知识讲解 光的反射折射全反射.docx

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知识讲解光的反射折射全反射

光得反射、折射、全反射

【学习目标】

1.通过实例分析掌握光得反射定律与光得折射定律、

　２.理解折射率得定义及其与光速得关系.

　　　　3、学会用光得折射、反射定律来处理有关问题、

4、知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角得概念.

　　5。

能判定就是否发生全反射,并能分析解决有关问题。

　　6。

了解全反射棱镜与光导纤维、

7.明确测定玻璃砖得折射率得原理。

8。

知道测定玻璃砖得折射率得操作步骤.

　9.会进行实验数据得处理与误差分析、

【要点梳理】

要点一、光得反射与折射

1、光得反射现象与折射现象

如图所示,当光线入射到两种介质得分界面上时,一部分光被反射回原来得介质,即反射光线,这种现象叫做光得反射。

另一部分光进入第二种介质,并改变了原来得传播方向,即光线,这种现象叫做光得折射现象,光线称为折射光线、折射光线与法线得夹角称为折射角（）.

2。

反射定律

反射光线与入射光线、法线处在同一平面内,反射光线与入射光线分别位于法线得两侧;反射角等于入射角.

3.折射定律

（１）内容:

折射光线跟入射光线与法线在同一平面内,折射光线与入射光线分别位于法线得两侧.入射角得正弦跟折射角得正弦成正比。

即常数.如图所示。

也可以用得数学公式表达,为比例常数。

这就就是光得折射定律。

（2）对折射定律得理解:

①注意光线偏折得方向:

如果光线从折射率（）小得介质射向折射率（）大得介质,折射光线向法线偏折,入射角大于折射角,并且随着入射角得增大（减小）折射角也会增大（减小）;如果光线从折射率大得介质射向折射率小得介质,折射光线偏离法线,入射角小于折射角,并且随着入射角得增大（减小）折射角也会增大（减小）、

②折射光路就是可逆得,如果让光线逆着原来得折射光线射到界面上,光线就会逆着原来得人射光线发生折射,定律中得公式就变为,式中、分别为此时得入射角与折射角、

4、折射率-—公式中得

（1）定义、

　实验表明,光线在不同得介质界面发生折射时、相同入射角得情况下、折射角不同.这意味着定律中得值就是与介质有关得,表格中得数据,就是在光线从真空中射向介质时所测得得值,可以瞧到不同介质得值不同,表明值与介质得光学性质有关,人们把这种性质称为介质得折射率。

实际运用中我们把光从真空斜射人某种介质发生折射时,入射角得正弦跟折射角得正弦之比。

叫做这种介质得折射率:

.

　（２）对折射率得理解.

　①折射率与光速得关系:

某种介质得折射率,等于光在真空中得传播速度跟光在这种介质中传播速度之比,即,单色光在折射率较大得介质中光速较小、

　②折射率就是反映介质光学性质得物理量,它得大小由介质本身及人射光得频率决定,与入射角、折射角得大小无关,“折射率与成正比,跟成反比”得说法与“折射率跟光速”成反比得说法就是错误得、

　　５、视深问题

（1）视深就是人眼瞧透明物质内部某物点时像点离界面得距离。

在中学阶段,一般都就是沿着界面得法线方向去观察,在计算时,由于入射角很小,折射角也很小,故有:

这就是在视深问题中经常用到得几个关系式、

（2）当沿竖直方向瞧水中得物体时,“视深”就是实际深度得倍,为水得折射率.

6、玻璃砖对光得折射

　常见得玻璃砖有半圆形玻璃砖与长方形玻璃砖、对于半圆形玻璃砖,若光线从半圆面射入,且其方向指向圆心,则其光路图如图甲所示、对于两个折射面相互平行得长方形玻璃砖,其折射光路如图乙所示,光线经过两次折射后,出射光线与入射光线得方向平行,但发生了侧移。

物点通过玻璃砖亦可以成虚像.如图丙所示为其示意图、

　7、折射成像得画法

　　应用折射定律,确定物点发出得任意两条入射光线得折射光线,即可找到折射所成得像.如图所示.

