第十四章第二节 光的折射 全反射 棱镜

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1、14.2光的折射、全反射和棱镜一、考点聚焦Ø光的折射，折射定律，折射率。全反射和临界角　　Ⅱ级要求Ø光导纤维　　Ⅰ级要求Ø棱镜，光的色散　　Ⅰ级要求二、知识扫描1．光射到两种介质的界面上后从第一种介质进入第二种介质时，其传播规律遵循折射定律．折射定律的基本内容包含如下三个要点：①折射光线、法线、入射光线共面；②折射光线与入射光线分居法线两侧；③入射角的正弦与折射角的正弦之比等于两种介质的折射率之比，即：。当光从空气（折射率为1）射入折射率为的介质时，上式变为：。折射现象中光路是可逆的。　2．对两种介质来说，n较大（即v较小）的介质称光

2、密介质。光从光密介质光疏介质，折射角大于入射角。注意：（1）光从一种介质进入另一介质时，频率不变，光速和波长都改变。（2）同一介质对频率较大（速度较小）的色光的折射率较大。（3）光的颜色由频率决定。3．当光从光密介质射向光疏介质，且入射角不小于临界角时，折射光线将消失，这一现象叫做光的全反射现象．应用全反射现象举例：（1）光导纤维。（2）全反射棱镜。4．若光从光密介质（折射率为n）射向光疏介质（折射率为）时，发生全反射的临界角C可由如下公式求得：。当光从光密介质射向空气（折射率为1）时，求得全反射的临界角的公式又可表为：5．玻璃制成的

3、三棱镜，其光学特性是：（1）单色光从棱镜的一个侧面入射而从另一侧面射出时，将向棱镜的底面偏折。隔着棱镜看到物体的虚像比实际位置向顶角方向偏移。（2）复色光通过棱镜，由于各种单色光的折射率不同而出现色散现象，白光色散后形成由红到紫按一定次序排列的光谱。红光通过棱镜时偏折角较小（因对红光折射率较小），紫光偏折射角较大。三、好题精析例1：假设地球表面不存在大气层，那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比（）A．将提前B．将延后C．在某些地区将提前，在另一些地区将延后D．不变解析：如图，a是太阳射出的一束光线，由真空射向大气层发生折

4、射，沿b方向传播到P点，在P处的人便看到太阳。如果没有大气层，光束使沿a直线传播，同样的时刻在P点便看不到太阳，须等太阳再上升，使a光束沿b线方向时才能看到太阳，故没有大气层时看到日出的时刻要比有大气层时延迟．点评：本题要求考生能够联系实际建立物理模型，并根据光的折射定律分析推理。例2：如图所示，一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为45º，下面四个光路图中，正确的是（）解析：∵玻璃的折射率为n=1.5，∴全反射临界角为c=arcsin，从图可知入射角a=45º＞c，．故发生全反射，即A图正确。点评：当光从光密介

5、质射向光疏介质时，很可能发生全反射现象，考生要有此意识，并能根据全反射的条件判定是否会发生全反射现象。例3：如图所示，a、b两细束单色光（可能是同种色光，也可能是不同色光）分别以垂直于三棱镜的一个腰的方向射入两个不同的三棱镜，已知这两个三棱镜是用同种介质材料做成的，但它们的项角α、β大小不同，α＜β。两条光线分别从另一个腰射出后，测得跟入射光线方向相比，它们的偏折角θ大小相同。试判定a、b两种单色光的频率间的关系。解析：不能因为它们的偏折角相同就断定它们是同种色光，因为它们在从另一腰射出时的入射角是不同的。本题的解法可以有两种，一：可

6、以用“对比”的思路。设想让a光也和b光一样从同一点垂直于第二个三棱镜的一个腰射入，很明显，跟原来相比，当a光射到另一个腰上时的入射角由α增大到了β。由于同一种色光对同一种介质n没有改变，入射角增大，折射角和偏折角也必然同时增大，所以a光射出时的偏折角将大于原来的θ，其光线将如图14－（a）所示。在此图中，a、b两种单色光射到另一腰时的入射角相同（都是β），比较它们的偏折程度可以看出a光的偏折角更大，因此可以判定a光的频率比b光的频率高。二：可以用计算的方法。如图14—（b），设三棱镜的顶角为γ，则光线从一腰垂直射入，到达另一腰时的入射

7、角也是γ，由于偏折角为θ，所以拆射角为γ+θ。根据折射率的定义，可以推导出折射率的计算式为：n==cosθ+cotγ•sinθ，由于两种情况下偏折角θ是相同的，γ小的cotγ反而大，对应的n也大。由本题的已知α＜β，得到a光的折射率大，因此a光的频率比b光的频率高。点评：由以上两种解法比较可知，用作图法更巧妙，也更简洁一些．而用计算的方法更严密一些。这两种解法都是很好的．对于本题这类定性比较的情况，用作图法更好一些。例4：一个横截面为半圆形的光学元件，其材料的折射率为n=，一束平行光以45º的入射角射向其上表面，如图所示。求：在图中标

8、出入射光能从其半圆面上射出的范围。解析：如图所示，设平行光射入该元件后的折射角为θ，根据折射定率定义：n=，可得θ=30º，由于所有入射光的入射角都相同，所以射入该元件后所有的折射光线仍然平行。这些光线中，从圆心O射入的