光的折射和全反射精选PPT.ppt
关于光的折射和全反射第1页，讲稿共22张，创作于星期日一、光的直线传播一、光的直线传播1光源：本身能够光源：本身能够自行发光自行发光的物体叫光源可分为自然的物体叫光源可分为自然光源与人造光源光源与人造光源2 2光线：代表光的有箭头的直线叫光线光线：代表光的有箭头的直线叫光线光线也是一个理想化的物理模型，是描述光的传播的有光线也是一个理想化的物理模型，是描述光的传播的有效方法，是在对细光束的抽象的基础上建立起来的，其效方法，是在对细光束的抽象的基础上建立起来的，其作用类似电场线、磁感线不能将光线理解为很细的光作用类似电场线、磁感线不能将光线理解为很细的光束束3光的直线传播光的直线传播光在光在同种均匀介质同种均匀介质中沿直线传播小孔成像和影的形中沿直线传播小孔成像和影的形成都有力证明了光的这一特性成都有力证明了光的这一特性第2页，讲稿共22张，创作于星期日例例例例.如图所示如图所示如图所示如图所示,在距竖直墙在距竖直墙在距竖直墙在距竖直墙MNMNMNMN左侧一段距离的左侧一段距离的左侧一段距离的左侧一段距离的A A点有一小球点有一小球点有一小球点有一小球,在在在在球的左边、紧靠小球处有一固定的点光源球的左边、紧靠小球处有一固定的点光源球的左边、紧靠小球处有一固定的点光源球的左边、紧靠小球处有一固定的点光源S S S S.给小球一向右的给小球一向右的给小球一向右的给小球一向右的水平初速度水平初速度水平初速度水平初速度,当小球在空中做抛运动时当小球在空中做抛运动时当小球在空中做抛运动时当小球在空中做抛运动时,在小于碰墙以前在小于碰墙以前在小于碰墙以前在小于碰墙以前,它在它在它在它在墙上的影子由上而下的运动是墙上的影子由上而下的运动是墙上的影子由上而下的运动是墙上的影子由上而下的运动是()(A)(A)匀速直线运动匀速直线运动匀速直线运动匀速直线运动 (B)(B)自由落体运动自由落体运动(C)(C)变加速直线运动变加速直线运动变加速直线运动变加速直线运动(D)(D)(D)(D)初速为零的匀加速直线运动初速为零的匀加速直线运动,加速度加速度a a小于重力加速小于重力加速度度g g g gMMvA AS SN NA第3页，讲稿共22张，创作于星期日4 4光速光速(1)(1)光在真空中的传播速度为一定值光在真空中的传播速度为一定值c c3103108 8 m/s.m/s.(2)(2)光速的测量：迈克耳逊的旋转棱镜法光速的测量：迈克耳逊的旋转棱镜法二、光的反射二、光的反射1 1反射现象：光从一种介质射到另一种介质的界面上再返反射现象：光从一种介质射到另一种介质的界面上再返回原介质的现象回原介质的现象2 2反射定律：反射光线跟入射光线和法线在同一平面，且反射定律：反射光线跟入射光线和法线在同一平面，且反射光线和入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角反射光线和入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角3 3分类：光滑平面上的反射现象叫做镜面反射，发生在分类：光滑平面上的反射现象叫做镜面反射，发生在粗糙平面上的反射现象叫做漫反射镜面反射和漫反射都粗糙平面上的反射现象叫做漫反射镜面反射和漫反射都遵循反射定律遵循反射定律第4页，讲稿共22张，创作于星期日4 4光路可逆原理：所有几何光学中的光现象，光路都是可光路可逆原理：所有几何光学中的光现象，光路都是可逆的逆的三、平面镜的作用和成像特点三、平面镜的作用和成像特点1 1作用：只改变光束的传播方向，不改变光束的聚散性质作用：只改变光束的传播方向，不改变光束的聚散性质2 2成像特点：等大正立的虚像，物和像关于镜面对称成像特点：等大正立的虚像，物和像关于镜面对称3 3像与物方位关系：上下不颠倒，左右要交换像与物方位关系：上下不颠倒，左右要交换做平面镜成像光路图的技巧：做平面镜成像光路图的技巧：根据平面镜成像有根据平面镜成像有对称性对称性的特点，确定像的位置，再补画的特点，确定像的位置，再补画光路图。注意：镜后的反向延长线要画成光路图。注意：镜后的反向延长线要画成虚线虚线，虚像用，虚像用虚虚线线画。画。