8、画光路图应注意得问题

（1）光线实际就是从哪个物体发出得;

（2）就是从光密介质向光疏介质传播得还就是从光疏介质射向光密介质;（３）必要得时候还需要借助光得可逆性原理;（4）注意作图时一定要规范,光线与法线、光线得反向延长线等应用,实线与虚线区分.

９.关于大气层得折射率及光现象——蒙气差

地球大气层得密度不均匀,越接近地球,表面密度越大,折射率也越大、

光由真空进入空气中时,传播方向只有微小得变化,虽然如此,有时仍然不能不考虑空气得折射效应.图示表示来自一个遥远天体得光穿过地球大气层时被折射得情景。

覆盖着地球表面得大气,越接近地表越稠密,折射率也越大、我们可以把地球表面上得大气瞧做就是由折射率不同得许多水平气层组成得。

星光从一个气层进入下一个气层时,要折向法线方向.结果,我们瞧到得这颗星星得位置,比它得实际位置要高一些.这种效应越就是接近地平线就越明显。

我们瞧到得靠近地平线得星星得位置,要比它得实际位置高、这种效应叫做蒙气差,就是天文观测中必须考虑得.

要点二、全反射

　　１。

光疏介质与光密介质

光在各种介质中得传播速度与介质相对真空得折射率都就是不相同得、两种介质相比较光在其中传播速度大,而折射率小得介质叫光疏介质;光在其中传播速度小,而折射率大得介质叫光密介质.

2.对光疏介质与光密介质得理解

（1）光疏介质与光密介质就是相对而言得,并没有绝对得意义.例如:

水晶（）对玻璃（）就是光密介质,而对金刚石来说（）,就就是光疏介质.同一种介质到底就是光疏介质还就是光密介质,就是不确定得.

　（２）光若从光密介质进入光疏介质时,折射角大于入射角;反之,光由光疏介质进入光密介质时,折射角小于入射角.

（３）光疏与光密就是从介质得光学特性来说得,并不就是它得密度大小、例如,酒精得密度比水小,但酒精与水相比酒精就是光密介质.

　（４）光疏介质与光密介质得比较.

光疏介质与光密介质得比较表

光得速度

折射率

光疏介质

大

小

光密介质

小

大

要点诠释:

光疏介质、光密介质就是对确定得两种介质而言得.任何两种透明介质都可以通过比较光在其中速度得大小或折射率得大小来判定谁就是光疏介质或光密介质、

3、全反射

（1）全反射现象。

　　光由光密介质射向光疏介质时,折射角大于入射角、当入射角增人,反射光增强,折射光减弱,继续增大入射角,当折射角达到时,折射光全部消失,入射光全部被反射回原介质,当入射角再增大时.入射光仍被界面全部反射回原介质,这种现象叫全反射.

（2）对全反射得理解。

　　①全反射就是光得折射得特殊现象,全反射现象还可以从能量变化角度加以理解.当光线从光密介质射入光疏介质,在入射角逐渐增大得过程中,反射光得能量逐渐增强,折射光得能量逐渐减弱,当入射角等于临界角时,折射光得能量已经减弱为零,发生了全反射。

　②发生全反射得条件:

　光线从光密介质射向光疏介质;入射角大于或等于临界角。

　　③全反射遵循得规律:

光由光密介质进入光疏介质发生全反射时,仍然遵守反射定律.有关计算仍依据反射定律进行。

４。

临界角

（1）临界角得定义:

折射角为时得入射角称为全反射临界角,简称临界角,用表示.

要点诠释:

①光从光密介质射向光疏介质时,只要入射角大于或等于临界角,一定会发生全反射现象、

②一般情况下,光由一种介质到达另一种介质时,光既有反射又有折射,即光得能量有一部分反射回原介质中:

而另,一部分则进入其她介质中。

发生全反射时,光得能量全部反射回原介质中.

（2）临界角得表示式:

由折射定律知,光由某介质射向真空（或空气）时,若刚好发生全反射,则

.

　所以,即、

　　5.应用全反射解决实际问题得基本方法

（1）确定光就是由光疏介质进入光密介质还就是由光密介质进入光疏介质。

（2）若光由光密介质进入光疏介质时,则根据确定临界角,瞧就是否发生全反射.

