高考物理难点精讲 光的反射、折射

高考物理难点精讲 光的反射、折射内容摘要：

1、第 1 页 共 12 页高考复习难点精讲：光的反射、折射目的要求：掌握光的反射定律、折射定律。 掌握发生全反射现象的充要条件。 熟悉平面镜、棱镜、平行玻璃砖等光学器件对光路的控制特征。 了解光的色散现象。 掌握画反射光路与折射光路的方法过程及内容：第 1 课时：光的直线传播光的反射基础知识 一、光源1定义：能够自行发光的物体2特点：光源具有能量且能将其它形式的能量转化为光能，光在介质中传播就是能量的传播二、光的直线传播1光在同一种均匀介质中沿直线传播，各种频率的光在真空中传播速度：C 3108m/s；各种频率的光在介质中的传播速度均小于在真空中的传播速度，即 v l2 Cl1 Dl1光的折射率 于蓝光 2、的折射率 n1，b 点的像红光比蓝光靠下，所以 l1 6】公园里灯光喷泉的水池中有处于同一深度若干彩灯，在晚上观察不同颜色彩灯的深度和 水面上被照亮的面积，下列说法正确的是 （ D ）A红灯看起来较浅，红灯照亮的水面面积较小 B红灯看起来较深，红灯照亮的水面面积较小C红灯看起来较浅，红灯照亮的水面面积较大 D红灯看起来较深，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。 【例 7】 如图所示，自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理。 它虽然本身第 8 页 共 12 页不发光，但在夜间骑行时，从后 3、面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车。 尾灯的原理如图所示，下面说法中正确的是 解：利用全反射棱镜使入射光线偏折 180，光线应该从斜边入射，在两个直角边上连续发生两次全反射。 所以选 C。 光线从上表面入射，从下表面射出时，其特点是：射出光线和入射光线平行；各种色光在第一次入射后就发生色散；射出光线的侧移和折射率、入射角、玻璃砖的厚度有关；可利用玻璃砖测定玻璃的折射率。 【例 8】 如图所示，两细束平行的单色光 a、b 射向同一块玻璃砖的上表面，最终都从玻璃砖的下表面射出。 已知玻璃对单色光 a 的折射率较小，那么下列说法中正确的有 束光之间的距离可能 4、和射入前相同解：进入时入射角相同，折射率不同，因此折射角不同，两束光在玻璃内不再平行，但从下表面射出时仍是平行的。 射出时两束光之间的距离根据玻璃砖的厚度不同而不同，在厚度从小到大变化时，该距离先减小后增大，有可能和入射前相同（但左右关系一定改变了）。 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。 【例 13】 如图所示，一条长度为 L=光导纤维用折射率为 n= 2的材料制成。 一细束激光由其左端的中心点以 = 5、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出。 求：该激光在光导纤维中的速度 v 是多大。 该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少。 解：由 n=c/v 可得 v=08m/s由 n=得光线从左端面射入后的折射角为 30，射到侧面时的入射角为 60，大于临界角 45，因此发生全反射，同理光线每次在侧面都将发生全反射，直到光线达到右端面。 由三角关系可以求出光线在光纤中通过的总路程为s=2L/ 3，因此该激光在光导纤维中传输所经历的时间是 t=s/v=0、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 6、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a 页 共 12 页折，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 7、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 ）凸透镜的折射既能使物点发出的发散光束仍然发散，又能使物点发出的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 8、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。 规律方法 一. 