高中物理光学知识总结及习题

➢ 光的折射、全反射和色散

1．光密介质不是指密度大的介质，折射率的大小与介质的密度无关．

2．由n ＝

v c 知，当光从真空射向其他透明介质时，频率不变，波速和波长都发生改变． 1．光的折射

(1)折射现象：光从一种介质斜射进入另一种介质时，传播方向发生 的现象．

(2)折射定律：

①内容：折射光线与入射光线、法线处在 ，折射光线与入射光线分别位

于 的两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成 ．

②表达式：2

1sin sin θθ＝n 12，式中n 12是比例常数． ③在光的折射现象中，光路是 ．

(3)折射率：

①定义：光从真空射入某介质时， 的正弦与 的正弦的比值．

②定义式：n ＝2

1sin sin θθ (折射率由介质本身和光的频率决定)． ③计算式：n ＝

v

c (c 为光在真空中的传播速度，v 是光在介 质中的传播速度，由此可知，n >1)． 2．全反射 (1)发生条件：①光从 介质射入 介质；②入射角 临界角．

(2)现象：折射光完全消失，只剩下 光．

(3)临界角：折射角等于90°时的入射角，用C 表示，sin C ＝

n 1 . (4)应用： ①全反射棱镜； ②光导纤维，如图所示．

3．光的色散

(1)光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为 光的现象．

(2)色散规律：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，即紫

光偏折得更明显．当它们射到另一个界面时， 光的偏折最大， 光的偏最小．

(3)光的色散现象说明：

①白光为复色光；

②同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率 ；

③不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速 ．

➢ 光的波动性

1．光的干涉

(1)产生干涉的条件：两列光的 相同， 恒定．

(2)杨氏双缝干涉①原理如图所示．②产生明、暗条纹的条件

a ．单色光：若路程差r 2－r 1＝kλ(k ＝0,1,2…)，光屏上出现 ；

若路程差r 2－r 1＝ (2k ＋1)

2

λ (k ＝0,1,2…)，光屏上出现 ． b ．白光：光屏上出现彩色条纹．③相邻明(暗)条纹间距：Δx ＝λd l . (3)薄膜干涉

①概念：由薄膜的前后表面反射的两列光相互叠加而成．劈形薄膜干涉可产生平行 条

纹．

②应用：检查工件表面的平整度，还可以做增透膜．

2．光的衍射

(1)光的衍射现象：光在遇到障碍物时，偏离直线传播方向而照射到 区域的现象．

(2)发生明显衍射现象的条件：当孔或障碍物的尺寸比光波波长小，或者跟波长差不多时，光才能发

生明显的衍射现象．

(3)各种衍射图样

①单缝衍射：中央为 ，两侧有明暗相间的条纹，但间距和 不同．用白

光做衍射实验时，中央条纹仍为 ，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光．

②圆孔衍射：明暗相间的不等距 ．

③泊松亮斑(圆盘衍射)：光照射到一个半径很小的圆盘后，在圆盘的阴影中心出现的亮斑，这是光

能发生衍射的有力证据之一．

(4)衍射与干涉的比较

➢ 对折射率的理解

1．对于某单色光，玻璃的折射率比水大,则此单色光在玻璃中传播时（ ）

A ．其速度比在水中大，其波长比在水中长

B ．其速度比在水中大，其波长比在水中短

C ．其速度比在水中小，其波长比在水中短

D ．其速度比在水中小，其波长比在水中长

[答案] C

[解析] 由光在介质中的波速与折射率的关系式v ＝ n

c 可知，n 玻＞n 水，所以v 玻＜v 水，光的频率与介质无关，只由光源决定，即光在玻璃及水中传播时ν不变，据v ＝λν，知λ玻＜λ水．C 项正确．

➢ 对全反射的理解 2．(2009·浙江高考)如图11－3－4所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC 的单色光从空气射向E 点，

并偏折到F 点．已知入射方向与边AB 的夹角为θ＝ 30°，E 、F 分别为边AB 、 BC 的中点，则 ( )

A ．该棱镜的折射率为3

B ．光在F 点发生全反射

C ．光从空气进入棱镜，波长变小

D ．从F 点出射的光束与入射到

E 点的光束平行

[答案] AC

[解析] 由几何关系可知，入射角θ1＝60°，折射角θ2＝30°.由折射定律n=2

1sin sin θθ=2

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=3， A 正确；在BC 界面上，入射角为30°，根据计算所得折射率，由折射定律易知，出射角度为60°，不会发

生全反射，B 错误；光从空气进入棱镜，频率f 不变，波速v 减小，所以λ＝f

v 减小，C 正确；由上述计算结果，作出光路图，可知D 错误．

【题型1】折射定律及折射率的应用

【例1】(2008·宁夏高考)一半径为R 的1/4球体放置在水平桌面上，球体由

折射率为3的透明材料制成．现有一束位于过球心O 的竖直平面内的光线，

平行于桌面射到球体表面上，折射入球体后再从竖直表面射出，如图所示．已

知入射光线与桌面的距离为求出射角θ.

[答案] 60°

1．无论是应用折射定律，还是应用全反射分析问题，都应准确作出光路图，个别问题还要注意找

出符合边界条件或恰好发生全反射的对应光线．

2．光学题目经常涉及到日常生活或高科技中的光学元件，如光纤通信、照像机镜头等． 1.在光的反射和全反射现象中，均遵循光的反射定律；光路均是可逆的．

2．当光射到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．当折射角等于90°时，实际上就已经没有折射光了．

3．全反射现象可以从能量的角度去理解：当光由光密介质向光疏介质时，在入射角逐渐增大的过

程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减

弱为零，这时就发生了全反射．