高二物理光的全反射和光的色散现象北师大版知识精讲

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1、高二物理光的全反射和光的色散现象北师大版【本讲教育信息】一.教学内容：光的全反射和光的色散现象1.全反射：光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角的增大，折射角也越来越大，当折射角达到90°时，折射光线完全消失，只有反射光线，这种现象称为全反射。（1）临界角：折射角变成90°时的入射角称为临界角C（2）条件：①光从光密介质射入光疏介质；②入射角大于等于临界角C2.光学中常用一种横截面为三角形的三棱镜，简称棱镜。它对光线的作用及其成像特点：（1）光线通过棱镜后向底面偏折。（2）通过棱镜看物体，看到的是物体的虚像，物体的虚像向棱镜的顶角方向偏移

2、。（3）棱镜对光路的改变作用。如图1所示，玻璃三棱镜放在空气中，光从一个侧面AB射入，通过棱镜后的光线向棱镜底面偏折，θ角叫做偏向角。隔着棱镜看点光源S，则看到点光源的虚像S’，且S’偏向棱镜的顶角，如图2所示。3.光的色散一束白光通过三棱镜后，会散开在光屏上形成一个彩色光带，这种现象叫光的色散（如图3所示）。把按一定次序排列的彩色光带叫做光谱。光带中色光的排列顺序依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，产生色散的原因是同一介质对不同色光的折射率不同，因而不同色光经棱镜两次折射后偏向角不同。由图3可看出：紫光折射率最大，红光的最小。由注：各种色

3、光在真空中的传播速度都相同，即c＝3×108m/s。此规律可列表如下：4.全反射棱镜横截面是等腰直角三角形的棱镜为全反射棱镜。由于玻璃的临界角为32°～42°，而光在界面上的入射角为45°>42°，发生全反射，全反射棱镜一般用于改变、控制光路：①如A图光线垂直AB面射入，光线在AC面发生全反射，光线方向改变90°；②如B图光线垂直AC面入射，光线在AB、BC面发生全反射，光线改变180°；③如C图光线平行AC面入射，光线在AC面发生全反射，射出的方向不变，发生侧移。【典型例题】例1.点光源S位于水下深h＝1.0m处，其中一条光线SA与竖直

4、线OS的夹角∠OSA＝37°，另一条光线SB与竖直线OS的夹角∠OSB＝53°，如图所示。已知水的折射（1）试完成光路图；（2）求折射光线与竖直线OS的交点到O点的距离。用心爱心专心根据折射定律，入射光线SA的折射角的正弦sini1＝nsinr1＝0.8，i1＝53°，光线SA在界面上既有反射，又有折射；入射光线SB的折射角的正弦sini2＝nsinr2＝1.067>1，正弦值不能成立，说明折射光线不存在，即光线SB在界面上发生全反射，只有反射光线，没有折射光线。（1）作图：①根据平面镜成像规律，作点光源S的像S1；②连接S1和A、B作S

5、A和SB的反射光线；③过A点作平行于SB的折射光线。作好的光路图如图所示：（2）由几何关系，OA＝OS·tanr1＝0.75m根据折射定律：sini1＝n·sinr1＝0.8则OS2＝OA·cotr1＝0.5625m例2.如下图所示，直角玻璃棱镜中∠A＝70°，入射光线垂直于AC面，求光线从棱解析：光从玻璃射入空气的临界角为45°，作光路图如图所示，第一次射到AB面上时，入射角∠1＝70°，发生全反射，再射到BC面上，这时入射角∠2＝50°，大于临界角，发生全反射。再射到AB面上时，入射角∠3＝30°，发生折射，根据答案：第一次射入空气时

6、的折射角为45°，光路图如图所示：例3.有一折射率为n的透明体，现有一细束光线以入射角i从它的端面AB射入透明体，如图所示，要使光线不能从另一端面AC射出，入射角i应满足的条件是什么？通过计算并说明。解析：设当AB面的入射角为i0时，折射角为r，AC面上恰发生全反射，即AC面入射角为临界角A，则由<1><3>：由<2>式：用心爱心专心将<5>代入<4>：例4.白光以小于90°的入射角α从空气射到长方体的玻璃砖的AB面上，如图所示，下列说法正确的是（）A.光在AB面上可能发生全反射B.光射进玻璃砖后，射到CD面上可能发生全反射C.光在AB面

7、折射时，紫光比红光偏折的多，而紫光的折射角比红光的折射角小D.在玻璃砖内，红光比紫光的速度小解析：光从空气射向玻璃时，是从光疏介质射向光密介质，不会发生全反射，所以A错。光从玻璃射向空气，当入射角为玻璃对空气的临界角C时，折射角为90°，由光的可逆性可知，光从空气射向玻璃时，若入射角为90°，则折射角为C，现在入射角α<90°，所以在AB面上的折射角θ1

8、角为θ的一边以较大的入射角i射入并通过三棱镜后，在屏P上可得到彩色光带，如图所示，在入射角i逐渐减小到零的过程中，假如屏上的彩色光带先后全部消失，则（）A.红光最先消失，紫光最后消失B.紫光最