第1单元光的折射、全反射

考纲展示光的折射定律Ⅱ折射率Ⅰ全反射、光导纤维Ⅰ光的干涉、衍射和偏振Ⅰ实验三：测定玻璃的折射率实验四：用双缝干涉测光的波长现在是1页\一共有90页\编辑于星期四1．理解折射、折射率、全反射、临界角、色散的基本概念，掌握折射定律．2．会用文字叙述光的干涉和衍射，并能够熟练地运用它们解决有关现象和问题．现在是2页\一共有90页\编辑于星期四熟练利用反射定律、折射定律及光路可逆作光路图．加深对折射率、全反射、临界角概念的理解．并能结合实际，解决问题．同时应注意对物理规律的理解和对物理现象、物理情景和数学几何知识结合的分析能力的培养．物理光学部分应遵循历史发展线索，理解干涉、衍射、偏振等现象，并能解释生活中的相关物理现象．光的偏振、激光这些内容，与生产、生活、现代科技联系密切，应学以致用．现在是3页\一共有90页\编辑于星期四第一单元光的折射、全反射

现在是4页\一共有90页\编辑于星期四光的折射：光从一种介质射入另一种介质中，在两种介质的界面处，

发生改变，这种现象叫光的折射．光的折射定律：折射光线、法线、入射光线都在

；折射光线和入射光线分居在

两侧；入射角的正弦值与折射角的正弦值的比值

，即＝n(常量)．传播方向同一个平面内法线恒定现在是5页\一共有90页\编辑于星期四折射率：光从空气或真空进入某种介质中，入射角的

和折射角的正弦值之比，叫该介质的折射率，即n＝.介质的折射率等于光在

的速度c与光在该介质中的传播速度v的比值，即n＝.真空中正弦值现在是6页\一共有90页\编辑于星期四现在是7页\一共有90页\编辑于星期四现在是8页\一共有90页\编辑于星期四1．光密介质和光疏介质两种介质相比较，折射率

的介质叫光密介质，折射率

的介质叫光疏介质．2．临界角(C)：折射角等于

时的入射角叫临界角．当光线从某种介质射向真空(或空气)时的临界角的正弦值为sinC＝ .大90°小现在是9页\一共有90页\编辑于星期四3．全反射：光从光密介质射向光疏介质时，如果入射角大于或等于临界角，折射光线消失，只产生反射的现象叫全反射．4．产生全反射的条件：(1)光要从

进入

，此时折射角大于入射角．(2)入射角要

或等于临界角．光密介质光疏介质大于现在是10页\一共有90页\编辑于星期四光导纤维利用光的全反射，可制成光导纤维。光从光导纤维一端射入后，在传播过程中经过多次全反射，最终从另一端射出。由于发生的是全反射，因此传播过程中的能量损耗非常小。用光导纤维传输信息，既经济又快捷。

现在是11页\一共有90页\编辑于星期四1．在光的反射和全反射现象中，均遵循光的反射定律；光路均是可逆的．2．光线射向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，只发生全反射，不发生折射．折射角等于90°时，实际上就已经没有折射光线了．现在是12页\一共有90页\编辑于星期四1．光的色散：

通过三棱镜后，出射光束变为

七色光的光束，这种现象叫光的色散．2．光谱：由七色光组成的

称光谱．3．棱镜(1)含义：截面是

的玻璃仪器，可以使光发生色散，白光的色散表明：各色光在同一介质中的

不同．白光红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫光带三角形折射率现在是13页\一共有90页\编辑于星期四(2)三棱镜对光线的作用：改变光的传播方向①光密三棱镜：当光线从一侧面射入，从另一侧面射出时，光线两次均向底面偏折．偏折角度θ跟棱镜材料的折射率有关，折射率越大，偏折角度越大.偏折角度θ还跟入射角的大小有关系.现在是14页\一共有90页\编辑于星期四(1)由光谱中色光的顺序可以看出,红光的偏向角最小,紫光的偏向角最大.这是因为介质对不同色光的折射率不同,n红<n紫,即以相同的入射角射到棱镜界面时,不同色光的折射角不同,就是说紫光偏折的更厉害些,所以紫光的偏向角最大.