第5页，讲稿共22张，创作于星期日四、光的折射四、光的折射1折射现象：光从一种介质进入另一种介质，传播方向折射现象：光从一种介质进入另一种介质，传播方向发生变化的现象发生变化的现象2 2折射定律折射定律(1)(1)折射光线跟入射光线和法线在同一平面折射光线跟入射光线和法线在同一平面(2)(2)折射光线和入射光线分居在法线的两侧折射光线和入射光线分居在法线的两侧(3)(3)入射角的正弦跟折射角的正弦值成正比入射角的正弦跟折射角的正弦值成正比3在折射现象中光路是可逆的在折射现象中光路是可逆的五、折射率五、折射率1 1定义：光从真空射入某种介质，入射角的正弦跟折定义：光从真空射入某种介质，入射角的正弦跟折射角的正弦之比，叫做介质的折射率射角的正弦之比，叫做介质的折射率【注意】【注意】光从真空射入介质光从真空射入介质第6页，讲稿共22张，创作于星期日2公式：公式：折射率总大于折射率总大于1.即即n1.3.物理意义：物理意义：折射率是表示光线从一种介质进入另一种介质时，发生折射率是表示光线从一种介质进入另一种介质时，发生偏折程度的物理量，与入射角偏折程度的物理量，与入射角1及折射角及折射角2大小无关大小无关4.光密介质与光疏介质光密介质与光疏介质 介质介质项目项目光密介质光密介质光疏介质光疏介质折射率折射率大大小小光速光速小小大大相对性相对性若若n甲甲n乙乙，则则甲是甲是 介介质质若若n甲甲n乙乙，则则甲是甲是 介介质质第7页，讲稿共22张，创作于星期日六、全反射六、全反射1.1.全反射现象：光从光密介质入射到光疏介质的分界面上时，全反射现象：光从光密介质入射到光疏介质的分界面上时，光全部反射回光密介质的现象光全部反射回光密介质的现象2全反射条件：光线从光密介质射向光疏介质，且入射全反射条件：光线从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角角大于或等于临界角3临界角：折射角等于临界角：折射角等于90时的入射角时的入射角则则sinC4 4光导纤维：实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，光导纤维：实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到一百微米之间，在内芯和外套的界面上直径只有几微米到一百微米之间，在内芯和外套的界面上发生全反射，如图所示发生全反射，如图所示第8页，讲稿共22张，创作于星期日解释实际生产生活中的现象解释实际生产生活中的现象朦气差、玻璃中的气泡特别明亮、沙漠蜃景、海朦气差、玻璃中的气泡特别明亮、沙漠蜃景、海市蜃楼等市蜃楼等第9页，讲稿共22张，创作于星期日例例.如图所示，一条长度为如图所示，一条长度为L=5.0m的光导纤维用折射率为的光导纤维用折射率为n=的材料制成。一细束激光由其左端的中心点以的材料制成。一细束激光由其左端的中心点以=45的入射角射入光导纤维内，经过一系列全反射后从右端射的入射角射入光导纤维内，经过一系列全反射后从右端射出。求：出。求：该激光在光导纤维中的速度该激光在光导纤维中的速度v是多大？是多大？该激光该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少？在光导纤维中传输所经历的时间是多少？v=2.1108m/st=s/v=2.710-8s第10页，讲稿共22张，创作于星期日七、棱镜、光的色散七、棱镜、光的色散1 1棱镜对光的偏折作用棱镜对光的偏折作用如图所示一般所说的棱镜都是用光密如图所示一般所说的棱镜都是用光密介质制作的入射光线经三棱镜两次折介质制作的入射光线经三棱镜两次折射后，射出方向与入射方向相比，向底射后，射出方向与入射方向相比，向底面偏折面偏折(若棱镜的折射率比棱镜外介若棱镜的折射率比棱镜外介质小则结论相反质小则结论相反)(1)(1)两次折射后，后来的传播方向和原来传播方向间的夹两次折射后，后来的传播方向和原来传播方向间的夹角角即为偏折角即为偏折角(2)(2)在入射角相同的情况下，偏折角度在入射角相同的情况下，偏折角度跟棱镜材料的跟棱镜材料的折射率有关，折射率越大，偏折角越大折射率有关，折射率越大，偏折角越大第11页，讲稿共22张，创作于星期日(3)(3)光线通过三棱镜后向底面偏光线通过三棱镜后向底面偏折，通过三棱镜看物体，看到折，通过三棱镜看物体，看到的是物体的虚像，向棱镜的的是物体的虚像，向棱镜的 方向偏移，如图所示方向偏移，如图所示2全反射棱镜全反射棱镜横截面是等腰直角三角形的棱镜，它在光学仪器里，常用来横截面是等腰直角三角形的棱镜，它在光学仪器里，常用来代替平面镜，改变光的传播方向，如图所示，其能量损失更代替平面镜，改变光的传播方向，如图所示，其能量损失更小，效果更好小，效果更好第12页，讲稿共22张，创作于星期日(1)如图甲所示，光线垂直如图甲所示，光线垂直AB面射入，光线在面射入，光线在AC面发生全面发生全反射，光线方向改变了反射，光线方向改变了90.