物理关于“光的传播”问题的破解

关于“光的传播〞问题的破解 —’08备考综合热身辅导系列

某某平原一中 魏德田 253100

我们知道，光在同一种均匀介质中是直线传播的。当其从一种介质向另一种介质传播时，在界面上即发生传播方向的改变，从而发生反射、折射和全反射现象。千百年来，人们对光的传播现象的探索和讨论，不仅发现了光的反射、折射和全反射的规律，并且在科学研究和技术发明过程中得以广泛深入的应用。本文，对关于光的传播的问题，拟结合高中物理的教学实践和高考趋势作一讨论。

一、破解依据

欲解决此类问题，试归纳以下几条依据：

㈠反射定律：反、入射光线、界面、法线位于同一平面内；反、入射光线位于界面“同侧〞、法线的“异侧〞；并且，/

i i =，其中，i 、i /分别为反、入射角。

㈡折射定律：折、入射光线、界面、法线位于同一平面内，折、入射光线皆位于界面、法线的“异侧〞；并且，.sin /sin 12n n r i =其中，i 、r 分别为入、折射角,n 2、n 1分别为介质Ⅱ、Ⅰ的绝对折射率。

㈢折射率：反映折射光线的偏折程度。其大小为：λλ0==v c n 。

㈣假设光从一种介质向另一种介质传播，当C i ≥而，亦即入射角i 等于或大于临界角C ，亦即n C 1sin =时，光将全部返回到原介质中——全反射。

㈤反射、折射、全反射的光路皆为可逆的——“光路的可逆性〞。 二、解题示例

[例题1] 〔’07某某物理〕a 、b 两种单色光以相同的入射角从某种介质射向真空，光路如图—1所示，那么以下表达正确的选项是( )

A ．a 光的全反射临界角小于b 光的全反射临界角

B ．通过同一双缝干涉装置，a 光的干涉条纹间距比b 光

的宽

C ．在该介质中a 光的传播速度大于b 光的传播速度

D ．在该介质中a 光的波长小于b 光的波长

[解析]首先，显见光b 偏折程度大，故知其折射率较大，

即a b ＞n n ；由依据㈣可知a b ＜C C 。

其次，由λλ0=n 可知，a b ＜λλ；进而再由条纹间距公式d L x λ=∆，可知a b x ＜x ∆∆。

然后，由v c n =可知，a b ＜v v 。

综上所述可见，此题答案为：B 、C 。

[点拨]由此可知，光的折射率反映出光从一种介质向另一种

介质传播时，折射光的偏折程度，亦即其“偏折角越大〞，“折

射率越大〞，而在该介质中的“光速越小〞。

[例题2]〔’03某某物理〕如图—2所示，一玻璃柱体的横

截面为半圆形。细的单色光束从空气向柱体的O 点〔半圆的圆

心〕，产生反射光束1和透射光束2。玻璃折射率为3，入射角为45°〔相应的折射角为24°〕。现保持入射光不变，将半圆柱绕通过O 点垂直于图面的轴线顺时针转过15°，如图中虚线所示，那么 〔 〕

A.光束1转过15°

B.光束1转过30°

C.光束2转过的角度小于15°

D.光束2转过的角度大于15°

[解析]首先，分析在题设条件下半圆柱顺时针转过15°时，必将使入射角增大到60°。由“依据〞㈠〔反射定律〕可知，反射角亦增大到60°。故光束1转过角度为︒=⨯︒-⨯︒=∆30245260i 。

然后，应用“依据〞㈡〔折射定律〕可得

3sin 60sin sin 45sin 21=︒=︒r r ，

由此可以求出

︒==︒243012＞r r ，

进而，可得光束2转过的角度

︒=︒-︒+︒=∆930)1524(r ，

因此，此题答案为：B 、C 。

[点拨]此例由于入射光位置不变、而“柱〞转动，法线位置

随之改变，因而使得入射角增大，从而导致反射角、折射角的

相应增大等等一系列问题。

[例题3]〔’04全国Ⅰ〕发出白光的细线光源ab ，长度为l 0，

竖直放置，上端a 恰好在水面以下，如图—3。现考虑线光源ab

发出的靠近水面法线(图中的虚线)的细光束经水面折射后所成的

像，由于水对光有色散作用，假设以l 1表示红光成的像的长度，

l 2表示紫光成的像的长度，那么〔 〕 A ．l 1

B ．l 1>l 2>l 0

C ．l 2>l 1>l 0

D ．l 2

光的折射率比紫光的小，因而由“依据〞㈡〔折射定律〕可得红

光的像b /比紫光的像b //位置低一些；显见a 点的像点a /与b 本身

其重合。

其次，可以认为红、紫两种靠近水面法线的细光束经水面折

射后所成的像均在直线ab 上。

然后比较l 1=ab /、l 2=ab //线段的长度，可知l 2

答案为：D 。

[点拨]由此可见，在不太容易求作“线光源ab 发出的靠近水面法线(图中的虚线)的细光束经水面折射后所成的像〞的情况下，我们应先求出一般情况下的“像〞，然后借助于“逐步逼近〞的“极限思维〞方法予以解决。

[例题4]〔’06某某〕△OMN 为玻璃等腰三棱镜的横截面。a 、b 两束可见单色光从空气垂直射入棱镜底面MN,在棱镜侧面OM 、ON 上反射和折射

的情况如题图—5所示，由此可知 〔 〕

A.棱镜内a 光的传播速度比b 光的小

B.棱镜内a 光的传播速度比b 光的大

C.a 光的频率比b 光的高

D.a 光的波长比b 光的长

[解析]显然，B 光在棱镜内发生了全反射，而A 光没有。

由棱镜及光路的“对称性〞可知，b 、c 光分别在OM 、ON 界

面上所得入射角相等。显然，由“依据〞㈣〔全反射条件〕此