用光的折射解释自然现象现象一:星光闪烁与光折射 由于重力的影响，包围地球的大气密度随高度而变化；另外，由于 9、气候的变化，大气层的各处又在时刻不断地变化着，这种大气的物理变化叫做大气的抖动由于大气的抖动便引起了空气折射率的不断变化我们观望某一星星时，星光穿过大气层进入眼睛，于是看到了星光之后由于大气的抖动，使空气折射率发生变化，星光传播的路径便发生了改变，这时星光到达另一地点，我们站在原来的地方就看不见它的光了，便形成一次闪烁大气的抖动是时刻不停的，并与气候密切相关一般大气抖动明显地大气折射率而形成一次闪烁的时间间隔是 14 秒，所以，我们观望星空时，看到的星光是闪烁的了现象二:蓝天、红日与光散射 光在传播过程中，遇到两种均匀媒质的分界面时，会产生反射和折射现象但当光在不均匀媒介质中传播时，情况就不同 10、了由于一部分光线不能直线前进，就会向四面八方散射开来，形成光的散射现象地球周围由空气形成的大气层，就是这样一种不均匀媒质因此，我们看到的天空的颜色，实际上是经大气层散射的光线的颜色科学家的研究表明，大气对不同色光的散射作用不是“机会均等”的，波长短的光受一的散射最厉害当太阳光受到大气分子散射时，波长较短的蓝光被散射得多一些由于天空中布满了被散射的蓝光，地面上的人就看到天空呈现出蔚蓝色空气越是纯净、干燥，这种蔚蓝色就越深、越艳如果天空十分纯净，没有大气和其他微粒的散射作用，我们将看不到这种璀璨的蓝第 10 页 共 12 页色比如在 2 万米以上的高空，空气气体分子特别稀薄，散射作用已完全消失，天 11、空也会变得暗淡同样道理，旭日初升或日落西山时，直接从太阳射来的光所穿过的大气层厚度，比正午时直接由太阳射击来的光所穿过的大气层厚度要厚得多太阳光在大气层中传播的距离越长，被散射掉的短波长的蓝光就越多，长波长的红光的比例也显著增多最后到达地面的太阳光，它的红色万分也相对增加，因此，才会出现满天红霞和血红夕阳实际上，发光的太阳表面的颜色却始终没有变化现象三:光在大气中的折射 光在到达密度不同的两层大气的分界面时，会发生光的折射气象学告诉我们，空气的密度的大小主要受气压和气温两个条件的影响气压指得是单位面积空气柱的重量大气层包围在地球表面，因此在大气层的低层气压较高，越向上气压越低气压高则空气密度大 12、，气压低则空气密度小因此，正常情况下，总是贴近地面的空气密度最大，越向上空气密度越小温度对空气密度的影响和气压则刚好相反气温越高，空气的体积越膨胀，空气的密度越小；温度越低，空气收缩，则空气的密度变大一般越接近地面温度越高（逆温层是个例外） 根据实测所得，在大多数情况下，温度的上下差别不是太大，而气压上下的差别却很显著，因此气压对空气密度的垂直分布所产生的影响远比气温的影响大，这就使得空气密度经常是越向上越小的（当然减小的情况并不是一成不变的） 由于地球上空气的密度随高度的变化，折射率随密度减小而正比例地减小，因此光在大气中传播时，通过一层层密度不同的大气，在各层的分界面处会发生折射，使光线不 13、沿直线传播而是变弯曲，这样当太阳和其他星体的光线进入大气以后，光线就会拐弯，这种现象称天文折射，这使在地面观测得的天体视位置 S比实际位置 S 高 【例 9】假设地球表面不存在气层，那么人们观察到日出时刻与实际存在大气层的情况相比（ ）A、将提前 B、将延后 C、在某些地区将提前，在另一些地区将延后 D、不变分析：注意到大气层不均匀的特性解答：由几何光学知识可知，有大气层时，由于地表大气层不均匀，太阳光线经大气折射后向下弯曲，如图所示，地球上观察者看到日出的太阳要比实际位置高，也就是当太阳还在地平线以下时就可以看到太阳的像；而没有大气层时，太阳光线沿直线传播，当太阳在地平线以下时是看不到太阳的 14、。 故有大气层时可提前看到日出。 10】全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形，如图 23示。 一束白光垂直入射到 上，在 上发生全反射，若光线入射点 O 的位置不变，改变光线的入射方向（不考虑 反射的光线） （ ）A、使入射光线按图所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出 ，则红光将首先射出。 B、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 ，则紫光将首先射出C、使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，红光将首先射出 D、使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，紫光将首先射出 解答：白光是由红到紫七种色光组成，同一种介质对它们的折射率，从红光到紫光逐渐增大。 从同一介质射向空气发生全反射的临界角不同。 由公式 n 越小，C 越大。 第 11 页 共 12 页红光折射率最小，则临界角最大。 光垂直入射 ，在 发生全反射，则临界角c 45，紫光折射率最大，则临界角最小。 当入射光沿顺时针方向偏转时，通过 折射后，射到 的入射角减小，首先小到红光临界角以下，红光先射出。 当入射光沿逆时针方向偏转时，通过 折射后，射到 的入射角增大，不可能有光从 射出。 三、。