光学中的临界问题 人教版

1、光学中的临界问题江苏省海门市锡类中学尹秀辉（邮编：226100）临界问题贯穿整个中学物理，分析的关键是找出临界点。光学考题中也常出现此类问题，本文将结合实例分析光学中的临界问题，希望能起到抛砖引玉的作用。 一、 全反射现象中的临界问题光从光密介质射入光疏介质时，增大入射角，当arcsin时，即发生突变产生全反射现象。这时即arcsin称之为介质的临界角，它是刚发生全反射临界状态的临界条件。当射角大于临界角，发生全反射现象，光不能从介面射出。当入射角小于临界角时，不会发生全反射现象，光会从介面射出。例1、如图1所示，abc为全面反射棱镜，他的主截面是等腰直角三角形，一束白光垂直射入到ac面上，在

2、ab面上发生全反射，若光线入射点O的位置保持不便，改变光线的入射方向，则（ ）A、使入射光按图中顺时针偏转，如果有色光射出ab面，则红光首先射出B、使入射光按图中顺时针偏转，如果有色光射出ab面，则紫光首先射出C、使入射光按图中逆时针偏转，如果有色光射出ab面，则红光首先射出D、使入射光按图中逆时针偏转，如果有色光射出ab面，则紫光首先射出反射现象，光会从介面射出。解析：白光由红到紫七种色光组成，同一种介质对它们的折射率，从红光到紫光逐渐增大，在同一种介质中发生全反射，它们的临界角不同，由公式sinC，n越小，C越大。红光折射率最小，则临界角最大，光垂直入射ac面，在ab面发生全反射，则临界角

3、C45o当入射光沿顺时针方向偏转，在ab面上的入射角减小，如图（甲），首先小到红光临界角以下，红光先射出ab面。故A正确，B不正确。当光沿逆时针方向偏转入射，其ab面上的入射角增大，不可能有光线在ab面上射出，如图（乙），故C、D都不正确。二、光电效应中的临界问题光照射到金属表面时，增大射光频率1当极限时，发生突变产生光电效应现象。这时的极限称为金属的极限频率，它是刚发生光电效应这种临界状态的临界条件。当极限时，金属会发生光电效应；当极限时，金属不会发生光电效应。例2、已知一束可见光a是由m、n、p三种单色光组成的，检测发现三种单色光中，n、p两种色光的频率都大于m色光；n色光能使金属发生光电

4、效应，而p色光不能使金属发生光电效应。那么，光束a通过三棱镜的情况是：（ ）解析：n色光能使金属发生光电效应，则n色光的频率大于金属的极限频率，即n极限p色光不能使金属发生光电效应，则p色光的频率小于金属的极限频率，p<极限所以：n色光的频率最大，m色光的频率最小故：三棱镜中n色光偏折角最大，m色光最小。选A三、 光路中的临界问题 光束在传播过程中的临界问题关键是做出光路图，找到临界（边界）光线，这样整个光束的传播情况就清楚了。例3、如图，宽为a的平行光束，从空气斜向入射到两面平行的玻璃板上表面，入射角45o。光束中包含两种波长的光，玻璃对这两种波长光的折射率分别为n11.5，n2（1）

5、求每种波长的光射入上表面层的折射角。（2）为使光束从玻璃板下表面出射时能分成不交叠的两束，玻璃板的厚度d 至少为多少？分析：（1）根据n可得sinr（2）宽度为a的光束射到玻璃板上表面折射后，在玻璃板内分成两束，设想现把玻璃板的下表面去掉，如图，分别以ABCD表示，因为n1n2所以折射角r1 r2 ，n1光束比n2光束靠右。图中p点为光束最右端n2的光。与光束最左端n1得光的焦点。由于最有断n2的光射在p点，则光束中所有n2光在MN上出射点必在p点左方；又由于最左端n1的光射在p点。则光束中所有n1光在MN上出射点必在p点右方。这样，若把玻璃板的下截面定在MN，n1与n2光在此界面正好分离。P点即为分界点，由此可知，界面为MN时玻璃板厚度最小，恰分为不交叠的两束为临界态。解析：根据dtanr1dtanr2 ， 即可