1、1第 3 课时 光一、光的反射与折射1.光的反射及反射定律(1)光的反射：光从第 1 种介质射到它与第 2 种介质的分界面时，一部分光会返回到第 1 种介质的现象。(2)反射定律：反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角。2.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改变的现象，如图所示。3.折射定律(1)内容：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。(2)表达式： n12，式中 n12是比例常数。sin 1sin 24.折射率(1)物理意义：折射率反映介质的
2、光学特性，折射率大，说明光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小。(2)定义式： n ，不能说 n 与 sin 1成正比，与 sin 2成反比。折射率由介质sin 1sin 2本身的光学性质和光的频率决定。(3)计算公式： n ，因 v c，故任何介质的折射率总大于 1。cv二、全反射1.定义：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线将消失，只剩下反射光线的现象。22.条件：光从光密介质射向光疏介质。入射角大于等于临界角。3.临界角：折射角等于 90时的入射角。若光从光密介质(折射率为 n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为 C，则 sin C 。介质的折射率越大，发生
3、全反射的临界角越小。1n4.应用：全反射棱镜、光导纤维。三、光的干涉1.产生条件：两列光的频率相同，振动方向相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉图样。2.杨氏双缝干涉(1)原理如图所示(2)明、暗条纹的条件单色光：形成明暗相间的条纹，中央为明条纹。a.光的路程差 r r2 r1 k (k0，1，2，)，光屏上出现明条纹。b.光的路程差 r r2 r1(2 k1) (k0，1，2，)，光屏上出现暗条纹。 2白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色(填写颜色)。(3)相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距公式： x 。ld3.薄膜干涉(1)定义：光照射到透明薄膜上，从薄膜的前后两个表面反射光
4、的相互叠加，发生干涉。(2)干涉图样：单色光照射薄膜时，形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时，形成彩色的条纹。(3)应用：照相机、望远镜的镜头增透膜，检查光学平面的平整度。四、光的衍射1.发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显。2.衍射条纹的特点(1)单缝衍射和圆孔衍射图样的比较：3单缝衍射 圆孔衍射单色光中央为亮且宽的条纹，两侧为明暗相间的条纹，且越靠外，亮条纹的亮度越弱，宽度越小中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小；亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增大而减小白光中央为亮且宽的
5、白色条纹，两侧为亮度逐渐变暗、宽度变窄的彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光，离中央最远的是红光中央是大且亮的白色亮斑，周围是不等间距的彩色的同心圆环(2)泊松亮斑(圆盘衍射)：当光照到不透明(选填“透明”或“不透明”)的半径很小的小圆盘上时，在圆盘的阴影中心出现亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。五、光的偏振1.偏振：光波只沿某一特定的方向的振动。2.自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包括在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光。3.偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光。光的偏振证明光是横波。自然光通过偏
6、振片后，就得到了偏振光。六、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。七、激光特点 性质 应用相干性只有频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的光才是相干光。激光是一种人工光纤通信4产生的相干光，具有高度的相干性平行度激光的平行度非常好，在传播很远的距离后仍能保持一定的强度精确的测距；读取光盘上记录的信息等高亮度它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量用激光束切割、焊接；医学上可以
