第十三章

光電磁波和相對論簡介第一講光的折射全反射考綱展示1.光的折射定律(Ⅱ)2.折射率(Ⅰ)3.全反射、光導(dǎo)纖維(Ⅰ)4.實驗：測定玻璃的折射率(Ⅰ)復(fù)習(xí)目標(biāo)1.理解光的折射定律，并能夠熟練應(yīng)用折射定律解決基本問題．對折射率、全反射等概念要深入了解，解釋一些光現(xiàn)象.2.掌握棱鏡、光導(dǎo)纖維等光學(xué)特點及光路，認(rèn)識生活中的光現(xiàn)象．3.掌握測定玻璃折射率的原理，并能測定玻璃的折射率.知識點一光的折射定律和折射率1．折射現(xiàn)象：光從一種介質(zhì)斜射進(jìn)入另一種介質(zhì)時傳播方向

的現(xiàn)象．改變同一平面

兩側(cè)

成正比

可逆

3．折射率(1)定義：光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時，

的正弦與

的正弦的比值．(2)物理意義：折射率僅反映介質(zhì)的

特性，折射率大，說明光從真空射入到該介質(zhì)時偏折大，反之偏折小．入射角折射角光學(xué)頻率

大于

4．光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)(1)光密介質(zhì)：折射率

的介質(zhì)．(2)光疏介質(zhì)：折射率

的介質(zhì)．(3)光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是 ．同種介質(zhì)相對不同介質(zhì)可能是光密介質(zhì)，也可能是光疏介質(zhì)．較大較小相對的(3)折射率與介質(zhì)的密度沒有關(guān)系，光密介質(zhì)不是指密度大的介質(zhì)．(4)折射率的大小不僅與介質(zhì)本身有關(guān)，還與光的頻率有關(guān)．同一種介質(zhì)中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越?。?5)同一種色光，在不同介質(zhì)中雖然波速、波長不同，但頻率相同．1．如圖所示，一個三棱鏡的截面為等腰直角△ABC，∠A為直角．此截面所在平面內(nèi)的光線沿平行于BC邊的方向射到AB邊，進(jìn)入棱鏡后直接射到AC邊上，并剛好能發(fā)生全反射．該棱鏡材料的折射率為(

)答案：A知識點二全反射1．條件(1)光從

射入 ．(2)入射角

臨界角．2．現(xiàn)象：

完全消失，只剩下 ．光密介質(zhì)光疏介質(zhì)等于或大于折射光反射光全反射

1．在光的反射和全反射現(xiàn)象中，均遵循光的反射定律；光路均是可逆的．2．當(dāng)光射到兩種介質(zhì)的界面上時，往往同時發(fā)生光的折射和反射現(xiàn)象，但在全反射現(xiàn)象中，只發(fā)生反射，不發(fā)生折射．當(dāng)折射角等于90°時，實際上就已經(jīng)沒有折射光了．3．全反射現(xiàn)象可以從能量的角度去理解：當(dāng)光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，在入射角逐漸增大的過程中，反射光的能量逐漸增強(qiáng)，折射光的能量逐漸減弱，當(dāng)入射角等于臨界角時，折射光的能量已經(jīng)減弱為零，這時就發(fā)生了全反射．2．如圖所示，一束光線從折射率為1.5的玻璃內(nèi)射向空氣，在界面上的入射角為45°，下面四個光路圖中，正確的是(

)答案：A知識點三光的色散1．光的色散：含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象．2．光譜：含有多種顏色的光被分解后，各種色光按其波長的大小有序排列．3．三棱鏡(1)含義：截面是

的玻璃儀器，可以使光發(fā)生色散，白光的色散表明各色光在同一介質(zhì)中的

不同．(2)三棱鏡對光線的作用：改變光的傳播方向，使復(fù)色光發(fā)生色散．三角形折射率1．色散現(xiàn)象白光通過三棱鏡會形成由紅到紫七種色光組成的彩色光譜，如圖所示．2．成因由于n紅<n紫，所以以相同的入射角射到棱鏡界面時，紅光和紫光的折射角不同，就是說紫光偏折得更明顯些，當(dāng)它們射到另一個界面時，紫光的偏折角最大，紅光偏折角最小．3．各種色光的比較顏色紅

橙

黃

綠

藍(lán)

靛

紫頻率ν低―→高同一介質(zhì)折射率小―→大同一介質(zhì)中速度大―→小波長大―→小臨界角大―→小通過棱鏡的偏折角小―→大3．紅光與紫光相比(

)A．在真空中傳播時，紫光的速度比較大B．在玻璃中傳播時，紅光的速度比較大C．玻璃對紅光的折射率較紫光的大D．從玻璃到空氣的界面上，紅光的臨界角較紫光的大答案：BD2．實驗器材白紙，圖釘(四枚)，大頭針(四枚)，直尺(或三角板)，鉛筆，量角器，平木板，長方形玻璃磚．3．實驗步驟(1)如圖所示，用4個圖釘將白紙釘在繪圖板上．(2)在白紙上畫一條直線aa′作為界面．過aa′上的一點O畫出界面的法線NN′，過O點畫一條射線AO作入射光線．(3)把長方形玻璃磚放在白紙上，使它的一條長邊跟aa′對齊，畫出玻璃磚的另一邊bb′.(4)在射線AO上插上兩枚大頭針P1、P2，透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像調(diào)整視線方向，直到P2擋住

