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- 2021-05-13 发布
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光的折射、全反射
一、光的折射
1.折射现象:光从一种介质斜射入另一种介质,传播方向发生改变的现象.
2.折射定律:折射光线、入射光线跟法线在同一平面内,折射光线、入射光线分居法线两侧,入射角的正弦跟折射角的正弦成正比.
3.在折射现象中光路是可逆的.
二、折射率
1.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.注意:指光从真空射入介质.
2.公式:n=sini/sinγ,折射率总大于1.即n>1.
3.各种色光性质比较:红光的n最小,ν最小,在同种介质中(除真空外)v最大,λ最大,从同种介质射向真空时全反射的临界角C最大,以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小(注意区分偏折角和折射角)。
4.两种介质相比较,折射率较大的叫光密介质,折射率较小的叫光疏介质.
三、全反射
1.全反射现象:光照射到两种介质界面上时,光线全部被反射回原介质的现象.
2.全反射条件:光线从光密介质射向光疏介质,且入射角大于或等于临界角.
3.临界角公式:光线从某种介质射向真空(或空气)时的临界角为C,则sinC=1/n=v/c
四、棱镜与光的色散
1.棱镜对光的偏折作用
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射后,射出方向与入射方向相比,向底边偏折。
(若棱镜的折射率比棱镜外介质小则结论相反。)
作图时尽量利用对称性(把棱镜中的光线画成与底边平行)。
由于各种色光的折射率不同,因此一束白光经三棱镜折射后发生色散现象,在光屏上形成七色光带(称光谱)(红光偏折最小,紫光偏折最大。)在同一介质中,七色光与下面几个物理量的对应关系如表所示。
光学中的一个现象一串结论
色散现象
n
v
λ(波动性)
衍射
C临
干涉间距
γ (粒子性)
E光子
光电效应
红
黄
紫
小
大
大
小
大 (明显)
小 (不明显)
容易
难
小
大
大
小
小 (不明显)
大 (明显)
小
大
难
易
结论:(1)折射率n、;
(2)全反射的临界角C;
(3)同一介质中的传播速率v;
(4)在平行玻璃块的侧移△x
(5)光的频率γ,频率大,粒子性明显.;
(6)光子的能量E=hγ则光子的能量越大。越容易产生光电效应现象
(7)在真空中光的波长λ,波长大波动性显著;
(8)在相同的情况下,双缝干涉条纹间距x越来越窄
(9)在相同的情况下,衍射现象越来越不明显
2.全反射棱镜
横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。选择适当的入射点,可以使入射光线经过全反射棱镜的作用在射出后偏转90o(右图1)或180o(右图2)。要特别注意两种用法中光线在哪个表面发生全反射。
3.玻璃砖
所谓玻璃砖一般指横截面为矩形的棱柱。当光线从上表面入射,从下表面射出时,其特点是:
⑴射出光线和入射光线平行;
⑵各种色光在第一次入射后就发生色散;
⑶射出光线的侧移和折射率、入射角、玻璃砖的厚度有关;
⑷可利用玻璃砖测定玻璃的折射率。
4.光导纤维
全反射的一个重要应用就是用于光导纤维(简称光纤)。光纤有内、外两层材料,其中内层是光密介质,外层是光疏介质。光在光纤中传播时,每次射到内、外两层材料的界面,都要求入射角大于临界角,从而发生全反射。这样使从一个端面入射的光,经过多次全反射能够没有损失地全部从另一个端面射出。
五、各光学元件对光路的控制特征
(1)光束经平面镜反射后,其会聚(或发散)的程度将不发生改变。这正是反射定律中“反射角等于入射角”及平面镜的反射面是“平面”所共同决定的。
(2)光束射向三棱镜,经前、后表面两次折射后,其传播光路变化的特征是:向着底边偏折,若光束由复色光组成,由于不同色光偏折的程度不同,将发生所谓的色散现象。
(3)光束射向前、后表面平行的透明玻璃砖,经前、后表面两次折射后,其传播光路变化的特征是;传播方向不变,只产生一个侧移。
(4)光束射向透镜,经前、后表面两次折射后,其传播光路变化的特征是:凸透镜使光束会聚,凹透镜使光束发散。
六、各光学镜的成像特征
物点发出的发散光束照射到镜面上并经反射或折射后,如会聚于一点,则该点即为物点经镜面所成的实像点;如发散,则其反向延长后的会聚点即为物点经镜面所成的虚像点。因此,判断某光学镜是否能成实(虚)像,关键看发散光束经该光学镜的反射或折射后是否能变为会聚光束(可能仍为发散光束)。
(1)平面镜的反射不能改变物点发出的发散光束的发散程度,所以只能在异侧成等等大的、正立的虚像。
(2)凹透镜的折射只能使物点发出的发散光束的发散程度提高,所以只能在同侧成缩小的、正立的虚像。
(3)凸透镜折射既能使物点发出的发散光束仍然发散,又能使物点发出发散光束变为聚光束,所以它既能成虚像,又能成实像。
七、几何光学中的光路问题
几何光学是借用“几何”知识来研究光的传播问题的,而光的传播路线又是由光的基本传播规律来确定。所以,对于几何光学问题,只要能够画出光路图,剩下的就只是“几何问题”了。而几何光学中的光路通常有如下两类:
(1)“成像光路”——一般来说画光路应依据光的传播规律,但对成像光路来说,特别是对薄透镜的成像光路来说,则是依据三条特殊光线来完成的。这三条特殊光线通常是指:平行于主轴的光线经透镜后必过焦点;过焦点的光线经透镜后必平行于主轴;过光心的光线经透镜后传播方向不变。
(2)“视场光路”——即用光路来确定观察范围。这类光路一般要求画出所谓的“边缘光线”,而一般的“边缘光线”往往又要借助于物点与像点的一一对应关系来帮助确定。