3、角.
4.全反射現(xiàn)象
(1)條件:①光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì).
②入射角大于或等于臨界角.
(2)現(xiàn)象:折射光完全消失,只剩下反射光.
5.臨界角:折射角等于90時的入射角,用C表示,sin C=.
6.光的色散
(1)光的色散現(xiàn)象:含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象.
(2)光譜:含有多種顏色的光被分解后,各種色光按其波長的有序排列.
(3)光的色散現(xiàn)象說明:
①白光為復(fù)色光;
②同一介質(zhì)對不同色光的折射率不同,頻率越大的色光折射率越大;
③不同色光在同一介質(zhì)中的傳播速度不同,波長越短,波速越慢.
(4)棱鏡
①含義:截面是三角形的玻璃儀器,可以使光發(fā)生色散,白
4、光的色散表明各色光在同一介質(zhì)中的折射率不同.
②三棱鏡對光線的作用:改變光的傳播方向,使復(fù)色光發(fā)生色散.
考點一 折射定律的理解與應(yīng)用
解決光的折射問題的一般方法:
(1)根據(jù)題意畫出正確的光路圖.
(2)利用幾何關(guān)系確定光路中的邊、角關(guān)系,確定入射角和折射角.
(3)利用折射定律建立方程進行求解.
★重點歸納★
1.玻璃磚對光路的控制
兩平面平行的玻璃磚,出射光線和入射光線平行,且光線發(fā)生了側(cè)移,如圖所示.
2.三棱鏡對光路的控制
(1)光密三棱鏡:光線兩次折射均向底面偏折,偏折角為δ,如圖所示.
(2)光疏三棱鏡:光線兩次折射均向頂角偏折.
5、
(3)全反射棱鏡(等腰直角棱鏡),如圖所示.
①當光線從一直角邊垂直射入時,在斜邊發(fā)生全反射,從另一直角邊垂直射出(如圖甲).
②當光線垂直于斜邊射入時,在兩直角邊發(fā)生全反射后又垂直于斜邊射出(如圖乙),入射光線和出射光線互相平行.
特別提醒 不同顏色的光的頻率不同,在同一種介質(zhì)中的折射率、光速也不同,發(fā)生全反射現(xiàn)象的臨界角也不同.
★典型案例★如圖所示,一個折射率為的三棱鏡的截面為等腰直角,為直角。此截面所在平面內(nèi)的一束光線沿與AB邊成角()的方向入射到AB邊的中點P處,若要光線進入三棱鏡后能射到AC邊上且能在AC面上發(fā)生全反射,則應(yīng)滿足什么條件?
6、【答案】
【名師點睛】解答本題的關(guān)鍵在于利用幾何關(guān)系找出入射角、折射角和它們之間的關(guān)系,由折射定律可列出方程求解。
★針對練習(xí)1★如圖所示,在MN的下方足夠大的空間是玻璃介質(zhì),其折射率n=,玻璃介質(zhì)的上邊界MN是屏幕.玻璃中有一個正三角形空氣泡,其邊長l=40cm,頂點與屏幕接觸于C點,底邊AB與屏幕平行.一束激光a垂直于AB邊射向AC邊的中點O,結(jié)果在屏幕MN上出現(xiàn)兩個光斑.
(1)求兩個光斑之間的距離L.
(2)若任意兩束相同的激光同時垂直于AB邊向上射入空氣泡,求屏幕上相距最遠的兩個光斑之間的距離.
【答案】40 cm 80 cm
【解析】 (1)畫出光路圖如圖甲所示.
7、在界面AC,入射角i=60,由折射定律
解得折射角r=30由光的反射定律得反射角θ=60;由幾何關(guān)系得,△ODC是邊長為的正三角形,△OEC為等腰三角形,且CE=OC=;則兩個光斑之間的距離L=DC+CE=40 cm.
甲 乙
(2)作出入射點在A、B的光線的光路圖,如圖乙所示,由圖可得屏幕上相距最遠的兩個光斑之間的距離PQ=2l=80 cm.
【名師點睛】本題是幾何光學(xué)問題,是折射定律、反射定律與幾何知識的綜合應(yīng)用.要充分運用幾何知識,求解兩個光斑之間的距離.
