折射与全反射

1、三、折射与全反射目的要求复习折射定律和全反射现象。知识要点1 光的折射（1）折射定律：折射定律的各种表达形式:n =sn =cL （9 i为入、折射角中的较大者。）sin/ v 丸sin Co（2）折射光路也是可逆的。（3）全反射。2 各种色光性质比较可见光中，红光的折射率n最小，频率v最小，在同种介质中（除真空外） 传播速度v最大，波长入最大，从同种介质射向真空时发生全反射的临界角C最大，以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小（注意区分偏折角和折射 角）。以上各种色光的性质比较在定性分析时非常重要，一定要牢记。3 边作图边计算有关光的折射和全反射，在解题时要把计算和作图有机地结合起来，根

2、据数 据计算反射角、折射角，算一步画一步，画一步在根据需要算一步。作图要依据 计算结果，力求准确。4.棱镜（1）棱镜对光的偏折作用一般所说的棱镜都是用光密介质制作的。入射光线经三棱 镜两次折射后，射出方向与入射方向相比，向底边偏折。 棱镜的折射率比棱镜外介质小则结论相反。）作图时尽量利用对称性（把棱镜中的光线画成与底边平 行）。由于各种色光的折射率不同，因此一束白光经三棱镜折射后发生色散现象（红光偏折最小，紫光偏折最大。）（2）全反射棱镜横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。 选择适当的入射点，可以使入射光线经过全反射棱镜 的作用在射出后偏转90 （右图1）或180 （右图2） 要特别注意

3、两种用法中光线在哪个表面发生全反射。5 .光导纤维全反射的一个重要应用就是用于光导纤维（简称光纤） 。光纤有内、外两层 材料，其中内层是光密介质，外层是光疏介质。光在光纤中传播时，每次射到内、 外两层材料的界面，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射。这样使从一个 端面入射的光，经过多次全反射能够没有损失地全部从另一个端面射出。6.玻璃砖所谓玻璃砖一般指横截面为矩形的棱柱。当光线从上表面入射，从下表面射出时，其特点是：射出光线和入射光线平行；各种色光 在第一次入射后就发生色散；射出光线的侧移和折射率、入射角、玻璃砖的厚 度有关；可利用玻璃砖测定玻璃的折射率。例题分析A例1:直角三棱镜的顶角a

4、=15 棱镜材料的折射率n=1.5, 细束单色 光如图所示垂直于左侧面射入，试用 作图法求出该入射光第一次从棱镜中 射出的光线。解：由n=1.5知临界角大于30小于45，边画边算可知该光线在射到 A、 B、C、D各点时的入射角依次是 75、60、45、30,因此在A、B、C均发 生全反射，到D点入射角才第一次小于临界角，所以才第一次有光线从棱镜射 出。例2:如图所示，一条长度为L=5.0m 的光导纤维用折射率为 n= . 2的材料制 成。一细束激光由其左端的中心点以 a = 45的入射角射入光导纤维内，经过一系列全反射后从右端射出。求：该激光 在光导纤维中的速度 v是多大？该激光在光导纤维中传

5、输所经历的时间是多少？解：由 n=c/v 可得 v=2.1 x 108m/s 由n =sina /sinr可得光线从 左端面射入后的折射角为30，射到侧面时的入射角为60，大于临界角45，因此发生全反射，同理光线每次在侧面都将发生全反射， 直到光线达到右端面。由三角关系可以求出光线在光纤中通过的总路程为s=2L/ 3，因此该激光在光导纤维中传输所经历的时间是 t=s/v=2.7x 10-8s。例3:如图所示，一细束红光和一细束蓝光平行射a -到同一个三棱镜上，经折射后交于光屏上的同一个点 M， b 若用n1和n2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率，下 列说法中正确的是A. n 1n2，a为红光

6、，b为蓝光 B.mn2，a为红光，b为蓝光 D.n1n2，a为蓝光，b为红光解：由图可知，b光线经过三棱镜后的偏折角较小，因此折射率较小，是红 光。例4:如图所示，自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理。它虽然本身不发 光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车。 尾灯的原理如图所示，下面说法 中正确的是A. 汽车灯光应从左面射过来在尾灯的左表面发生全反射B. 汽车灯光应从左面射过来在尾灯的右表面发生全反射C. 汽车灯光应从右面射过来在尾灯的左表面发生全反射D. 汽车灯光应从右面射过来在尾灯的右表面发生全反射解：利用全反射棱镜使入

7、射光线偏折180,光线应该从斜边入射，在两个 直角边上连续发生两次全反射。所以选 C。例5:如图所示，两细束平行的单色光 a、b射向同一 块玻璃砖的上表面，最终都从玻璃砖的下表面射出。已知玻 ab 璃对单色光a的折射率较小，那么下列说法中正确的有p-A. 进入玻璃砖后两束光仍然是平行的B. 从玻璃砖下表面射出后，两束光不再平行C. 从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离一定减小了D. 从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离可能和射入前相同解：进入时入射角相同，折射率不同，因此折射角不同，两束光在玻璃内不 再平行，但从下表面射出时仍是平行的。射出时两束光之间的距离根据玻璃砖的 厚度不同而不同，在

8、厚度从小到搭变化时，该距离先减小后增大，有可能和入射 前相同（但左右关系一定改变了）。例6:如图所示，AB为一块透明的光学材料左侧的端面。建立直角坐标系如图， 设该光学材料的折射率沿y轴正方向均匀减小。现有一束单色光a从原点O以某x一入射角0由空气射入该材料内部，则该光线在该材料内部可能的光路是下图中 的哪一个?解：如图所示，由于该材料折射率由下向上均匀减 小，可以设想将它分割成折射率不同的薄层。光线射到 相邻两层的界面时，如果入射角小于临界角，则射入上 一层后折射角大于入射角，光线偏离法线。到达更上层 的界面时入射角逐渐增大，当入射角达到临界角时发生 全反射，光线开始向下射去直到从该材料中射出。例7:如图所示，用透明材料做成一长方体形的光学器材，要求从上表面射入的光线可能从右侧面射出，那么所选的材料的折射率应满足A. 折射率必须大于42B. 折射率必须小于 2C. 折射率可取大于1的任意值D. 无论折射率是多大都不可能解：从图中可以看出，为使上表面射入的光线经两次折射后从右侧面射出,9 1和B 2都必须小于临界角C,即B ivC, 9 245, n=1/sinC .2，选 B 答案。例8:如图所示，一束平行单色光 a垂直射向横截 面为等边三角形的棱镜的左侧面，棱镜材料的折射率是.2。试画出该入射光射向棱镜后所有可能的射出光线。解