7、用激光做“光刀” ；激发核反应等【思考判断】1.无论是折射光路，还是全反射光路，都是可逆的( )2.光发生反射现象时一定伴随着折射现象( )3.光从空气射入水中，光的传播速度一定增大( )4.折射率跟折射角的正弦成正比( )5.只要入射角足够大，就能发生全反射( )6.若光从空气中射入水中，它的传播速度一定减小( )7.已知介质对某单色光的临界角为 C，则该介质的折射率等于 ( )1sin C8.密度大的介质一定是光密介质( )9.光的颜色取决于折射率( )10 只有频率相同的两列光波才能产生干涉( )11.在双缝干涉实验中，双缝的作用是使白光变成单色光( )12 阳光下茂密的树荫中地面上的圆
8、形亮斑是光的衍射形成的( )13.自然光是偏振光( )考点一 光的反射与折射(/c)要点突破1.对折射定律的理解(1)在折射现象中，当入射角为 0时，折射角也为 0，这是折射中的一种特殊情况。(2)光发生折射时，折射角不一定小于入射角。(3)公式 n 中，不论是光从光疏介质射入光密介质，还是从光密介质射入光疏介sin 1sin 2质， 1总是光疏介质中的光线与法线的夹角， 2总是光密介质中的光线与法线的夹角。2.对折射率的理解5(1)折射率由介质本身性质和光的频率决定，与入射角的大小无关。(2)折射率与介质的密度没有关系，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
9、，传播速度越小。典例剖析【例】 (多选)(2015浙江 10 月选考)为了从坦克内部观察外部目标，在厚度为 20 cm 的坦克壁上开了一个直径为 12 cm 的孔，若在孔内分别安装由同一材料制成的如图所示的三块玻璃，其中两块玻璃的厚度相同。坦克内的人在同一位置通过玻璃能看到的外界的角度范围是( )A.图甲的大于图乙的 B.图甲的小于图丙的C.图乙的小于图丙的 D.图乙的等于图丙的解析 光在玻璃和空气的界面发生折射，假设眼睛在左下角观察，观察到外界的范围比没有玻璃时大。如图所示，当玻璃的厚度变小时(竖虚线表示玻璃左边位置)，观察到外界的范围也变小，且观察范围与玻璃的位置无关，只与玻璃的厚度有关，
10、选项 A、D 正确。答案 AD针对训练如图所示，一束单色光从空气入射到棱镜的 AB 面上，经 AB 和 AC 两个面折射后从 AC 面进入空气。当出射角 i和入射角 i 相等时，出射光线相对于入射光线偏转的角度为 。已知棱镜顶角为 ，则计算棱镜对该色光的折射率表达式为( )6A. B.sin 2sin 2sin 2sin 2C. D.sinsin（ 2）sinsin（ 2）解析 如图所示，设 AB 面上的折射角为 ， AC 面上的入射角为 ，由于 i i，由光的折射定律及光路可逆知 ，又设两法线的夹角为 ，则由几何关系得： 180，又由 180，则解得： ，又由几何关系得： 2 i i，解得：
11、 i ，则棱镜对该色光的折射率 n 2 sin isin ，故 A 正确。sin 2sin 2答案 A考点二 光的全反射(/b)要点突破1.对全反射的理解(1)光路可逆：光的反射和全反射现象均遵循光的反射定律，光路是可逆的。(2)从传播角度理解：光线射向两种介质的界面时，往往同时发生反射和折射现象。当入射角等于临界角时，折射角等于 90，实际上折射光线已经消失了。(3)从能量角度理解：当光从光密介质射入光疏介质时，在入射角逐渐增大的过程中，反射光线的能量逐渐增强，折射光线的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光线的能量减小到零，恰好发生全反射。2.全反射的应用(1)解释生活中的现象：炎热的
12、夏天，远处柏油马路上特别明亮；海市蜃楼等。(2)全反射棱镜：截面是等腰直角三角形的棱镜。(3)光导纤维：由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率。7典例剖析【例】 (多选)(2017湖北八校第一次联考)频率不同的两束单色光 1 和 2 以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后，其光路如图所示，下列说法正确的是( )A.单色光 1 的频率大于单色光 2 的频率B.在玻璃中单色光 1 的传播速度大于单色光 2 的传播速度C.可能单色光 1 是红光，单色光 2 是蓝光D.无论怎样增大入射角，单色光 1 和 2 都不可能在此玻璃板下表面发生全反射解析 由 n 可知，单色光 1 的折射率大一些，
13、单色光 1 的频率大于单色光 2 的频sin sin r率，A 正确；由 v 知，在玻璃中单色光 1 的传播速度小于单色光 2 的传播速度，B 错误；cn因为红光的折射率小于蓝光，所以 C 错误；从空气射向玻璃板的单色光一定能从玻璃中射出，D 正确。答案 AD【方法总结】解决全反射问题的一般方法(1)确定光是从光密介质进入光疏介质。(2)应用 sin C 确定临界角。1n(3)根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射。(4)如发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图。(5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算，解决问题。针对训练1.(2017台州模拟)一束光由空