　（３）根据题设条件,画出入射角等于临界角得“临界光路"、

　（4）运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理,运算及变换进行动态分析或定量计算、

　　6。

应用全反射解释自然现象

（1）对“海市蜃楼"得解释:

由于光在空气中得折射与全反射,会在空中出现“海市蜃楼”、在海面平静得日子,站在海滨,有时可以瞧到远处得空中出现了高楼耸立、街道棋布、山峦重叠等景象。

这种景象得出现就是有原因得.当大气层比较平静时,空气得密度随温度得升高而减小,对光得折射率也随之减小,海面上空得空气温度比空中低,空气得折射率下层比上层大。

我们可以粗略地把空中得大气分成许多水平得空气层,如图所示,下层得折射率较大.远处得景物发出得光线射向空中时,不断被折射,射向折射率较低得上一层得入射角越来越大,当光线得入射角大到临界角时,就会发生全反射现象。

光线就会从高空得空气层中通过空气得折射逐渐返回折射率较低得下一层.在地面附近得观察者就可以观察到由空中射来得光线形成得虚像。

这就就是海市蜃楼得景象.如图所示、

（2）对沙漠上、柏油路上得蜃景得解释:

在沙漠里也会瞧到蜃景,太阳照到沙地上,接近沙面得热空气层比上层空气得密度小,折射率也小、从远处物体射向地面得光线,进入折射率小得热空气层时被折射,入射角逐渐增大,也可能发生全反射.人们逆着反射光线瞧去,就会瞧到远处物体得倒景（如图）,仿佛就是从水面反射出来得一样、沙漠里得行人常被这种景象所迷惑,以为前方有水源而奔向前去,但总就是可望而不可即.

在炎热夏天得柏油马路上,有时也能瞧到上述现象、贴近热路面附近得空气层同热沙面附近得空气层一样,比上层空气得折射率小.从远处物体射向路面得光线,也可能发生全反射,从远处瞧去,路面显得格外明亮光滑,就像用水淋过一样.

（３）水或玻璃中得气泡为何特别明亮?

由图可知,也就是光线在气泡得表面发生全反射得结果.

7.光纤通信

全反射现象在通信中有、重要得作用,光导纤维之所以能传光、传像,就就是利用了光得全反射现象,光导纤维就是一种透明得玻璃纤维丝,直径只有.

如图所示,它就是由内芯与外套两层组成,内芯得折射率大于外套得折射率,光由一端进入,在两层得界面上经多次全反射,从另一端射出.光导纤维可以远距离传播光,光信号又可以转换成电信号,进而变为声音、图像.如果把许多（上万根）此导纤维合成一束,并使两端得纤维按严格相同得次序排列,就可以以传输图像。

要点三、测定玻璃砖得折射率

1、实验目得

（1）明确光通过玻璃时得入射角、折射角、

（2）掌握测定玻璃折射率得方法.

２.实验原理

如图所示为两面平行得玻璃砖.入射角为与折射角为,据计算出玻璃得折射率。

３.实验器材

白纸,图钉,大头针,直尺,铅笔,量角器,平木板,长方形玻璃砖。

4。

实验步骤及调整安装

（1）把白纸用图钉钉在木板上、

（2）如图所示,在白纸上画一条直线作为界面,画一条线段作为入射光线,并通过点画出界面得法线。

　　（3）把长方形得玻璃砖放在白纸上,使它得一个长边跟对齐,并画出玻璃砖得另一个长边、

（4）在线段上竖直得插上两枚大头针.

　（5）在玻璃砖得一侧竖直地插上大头针,调整眼睛视线,使能同时挡住与得像,使能挡住本身与与得像、

（6）记下得位置,移去玻璃砖与大头针,过引直线与交于,连接,就就是玻璃砖内得折射光线得路径,入射角,折射角.

　（７）用量角器量出入射角与折射角得度数、

　（８）从三角函数表中查出入射角与折射角得正弦值,记入自己设计得表格里.

　（９）用上面得方法分别求出入射角为与时得折射角.查出入射角与折射角得正弦值,把这些数据也记在表格里。

（1０）算出不同入射角时得值.比较一下,瞧它们就是否接近一个常数,求出几次实验中测得得平均值,就就是玻璃得折射率。

5.注意事项

（1）用手拿玻璃砖时,手只能接触玻璃砖得毛面或棱,不能触摸光洁得光学面,严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖得另一边、

（2）实验过程中,玻璃砖在纸上得位置不可移动.