．再在觀察的這一側(cè)即光線的出射面bb′一側(cè)插兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住

，P4擋住

，記下P3、P4的位置．P1的像P1和P2的像P1、P2的像以及P3本身(5)移去玻璃磚和大頭針，連接P3、P4并延長交bb′于O′，射線O′B就代表了沿AO方向入射的光線通過玻璃磚后的傳播方向．(6)連接OO′，線段OO′就代表了沿AO方向入射的光線在玻璃磚中的傳播方向，入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′，用量角器量出入射角和折射角，從三角函數(shù)表中查出它們的正弦值．2．注意事項(1)輕拿輕放玻璃磚，手只能接觸玻璃磚的毛面或棱，不能觸摸光潔的光學(xué)面．嚴(yán)禁把玻璃磚當(dāng)直尺用．(2)插針P1與P2、P3與P4的間距要適當(dāng)?shù)卮笮?，同時大頭針要插得豎直，以減小確定光路方向時出現(xiàn)的誤差．(3)實驗時入射角應(yīng)在30°到60°之間，不能太小(接近零度)，否則會使測量誤差加大；也不能太大(接近90°)，否則會不易觀察到P1、P2的像．(4)本實驗中如果采用的不是兩面平行玻璃磚，如采用三棱鏡、半圓形玻璃磚等，則只是出射光線和入射光線不平行，但一樣能測出其折射率．(5)所用的玻璃磚要厚，折射面要畫準(zhǔn)．3．誤差分析(1)入射光線、出射光線確定的準(zhǔn)確性造成誤差，故入射側(cè)、出射側(cè)所插兩枚大頭針間距應(yīng)大一些．(2)入射角和折射角的測量造成誤差，故入射角應(yīng)適當(dāng)大些，以減小測量的相對誤差．4.某同學(xué)利用“插針法”測定玻璃的折射率，所用的玻璃磚兩面平行．正確操作后，作出的光路圖及測出的相關(guān)角度如圖所示．(1)此玻璃的折射率計算式為n＝______(用圖中的θ1、θ2表示)．(2)如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇，為了減小誤差，應(yīng)選用寬度______(選填“大”或“小”)的玻璃磚來測量．解析：如圖，考慮從玻璃立方體中心O點發(fā)出的一條光線，假設(shè)它斜射到玻璃立方體上表面發(fā)生折射．根據(jù)折射定律有nsin

θ＝sinα①【變式訓(xùn)練】1．如圖所示，一截面為正三角形的棱鏡，其折射率為，今有一束單色光從AB側(cè)面入射，經(jīng)AB面折射后，折射光線偏離入射光線30°角．求光在AB面的入射角及AC面的折射角．答案：入射角為60°折射角60°

(2012·山東高考)如圖所示，一玻璃球體的半徑為R，O為球心，AB為直徑．來自B點的光線BM在M點射出，出射光線平行于AB，另一光線BN恰好在N點發(fā)生全反射．已知∠ABM＝30°，求：(1)玻璃的折射率；(2)球心O到BN的距離．

解答全反射類問題的技巧解答全反射類問題時，要抓住發(fā)生全反射的兩個條件：一是光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，二是入射角大于或等于臨界角．利用好光路圖中的臨界光線，準(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)生全反射的光路圖是解題的關(guān)鍵，且在作光路圖時盡量與實際相符，這樣更有利于問題的分析．解析：設(shè)入射光線經(jīng)玻璃折射時，入射角為i，折射角為γ，射至棱鏡右側(cè)面的入射角為α，根據(jù)折射定律有sini＝nsinγ①由幾何關(guān)系得θ＝α＋γ②答案：0<θ<45°

(2012·浙江高考)在“測定玻璃的折射率”實驗中，某同學(xué)經(jīng)正確操作插好了4枚大頭針，如圖甲所示．(1)在虛線框中畫出完整的光路圖；(2)對你畫出的光路圖進(jìn)行測量和計算，求得該玻璃磚的折射率n＝______(保留3位有效數(shù)字)；(3)為了觀測光在玻璃磚不同表面的折射現(xiàn)象，某同學(xué)做了兩次實驗，經(jīng)正確操作插好了8枚大頭針，如圖乙所示，圖中P1和P2是同一入射光線上的2枚大頭針，其對應(yīng)出射光線上的2枚大頭針是P3和______．(選填“A”或“B”)答案：(1)如圖所示(2)1.53(說明：±0.03范圍內(nèi)都可)

(3)A【變式訓(xùn)練】3.(2012·江蘇高考)“測定玻璃的折射