(2)单色光的颜色是由其频率决定的,当它从一种介质进入另一种介质时,它的频率不变,因而其颜色也不变.(3)色散的实质是由于各种色光在同一介质中传播的速率不同,或同一介质对不同色光的折射率不同.即n红<n橙<n黄<n绿<n蓝<n靛<n紫,v红>v橙>v黄>v绿>v蓝<v靛<v紫,那么在同一介质中各色光的临界角C的关系为C红>C橙>C黄>C绿>C蓝>C靛>C紫.在同一介质中,频率较高的光,其波长较短.现在是15页\一共有90页\编辑于星期四②全反射棱镜(等腰直角棱镜)：当光线从一直角边

射入时，在斜边发生全反射，从另一直角边垂直射出．当光线垂直于斜边射入时，在

发生全反射后又垂直于斜边射出．全反射棱镜对光路的控制如图1所示．图1垂直两直角边现在是16页\一共有90页\编辑于星期四③全反射棱镜的优点：全反射棱镜和平面镜在改变光路方面，效果是相同的，相比之下，全反射棱镜成像更

，光能损失更 ．(3)三棱镜成像：当物体发出的光线从三棱镜的一侧面射入，从另一侧面射出时，逆着出射光线可以看到物体的 ．清晰少虚像现在是17页\一共有90页\编辑于星期四类别项目平行玻璃砖三棱镜结构玻璃砖上下表面是平行的横截面为三角形的三棱镜对光线的作用过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移通过玻璃棱镜光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折现在是18页\一共有90页\编辑于星期四类别项目平行玻璃砖三棱镜偏转情况讨论侧移d的大小取决于平行砖的厚度h、平行砖介质的折射率n和光线的入射角θ1，d＝hsinθ1(1

偏折角θ跟棱镜的材料有关．折射率越大，偏折角越大．因同一介质对各种色光的折射率不同，所以各种色光的偏折角也不同，形成色散现象成像特点通过平行玻璃砖看物体时看到的都是物体的虚像隔着棱镜看物体的像是正立的虚像，像的位置向棱镜的顶角方向偏移应用实例测定玻璃的折射率反射棱镜，可改变光的行进方向现在是19页\一共有90页\编辑于星期四考题精练1.(2009·广东高考)在阳光照射下,充满雾气的瀑布上方常常会出现美丽的彩虹.彩虹是太阳光射入球形水珠经折射､内反射,再折射后形成的.光的折射发生在两种不同介质的_______上,不同的单色光在同种均匀介质中_____________________不同.界面的传播速度/折射率

现在是20页\一共有90页\编辑于星期四2.如图所示,为了观察门外情况,有人在门上开一小圆孔,将一块圆柱形玻璃嵌入其中,圆柱体轴线与门面垂直.从圆柱底面中心看出去,可以看到的门外入射光线与轴线间的最大夹角称做视场角.已知该玻璃的折射率为n,圆柱长为l,底面半径为r,则视场角是()现在是21页\一共有90页\编辑于星期四3.据报道:2009年十一届全运会时,光纤通信网将覆盖所有体育场馆,为各项比赛提供安全可靠的通信服务,光纤通信利用光的全反射将大量信息高速传输.如图所示,一条圆柱形的光导纤维,长为L,它的玻璃芯的折射率为n1,外层材料的折射率为n2,光在空气中的传播速度为c,若光从它的一端射入经全反射后从另一端射出所需的最大时间为t,则下列选项中正确的是(图中所标的φ为全反射的临界角)()答案:B现在是22页\一共有90页\编辑于星期四4.(2010·课标全国高考理综)如图,一个三棱镜的截面为等腰直角△ABC,∠A为直角.此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边,进入棱镜后直接射到AC边上,并刚好能发生全反射.该棱镜材料的折射率为________.(填入正确选项前的字母)现在是23页\一共有90页\编辑于星期四5.(2010·重庆高考理综)如图所示,空气中有一折射率为的玻璃柱体,其横截面是圆心角为90°､半径为R的扇形OAB.一束平行光平行于横截面,以45°入射角照射到OA上,OB不透光.若只考虑首次入射到圆弧上的光,则上有光透出部分的弧长为()现在是24页\一共有90页\编辑于星期四1．双缝干涉(1)干涉现象两列光波在空间相遇时发生叠加，在某些区域总加强，在另外一些区域总减弱，从而出现

