1、光学 相 对 论 简 介 光的折射和全反射第十二章1.光的折射现象(1)光从 进入 ，传播方向发生 的现象称为光的折射现象.(2)光的折射定律：折射光线在入射光线和法线所确定的平面内，折射光线和入射光线分居于 ，入射角正弦与折射角 之比为一常数.一种介质另一种介质改变法线两侧正弦(3)折射率(绝对折射率n)光从真空射入某种介质时入射角正弦与折射角正弦的比值，叫做这种介质的折射率，即n=(4)在折射现象中光路是 .12sinsin可逆的(5)光密介质和光疏介质两种介质相比较，折射率大的介质叫 介质，折射率小的介质叫 介质.注意：光密介质和光疏介质是相对的，如水相对于空气来说是光密介质，水相对于酒
2、精来说是光疏介质.光密光疏2.全反射(1)光从 介质射向 介质时，当 超过某一角度C(临界角)时，折射光线 ，只剩下反射光线的现象叫全反射.(2)临界角C：折射角等于 时的入射角叫做临界角.当光从介质射向真空或空气时有：光密光疏入射角消失9011,sinsinnCCn(3)全反射条件 .常见的全反射现象有：光导纤维，内窥镜，海市蜃楼，沙漠蜃景等.光线从光密介质射入光疏介质入射角大于或等于临界角3.棱镜(1)横截面为 或 的透明体称为棱镜.(2)棱镜对光线的偏折作用：如图12-1-1所示，当光线从空气射入玻璃棱镜时，出射光线向底边偏折，偏折角度随棱镜材料的折射率增大而 .图12-1-1三角形梯形
3、增大(3)全反射棱镜：横截面是 .的棱镜叫全反射棱镜.由于光从玻璃射向空气的临界角大约为42，故当光从全反射棱镜的任一边垂直射入时，都发生全反射，如图12-1-2(甲)、(乙)所示.等腰直角三角形图12-1-2(4)光的色散白光经过三棱镜后，透射光线在屏上形成按 顺序排列的彩色光谱，这种现象就叫做光的 ，如图12-1-3所示.图12-1-3红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫色散光的色散表明白光是 ；同时，棱镜材料对不同颜色的折射率不同，其中对 的折射率最大，对 的折射率最小.复色光紫光红光 折射与全反射的综合应用问题一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯，图12-1-4为过轴线的截面图，调整入
4、射角，使光线恰好在水和空气的界面上发生全反射，已知水的折射率为，求sin的值.43图12-1-4 光线恰好在界面发生全反射时有 ,C为临界角；当光线从左侧射入时，由折射定律有 ，联立这两式代入数据可得sin=.分析光的全反射、临界角问题要注意：(1)画出恰好发生全反射的光路图.(2)找出临界角，利用几何知识分析线、角关系，进行求解.1sinCnsinsin()2nC73点评变式训练1：图12-1-5表示两底面平行的玻璃砖的截面图，一束平行于CD边的单色光入射到AC界面上，a、b是其中的两条平行光线.光线a在玻璃砖中的光路已给出.画出光线b从玻璃砖再次出射的光路图，并标出出射光线与界面法线夹角的
5、度数.图12-1-5sin 45245.sin30anabbCDBD通过 光线的光路分析，可知玻璃砖的折射率，临界角为光线、平行，则射入玻璃砖后的折射光线仍然平行当 光线进入玻璃砖射到面上时，发生全反射，从面上折射进入空气中光路如下解析：图所示 折射率与光速及波长（频率）关系问题图12-1-6 彩虹是在雨后因光的色散而形成的，如图12-1-6所示为太阳光射到空气中的小水珠发生色散形成彩虹的光路示意图，a、b为两种从小水珠中射出的单色光.以下说法正确的是()A.水对a光的折射率大于水对b光的折射率B.a光的频率大于b光的频率C.在水珠中a光的传播速度大于b光的传播速度D.逐渐增大入射角，则b光比
6、a光先发生全反射 如图，作出入射点的法线，可知在入射角相同的情况下，a光的折射角大于 b 光 的 折 射 角，由 公 式n=，可得折射率nanb，A错误；由于nanb知频率ab，B错误；由v=可知，C正确；当光从光密介质射向光疏介质时才会发生全反射，水的折射率比空气大，所以无论入射角多大都不会发生全反射，D错误.cn12sinsin 不同频率的色光在同一介质中传播时，该介质对频率较高的色光折射率大，对频率较低的色光折射率小.一般来讲，在界面两侧偏折越大的光线，折射率越大，频率越大，波长越小，临界角越小，在介质中传播速度越小.根据这一结论，只需比较水对这两种色光的折射率大小即可判定色光的频率、波速、波长、临界角大小.折射率 是联系几何光学与物理光学的桥梁，在研究同一介质对不同色光的折射率与光速及波长（频率）关系时，此公式是重要的理论依据.12sinsincnv点评变式训练2：如图1217所示，一个三棱镜的截面为等腰直角ABC，A为直角此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边，进入棱镜后直接射到AC边上，并刚好能 发 生 全 反 射 该 棱 镜 材 料 的 折 射 率 为_.(填入正确选项前的字母)图12176A.B.223C.D.3212sin1sin62n.sinnCn由与解得解析：答案：A