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1、光的反射、折射和色散编稿：门俊涛责编：唐海波目标认知学习目标1熟悉光的反射现象，能够运用反射定律解释现象。2掌握平面镜对光路的改变及平面镜成像规律，能够熟练地用平面镜成像规律做反射光路图。3知道光的折射现象，掌握光的折射定律，能够对常见的折射现象通过画光路图做出解释。4识别光的全反射现象，能够理解全反射发生的条件并能进定量计算。5了解全反射现象的实际运用。6知道光的折射率不仅与透明介质的材料有关，还与光的频率有关；初步理解色散现象的成因。7通过实验以及画光路掌握各种光学条件（玻璃砖、三棱镜、全反棱镜等）对光路的改变及成像规律。8理解光路可逆原理并能熟练地运用。9能够设计不同的方案测定玻璃或液体
2、的折射率。学习重点1用光的折射定律对现象解释和定量计算。2全反射现象的定量计算。3几种光学元件对光路改变和成像问题。4几何光学解决问题的方法做光路图5折射率的测定。学习难点1对折射现象、全反射现象及光的色散的理解。2对材料的折射率：、以及折射率与光的颜色有关的理解。知识要点梳理知识点一：关于光的一些概念要点诠释：1光源自身发光的物体叫光源。科学研究发现，萤火虫能发光是由于萤火虫体内含有荧光素和荧光酶两种物质，在荧光酶作用下，荧光素在细胞内水分的参与下，与氧化合发生荧光，科学家已能用化学方法人工合成荧光素和荧光酶而制成生物光源。（1）荧火虫发光的主要化学反应属于氧化还原反应，荧光素作为还原剂，氧
3、气作为氧化剂。（2）与普通的电灯相比，这种生物光源更适合于在充满瓦斯的矿中当作闪光灯及在消除磁性水雷时用以照明，这是因为这种光源，没有热效应和磁效应，所以在充满瓦斯的地方或在磁性水雷附近使用仍然是安全的。（3）白炽灯、日光灯、生物光源三者相比，哪一种光源的发光效率最高？由于生物光源是冷光，它在化学反应过程中释放的能量主要转变成光的形式，伴随的热能很少，而普通光源在发光时释放能量的大部分转变成热量，所以生物光源发光的效率最高。2光线为了形象描述光的传播方向及路径人为画出的线，实际不存在。3光速（1）光速：光的传播速度真空中的光速：各种不同频率的光在真空中的传播速度都相同，均为c=3.0 108
4、m / s。光在空气中的速度近似等于3.0 108 m / s。光在其他介质中的速度都小于c，其大小除了与介质性质有关外，还与光的频率有关（这一点与机械波不同，机械波的波速仅由介质的性质即密度、弹性和温度等决定）。（2）光年定义：光在真空中一年时间内传播的距离叫做1 光年。注意光年不是时间单位，而是长度单位。1 光年 =c t=3.0 108 m / s 365243600 s=9.46 1015 m 知识点二：光直线传播的规律及现象要点诠释：1光在同种均匀介质中的传播规律名称内容实例光的直线传播规律光在同一种均匀介质中沿着直线传播影、日食、月食、小孔成像等光的反射定律反射光线跟入射光线、法线
5、在同一平面内，反射光线和入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角平面镜成像 ( 等大、正立、虚像，像与物体对称分布在镜面两侧) 光的独立传播规律几束光在同一介质中传播时即使相交，也互不扰乱，保持各自的方向传播空中交叉照射的各探照灯光束光路可逆原理当光线逆着原来的反射光线方向入射时，将逆着原来的入射光线方向反射甲、乙双方可通过平面镜相互看见对方2影子和相关现象由于光的直线传播，当光遇到不透明物体时，物体向光面被照明，在背光面的后方形成一个光线照不到的黑暗区域，这就是影。（1）影分本影和半影本影：光源的光线完全照不到的区域。半影：光源的一部分光线照射的区域。若光源为非点光源，即形成本影和半影。（2）
6、日食和月食的形成在图甲中，在月球的本影区里，太阳发出的任何光线都月球挡住了，所在区域里可以看到日全食，看不到太阳任何部分发出的光。在月球的半影区里，只有太阳的一部分光线射入，所以在此区域可以看到太阳的一部分，即可以看到日偏食。在月球的半影区里，只有靠近太阳边缘部分的光线射入，所在区域可看到日环食。在图乙中，当月球进入地球的半影区a、c 时，由于仍有部分光射到整个月球，整个月仍是亮的，只不过比它在影区外稍暗一些，这时在地球上不会看到月食；当月亮的一部分进入地球的本影区b 时会看到月偏食，当月球全部进入地球的本影区b 时就会看到月全食了。由地理知识知，月球不可能进入半影区d 中，所以不可能出月环食
