M点入射，经过AB面反射后从N点射出。已知光线在M点的入射角为30，MOA60，NOB30。求：图1237(1)光线在M点的折射角；(2)透明物体的折射率。审题指导(1)根据反射对称确定光路图；(2)根据几何角度关系确定折射角；(3)由n确定折射率。尝试解题(1)如图所示，透明物体内部的光路为折线MPN，Q、M点相对于底面EF对称，Q、P和N三点共线。设在M点处，光的入射角为1，折射角为2，OMQ，PNF根据题意有30由几何关系得，PNOPQO2，于是260且2由式得 215(2)根据折射率公式有sin 1nsin 2由式得n1.932。答案(1)15(2)或1.932全 反 射1.全反射的理解(1)如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象。(2)光的全反射现象遵循光的反射定律，光路是可逆的。(3)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，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。(4)全反射现象可以从能量的角度去理解：当光由光密介质射向光疏介质时，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全反射的有关现象及应用(1)海水浪花呈白色、玻璃(水)中气泡看起来特别亮、沙漠蜃景、夏天的柏油路面看起来“水淋淋”的、海市蜃楼、钻石的夺目光彩、水下灯照不到整个水面、全反射棱镜等。(2)光导纤维：结构：简称光纤，是一种透明的玻璃纤维丝，直径在几微米到一百微米之间，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，即内芯是光密介质，外套是光疏介质。原理：光在光纤的内芯中传播，每次射到内、外层的界面上时，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射。例2(2012山东高考)如图1238所示，一玻璃球体的半径为R，O为球心，AB为直径。来自B点的光线BM在M点射出，出射光线平行于AB，另一光线BN恰好在N点发生全反射。已知ABM30，求图1238(1)玻璃的折射率。(2)球心O到BN的距离。尝试解题(1)设光线BM在M点的入射角为i，折射角为r，由几何知识可知230，160，根据折射定律得n代入数据得n(2)光线BN恰好在N点发生全反射，则BNO为临界角Csin C设球心到BN的距离为d，由几何知识可知dRsin C联立以上各式得dR答案(1)(2)R解答全反射类问题的技巧解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的两个条件：一是光必须从光密介质射入光疏介质，二是入射角大于或等于临界角。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，且在作光路图时尽量与实际相符，这样更有利于问题的分析。光的色散各种色光的比较颜色红橙黄绿青蓝紫频率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例3实验表明，可见光通过三棱镜时各色光的折射率n随波长的变化符合科西经验公式：nA，其中A、B、C是正的常量。太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如图1239所示，则()图1239A屏上c处是紫光B屏上d处是红光C屏上b处是紫光 D