高中物理 ( 三)全反射

（ 三）全反射
当光由光密媒质射入光疏媒质时，由光的折射定律可知，折射角总大于入射角，即光从光密媒质向光疏媒质斜射时，折射光线向远离法线方向偏折；当折射角等于900时，称为全反射，此时的入射角称为光密媒质对光疏媒质的临界角，用C 表示全反射的临界角，则
出现全反射的条件是：光必须从光密媒质射向光疏媒质，入射角大于临界角。

发生全反射时，反射光线与入射光线的关系满足光的反射定律；光发生全反射时，没有折射光线，光的能量全部返回光密媒质。

（四）费马原理
光从空间一点传到另一点是沿着光程为极值（极大值、极小值或恒定值）的路径传播的。

光程是指光在均匀媒质中通过的路程和媒质的折射率的乘积。

从最短光程可导出光在均匀媒质中沿直线传播、光的反射定律和折射定律这三个几何光学的基本定律；当反射面是旋转球面，而光源置于一焦点上时，则反射光线总是通过另一焦点，这就是光程恒定的例子。

一．一．球面反射成像
（一）物和像的概念
物体可以自己发光，也可以反射光或透射光。

从物体发出的光经过一定的光学系统后，由出射的实际光线或实际光线的反向延长线会聚成的与物体形象相似的图形就叫像。

物体是由大量的物点组成的，由物点发出的光经过一定的光学系统后有三种可能：
1． 1． 会聚于一点，该点称为物点的实像点；
2． 2． 成为发射光束，其反向延长线的会聚点，称为物点的虚像点；
3． 3． 成为平行光束，通常说它不成像，或说成像在无限远。

几何光学中的物和像是对一定的光学系统而言的，具有相对性。

例如：如图12—2所示，由两个凸透镜组成的光具组中，S 1对于凸透镜L 1来说是物点S 的像，但S 1对于凸透镜L 2来说则是物点。

也就是说对于由几个镜组成的光具组，从成像角度来看，前一个光具所成的实像或虚像，都可以作为下一个光具的物。

当然，这种物与实际的物体“发光”特性不同，实际物点发出的光是向各个方向传播的，而这种以像作物“发出”的光要受到前一个光具射出的光束的限制。

图12—2
对于一定的光学系统来说，物与像在空间的位置关系是一一对应的。

例如，在图12
密疏
n n C
sin
—2中，对于由L 1、L 2组成的透镜组来说，由物点S 射出的光线经过透镜组后，折射光线都通过像点S 2。

根据光路可逆的原理，如果在像点S 2的位置放置一物点，由它发射的光线，经过透镜组后，折射光线都将通过原来的物点S 的位置。

这种物点与像点一一对应的关系叫物像共轭。

（二）球面镜成像
球面镜的反射遵循反射定律，法线是球面的半径。

如图12—3所示，一束近光轴的平行光线，经凹面镜反射后将会聚与主轴上一点F ，这个F 点成为凹面镜的焦点。

如图12—4所示，一束近主轴的平行光线经凸面镜反射后将发散，反向延长线将会聚于主轴上一点F ，这个F 点成为凸面镜的焦点。

焦点F 到镜面顶点A 之间的距离叫做球面镜的焦距f 。

球面镜的焦距
等于半径的一半，即
f =2R
图12—3 图12—4
球面镜的成像公式是
使用时应注意：凹面镜焦距f 为正，凸面镜焦距f 为负；实物u 取正，虚物 u 取负；实像v 为正，虚像v 为负。

f v u 111=
+。