14、气射向半圆柱体玻璃砖， O 点为该玻璃砖截面的圆心，如图所示中能正确描述其光路的是( )解析 光束沿玻璃砖半径射向 O 点，在界面处入射角大于临界角时，发生全反射，小于临8界角时，在空气中的折射角大于入射角，A 选项正确，C 选项错误；当光束由空气射向玻璃砖时，由发生全发射的条件可知，B 选项错误；在玻璃中的折射角小于入射角，D 选项错误。答案 A2.某种介质对空气的折射率是 ，一束光从该介质射向空气，入射角是 60，则下列光路2图中正确的是(图中为空气，为介质)( )解析 由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由 sin C ，得 C45 160，1n 12故在两介质的界面上会发生全反射，只有
15、反射光线，没有折射光线，故选项 D 正确。答案 D考点三 光的干涉(/c) 光的衍射和偏振(/b)要点突破1.单缝衍射与双缝干涉的比较两种现象比较项目 单缝衍射 双缝干涉条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等条纹间距 各相邻条纹间距不等 各相邻条纹等间距不同点亮度情况 中央条纹最亮，两边变暗 条纹清晰，亮度基本相等相同点干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹2.光的偏振现象自然光与偏振光的比较自然光(非偏振光) 偏振光光的来源直接从光源发出的光自然光通过偏振片后的光自然光被界面反射或折射后的反射光或折射光光的振 在垂直于光的传播方向的平面内，光沿 在垂直
16、于光的传播方向的平面内，9动方向 一切方向振动，且沿各个方向振动的光波的强度相同光沿一个特定方向振动联系 自然光通过偏振片后或被界面反射、折射后就转变为偏振光典例剖析【例】 如图所示的 4 种明暗相间的条纹分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹)。在下面的 4 幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是( )A.红黄蓝紫 B.红紫蓝黄C.蓝紫红黄 D.蓝黄红紫解析 双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽、最亮之外，两侧条纹亮度、宽度都逐渐减小，因此 1、3 为双缝干涉条纹，2、4 为单缝衍射条纹。双
17、缝干涉条纹的宽度(即相邻亮、暗条纹间距) x ，红光波长比蓝光波长长，则红光干涉条纹ld间距大于蓝光干涉条纹间距，即 1、3 分别对应于红光和蓝光。而在单缝衍射中，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射越明显，即中央条纹越宽越亮，2、4 分别对应于紫光和黄光。综上所述，1、2、3、4 四个图中亮条纹的颜色依次是：红、紫、蓝、黄，B 正确。答案 B针对训练1.(多选)在杨氏双缝干涉实验中，如果( )A.用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹B.用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹C.用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色干涉条纹D.用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间
18、距不等的条纹解析 因白光为复色光，所以用白光作光源时，屏上将呈现彩色条纹，A 错误； 用红光作光源时，屏上将呈现红黑相间的条纹，B 正确；红光、紫光频率不同，因而不能产生干涉，C 错误；遮住其中一条狭缝时，将产生单缝衍射现象，D 正确。答案 BD102.光的偏振现象说明光是横波。下列现象中不能反映光的偏振特性的是( )A.一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化B.一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是 90时，反射光是偏振光C.日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰D.通过手指间的缝隙
19、观察日光灯，可以看到彩色条纹解析 在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光是偏振光，A、B 选项反映了光的偏振特性，C 是偏振现象的应用，D 是光的衍射现象。答案 D考点四 光的颜色、色散(/b) 激光(/a)要点突破1.光的颜色由光源的频率决定，与介质无关，与波长无关，波速由介质和光的频率共同决定。2.白光由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光组成，七种色光的特性差异可以用下表表示出来。各种色光 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫频 率 小大波 长 长短折射率 小大波速(介质中) 大小双缝干涉时所产生的条纹间距 大小薄膜干涉时所产生的条纹间距 大小经三棱镜折射时偏向角大小 小大典例剖析【例】 如图，半圆形玻璃砖置于光屏 PQ 的左下方。一束白光沿半径方向从 A 点射入玻璃砖，在 O 点发生反射和折射，折射光在白光屏上呈现七色光带。若入射点由 A 向 B 缓慢移动，并保持白光沿半径方向入射到 O 点，观察到各色光在光屏上陆续消失。在光带未完全消失之前，反射光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是( )