(2)如图乙所示，光线垂直如图乙所示，光线垂直AC面射入，光线在面射入，光线在AB、BC面发生面发生全反射，光线方向改变全反射，光线方向改变180.(3)如图丙所示，光线平行如图丙所示，光线平行AC面射入，光线在面射入，光线在AC面发生全面发生全反射，射出后方向不变，发生侧移反射，射出后方向不变，发生侧移3.光的色散光的色散(1)定义：白光通过三棱镜后，在光定义：白光通过三棱镜后，在光屏上形成一条彩色光带屏上形成一条彩色光带光谱，光谱，这就是光的色散，如图所示，光谱这就是光的色散，如图所示，光谱中红光在最上端，紫光在最下端，中红光在最上端，紫光在最下端，中间是橙、黄、绿、蓝、靛等色光中间是橙、黄、绿、蓝、靛等色光第13页，讲稿共22张，创作于星期日(2)(2)光的色散现象说明白光是复色光，是由红、橙、黄、绿、蓝、光的色散现象说明白光是复色光，是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫靛、紫7 7种单色光组成种单色光组成(3)(3)光的色散现象表明，各种色光通过棱镜红光偏折最小，紫光的色散现象表明，各种色光通过棱镜红光偏折最小，紫光偏折最大光偏折最大(4)(4)同一种介质对不同色光的折射率同一种介质对不同色光的折射率n n不同，对红光的折射率不同，对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大最小，对紫光的折射率最大在真空中速度相等在真空中速度相等第14页，讲稿共22张，创作于星期日3.3.光路控制光路控制(1)(1)玻璃砖对光路的控制玻璃砖对光路的控制两面平行的玻璃砖，出射光线和入射两面平行的玻璃砖，出射光线和入射光线平行，且光线发生了侧移如右光线平行，且光线发生了侧移如右图图(2)(2)三棱镜对光路的控制对光路的作三棱镜对光路的控制对光路的作用用光密三棱镜：光线两次折射均向底面偏折光密三棱镜：光线两次折射均向底面偏折光疏三棱镜：光线两次折射均向顶角偏折光疏三棱镜：光线两次折射均向顶角偏折全反射棱镜全反射棱镜(等腰直角棱镜等腰直角棱镜)：a a当光线从一直角边垂直射入时，在斜边发生全反射，当光线从一直角边垂直射入时，在斜边发生全反射，从另一直角边垂直射出从另一直角边垂直射出b b当光线垂直于斜边射入时，在两直角边发生全反射后又当光线垂直于斜边射入时，在两直角边发生全反射后又垂直于斜边射出垂直于斜边射出第15页，讲稿共22张，创作于星期日例例.(2009年高考浙江理综卷年高考浙江理综卷)如图所示，有一束平行于等边如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面三棱镜截面ABC的单色光从空气射向的单色光从空气射向E点，并偏折到点，并偏折到F点点已知入射方向与边已知入射方向与边AB的夹角为的夹角为30，E、F分别为边分别为边AB、BC的中点，则的中点，则()A A该棱镜的折射率为该棱镜的折射率为B B光在光在F F点发生全反射点发生全反射C C光从空气进入棱镜，波长变小光从空气进入棱镜，波长变小D D从从F F点出射的光束与入射到点出射的光束与入射到E E点点的光束平行的光束平行AC第16页，讲稿共22张，创作于星期日彩虹是悬浮于空气中的大量小水珠对阳光的色散造成的，彩虹是悬浮于空气中的大量小水珠对阳光的色散造成的，如图所示为太阳光照射到空气中的一个小水珠发生全反射如图所示为太阳光照射到空气中的一个小水珠发生全反射和色散的光路示意图，其中和色散的光路示意图，其中a a、b b为两束频率不同的单色光。为两束频率不同的单色光。