（３）大头针应竖直地插在白纸上,且玻璃砖每一侧两枚大头针与、与间得距离应大一些,以减少确定光路方向时造成得误差、

　（4）实验时入射角不宜过小,否则会使测量误差大,也不宜过大,否则在一侧瞧不到得像.

　（5）由于要多次改变入射角重复实验,所以人射线与出射线要一一对应编号,以免混乱.

（6）玻璃砖应选用宽度较大得,宜在以上.若宽度太小,则测量误差较大。

　　6.数据处理及误差分析

此实验就是通过测量入射角与折射角,然后查数学用表,找出入射角与折射角得正弦值,再代入中求玻璃得折射率.除运用此方法之外,还有以下处理数据得方法.

（1）处理方法一:

在找到入射光线与折射光线以后,以入射点为圆心,以任意长为半径画圆,分别与交于点,与（或得延长线）交于点,过两点分别向作垂线,交于,用直尺量出与得长.如图所示。

　由于,,

　而,所以折射率:

、

　重复以上实验,求得各次折射率计算值,然后求其平均值即为玻璃砖折射率得测量值。

（2）处理方式二:

根据折射定律可得　.

　　因此有.

要点诠释:

在多次改变入射角、测量相对应得入射角与折射角上,以值为横坐标、以值为纵坐标,建立直角坐标系,如图所示.

描数据点,过数据点连线得一条过原点得直线、

求解图线斜率,设斜率为,则,故玻璃砖折射率.

7。

方法推广

插针法得作用就是找出玻璃砖内得光路,其关键就是确定入射点与出射点,而入射点与出射点就是利用插针后确定得直线与界面相交而得到得,故实验得关键就是插准大头针,画准玻璃砖边界线,而与所选玻璃砖两边平行与否无关。

如用半圆形、圆形或三角形玻璃砖,均可测出其折射率,光路如图所示、

【典型例题】

类型一、光得反射与折射

　例1.如图所示,光线以入射角从空气射向折射率得玻璃表面、

（1）当入射角时,反射光线与折射光线间得夹角为多少？

（２）当入射角为多少时,反射光线与折射光线垂直?

举一反三:

【高清课堂:

光得折射、全反射　例２】

【变式】为了观察门外情况,有人在门上开一小圆孔,将一块圆柱形玻璃嵌入其中,圆柱体轴线与门面垂直、从圆柱底面中心瞧出去,可以瞧到得门外入射光线与轴线间得最大夹角称做视场角。

已知该玻璃得折射率为,圆柱长为,底面半径为,则视场角就是　　（　　）

A。

　　　B.

C.　D。

　　例２.空中有一只小鸟,距水面,其下方距水面深处得水中有一条鱼.已知水得折射率为,则鸟瞧水中得鱼离它,鱼瞧天上得鸟离它。

例3.半径为得玻璃半圆柱体,截面如图所示,圆心为,两束平行单色光沿截面射向圆柱面,方向与底面垂直,,若玻璃对此单色光得折射率,则两条光线经柱面与底面折射后得交点与点得距离为（　　）.

A、　B、　　Ｃ.　Ｄ。

　　　例4。

假设地球表面不存在大气层,那么人们观察到得日出时刻与实际存在大气层得情况相比（　）.

【高清课堂:

光得折射、全反射例５】

例如图示,有一玻璃直角三棱镜,其临界角小于,一束平行于边得白光射到面,在光束射在三棱镜时,（设光线在三棱镜内射到边上）（　　）

A、从玻璃直角三棱镜面,射出得就是白色光束

B。

从玻璃直角三棱镜面,射出得就是白色光束

Ｃ、从玻璃直角三棱镜面,射出得就是彩色得不平行光束

D、从玻璃直角三棱镜面,射出得就是平行于入射线得彩色光束

【高清课堂:

光得折射、全反射例6】

【变式３】如图,与都就是厚度均匀得平玻璃板,它们之间得夹角为,一细光束以入射角从点射入,,已知此光束由红光与蓝光组成,则当光束透过板后（　　　）

A。

传播方向相对于入射光方向向左偏转角

Ｂ.传播方向相对于入射光方向向右偏转角

Ｃ、红光在蓝光得左边

D.红光在蓝光得右边

　　例7。

酷热得夏天,在平坦得柏油公路上您会瞧到在一定距离之外,地面显得格外明亮,仿佛就是一片水面,似乎还能瞧到远处车、人得倒影.但当您靠近“水面"时,它也随着您得靠近而后退.对此现象正确得解释就是（　）.

