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1、第十五章 光的反射和折射知识内容要求说明89、光的直线传播，本影和半影90、光的反射，反射定律，平面镜成像作图法91、光的折射，折射定律，折射率，全反射和临界角92、光导纤维93、棱镜，光的色散几何光学棱镜 光从玻璃棱镜的一个侧面射入，从另一个侧面射出时，出射光线跟入射光线相比，向底面偏折。光的色散 一束白光通过三棱镜后发生色散,形成按一定次序(红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫)排列的光谱。色散现象表明：白光是由各种单色光组成的复色光，同种媒质对不同色光的折射率不同，对紫光折射率最大，对红光折射率最小。全反射现象 光线从空气或真空中射向其它媒质(n密n疏)时,当入射角大于等于临界角C时,折射光线完全
2、消失,反射光最强.这种现象叫做全反射。SinC=折射定律 光线从第一种媒质射入第二种媒质时,入射线、折射线与法线共面，且分居法线两侧；入射角 （i）与折射角(r)正弦的比值为一常量n，n= (n由两种媒质种类决定)，称为第二种媒质对第一种媒质的折射率。如第一种媒质是空气或真空，n又称为第二种媒质的折射率。平面镜成像 特点：成虚像;像与物等大小,正立,且与镜面位置对称。反射定律 入射线、反射线与法线共面，且分居法线两侧，入射角=反射角。真空中光速 c = 3.0108米/秒本影 半影 日食 月食 小孔成像光的折射光的反射全反射棱射 横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。光的直线传播(均匀介质
3、)知识网络解题方法指导例1：如图13-9，P为发光点，MN为平面镜，那么在MN与P之间放上不透明挡板Q后，像的亮度变化情况是_ _(填“变亮”或“变暗”或“不变”)。【错解】在MN与P之间放上不透明挡板Q后，必然会使从P点发出的光被挡板挡住部分，所以像的亮度会变暗。【错解原因】选错的同学是将此类问题与在发光点S与透镜之间放一挡板的情况混为一谈了。若是凸透镜，如图1310，发光点S发出并且到达凸透镜上的那部分光线，经折射后必然全部相交于实像点S1，而当如图13-11所示的凸透镜下半部分(或其上任何一部分)放上挡板B后，S发出并且到达挡板B的光线就会被反射和吸收不能透过凸透镜经折射到达实像点S2，
4、使得相交于S2像点的光线大大减少了，显然由于放上了B，S2点变暗了，而平面镜则不同了。【分析解答】所不同的是，图13-12中发光点P在平面镜中所成的是虚像点P。眼睛之所以能看到P，是因为P发出的光线，在平面镜MN上发生反射并且进入人眼睛。人按照平时形成的观察习惯，逆着进入眼睛的这些反射光线看到镜后的虚像点P，P就是进入人眼睛的光线反向延长线的相交点，显然P像点的亮度取决于眼睛的某一位置观察时进入其中的光线多少与强弱。如图(13-12)所示，无放挡板时，眼睛在M1N1与M1N1所包围的空间区域内均可看到P点。放上挡板后，在图中的阴影部分A或B区域内(即在M1Nl和M2N2与M1N1和M2N2所包
5、围的区域)，进入眼睛的光线多少强弱与未放入挡板时相比保持不变。因为在没有放上挡板时，通过挡板所在位置的那部分光线经平面镜后，同样不能进入处于A，B区域内的眼睛，这样对进入A，B区域内的光线多少与强弱并不能做出贡献。也就是说，挡板放上后，对在A，B 区域内眼睛，能否看到像及看像的亮度都不会产生任何影响。当然此时A，B区域外再也看不到P的像点P了。因此，在发光点与平面镜之间放上不透明挡板后，观察到的像的亮度是不变的，变化的是像的观察范围，而且是明显变小了。【评析】几何光学把光理想化为光线，用几何的方法研究光在介质中的行为。总结出光的直进、反射和折射三大规律。所以用几何光学规律解决实际问题，应先画光
6、路图再做具体分析。这不仅是按照规律办事的的起码要求，也是保证做题正确的手段。易错题辨析例1 波长为0.65m的红光，从空气射入水中，水相对空气的折射率为1.33。求该光在水中的波长，并判断在水中该光的颜色。【错解】得波长0.49m的光是蓝色。【错解原因】上述求得光在水中的波长为0.49m是正确的，但用光谱表查得光的颜色却错了。人眼对光的色觉决定于光的频率而不是波长。【分析解答】当光从一种媒质进入另一种媒质时，波长变化了，波速也相应变化了，但它的频率却不变。所以在水中该光仍是红色。【评析】物理规律的因果关系是有条件的，记忆规律时应该首先弄清规律成立的条件。凡是波，无论是机械波还是电磁波，只要振源
7、的频率不变，波的频率就不变。例2 一束白光从玻璃里射入稀薄空气中，已知玻璃的折射率为1.53，求入射角为下列两种情况时，光线的折射角各为多少？（1）入射角为50”（2）入射角为30【错解】r=303r=194【错解原因】此解法中没有先分析判断光线是从光疏媒质进入光密媒质，还是从光密媒质进入光疏媒质，会不会发生全反射。而是死套公式，引起错误。【分析解答】光线由玻璃里射入空气中，是由光密媒质射入光疏媒质，其临界角为由已知条件知，当i=50时，iA，所以光线将发生全反射，不能进入空气中。当i=30时，iA，光进入空气中发生折射现象。sinr=nsini=1.53sin30=0.765r= 4954【
