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1、 第十三章 光13.1第一课时 光的反射和折射一、反射定律和折射定律折射定律：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即sin1sin2n12注意：光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一般要发生变化，但并非一定要变化，当光垂直界面入射时光的传播方向就不变。在光的折射现象中，光路可逆。二、折射率(1)物理意义:反映介质的光学性质的物理量。(2)定义:光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，简称折射率，即nsin1sin2。(3)决定因素：介质的折射率是反应介质的光学性质的物理量，它的大小由介质本身（
2、与介质的密度无关）及光的性质共同决定。(4)对折射率的理解关于正弦值:当光由真空中射入某种介质中，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但正弦值之比是一个常数。关于常数n:入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一个常数，但不同介质具有不同的常数，说明常数反映着该介质的光学特性。光传播速度:介质的折射率n跟光在其中的传播速度v有关，即ncv，由于光在真空中的传播速率c大于光在任何介质中的传播速率v，所以任何介质的折射率n都大于1. “相对折射率” 和“绝对折射率” 光从介质1射入介质2时，入射角1与折射角2的正弦之比叫做介质2对介质1的相对折射率，通常用n12表示。若介质1是真空，则介质2相
3、对真空的折射率叫做该介质的绝对折射率，通常用n表示。设介质1绝对折射率为n1，介质2的绝对折射率为n2，则n12 sin1sin2 v1v2 v1cv2c1n11n2n2n1,所以n1 v1 n2 v2或n1 sin1 n2sin2三、几种反射现象与反射定律1.平面镜成像 平面镜成像特点是像与物对称于镜面。等大、正立、分居镜面两侧。成像原理是光的反射定律，成像规律是对称性。2.镜面反射：以平面镜为例，每条入射光线都遵循光的反射定律，由于它们的法线互相平行，故不改变光束的性质。3.漫反射：反射面不平，每条入射光的法线是不平行的。当入射光是一束平行光时，虽然每条光线仍遵循光的反射定律，但反射光是不
4、平行的，向各个方向都有。四、正确理解光的折射定律和反射定律1.在光的折射中，注意光线偏折的方向。如果光线从折射率小的介质射向折射率大的介质，折射光线向法线偏折，入射角大于折射角，并且随着入射角的增大（减小），折射角也会增大（减小）。如果光线从折射率大的介质射向折射率小的介质，折射光线偏离法线入射角小于折射角，并且随着入射角的增大（减小），折射角也会增大（减小）。2.光在同一种非均匀介质中传播时，也会发生折射现象。即光线向着折射率变大的方向传播时，光线逐渐靠近法线，且光线不断发生弯曲。光线向折射率变小的方向传播时，光线逐渐远离，发现同样光线也是不断发生弯曲3.地球大气层的密度不均匀，越接近地球表
5、面，空气密度越大，折射率也越大。光由真空进入空气中时，传播方向只有微小的变化，虽然如此，有时仍然不能不能不考虑空气的折射效应。4.解决光的折射问题和反射问题的思路(1)根据题意正确画出光路图。(2)利用几何关系确定光路中边、角关系，注意入射角、反射角、折射角的确定。(3)利用反射定律、折射定律求解。(4)注意光路的可逆性的利用。第十三章 光13.1 第二课时 实验：测定玻璃的折射率两类典型折射问题的分析1.玻璃砖对光的折射问题（1）半圆形玻璃砖若光线从半圆面射入，且其方向指向圆心，光线只发生一次偏折（2）长方形玻璃砖 两个折射面相互平行的长方形玻璃砖，其折射光路如图甲所示，光线经过两次折射后，
6、出射光线与入射光线平行，但发生了偏移。物点通过玻璃砖也可成虚像。2.视深与实际深度的关系问题(1)视深是人眼垂直物体界面看透明物质内部某物体时像点离界面的距离。一般都是沿着界面的法线方向去观察，在计算时，由于入射角很小，折射角也很小，故有 sin1sin2 tan1tan2 12。(2)当沿竖直方向看水中的物体时，“视深”是实际深度的1n，n是水的折射率。如果从折射率为n的介质中观察正上方距液面高为H 的物体，观察到的高度 hnH (h为视高)。实验：测定玻璃的折射率一、实验目的：掌握测定玻璃折射率的方法二、实验原理：abcd 为一个两面平行的玻璃砖，入射角为1，折射角为2，根据折射定律nsi
7、n1sin2计算出玻璃的折射率三、实验器材玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、三角板(或直尺)、铅笔。四、实验步骤(1)如图所示，将白纸用图钉钉在平木板上。(2)在白纸上画出一条直线aa作为界面(线)，过aa上的一点O画出界面的法线NN，并画一条线段AO作为入射光线。(3)把长方形玻璃砖放在白纸上，使长边跟aa对齐，画出玻璃砖另一边bb。(4)在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向直到P2的像挡住P1的像。再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，记下P3、P4的位置。(
8、5)移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在处作直线OB与bb交于O，直线OB就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向。(6)连接OO，入射角1AON，折射角2OON，用量角器量出入射角和折射角，从三角函数表中查出它们的正弦值，把数据记录在自己设计的表格中。五、注意事项(1)实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且大头针之间及大头针与光线转折点之间的距离要稍大一些。(2)入射角1应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大。(3)在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁面。更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。(4)在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。(5)玻璃砖应选用宽度较大的，宜在
