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1、第13章 光学 电磁波 相对论,第13章 光学 电磁波 相对论,第1节 光的折射和全反射,一、光的折射 1. 光的折射: 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. 折射定律(如图1311所示),图1311,(1)内容: 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.,3. 折射率 (1)物理意义: 折射率仅反映介质的光学特性, 折射率大, 说明光从真空射入到该介质时, 偏折大, 反之偏折小.,二、全反射 1. 光密介质和光疏介质 任何介质的折射率都大于1, 折射率越大光
2、在其中传播的速度就越小. 两种介质相比较, 折射率大的介质叫光密介 质, 折射率小的介质叫光疏介质.,思考感悟 光密介质的密度一定大吗？ 提示: 不一定.,2. 全反射: 光射到两种介质的界面上时, 光线全部反射回到原介质内的现象叫做全反射. 3. 产生的条件: (1)光从光密介质射到光疏介质; (2)入射角(i)大于或等于临界角(C).,4. 临界角: 光从光密介质射到光疏介质时, 使折射角达到90的入射角叫做临界角. 5. 全反射现象的应用: (1)光导纤维; (2)全反射棱镜.,三、棱镜 1. 棱镜: 通常指截面为三角形的透镜, 即三棱镜. 2. 三棱镜利用光的折射改变光的传播路径, 光
3、从棱镜的一个侧面射入, 从另一个侧面射出, 出射光线将向底面(第三侧面)偏折.,3. 通过三棱镜看物体, 看到的是物体的虚像, 像的位置向顶角方向偏移. 4. 全反射棱镜在光学仪器中被用来改变光路.,四、光的色散 1. 光的色散: 白光通过棱镜后被分解成由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫组成的按次序排列的彩色光谱, 这就是光的色散. 红光通过棱镜时偏折角_, 紫光偏折角_.,最小,最大,2. 光的色散现象表明: (1)白光为复色光; (2)同一介质对不同色光的折射率不同, 不同色光在同一介质中的传播速度不同. 3. 复合色光通过厚透明板也能发生色散现象.,一、全反射现象的理解和应用 1. 在光的反射
4、和全反射现象中, 均遵循光的反射定律; 光路均是可逆的. 2. 光线射向两种介质的界面上时, 往往同时发生光的折射和反射现象, 但在全反射现象中, 只发生反射,不发生折射. 折射角等于90时, 实际上就已经没有折射光线了. 3. 光导纤维: 实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝, 直径只有几微米到一百微米之间, 在内芯和外套的界面上发生全反射. 4. 对光疏介质与光密介质理解,(1)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. (2)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.,(3)当光从光疏
5、介质进入光密介质时, 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.,即时应用 1. 光导纤维的结构如图1312所 示, 其内芯和外套材料不同, 光在内芯中传播. 以下关于光导纤维的说法正确的是( ),图1312,A. 内芯的折射率比外套大, 光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射 B. 内芯的折射率比外套小, 光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射 C. 内芯的折射率比外套小, 光传播时在内芯与外套的界面上发生折射 D. 内芯的折射率与外套相同, 外套的材料有韧性, 可以起保护作用,解析: 选A.只有当光从光密介质射向光疏介质时, 才可能发生全反射; 要使光在光导纤维
6、的内芯中传播而没有能量损失, 光传播过程中在内芯与外套的界面上必须发生全反射, 故内芯的折射率比外套大, A正确.,二、三棱镜和光的色散 1. 光的色散 (1)色散现象 白光通过三棱镜会形 成由红到紫七种色光 组成的彩色光谱, 如图1313所示.,图1313,(2)成因 由于n红n紫, 所以以相同的入射角射 到棱镜界面时, 红光和紫光的折射角不同, 就是说紫光偏折得更明显些, 当它们射到另一个界面时, 紫光的偏折角最大, 红光偏折角最小. (3)各种色光的比较,颜色,项目,2.平行玻璃砖与三棱镜比较,项目,类别,项目,类别,项目,类别,即时应用,图1314,A. 屏上c处是紫光 B. 屏上d处
7、是红光 C. 屏上b处是紫光 D. 屏上a处是红光,解析: 选 D.由公式可知, 光的波长越 长, 折射率越小. 而在太阳光的可见光范围内, 从红光到紫光的波长越来越 短, 即折射率越来越大, 所以a处是红 光, d处是紫光, 则A、B、C错误, D正 确.,如图1315所示, 一条红色光线和另一条紫色光线, 以不同的角度同时沿不同的半径方向射入同一块半圆形玻璃砖, 其透射光线都是由圆心O点沿OC方向射出, 则可知( ),A. AO是红光 B. AO是紫光 C. AO穿过玻璃砖所需时间较长,图1315,D. 在双缝干涉实验中, 若仅将入射光由紫光变为红光, 则干涉亮条纹间距变小 【思路点拨】
8、解此题要把握三点: (1)图中入射角、折射角与法线的夹角.,由双缝干涉实验知, 波长越长, 干涉亮条纹间距越大, 选项D错误. 【答案】 BC,【方法引导】 光从一种介质进入另一种介质时会发生折射现象, 要正确、快速地解决此类问题, 首先要正确理解折射率的概念, 掌握折射率与入射角、折射角、波速的关系, 同时要熟练掌握各种色光的折射率的大小.,(满分样板 8分)(2011高考海南单科卷)一赛艇停在平静的水面上, 赛艇前端有一标记P离水面的高度为h10.6 m, 尾部下端Q略高于水面; 赛艇正前方离赛艇前端s10.8 m处有一浮标, 示意如图1316所示.,一潜水员在浮标前方 s23.0 m处下
9、潜到深 度为h24.0 m时, 看 到标记刚好被浮标挡 住, 此处看不到船尾端 Q; 继续下潜h4.0 m, 恰好能看见Q.求:,图1316,(1)水的折射率n; (2)赛艇的长度l.(可用根式表示) 【思路点拨】 根据光的折射现象和全反射的条件画出光路图, 利用几何关系求解.,解题样板规范步骤, 该得的分一分不丢！ (1)作出从P点发出 的一条光线经浮标 处折射进入水中, 到 达深度h2处的光路 图, 如图1317所示,图1317,【名师归纳】 解答光学问题, 首先要画出光路图, 画光路图注意, 首先要确定是否符合全反射临界条件, 其次依据光的折射定律或反射定律, 有时还需应用光路的可逆性解决问题.,本部分内容讲解结束,按ESC键退出全屏播放,