★針對練習(xí)2★一透明柱狀介質(zhì),如圖所示,其橫截面為扇形AOC,O為圓心,半徑為
8、R,圓心角為600;AC關(guān)于OB對稱。一束足夠?qū)捚叫杏贠B的單色光由OA和OC面射入介質(zhì),介質(zhì)折射率為 ,要使ABC面上沒有光線射出,至少在O點左側(cè)垂直O(jiān)B放置多長的遮光板?(不考慮ABC面的反射)
【答案】
折射光線射向球面AC,在E點恰好發(fā)生全反射,入射角為α,有
解得:
【名師點睛】幾何光學(xué)是3-4部分的重點,也高考的熱點,關(guān)鍵要能正確作出光路圖,掌握折射定律和光速公式這些基礎(chǔ)知識。熟練掌握折射定律的公式及全反射公式.
考點二 全反射現(xiàn)象的理解與應(yīng)用
1.在光的反射和全反射現(xiàn)象中,均遵循光的反射定律;光路均是可逆的.
2.當光射到兩種介質(zhì)的界面上時,往往同時發(fā)
9、生光的折射和反射現(xiàn)象,但在全反射現(xiàn)象中,只發(fā)生反射,不發(fā)生折射.當折射角等于90時,實際上就已經(jīng)沒有折射光了.
3.全反射現(xiàn)象可以從能量的角度去理解:當光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時,在入射角逐漸增大的過程中,反射光的能量逐漸增強,折射光的能量逐漸減弱,當入射角等于臨界角時,折射光的能量已經(jīng)減弱為零,這時就發(fā)生了全反射.
★重點歸納★
1.光的折射、全反射中的三個“一”
一個規(guī)律:光的折射定律
一個概念:折射率
一個條件:全反射的條件
2.解答全反射類問題的技巧
(1)解答全反射類問題時,要抓住發(fā)生全反射的兩個條件:
一是光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì),
二是入射角大于或等于臨界
10、角.利用好光路圖中的臨界光線,準確地判斷出恰好發(fā)生全反射的光路圖是解題的關(guān)鍵,且在作光路圖時盡量與實際相符,這樣更有利于問題的分析.
(2)解答光的折射、全反射問題時抓好兩個關(guān)鍵點
①準確作出光路圖
②利用幾何關(guān)系確定光路中的邊、角關(guān)系,找準入射角和折射角.
★典型案例★如圖所示,四分之一圓柱體玻璃磚半徑R=8cm,放在水平地面上,一束激光平行于OB從OA上C點射入玻璃磚,恰好從玻璃磚的曲面上D點射出,最后激光打在水平地面上E點,BE=2cm,求:
①OC的距離;
②該玻璃的折射率。
【答案】①②
【名師點睛】解決光學(xué)問題的關(guān)鍵要掌握全反射的條件、折射定律、臨界角公式、光速
11、公式,運用幾何知識結(jié)合解決這類問題.
★針對練習(xí)1★某種液體的折射率為,距液面下深h處有一個點光源,從液面上看液面被光源照亮的圓形區(qū)域的直徑為: ( )
A.2h B.2h C.h D.h
【答案】B
【解析】 水下點光源射向空氣時,當照射越遠時入射角越大,照射越近則入射角越?。伤恼凵渎蕁可求出水的臨界角 則;當入射角i等于450時,恰好發(fā)生全反射.從液面上看液面被光源照亮的圓形區(qū)域的直徑為D=2h; 故選:B.
【名師點睛】此題是關(guān)于全反射的考查,運用恰好發(fā)生全反射來確定光斑區(qū)域的大小,水下點光源是向四面八方照
12、射,當從水中射向空氣時,若入射角大于或等于臨界角,就會發(fā)生光的全反射.所以有區(qū)域的光不會射出。
★針對練習(xí)2★如圖所示為用某種透明材料制成的一塊柱形棱鏡的橫截面圖,圓弧CD是半徑為R的四分之一圓周,圓心為.光線從AB面上的M點入射,入射角i=60 ,光進入棱鏡后恰好在BC面上的O點發(fā)生全反射,然后由CD面射出.已知OB段的長度l=6cm,真空中的光速c=3.0108m/s.
求:①透明材料的折射率n②光從M點傳播到點O所用的時間t.
【答案】①②
【名師點睛】本題是折射現(xiàn)象和全反射現(xiàn)象的綜合,關(guān)鍵作出光路圖,掌握全反射的條件和臨界角公式,結(jié)合幾何關(guān)系求解.
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