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中学物理光的折射和全反射要点解密
http://www.henanedu.com/       发布时间::2010-8-30 10:00:31       来源:智康教育
    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

  【例3】一个横截面为半圆形的光学元件,其材料的折射率为n=■,一束平行光以45°的入射角射向其上表面,如图所示。求:在图中标出入射光能从其半圆面上射出的范围。

    解析:如图所示,设平行光射入该元件后的折射角为θ,根据折射定律定义:n=■,可得θ=30°,由于所有入射光的入射角都相同,所以射入该元件后所有的折射光线仍然平行。这些光线中,从圆心O射入的光线到达半圆周上的C点时,入射角为00,因此一定有光线射出。从C点向左右两边移动,射到半圆周上的光线的入射角都将逐渐增大。当入射角增大到临界角时,光线发生全反射,不再能够从该元件射出。由sinθ0=■,不难求出临界角为θ0=45°。设光线射到C点左边某一点A时刚好有入射角α=θ0=45°,从图中可以看出ΔAOD中β=60°,所以γ=75°;同理设光线射到C点右边某一点B时刚好有入射角α=θ0=45°,从图中可以看出ΔBOE中的δ=15°。只有以上得到的A、B两点间的圆弧上,才有光线射出。AB弧的度数是90°。

  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。

  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:

    【例4】如图所示,一细束红光和一细束蓝光平行射到同一个三棱镜上,经折射后交于光屏上的同一个点M,若用n1和n2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率,下列说法中正确的是(   )

  A.n1

  B.n1

  C.n1>n2,a为红光,b为蓝光

  D.n1>n2,a为蓝光,b为红光

  解:由图可知,b光线经过三棱镜后的偏折较小,因此折射率较小,是红光。

  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90°(右图1)或180°(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5】如图所示,自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理。它虽然本身不发光,但在夜间骑行时,从后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(   )

  A。汽车灯光应从左面射过来在尾灯的左表面发生全反射

  B。汽车灯光应从左面射过来在尾灯的右表面发生全反射

  C。汽车灯光应从右面射过来在尾灯的左表面发生全反射

  D。汽车灯光应从右面射过来在尾灯的右表面发生全反射

  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。

  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。
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