初中物理竞赛辅导第四讲 光现象初步3(光的折射)

第四讲光现象初步1（光的折射）

光的折射：当光由一种介质斜射人另一种介质中时,光的传播路径发生偏折的现象叫做光的折射，光的折射遵从折射定律，它由荷兰物理学家斯涅耳发现。

(一)折射定律

如图1所示，在光的折射现象中，折射光线、人射光线和法线在同一平面内；折射光线和人

射光线分居法线两侧;当光从真空斜射入其他介质时,人射角i与折射角γ满足sini

sinr

=n,式中n 叫做介质的折射率。一般说来,介质的折射率只与介质种类有关。表1给出了几种介质对光的折射率。

图1 表1

折射率反映了介质对光折射本领的强弱，折射率越大，介质对光的折射能力越强。同一介质对各种色光的折射率并不相同，红光的折射率最小，紫光的折射率最大，这也是白光通过三棱镜后能发生色散的原因。表2.1实际上给出的是各种介质对黄光的折射率。由于空气的折射率非常接近于真空,空气的折射率也往往被认为等于1。

【例1】如图所示,水池的宽度为L,在水池右侧距离池底高度为H处有一激光束，水池内无水时恰好在水池的左下角产生一个光斑。已知L= H,现向水池内注水，水面匀速上升，则光斑( )。

A.匀速向右移动，且移动速度小于水面上升的速度

B.匀速向右移动，且移动速度大于水面上升的速度

C.减速向右移动，但速度始终大于水面上升的速度

D.加速向右移动，但速度始终小于水面上升的速度

【例2】如图所示，上下表面平行的玻璃砖，折射率n=√3，厚度为h ，某单色光以人射角i=60°从上表面的O 点射人，试画出光线穿过玻璃砖的光路图，并计算光线穿出玻璃砖时的偏移量。

(二)光的全反射

当光由水或其他介质斜射向空气时，在分界面上，有一部分 光线会发生反射而返回到原介质中，另一部分光线发生折射，折射角大于人射角，从而折射光线远离法线。当人射角增大时.折射角也会随之增大,同时折射光强度变弱,反射光强度增强。当人射角增大到某一值C(还未到90°时，折射角就已经达到90°，折射光线与界面重合。如果人射角再增大，折射光会消失，而只有反射光，这种现象叫做光的全反射。整个过程如图 (a)~(c)所示。使折射角恰好等于90°时的入射角称为临界角。当光从水或玻璃棱镜里射向它们和空气的分界面时，只要人射角大于临界角，光就全部反射回水或玻璃棱镜中。根据折射定律，可以求得介质的临界角

sin90°sinC

=n .由sin90°=1,得sinC=1

n

.

全反射现象在生活和科技中应用广泛,图2 (a)中的全反射棱镜被广泛应用于望远镜和潜望镜中；图2 (b)是光导纤维中光的全反射现象。光导纤维是很细的玻璃丝,外表涂有很薄的另一种材料的涂层,光在分界面上发生全反射。光导纤维制成的光缆以光速传递信号.质量和信息量都远远超过了用金属做成的电缆。

图2

【例3】如图所示，只含红光和紫光的复色光束PO,沿半径方向射入空气中的玻璃半圆柱后,如果只被分成OA和OB两光束沿图示方向射出,则( )。

A. OA为红光，OB为紫光

B. OA为紫光，OB为红光

C. OA为红光，OB为复色光

D.OA为紫光，OB为复色光

【例4】如图所示,水面下距水面h处有一盏灯S(可视为点光源),现人在岸上看水中的灯:

（1）人在光源S正上方的水面上观察光源S，感觉到S深度为多少? (已知θ→0时,sinθ≈tan θ)

(2) 人发现该灯只能照亮水而上的一个圆形区域，已知水的折射率为n.水水而被点光源照亮的圆形区域的面积。

(三)光速与折射率的关系

任何色光在真空中传播的速度都是光速,真空中的光速为c=3.0×108 m/s 。但是在其他透明介质中,光的传播速度小于真空中的光速。设光在介质中传播速度为v,介质的折射率为n,则有n= c

v ,即介质对某色光的折射率等于光在真空中的传播速度与该色光在介质中传播速

度之比。

在可见光当中,介质对红光的折射率最小,对紫光的折射率最大,因此可知,在同一介质中.红光的传播速度大于紫光的传播速度。水的折射率为4

3.因此光在水中的传播速度为真空中光

速的

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。

【例5】一束复色光由空气射向玻璃，发生折射而分为a ，b 两束单色光，其传播方向如图所示。设玻璃对a ，b 的折射率分别为n a ，n b ，且a ，b 在玻璃中的传播速度分别为n a ，n b ，则n a n b ， n a n b (均选填“>”“<"或“=")。 练习题

1.下面表示光线通过半圆形玻璃砖的光路图中正确的是( )。

2.光从一个盛有水的薄壁玻璃水缸射出,经过空气后射人另一个盛有水的薄壁玻璃水缸,若不考虑玻璃水缸壁对光的折射影响,下图中正确反映光路的是( )。

3.在一块玻璃砖上挖去一块半圆形的玻璃，如有已条通过圆心的光线射到该玻璃砖上,则正确的光路图为( )。

4.地球的自转让我们每天能看到日出和日落现象,若地球表面不存在大气层(假设),则日出和日落时间相比现在( )

A.日出提前，日落推迟

B.日出推迟,日落提前

C.日出和日落都会提前

D.日出和日落都会推迟

5.如图所示，两个并排而且深度相同的水池，一个装水，另一个未装水,在两池的中央各竖立一支长度相同而且比池深略长的标杆。此时，阳光斜射到水池。下列关于两水池中标杆影子的说法中，正确的是( )。

A.装水的池中标杆影子较长

B.未装水的池中标杆影子较长

C.两池中标杆影子长度相同

D.装水的池中标杆没有影子

6.如图所示,在P点有一发光物体，则在水下观察者的眼里,该物体的像位于( )。

A. P点以上

B. P点以下

C. P点

D.P点左上方