高中物理选修3-4_光学部分

高中物理选修3-4 光学部分

光既具有波动性，又具有粒子性；光是一种电磁波。

阳光能够照亮水中的鱼和水草，同时我们也能通过水面看到烈日的倒影；这说明光从空气射到水面时，一部分光射进水中，另一部分光被反射回到空气中。

一般说来，光从一种介质射到它和另种分界面时，一部分光又回到这种介质中的现象叫做光的反射；而斜着射向界面的光进入第二种介质的现象，叫做光的折射。

1.光的反射定律：

实验表明：光的反射遵循以下规律

a 、 反射光线和入射光线、界面的法线在同一平面内，反射光

线和入射光线分别们于法线的两侧。

b 、 反射角等于入射角。（i=i

‘） 在反射现象中，光路是可逆的。

折射定律 1.2.sin i c 3.n sin r v ⎧⎫⎪⎪

⎪⎪

⎨⎬⎪⎪⎪⎪

==⎩⎭三线共面分居两侧 全反射i C 1

sin c n →≥⎧⎫

⎪⎪⎨⎬=⎪⎪⎩⎭

1.条件：光密光疏；

2.临界角： 棱镜对光的作用⎧⎫⎨⎬⎩⎭单色光：向底边偏折复色光：色散 平行玻璃板：使光线折射侧移 光的折射 光的折射 光学 光的波动

2.光的折射定律：

入射光线和法线的夹角i叫做入射角；折射光线和法线的夹角r叫做折射角；反射光线和法线的夹角i‘叫做反射角。

光的折射定律可这样表示：

a、折射光线跟入射光线和界面的法线在同一平面内，折射光线和入射光线分别们位于法线的两

侧。

b、入射角的正弦跟折射角的正弦之比是一个常量，即：sini/sinr=n

在折射现象中，光路也是可逆的。

3.折射率：

由折射定律可知：光从一种介质射入另一种介质时，尽管折射角的大小随着入射角的大小在变化，但是两个角的正弦之比是个常量，对于水、玻璃等各种介质都是这样，但是，对于不同介质，比值n的大小并不相同，例如，光从空气射入水时这个比值为1.33，从空气射入普通玻璃时，比值约为

1.5。因此，常量n是一个能够反映介质的光学性质的物理量，我们把它叫做介质折射率。

光在不同介质中的传播速度不同（介质n越大，光传播速度越小）。某种介质的折射率，等于光在真空中的速度c跟光在这种介质中的速度v之比，即：n=c/v

注意：1.真空中的折射率n=1(空气中一般视为真空)，其他介质的折射率n>1。

2. 通过比较入射角i和折射角r的大小判断入射介质和折射介质的折射率大小，当i>r时，n入

n折

3. 折射率n越大，折射越明显，折射角越小。

4.全反射现象

光疏媒质:两种媒质中折射率较小的媒质叫做光疏媒质.

光密媒质:两种媒质中折射率较大的媒质叫做光密媒质.

发生全反射的条件:

1)、光从光密媒质射向光疏媒质;

2)、入射角大于或等于临界角,即i≥C

1、全反射：当光从光密媒质进入光疏媒质时,折射角大于入射角.当入射角增大到某一角度时,折射角等于900,此时,折射光完全消失，入射光全部反回原来的媒质中,这种现象叫做全反射.

2、临界角:

1)、定义:光从光密媒质射向光疏媒质时,折射角等于900时的入射角,叫做临界角.用字母C表示.临界角是指光由光密媒质射向光疏媒质时,发生全反射形象时的最小入射角,是发生全反射的临界状态.当光由光密媒质射入光疏媒质时:

若入射角i

若入射角i≥C,则发生全反射形象.

全反射的实例:

1、光导纤维—光纤通讯：

一种利用光的全反射原理制成的能传导光的玻璃丝,由

内芯和外套组成,直径只有几微米到100微米左右,内芯的折射

率大于外套的折射率.当光线射到光导纤维的端面上时,光线就

折射进入光导纤维内,经内芯与外套的界面发生多次全反射后

从光导纤维的另一端面射出,而不从外套散逸,故光能损耗极小.

如果把光导纤维聚集成束使其两端纤维排列的相对位置相同,这样的纤维束就可以传送图像,如图所示。

利用光导纤维可以弯曲传光,传像,可制作各种潜望镜,医用内窥镜等.

2、海市蜃楼的成因和规律：

夏天，在气压恒定的海面上，空气密度随高度增加而减小，对光的折射率也随之减小

从而形成一具有折射率梯度的空气层。当光线通过此空气层时，将发生偏转。如下图所示，设一束从远处景物A 发出的光线a 以入射角I 由折射率为n 处射入空气层。由折射定律有：nsini=n 1sinr 1……(1) n 1sinr 1=n 2sinr 2…….(2) 联立（1）、（2）式可得： nsini=n 2sinr 2 依此类推：nsini=n c sinc, sinc=c

n n sini.

可见，当n 、 i 一定时，从下层空气进入上层 空气的入射角不断增大，当增大到由某两层空气 的折射率决定的临界角时，就会全反射。 人在C 处逆着C 光线看，可看到经全反射 形成的倒立虚像；在B 处逆着b 光线看，也可 看到经折射形成的正立虚像。

总之。若人在较高处，看到的是由折射

形成的正立虚像；若人在较低处，看到的蜃景是 由折射和全反射形成的倒立虚像。

典型例题解析：

例题1.根据下面的漫画,判断下列说法正确的是 ( BD )

A.人看到的是鱼的实像,位置变浅了

B.人看到的是鱼的虚像,位置变浅了

C.鱼看到的是人的实像,位置偏低些

D.鱼看到的是人的虚像,位置偏高些 解：本题考查折射成像.

水面下的鱼发出的光线,经水面发生折射后出射角变大,远离了法线,光线进入人眼后,人眼逆着射来的光线寻找鱼,看到的是鱼的虚像,位置变浅了,光路图如图所示.

岸上的人发出的光线,经水面发生折射后水中的折射角变小,靠

近了法线,光线进入鱼眼后,鱼眼逆着射来的光线寻找人,看到的是人的虚像,位置变高了,光路图如图所示.B 、D 正确.

例题2.光线由媒质A 射向媒质B ，入射角i 小于折射角γ，由此可知（C ）

A 、媒质A 是光疏媒质 ；

B 、光在媒质A 中速度比在媒质B 中大；

C 、媒质A 的折射率大于媒质B 的折射率；

D 、光从媒质A 进入媒质B 不可能发生全反射。

例题3.一束单色光自真空射向折射率为2的介质的界面上形成反射光束和折射光束，下列说法正确的是：(A

D )

A 、反射光和折射光的颜色相同，