【基本概念、规律】 一、光的折射与折射率 (1)内容:如图所示,折射光线与入射光线、法线处在同一平面内,折射光线与入射光线分别位于法线的两侧;入射角的正弦与折射角的正弦成正比. (3)在光的折射现象中,光路是可逆的. 2.折射率 (1)折射率是一个反映介质的光学特性的物理量. (4)当光从真空(或空气)射入某种介质时,入射角大于折射角;当光由介质射入真空(或空气)时,入射角小于折射角. 二、全反射 1.条件:(1)光从光密介质射入光疏介质. (2)入射角≥临界角. 三、光的色散、棱镜 1.光的色散 (1)色散现象 白光通过三棱镜会形成由红到紫七种色光组成的彩色光谱,如图. (2)成因 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,就是说紫光偏折得更明显些,当它们射到另一个界面时,紫光的偏折角最大,红光偏折角最小. 2.棱镜 三棱镜对光线的作用:改变光的传播方向,使复色光发生色散. 【重要考点归纳】 考点一 折射定律的理解与应用 1.折射率:由介质本身性质决定,与入射角的大小无关. 2.折射率与介质的密度无关,光密介质不是指密度大的介质. 3.同一种介质中,频率越大的色光折射率越大,传播速度越小. 不论光从真空射入介质,还是从介质射入真空,θ1总是真空中的光线与法线间的夹角,θ2总是介质中的光线与法线间的夹角. 5.光的折射问题的一般解题步骤 (1)根据题意准确作出光路图,注意作准法线. (2)利用数学知识找到入射角和折射角. (3)利用折射定律列方程. 考点二 全反射现象 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:当光由光密介质射向光疏介质时,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. 4.分析全反射问题的基本思路 (1)画出恰好发生全反射的临界光线,作好光路图. (2)应用几何知识分析边、角关系,找出临界角. (3)判断发生全反射的范围. 考点三 光路的计算与判断 1.光线射到介质的界面上时,要注意对产生的现象进行分析: (1)若光线从光疏介质射入光密介质,不会发生全反射,而同时发生反射和折射现象,不同色光偏折不同. (2)若光线从光密介质射向光疏介质,是否发生全反射,要根据计算判断,要注意不同色光临界角不同. 2.作图时要找出具有代表性的光线,如符合边界条件或全反射临界条件的光线. 3.解答时注意利用光路可逆性、对称性和几何知识. 4.各种色光的比较 考点四 实验:测定玻璃的折射率 1.实验原理 用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O′B,确定出O′点,画出折射光线OO′,然后测量出角θ1和θ2, 2.实验过程 (1)铺白纸、画线. ①如图所示,将白纸用图钉按在平木板上,先在白纸上画出一条直线aa′作为界面,过aa′上的一点O画出界面的法线MN,并画一条线段AO作为入射光线. ②把玻璃砖平放在白纸上,使它的长边跟aa′对齐,画出玻璃砖的另一条长边bb′. (2)插针与测量. ①在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线的方向,直到P1的像被P2挡住,再在观察的这一侧依次插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P1、P2的像及P3,记下P3、P4的位置. ②移去玻璃砖,连接P3、P4并延长交bb′于O′,连接OO′即为折射光线,入射角θ1=∠AOM,折射角θ2=∠O′ON. ③用量角器测出入射角和折射角,查出它们的正弦值,将数据填入表格中. ④改变入射角θ1,重复实验步骤,列表记录相关测量数据. 3.数据处理 (1)计算法:用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sin θ1和sin θ2.算出不同入 (2)作sin θ1-sin θ2图象:改变不同的入射角θ1,测出不同的折射角θ2,作sin θ1-sin θ2图象, (3)“单位圆”法确定sin θ1、sin θ2,计算折射率n: 以入射点O为圆心,以一定的长度R为半径画圆,交入射光线OA于E点,交折射光线OO′于E′点,过E作NN′的垂线EH,过E′作NN′的垂线E′H′.如图所示, 4.注意事项 (1)玻璃砖应选用厚度、宽度较大的. (2)大头针要插得竖直,且间隔要大些. (3)入射角不宜过大或过小,一般在15°~75°之间. (4)玻璃砖的折射面要画准,不能用玻璃砖界面代替直尺画界线. (5)实验过程中,玻璃砖和白纸的相对位置不能改变. |
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