9、5 cm以上。若宽度太小，则测量误差较大。六、数据处理(1)平均值法：算出不同入射角的比值 sin1sin2，最后求出在几次实验中所测sin1sin2的平均值，即为玻璃砖的折射率。(2)图像法：在多次改变入射角、测量相对应的入射角和折射角正弦值基础上，以sin 1值为横坐标、以sin 2值为纵坐标，建立直角坐标系如图所示，描数据点，过数据点连线得到一条过原点的直线。求解图线斜率，设斜率为k，则k1n，故玻璃砖折射率n 1k。七、实验误差1.误差来源：本实验误差的主要来源是测量光在玻璃中的既折射角的误差2.减小误差的方法（1）选宽度较大的玻璃砖，玻璃砖宽度宜在5cm以上，宽度太小，测量误差较大；
10、（2）入射角宜在15到75范围内取值；（3）在纸上画aa 与bb两条线时，应尽量准确地与玻璃砖的两个平行的折射面重合，这样两交点才能与光线的实际入射点较好的相符，否则将使画出的玻璃中的光路与实际情况偏离严重。第十三章 光13.2 全反射一、全反射1.光疏介质和光密介质（1）光在各种介质中的传播速度和介质相对真空的折射率都是不相同的。光疏介质：折射率较小的介质 光密介质：折射率较大的介质光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度小光从光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角。光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角。（2）对光疏介质和光密介质的理解光疏介质和光密介质是相对而言的，并没有
11、绝对的意义。光疏和光密是从介质的光学特性来说的，并不是它的密度大小。2、全反射(1)全反射现象：光从光密介质射入光疏介质时，同时发生反射和折射。如果入射角逐渐增大，折射光线离法线会越来越远，而且越来越弱，反射光却越来越强。若入射角增大到某一角度，使折射角等于90时，折射光完全消失，只剩下反射光线，这种现象叫做全反射。这时的入射角叫做临界角，用字母C表示。(2) 发生全反射的条件光从光密介质射入光疏介质。 入射角等于或大于临界角。(3)从能量角度来理解全反射： 当光从光密介质射入光疏介质时，随入射角增大，折射角也增大。同时折射光线强度减弱，即折射光线能量减小，反射光线强度增强，能量增加。当入射角
12、达到临界角，折射光线强度减弱到零，入射光的能量全部反射回来。这就是全反射。3、临界角(1)定义：刚好发生全反射(折射角为90)时的入射角为全反射临界角。(2)表达式：光由折射率为n的介质射向真空或空气时，若刚好发生全反射，则折射角恰好等于90， nsin90sinC= 1sinC，即sin C 1n，即C=arcsin 1n说明: 介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小 发生全反射时仍然遵循光路可逆原理 不同色光的临界角：不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越高的光的临界角越小，越易发生全反射。解答全反射类问题的技巧：(1)光必须从光密介质射入光疏介质。(2)入射角大于或等于临界角。
13、(3)利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时比例与实际相符，这样更有利于问题的分析。二、全反射的应用1全反射棱镜及其应用(1)定义：截面为等腰直角三角形的棱镜称为全反射棱镜。(2)作用：利用全反射来改变光的传播方向。(3)光学特性： 当光垂直于它的一个界面射入后，就会在其内部发生全反射，与平面镜相比它的反射率很高。反射面不必涂任何反光物质，反射时失真小。(4)全反射棱镜对光路的几种控制情形。如甲，当光垂直于AB面射入时，在AC面发生全反射，光线方向改变90如乙，当光垂直于AC面射入时，在AB、BC面发生全反射，光线方向改变180如丙，当光平行A
14、C面射入时，在AC面发生全反射，射出后方向不变，发生侧移(5)全反射棱镜的应用在光学仪器里常用全反射棱镜来代替平面镜，改变光的传播方向。生活中有许多地方都用到了全反射棱镜，例如自行车尾灯。全反射棱镜不一定只是等腰三角形，棱镜还有多边形棱镜、半圆形棱镜、球形棱镜等。2光导纤维及其应用(1)光导纤维：用光密介质制成的用来传导光信号的纤维状的装置。(2)光纤通信原理：“光纤通信” 利用了全反射原理。构造：光导纤维是非常细的特制玻璃丝，由内芯和外层透明介质两层组成。内芯的折射率比外层的大，光传播时在内芯与外层的界面上发生全反射。使反射光的能量最强，实现远距离传送。(3)主要优点：容量大、能量损耗小、抗
15、干扰能力强，保密性好等。(4)光纤的应用：携带着数码信息，电视图像、声音等的光信号沿着光纤传输到很远的地方，实现光纤通信三、几种全反射的应用的自然现象1.海上蜃景和沙漠蜃景2.水或玻璃中的气泡特别明亮。如特别明亮，是光线在气泡的表面发生全反射的结果。水或玻璃中的气泡是光疏介质，光经水或玻璃照射气泡时，一部分光会发生全反射，相比没有气泡的部分，有更多的光反射到人的眼睛中。光的能量大了，人就会感觉特别明亮。第十三章 光13.3 光的干涉一、杨氏干涉实验1光的双缝干涉实验：1801年，英国物理学家托马斯杨成功地观察到了光的干涉现象，开始让人们认识到光的波动性。(1)实验过程：让一束平行的完全相同的单色光投射到一个有两条狭缝的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，两个光源发出的光