8、评析】解光的折射现象的题目时，首先应做出判断：光线是从光疏媒质进入光密媒质，还是光线是从光密媒质进入光疏媒质。如是前者则ir，如是后者则ir。其次，如果是从光密媒质进入光疏媒质中，还有可能发生全反射现象，应再判断入射角是否大于临界角，明确有无折射现象。例3 光从玻璃射入空气里时传播方向如图13l所示，请在图中标出入射角和折射角。【错解】如图 132所示，为入射角，为折射角。【错解原因】错解原因一是受思维定势的影响，不加分析地认定玻璃与空气总是上下接触的；二是对光的折射及其规律未吃透，将题设文字条件与图形条件结合起来的分析能力差。根据光的折射规律，光从水或玻璃等透明物质射入空气里时，折射角大于入
9、射角，题设文字条件是“从玻璃射入空气”，因此折射角大于入射角，再结合题设所给图形，可知CD为界面，AB为法线。【分析解答】如图 133所示， 为入射角， 折射角（CD左面为玻璃，右面为空气）。【评析】解光的折射现象的题目，首先应对光线是从光疏媒质进入光密媒质呢？还是光线是从光密媒质进入光疏媒质作出判断。为了保证你每次做题时，能够不忘判断，建议同学们做光的折射题时，先画出光路图，标出入射光线和出射光线的方向，在界面处标出哪一个是光密媒质，哪一个是光疏媒质。然后再解题。例4 如图134所示，放在空气中折射率为n的平行玻璃砖，表面M和N平行，P，Q两个面相互平行且与M，N垂直。一束光射到表面M上（光
10、束不与M平行），则：A如果入射角大于临界角，光在表面M发生全反射。B无论入射角多大，光在表面M都不会发生全反射。C光可能在表面N发生全反射。D由于M与N平行，光只要通过M就不可能在表面N发生全反射。【错解】光束从空气中射到玻璃砖表面M上，是由光疏媒质到光密媒质，不可能发生全反射，而从表面N射出空气，是由光密媒质到光疏媒质，光可能发生全反射，故选B，C。【错解原因】机械地记住光从光密媒质到光疏媒质，可能发生全反射，而不具体分析光通过表面M后射到N表面光线的入射角的大小是否大于临界角，而错选C。【分析解答】如图13-5所示，光射到表面M的入射角为i(i90)折射角为r， 面N，因MN，故其入射角i
11、=rC。即光只要通过M即不可能在表面N发生折射。若光通过M先射到MN面再射到P面（如图136），同样可以证明经P面发生反射，反射光线射至N面时，由几何关系可以证明入射角i=r，根据折射定律折射角r=i，同样不可能发生全反射。故应选B，D。【评析】同一个初始条件可能有若干个不同结果。这是对考生思维能力的考查。本题中，当光线射到M上，发生折射。以A为分界点，入射点在AC之间，光线先要到达P界面，所以一定先要讨论光线在P界面上的行为。光线在P界面一定会发生反射现象，是否发生折射要看入射角是否大于临界角。由于此问题与本题无关所以可以不讨论它。如果试题提出光线在P界面的行为时，就要认真讨论。结论是：入射
12、到M面光线的入学习感悟 实战训练场一、 选择题1下述说法中正确的是 （ ）A光在同一种介质中总是沿直线传播的 B光总是沿直线传播的C小孔成像是光直线传播形成的 D影的产生可以用光线的直线传播解释图20-1日月CBDA2如图20-1所示，关于日食如下说法中正确的 是（ ） A在A区可看到日全食 B在B区可看到日环食 C在C和D区可看到日偏食 D发生日食时，地球上处于白天且天气晴好的任何地方都能看到3关于光的反射，下列说法中正确的是 （ ）A反射定律只适用于镜面反射B漫反射不遵循反射定律C如果甲能从平面镜中看到乙的眼睛，则乙也能同时通过镜面看到甲的眼睛D反射角是指反射光线与界面的夹角4如图20-2
13、，竖直放置的平面镜M前，放有一点光源S，设S在平图20-2MS 面镜中的像为S，则相对于站在地上的观察点来说（ ） A若S以水平速度v向M移动，则S以v移动 B若S以水平速度v向M移动，则S以v移动 C若M以水平速度v向S移动，则S以v移动D若M以水平速度v向S移动，则S以v移动5光线由一种介质射向另一种介质，若这两种介质的折射率不同，则 （ ）A一定能进入介质中传播 B若进入介质中，传播方向一定改变 C若进入介质中，传播速度一定改变 D不一定能进入介质中传播6一束光线从空气射入水中，入射角为40，在界面上光的一部分被反射，另一 部分被折射，则反射光线和折射光线之间的夹角是 （ ）A100140 C140 D501007一束光照射到两种介质的界面上时，下列说法中正确的是 （ ）A一定同时有反射光线和折射光线存在B一定有反射光线存在，不一定有折射光线存在C一定有折射光线存在，不一定有反射光线存在D反射光线和折射光线都不一定存在8某介质的折射率为，一束光由该介质射向空气，如下光路图中正确的是 （ ）图20-3ABCD60303030606030306
