高中物理光学知识总结及习题

? 光的折射、全反射和色散

1．光的折射 (1)折射现象：光从一种介质斜射进入另一种介质时，传播方向发生 的现象． (2)折射定律： ①内容：折射光线与入射光线、法线处在 ，折射光线与入射光线分别位 于 的两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成 ． ②表达式：sin?1＝n12，式中n12是比例常数． sin?2③在光的折射现象中，光路是 ． (3)折射率： ①定义：光从真空射入某介质时， 的正弦与 的正弦的比值． ②定义式：n＝sin?1 (折射率由介质本身和光的频率决定)． sin?2 ③计算式：n＝2．全反射 c (c为光在真空中的传播速度，v是光在介 质中的传播速度，由此可知，n>1)． v(1)发生条件：①光从 介质射入 介质；②入射角 临界角． (2)现象：折射光完全消失，只剩下 光． (3)临界角：折射角等于90°时的入射角，用C表示，sinC＝(4)应用： ①全反射棱镜； ②光导纤维，如图所示． 3．光的色散 (1)光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为 光的现象． (2)色散规律：由于n红＜n紫，所以以相同的入射角射到棱镜界面时，红光和紫光的折射角不同，即紫光偏折得更明显．当它们射到另一个界面时， 光的偏折最大， 光的偏最小． (3)光的色散现象说明： ①白光为复色光； ②同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率 ； ③不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速 ． 1．光密介质不是指密度大的介质，折射率的大小与介质的密度无关． 2．由n＝

1 . nc知，当光从真空射向其他透明介质时，频率不变，波速和波长都发生改变． v ? 光的波动性

1．光的干涉 (1)产生干涉的条件：两列光的 相同， 恒定． (2)杨氏双缝干涉①原理如图所示．②产生明、暗条纹的条件 a．单色光：若路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)，光屏上出现 ； ? (k＝0,1,2…)，光屏上出现 ． 2lb．白光：光屏上出现彩色条纹．③相邻明(暗)条纹间距：Δx＝?. d若路程差r2－r1＝ (2k＋1) (3)薄膜干涉 ①概念：由薄膜的前后表面反射的两列光相互叠加而成．劈形薄膜干涉可产生平行 条纹． ②应用：检查工件表面的平整度，还可以做增透膜． 2．光的衍射 (1)光的衍射现象：光在遇到障碍物时，偏离直线传播方向而照射到 区域的现象． (2)发生明显衍射现象的条件：当孔或障碍物的尺寸比光波波长小，或者跟波长差不多时，光才能发生明显的衍射现象． (3)各种衍射图样 ①单缝衍射：中央为 ，两侧有明暗相间的条纹，但间距和 不同．用白光做衍射实验时，中央条纹仍为 ，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光． ②圆孔衍射：明暗相间的不等距 ． ③泊松亮斑(圆盘衍射)：光照射到一个半径很小的圆盘后，在圆盘的阴影中心出现的亮斑，这是光能发生衍射的有力证据之一． (4)衍射与干涉的比较 3．光的偏振现象 (1)偏振光：在 于传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光． (2)自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光包含沿一切方向振动的光，而且在各个方向上的光波强度都相等． (3)光的偏振现象说明光是 波． (4)获得偏振光的方法有两种：让自然光经过 或使反射光与折射光垂直． (5)偏振光的应用：水下照像、立体电影等． (6)平时我们所看到的光，除了直接从光源发出的光以外都是偏振光． ? 对折射率的理解

1.折射率是用光线从真空斜射入介质，入射角的正弦与折射角的正弦之比定义的．由于光路可逆，入射角、折射角随光路可逆而“换位”，因此，在应用时折射率可记忆为n＝空中的光线与法线的夹角，介质角为介质中的光线与法线的夹角) 2．折射率的大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中传播速度的大小，v＝ sin真空角 (真空角为真sin介质角c n3．折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关．同一种介质，对频率大的光折射率大，对频率小的光折射率小． 4．同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率不变． A．其速度比在水中大，其波长比在水中长 B．其速度比在水中大，其波长比在水中短 （ ）

C．其速度比在水中小，其波长比在水中短 D．其速度比在水中小，其波长比在水中长 [答案] C

[解析] 由光在介质中的波速与折射率的关系式v＝

1．对于某单

c可知，n玻＞n水，所以v玻＜v水，光的频率与介质无n关，只由光源决定，即光在玻璃及水中传播时ν不变，据v＝λν，知λ玻＜λ水．C项正确．

? 对全反射的理解

1.在光的反射和全反射现象中，均遵循光的反射定律；光路均是可逆的．

2．当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射．当折射角等于90°时，实际上就已经没有折射光了．

3．全反射现象可以从能量的角度去理解：当光由光密介质向光疏介质时，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，这时就发生了全反射．

2．(2009·浙江高考)如图11－3－4所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点．已知入射方向与边AB的夹角为θ＝ 30°，E、F分别为边AB、 BC的中点，则 ( ) A．该棱镜的折射率为3 B．光在F点发生全反射 C．光从空气进入棱镜，波长变小

D．从F点出射的光束与入射到E点的光束平行 [答案] AC

3sin?1[解析] 由几何关系可知，入射角θ1＝60°，折射角θ2＝30°.由折射定律n==2=3，

1sin?22A正确；在BC界面上，入射角为30°，根据计算所得折射率，由折射定律易知，出射角度为60°，不会发生全反射，B错误；光从空气进入棱镜，频率f不变，波速v减小，所以λ＝

v减小，C正确；由上述计f算结果，作出光路图，可知D错误．

1．无论是应用折射定律，还是应用全反射分析问题，都应准确作出光路图，个别问题还要注意找出符合边界条件或恰好发生全反射的对应光线． 2．光学题目经常涉及到日常生活或高科技中的光学元件，如光纤通信、照像机镜头等． 【题型1】折射定律及折射率的应用

【例1】(2008·宁夏高考)一半径为R的1/4球体放置在水平桌面上，球体由折射率为3的透明材料制成．现有一束位于过球心O的竖直平面内的光线，平行于桌面射到球体表面上，折射入球体后再从竖直表面射出，如图所示．已知入射光线与桌面的距离为求出射角θ. [答案] 60°

[解析] 如图所示，设入射光线与1/4球体的交点为C，连接OC，OC即为入射点的法线．因此，图中的角α为入射角．过C点作球体水平表面的垂线，垂足为B.依题意，∠COB＝α. 又由△OBC知sinα＝

3① 2设光线在C点的折射角为β，由折射定律得

sin?=3② sin?由①②两式得β＝30° ③