的现象叫光的干涉现象．(2)产生干涉的条件两个振动情况总是

的波源叫相干波源，只有

发出的光互相叠加，才能产生干涉现象，在屏上出现稳定的亮暗相间的条纹．亮暗相间的条纹相同相干波源第2课时光的波动性现在是25页\一共有90页\编辑于星期四单色光白光现在是26页\一共有90页\编辑于星期四2．薄膜干涉(1)薄膜干涉的成因由薄膜的

反射的两列光波叠加而成．劈形薄膜干涉可产生

的条纹．特别提醒

1.只有相干光才能形成稳定的干涉图样.2.单色光形成明暗相间的干涉条纹，白光形成彩色条纹.

前、后表面平行相间现在是27页\一共有90页\编辑于星期四(2)薄膜干涉的应用①增透膜：透镜和棱镜表面的增透膜的厚度是入射光在薄膜中波长的.②检查平整程度：待检平面和标准平面之间的楔形空气薄膜，用单色光进行照射，入射光从空气膜的上、下表面反射出两列光波，形成干涉条纹．待检平面若是平的，空气膜厚度相同的各点就位于同一条直线上，干涉条纹是平行的；反之，干涉条纹有

现象．弯曲现在是28页\一共有90页\编辑于星期四现在是29页\一共有90页\编辑于星期四另一种实现光的干涉装置牛顿环压紧两块小玻璃片可看到彩色环现在是30页\一共有90页\编辑于星期四1．光的衍射现象光在遇到

时，偏离直线传播方向而照射到

的现象叫做光的衍射．2．光发生明显衍射现象的条件当孔或障碍物的尺寸比光波波长

，或者跟波长

时，光才能发生明显的衍射现象．障碍物小差不多阴影区域现在是31页\一共有90页\编辑于星期四3．各种衍射图样(1)单缝衍射：中央为

，两侧有明暗相间的条纹，但间距和亮度不同，白光衍射时，中央仍为白色，最靠近中央的是

，最远离中央的是 ．(2)圆孔衍射：明暗相间的不等距 ．(3)泊松亮斑：光照射到一个

的圆板后，在圆板的阴影中心出现的亮斑，这是光能发生衍射的有力证据之一．亮条纹红光圆环半径很小紫光现在是32页\一共有90页\编辑于星期四衍射现象衍射现象针尖狭缝圆孔圆屏衍射屏(障碍物)入射光波衍射图样观察屏现在是33页\一共有90页\编辑于星期四内容干涉衍射现象在光重叠区域出现加强或减弱的现象光绕过障碍物偏离直线传播的现象产生条件两束光频率相同、相位差恒定，即必须是相干光源障碍物或孔的尺寸比波长小或相差不多(明显衍射的条件)典型实验杨氏双缝实验、薄膜干涉单缝衍射、圆孔衍射、不透明圆盘衍射图样特点中央明纹，两边等间距分布的明暗相同条纹中央最宽最亮，两边不等间距分布的明暗相间条纹应用检查平面，增透膜，测定波长现在是34页\一共有90页\编辑于星期四(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是近似规律，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看做是沿直线传播的．(1)干涉和衍射是波的特征，波长越长，干涉和衍射现象越明显．在任何情况下都可以发生衍射现象，只是存在明显与不明显的差别．现在是35页\一共有90页\编辑于星期四1．内容：麦克斯韦根据电磁波与光在真空中的