对于这两束光，以下说法中正确的是对于这两束光，以下说法中正确的是 （）A A单色光单色光a a比单色光比单色光b b的频率高的频率高B B由水射向空气，由水射向空气，a a光发生全反射的临界角大于光发生全反射的临界角大于b b光发生光发生全反射的临界角全反射的临界角C C在水中在水中a a光的传播速度小光的传播速度小于于b b光的传播速度光的传播速度D D如果如果b b光能使某金属发生光能使某金属发生光电效应，则光电效应，则a a光也一定能使光也一定能使该金属发生光电效应该金属发生光电效应太阳光太阳光ba小水珠小水珠B第17页，讲稿共22张，创作于星期日例例.abc为一全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形，为一全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形，如图如图12115所示一束白光垂直入射到所示一束白光垂直入射到ac面上，在面上，在ab面上发生全反射，若光线入射点面上发生全反射，若光线入射点O的位置保持不变，改变光的位置保持不变，改变光线的入射方向线的入射方向(不考虑自不考虑自bc面反射的光线面反射的光线)则：则：(1)(1)使入射光按图中所示的顺时针使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出方向逐渐偏转，如果有色光射出abab面，则哪种色光首先射出？面，则哪种色光首先射出？(2)(2)使入射光按图中所示的逆时针使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，哪种色光首先射出方向逐渐偏转，哪种色光首先射出abab面面【答案答案】(1)红光红光(2)都不能射出都不能射出ab第18页，讲稿共22张，创作于星期日例例.(2009年高考宁夏理综卷年高考宁夏理综卷)一棱镜的截面为直角三角形一棱镜的截面为直角三角形ABC，A30，斜边，斜边ABa.棱镜材料的折射率为棱镜材料的折射率为n，在，在此截面所在的平面内，一条光线以此截面所在的平面内，一条光线以45的入射角从的入射角从AC边边上的中点上的中点M射入棱镜画出光路图，并求光线从棱镜射射入棱镜画出光路图，并求光线从棱镜射出的点的位置出的点的位置(不考虑光线沿原路返回的情况不考虑光线沿原路返回的情况)第19页，讲稿共22张，创作于星期日例例.右图是一个右图是一个 圆柱体棱镜的截面图，图中圆柱体棱镜的截面图，图中E E、F F、G G、H H将半径将半径OMOM分成分成5 5等份，虚线等份，虚线EEEE1 1、FFFF1 1、GGGG1 1、HHHH1 1平行于半平行于半径径ONON，ONON边可吸收到达其上的所有光线已知该棱镜的边可吸收到达其上的所有光线已知该棱镜的折射率折射率 ,若平行光束垂直入射并覆盖若平行光束垂直入射并覆盖OMOM，则光，则光线线 （）A A不能从圆弧不能从圆弧NFNF1 1射出射出 B B只能从圆弧只能从圆弧NGNG1 1射出射出C C能从圆弧能从圆弧G G1 1H H1 1射出射出 D D能从圆弧能从圆弧H H1 1M M射出射出 O E FGHMNF1G1H1E1B第20页，讲稿共22张，创作于星期日从桌面上有一倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面接触，从桌面上有一倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面接触，圆锥的轴（图中虚线）与桌面垂直，过轴线的截面为等圆锥的轴（图中虚线）与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形，如图所示，有一半径为边三角形，如图所示，有一半径为r的圆柱形平行光束垂的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的底面上，光束的中心轴与圆锥的轴重合。直入射到圆锥的底面上，光束的中心轴与圆锥的轴重合。已知玻璃的折射率为已知玻璃的折射率为1.5，则光束在桌面上形成的光斑半，则光束在桌面上形成的光斑半径为径为ArB1.5rC2rD2.5rrC第21页，讲稿共22张，创作于星期日感谢大家观看12.10.2022第22页，讲稿共22张，创作于星期日