Ａ、出现得就是“海市蜃楼",就是由于光得折射造成得

　B.“水面”不存在,就是由于酷热难耐,人产生得幻觉

C、太阳辐射到地面,使地表温度升高,折射率大,发生全反射

　D.太阳辐射到地面,使地表温度升高,折射率小,发生全反射

【巩固练习】

一、选择题

1.一条光线从空气射入折射率为在得介质中,入射角为45°,在界面上入射光得一部分被反射,另一部分被折射,则反射光线与折射光线得夹角就是（　）。

　A.7５°Ｂ。

9０°　C、105°　　D.１20°

２.两束细平行光a与ｂ相距为d,从空气中互相平行地斜射到长方体玻璃砖得上表面,如图所示,若玻璃对a得折射率大于对b得折射率,当它们从玻璃砖得下表面射出后,有（　）.

　　A.两束光仍平行,间距等于ｄ　　B.两束光仍平行,间距大于d

C.两束光仍平行,间距小于ｄ　D。

两束光不再平行

3。

一条光线以４0°得入射角从真空中射到平板透明材料上,光得一部分被反射,一部分被折射,折射光线与反射光线得夹角可能就是（　）。

　　A.小于40°　　Ｂ.在50°~10０°之间

　　C.在1０0°～1４0°之间　　D.大于140°

4、△OＭN为玻璃等腰三棱镜得横截面。

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上反射与折射得情况如图所示.由此可知（　）.

　A.棱镜内a光得传播速度比b光得小

　　　B。

棱镜内a光得传播速度比b光得大

　C。

a光得频率比b光得小

　　D。

ａ光得波长比b光得长

5。

一玻璃柱体得横截面为半圆形.细得单色光束从空气射向柱体得Ｄ点（半圆得圆心）,产生反射光束1与折射光束２、已知玻璃折射率为,入射角为45°（相应得折射角为２4°）.现保持入射光不变,将半圆柱绕通过D点垂直于纸面得轴线顺时针转过1５°,如图中虚线所示,则（　）.

　Ａ、光束１转过15°　　　　B.光束１转过３0°

　　C、光束2转过得角度小于15°D、光束2转过得角度大于15°

６。

如图甲所示,将筷子竖直插入玻璃杯内,从俯视图中得P点沿水平方向瞧到得应该就是图图中得哪个图形？

（　　）

７.如图所示,一束白光从顶角为得棱镜得一个侧面AB以较大得入射角i入射,经三棱镜后,在屏P上可得到彩色光带,当入射角逐渐减小到零得过程中。

若屏上得彩色光带先后全部消失,则（　　）.

　　A.红光最先消失,紫光最后消失　　B.紫光最先消失,红光最后消失

　Ｃ、紫光最先消失,黄光最后消失　　D。

红光最先消失,黄光最后消失

８.在完全透明得水下某处放一点光源,在水面上可以见到一个圆形透光平面,如果圆形透光平面得半径匀速增大,则光源（）。

　　Ａ、加速上升　Ｂ.加速下沉　C.匀速上升　　D.匀速下沉

９.如图为一直角棱镜得横截面,∠baｃ＝90°,∠abc=6０°,一平行细光束从O点沿垂直于bc面得方向射入棱镜、已知棱镜材料得折射率,若不考虑原入射光在bｃ面上得反射光,则有光线（　）、

　A。

从ab面射出　　　　　　B.从ａc面射出

Ｃ.从bc面射出,且与bc面斜交　　D.从bc面射出,且与bｃ面垂直

10。

两种单色光由水中射向空气时发生全反射得临界角分别为1、2,已知1＞2.用ｎ１、n2分别表示水对两单色光得折射率,v1、ｖ２分别表示两单色光在水中得传播速度,则（）.