相同，提出光在本质上是一种电磁波，

用实验证明了光的电磁说的正确性．2．电磁波谱：电磁波按波长由大到小的顺序排列为：无线电波、

、

、紫外线、

、γ射线．赫兹传播速度红外线可见光X射线现在是36页\一共有90页\编辑于星期四1．光的偏振：沿着各个方向振动的光波强度都相同的光叫

.自然光通过

后只剩下沿某一方向振动的光叫偏振光．2．光的偏振证明了光是一种

波．自然光，偏振片横现在是37页\一共有90页\编辑于星期四1．除了直接从光源发出的光外，日常生活中遇到的光大都是偏振光．2．偏振光的产生方式(1)偏振片只让某一方向振动的光通过，其他振动方向的光被吸收．(2)通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器．第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器．现在是38页\一共有90页\编辑于星期四3．偏振光的理论意义及应用(1)理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能确定光波是横波还是纵波．光的偏振现象说明光波是横波．(2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等．现在是39页\一共有90页\编辑于星期四1．双缝干涉双缝S1、S2之间距离为d，双缝到屏间的距离为L，屏上一点P到双缝距离分别为r1和r2，由图可知双缝S1和S2到屏上P的路程差为Δx(光程差)．Δx＝r2－r1(1)若光程差Δx是波长λ的整数倍，即Δx＝nλ(n＝0,1,2,3…)，P点将出现亮条纹，如图2甲所示．现在是40页\一共有90页\编辑于星期四图2现在是41页\一共有90页\编辑于星期四2．薄膜干涉(1)薄膜特点：如图3所示，由于重力作用，皂膜上薄下厚．(2)相干光线：薄膜前表面AA′和后表面BB′的反射光线叠加．图3现在是42页\一共有90页\编辑于星期四(3)亮纹条件：在P1、P2处，薄膜厚度的2倍为前后表面反射光的光程差，当光程差等于波长整数倍时，形成亮条纹．(4)暗纹条件：在Q处，光程差等于半波长的奇数倍时，形成暗条纹．现在是43页\一共有90页\编辑于星期四1．检查精密零件的表面是否平整将被检查平面和放在上面的透明标准样板的一端垫一薄片，使样板的标准平面与被检查平面间形成一个楔形空气薄层，单色光从上面照射，入射光在空气层的上表面a和下表面b反射出两列光波叠加，从反射光中看到干涉条纹，根据干涉条纹的形状来确定被查工作表面的情况，如图4所示．图4现在是44页\一共有90页\编辑于星期四2．增透膜在光学元件(透镜、棱镜)的表面涂上一层薄膜(如氟化镁)，当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的时，在薄膜的两个面上的反射光的光程差恰好等于半波长，因而相互抵消，达到减小反射光、增大透射光强度的目的．现在是45页\一共有90页\编辑于星期四(3)自然光射到两种介质的界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直．现在是46页\一共有90页\编辑于星期四3．偏振光的理论意义及应用(1)理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能确定光波是横波还是纵波．光的偏振现象说明光波是横波．(2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等．现在是47页\一共有90页\编辑于星期四偏振片并非刻有狭缝，而是具有一种特征，即存在一个透振方向，只让平行于该方向振动的光通过，其他振动方向的光被吸收了．现在是48页\一共有90页\编辑于星期四现在是49页\一共有90页\编辑于星期四分析：本题涉及两次折射现象，解答本题应先由几何知识确定入射角大小，再由折射定律完成运算．图5现在是50页\一共有90页\编辑于星期四图6现在是51页\一共有90页\编辑于星期四答案：60°现在是52页\一共有90页\编辑于星期四高分通道本题考查光的折射定律及其应用，解答的关键是正确画出光路图，利用几何关系结合折射定律进行计算．现在是53页\一共有90页\编辑于星期四►变式1：一个圆柱形筒，直径12cm，高16cm.人眼在筒侧上方某处观察，所见筒侧的深度为9cm，当筒中装满液体时，则恰能看到筒侧的最低点．求：(1)此液体的折射率；(2)光在此液体中的传播速度．现在是54页\一共有90页\编辑于星期四图7现在是55页\一共有90页\编辑于星期四图8现在是56页\一共有90页\编辑于星期四图9现在是57页\一共有90页\编辑于星期四图10现在是58页\一共有90页\编辑于星期四现在是59页\一共有90页\编辑于星期四高分通道解答这一类问题要抓住折射定律和发生全反射的条件这个关键．在分析、研究光路时，常要假设某一条光线恰能符合题意要求，再据此画出其反射、折射或全反射的光路图，作出推断或求解．