7、。知识点三：光的反射现象及平面镜成像要点诠释：1光的反射现象（1）光从一种介质射到它和另一种介质的分界面时，一部分光又回到这种介质中的现象叫做光的反射。（2）光的反射定律反射光线和入射光线、界面的法线在同一平面内，反射光线和入射光线分别位于法线的两侧。反射角等于入射角。反射现象中光路是可逆的。2平面镜成像（1）平面镜成像只改变光束的传播方向，不改变光束的性质。入射光束是平行光束，反射光束仍然是平行光束；入射光束是会聚光束，反射光束仍然是会聚光束；入射光束是发散光束，反射光束仍然是发散光束。（2）平面镜成像特点像在平面镜的后面，是正方、等大的虚像，物像关于镜面对称。像与物的方位关系上下不颠倒，左
8、右要交换。知识点四：光的折射要点诠释：1光的折射现象光由一种介质进入另一种介质或在同一种不均匀介质中传播时，方向发生偏折的现象叫做光的折射。2折射现象光路图如图所示， AO为入射光线，O为入射点， OB为反射光线，OC为折射光线。（1）入射角：入射光线与法线间的夹角叫做入射角。（2）折射角：折射光线与法线间的夹角叫做折射角。3折射定律折射光线位于入射光线与法线所决定的平面内，折射光线和入射光线分别位于法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。这就是光的折射定律，也称斯涅尔定律（斯涅尔是荷兰数学家）。4折射率（1）光从真空射入某种介质时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫作这种介质的折射率，折
9、射率用表示，即。（2）某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c 与光在这种介质中的传播速度v 之比，即。由于 vc，所以任何介质的折射率都大于 1。5光疏介质与光密介质（1）概念光疏介质：两种介质中折射率较小的介质叫做光疏介质。光密介质：两种介质中折射率较大的介质叫做光密介质。（2）理解光疏介质与光密介质是相对而言的。只有对给定的两种介质才能谈光疏介质与光密介质。没有绝对的光疏或光密介质。光疏介质与光密介质的界定是以折射率为依据的，与介质的其他属性（如密度等）无关。当光从光疏介质进入光密度介质时，折射角小于入射角；当光从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角。知识点五：光的全反射要点诠释
10、：1全反射现象当光从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角。当入射角增大到某一角度时，折射角等于90，此时，折射光完全消失，入射光全部返回原来的介质中，这种现象叫做全反射。2临界角的定义和计算（1）定义光从光密介质射向光疏介质时，折射角等于90时的入射角，叫做临界角，用字母C表示。临界角是指光由光密介质射向光疏介质时，发生全反射现象时的最小入射角，是发生全反射的临界状态。（2）临界角的计算。3发生全反射现象的条件当光由光密介质射入光疏介质时：若入射角，则不发生全反射，既有反射又有折射现象。若入射角，则发生全反射现象。也就是说：当光由光疏介质进入光密介质，或入射角小于临界角时不会发生全反射现象
11、。4全反射现象的应用（1）光导纤维：由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，光在光纤中多次发生全反射以实现导光。应用：激光通信以及内窥镜等。（2）全反射棱镜定义：横截面为等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。全反射棱镜对光路的控制如图所示。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，全反射棱镜成像更清晰，光能损失更少。应用：主要应用于光学仪器中。知识点六：棱镜的作用和光的色散要点诠释：1棱镜（1）定义：各平面相交的透明体叫做棱镜。通常把横截面为三角形的棱镜叫做三棱镜。（2）作用：改变光的传播方向；分光。2棱镜对光路的改变棱镜对光线的偏折规律如图所示。通过