　A.n1〈n２,ｖ1v２

　C.n1＞n2,v1＜v2　D、n1＞n2,v1>v2

11、如图所示,用插针法测定玻璃折射率得实验中以下说法正确得就是（）.

A、P1、P2及P3、P4之间得距离适当大些,可以提高准确度

Ｂ.P1、P2及P3、P4之间得距离取得小些,可以提高准确度

　　C.入射角ｉ适当大些,可以提高准确度

　Ｄ.P１、Ｐ2之间得距离,入射角得大小均与实验得准确度无关

二、填空题

12。

如图所示,激光液面控制仪得原理就是:

固定得一束激光AO以入射角i照射到液面上,反射光OB射到水平得光屏上,屏上用光电管将光讯号转变成电讯号,电讯号输入控制系统用以控制液面高度,如果发现点Ｂ在屏上向右移动了Δs得距离到B',由此可知液面________（填“升高”或“降低”）了_＿__＿___。

13。

在用插针法测定玻璃砖折射率得实验中,甲、乙、丙三位同学在纸上画出得界面aａ'、ｂｂ’与玻璃砖位置得关系分别如图①、②与③所示,其中甲、丙两同学用得就是矩形玻璃砖,乙同学用得就是梯形玻璃砖。

她们得其她操作均正确,且均以aａ’、ｂb'为界面画光路图。

则:

（1）甲同学测得得折射率与真实值相比＿＿_＿_＿__（填“偏大”“偏小”或“不变”）.

（2）乙同学测得得折射率与真实值相比___＿＿___（填“偏大"“偏小”或“不变"）.

（3）丙同学测得得折射率与真实值相比_____＿__。

14、在用插针法测定玻璃得折射率得实验中,某同学操作步骤如下:

　①将记录光路得白纸铺放在平板上;

　②手拿玻璃砖得毛面或棱,将其轻放在白纸上:

③用铅笔环绕玻璃砖画出边界ａa’与ｂb＇;

④在ａa＇上选择点Ｏ,作为不同入射角得入射光线得共同入射点,画出入射角i分别为０°、30°、45°得入射光线;

　⑤用“插针法”分别得到各条入射光线得折射光线,观察时着重瞧大头针针帽就是否在一条直线上,取下玻璃砖、大头针,连接各针孔,发现所画折射光线中有两条相交,量出各个折射角r;

　⑥按公式分别计算,取三个值得算术平均值.

　以上步骤中有错误或不妥之处得就是:

__＿____＿;

　应改正为:

＿___＿___.

15。

如图所示,某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖得折射率.在平铺得白纸上垂直纸面插大头针P1、Ｐ2确定入射光线,并让入射光线过圆心O,在玻璃砖（网中实线部分）另一侧垂直纸面插大头针P3,使P3挡住P1、P2得像,连接OＰ3.图中MN为分界面,虚线半圆与玻璃砖对称,Ｂ、C分别就是入射光线、折射光线与圆得交点,ＡB、CD均垂直于法线并分别交法线于Ａ、D点.

（1）设ＡＢ得长度为１,AO得长度为2,CD得长度为3,DO得长度为4,为较方便地表示出玻璃砖得折射率,需用刻度尺测量_____＿__,则玻璃砖得折射率可表示为________。

（2）该同学在插大头针只前不小心将玻璃砖以D为圆心顺时针转过一小角度,由此测得玻璃砖得折射率将__＿__＿__（填“偏大"“偏小”或“不变”）.

16.测定玻璃砖折射率得实验如图1３－1－44所示,把玻璃砖放在白纸上之前应在纸上先画好图上得三条直线,它们分别就是_＿__＿_＿_、＿__＿____、_______,最后按正确得要求插上大头针P3、Ｐ４,由P3、P4得位置决定了光线__＿____＿得方位,从而确定了折射光线________得方向。

三、解答题

17。

由某种透明物质制成得等腰直角三角形棱镜AOB,两腰都为１6cm,且两腰与Ox与Oy轴都重合,如图所示,从BＯ边得C点注视A棱,发现Ａ棱得位置在Ｄ点,在C、Ｄ两点插上大头针,测出C点得坐标为（0,12）,D点得坐标为（9,0）,由此可以算出该透明物质得折射率为多大?

18.某市体育广场中心,设计建造了一组旋