现在是60页\一共有90页\编辑于星期四图11现在是61页\一共有90页\编辑于星期四现在是62页\一共有90页\编辑于星期四图12现在是63页\一共有90页\编辑于星期四∴该折射光线与棱镜AC面夹角为45°；又因为从AC面反射的光线第二次射到AB面上时，由几何关系知其入射角为0°，∴从AB面上折射出的光线与AB界面夹角为90°，B、D正确．答案：BD现在是64页\一共有90页\编辑于星期四【例3】

如图13，在双缝干涉实验中，光源发出波长为6.0×10－7m的橙光时，在光屏上获得明暗相间的橙色干涉条纹．在屏上的A点恰是中央一侧的第二条亮条纹，现改用频率为6.25×1014Hz的光，则在屏上A点应出现明条纹还是暗条纹？图13现在是65页\一共有90页\编辑于星期四答案：暗条纹现在是66页\一共有90页\编辑于星期四现在是67页\一共有90页\编辑于星期四►变式3：如图14所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1、S2距离之差为2.1×10－6m，分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？图14现在是68页\一共有90页\编辑于星期四(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7m.(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°.(3)若让A光照射S1，B光照射S2，试分析光屏上能观察到的现象．现在是69页\一共有90页\编辑于星期四现在是70页\一共有90页\编辑于星期四答案：(1)暗(2)亮(3)只能观察到亮光现在是71页\一共有90页\编辑于星期四【例4】利用薄膜干涉的原理可以用干涉法检查平面和制造增透膜，回答以下两个问题：图15现在是72页\一共有90页\编辑于星期四(1)用如图15的装置检查平面时，是利用了哪两个表面反射光形成的薄膜干涉图样？(2)为了减少光在透镜表面由于反射带来的损失，可在透镜表面涂上一层增透膜，一般用折射率为1.38的氟化镁，为了使波长为5.52×10－7m的绿光在垂直表面入射时使反射光干涉相消，求所涂的这种增透膜的厚度？现在是73页\一共有90页\编辑于星期四现在是74页\一共有90页\编辑于星期四答案：(1)b、c表面(2)1×10－7m现在是75页\一共有90页\编辑于星期四高分通道(1)薄膜干涉是利用了光在空气膜前后表面的反射光叠加形成的．(2)增透膜的厚度为某种色光在膜中波长的时，增透膜起到对该种色光增透的作用．现在是76页\一共有90页\编辑于星期四►变式4：如图16所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯，往火焰上洒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图样应是下图中的 (

)图16现在是77页\一共有90页\编辑于星期四解析：酒精灯发出的光在肥皂膜前后两个表面上反射后叠加，形成干涉图样，两列反射光叠加时的路程差与肥皂膜的厚度有关，相同厚度处路程差相同，而同一条明条纹(或暗条纹)上路程差也相同，肥皂膜竖起时同一水平线的膜厚度相同．故肥皂膜上的明(暗)条纹是一些水平的平行直线，即正确答案为D.答案：D现在是78页\一共有90页\编辑于星期四1．(2009年台湾自然高考)如图17所示的长直光纤，柱芯为玻璃，外层以折射率较玻璃为低的介质包覆．若光线自光纤左端进入，与中心轴的夹角为θ，则下列有关此光线传递方式的叙述，何者正确？ (

)图17现在是79页\一共有90页\编辑于星期四A．不论θ为何，光线都不会发生全反射B．不论θ为何，光线都会发生全反射C．θ够小时，光线才会发生全反射D．θ够大时，光线才会发生全反射解析：发生全反射的条件之一是入射角i要大于或等于临界角C，即光线传播到光纤侧面时的