12、棱镜的光线要向棱镜底面偏折；棱镜要改变光的传播方向，但不改变光束的性质。a平行光束通过棱镜后仍为平行光束；b发散光束通过棱镜后仍为发散光束；c会聚光束通过棱镜后仍为会聚光束。出射光线和入射光线之间的夹角称为偏向角（如图中）。3光的色散（1）光的色散：把复色光分解为单色光的现象叫做光的色散。白光通过棱镜后，被分解为红、橙、黄、绿、蓝、靛和紫七种颜色（如图）。（2）三棱镜使复色光发生色散的原因同一种材料对不同颜色（不同频率）的光折射率大小不同，沿同一方向入射到三棱镜的光线，不同颜色的光线向三棱镜底边偏折的程度不相同，将不同颜色的光区分开来，发生色散。光的频率越高，折射率越大，在可见光范围内紫光频率
13、最高，它的折射率最大，向三棱镜底边偏折的最厉害，即偏向角最大。规律方法指导1关于法线的说明（1）法线是过入射点与界面垂直的直线，是入射光线和反射光线的角平分线（因为反射角等于入射角）。（2）反射面是平面时，法线垂直于平面；反射面是曲面时，法线垂直于曲线的切平面；反射面是球面时，法线一定通过球心（与半径重合），如图所示。（3）法线跟界面成固定关系，也就是说界面转过多少度时，法线也转过多少度。2平面镜成像规律作图法（1）利用反射定律做图任两条反射光线的反向延长线交于一点，这一点就是物点的像点。任作两条入射光线（通常一条沿着法线）。过两条光线的入射点作法线。由反射定律作出两条反射光线。由反射光线的反
14、向延长线确定像点。如图a。（2）利用平面镜成像规律作图过物点作平面镜的垂线并延长。在延长线上取一点，使它到平面镜的距离等于物点到平面镜的距离，则这一点就是物点的像。如图b。（3）线状物体成像做图作出线状物体两个端点的像，将其连接起来得到直线状物体的像。如图c。3折射成像作图一物点发出的光线折射进入另一介质中，任意两条折射光线的交点或者反向延长线的交点就是物点的像。具体作图步骤与利用反射定律作图类似。如图所示：4一些重要的结论及方法（1）无论是在平面上反射，还是在平面处折射单色光束的敛、散性都不变化。即原来平行的光束，反射或折射后仍平行，原来发散的仍发散等。（2）在应用折射定律作图时，首先弄明白
15、光是从光疏介质进入光密介质，还是从光密介质进入光疏介质，以便明确折射光线是远离法线还是靠近法线折射，明确是否有全反射现象发生。（3）在全反射的计算中，画出恰好发生全反射的那条临界光线并找出几何关系是关键所在。（4）认真规范的作图是解决几何光学问题的基本方法。（5）平行透明体（玻璃砖）使光线发生侧移，但不改变光线的传播方向。（6）三棱镜使光线向底边偏折，使复色光色散，可能使光线发生全反射，也能使物体成虚像。（7）对于同一种介质，频率高的光线，传播速度小，折射率大，临界角小，容易发生全反射。（8）在反射和折射现象里光路都是可逆的。灵活地运用此规律对理解光的现象很有帮助。例如，若人能看到水中的鱼儿，
16、则鱼儿也能看到岸边的人。典型例题透析题型一平面镜成像规律的应用1、 如图（ a）所示，做出过A点经平面镜反射后又恰好经过B点的光线的光路图。思路点拨： 可以设想在A点放一点光源，它发出的光经平面镜反射后通过B点。利用平面镜成像的规律，找出 A点的像 A，连接 AB与平面镜交于C点，连结CA即为所求的入射光线，折线ACB即为所求。解析：总结升华： 利用平面镜成像规律找出物点对应的像点，然后由物、像、入射光线和反射光线的对应关系就可确定所求的光线。当然也可以用反射定律作出。举一反三【变式】 （2010 全国卷 1）20某人手持边长为6cm的正方形平面镜测量身后一棵树的高度。测量时保持镜面与地面垂直，镜子与眼睛的距离为0.4m。在某位置时，他在镜中恰好能够看到整棵树的像；然后他向前走了 6.0 m ，发现用这个镜子长度的5/6 就能看到整棵树的像，这棵树的高度约为A4.0m B4.5m C5.0
