资源描述
在图12－1中所示为一复色光束a从介质Ⅰ斜射入介质Ⅱ，在介质Ⅱ中分解为两束单色光b、c，根据图中b、c两束单色光在介质Ⅱ、Ⅲ中的传播情况，请回答下列问题：
图12－1
(1)不同频率的光在同一介质中的折射率不同，由图可以判断b、c两束光在同一种介质中哪束光的折射率较大?
(2)当光从一种介质进入另一种介质时有也许发生全反射，由图可以判断，介质Ⅱ的折射率＿＿(选填“大于”、“小于”或“等于”)介质Ⅲ的折射率，光束c在介质Ⅱ与介质Ⅲ的分界面上的入射角＿＿(选填“大于”、“小于”或“等于”)临界角。
(3)根据折射角和入射角的关系可以判断，光束g和光束h＿＿(选填“平行”或“不平行”)。
知识梳理：
1．光的折射现象，光的折射定律：
，如图12－2所示。n可以大于1也可以小于1。
图12－2
2．折射率：光从真空(或空气)斜射进入介质中时：
介质的折射率或，n必然大于1。
3．光的色散：具有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫光的色散。
(1)光通过棱镜时将向棱镜的横截面的底边方向偏折如图12－3所示。
图12－3
(2)通过棱镜成像偏向顶点，如图12－4所示。
图12－4
(3)光的色散规律：红光通过棱镜后偏折的限度比其他颜色的光的偏析限度要小，而紫光的偏折限度比其他颜色的光要大。说明透明物质对于波长不同的光的折射率是不同的，波长越长，折射率越小。
4．全反射产生的条件：①光从光密介质射向光疏介质；②入射角大于或等于临界角。
二、重、难点剖析
1．折射定律及折射率
折射定律：折射光线与入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分居法线两侧；入射角的正弦与折射角的正弦之比为一常数，即常数。这个常数可以大于1也可以小于1。
折射率：当光从真空射入某种介质时，上式中的比例常数就称为这种介质的折射率。即折射率折射率n一定大于1，它反映了该介质对光的折射本领。
折射率虽然可以用入射角与折射角的关系来表达，但并不随它们而变化，它由介质自身的光学性质来决定。它还表现在光在某种介质中的传播速度v上，即n＝c/v，c为真空中的光速。当光垂直入射到两种介质的界面上时，i＝r＝0，光束不发生偏折，但光速仍变化，是一种特殊的折射现象。
2．全反射现象及应用。光由光密介质射向光疏介质，且入射角大于临界角时，会发生全反射现象。临界角的大小为，可见，某种介质的折射率越大，由它射向真空(或另一种光疏介质)时的临界角越小。
3．色散与折射率。复色光通过棱镜后会发生色散(分解成单色光)。色散现象说明不同色光在同种介质中折射率不同，由红光到紫光，折射率逐渐变大。而光的颜色取决于频率，也就是说不同频率的色光在同种介质中的折射率不同。
1．光的传播
光在同一种均匀介质中沿直线传播。光在真空中的传播速度为c＝3.00×108m/s。小孔成像、影子、日食、月食等都是光的直线传播形成的现象。
反射定律：反射光线跟入射光线和法线在同一平面上；反射光线与入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角。
折射定律：折射光线与入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分居法线两侧；入射角的正弦与折射角的正弦之比为一常数，即常数。这一常数是一个可以描述介质光学性质的物理量——折射率。
折射率：当光从真空射入某种介质时，上式中的比例常数就称为这种介质的折射率，即折射率。研究表白，某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即。
全反射：光由光密介质射向光疏介质，且入射角等于或大于临界角时，会发生全反射现象。当光由介质射向真空或空气时，临界角的大小为。
【练习】
如图12－6所示，MN为置于水中的平面镜，呈水平状态，一束白光从空气垂直于水面射到平面镜的O点上，已知红光和紫光在水与空气界面发生全反射的临界角分别为a 和b ，现让平面镜以O点为轴沿顺时针方向转动，为使光束不从水面射出，转过的角度不能小于多少?( )
图12－6
A． B． C． D．
分析：如图12－7，当平面镜转过θ 时，反射光线与入射光线的夹角为2θ ，若2θ 不小于光在水中的临界角，则光线会发生全反射，不能射出水面。白光中各种频率的色光在水中的折射率不同，发生全反射的临界角也不同，其中红光的临界角最大，而紫光的最小。为保证各种色光都不射出，应使2θ ≥a ，即θ ≥a /2。
图12－7
解答：选项A对的。
说明：本题将全反射和色散规律结合在一起。全反射现象中最关键的一条光线是入射角等于临界角，即恰能发生全反射时的入射光线。假如题意是希望发生全反射，那末它应是所有光线中最不易发生全反射的那条；假如题意相反，那末它就应是所有光线中最容易发生全反射的那条。把握住临界光线，解决问题就容易多了。对于色散现象，应掌握各种频率的色光在同一介质中的折射率的大小顺序，依此画出不同的传播光路，从而解决问题。此外，各种色光的频率还与它在介质中的波长、光速、干涉、衍射的条纹宽度、光子的能量、光电效应能否发生等很多物理量及物理现象相关，应注意与这些知识点的综合。
1．关于光的反射与折射现象，下列说法对的的是( )
A．光发生反射时，光的传播方向一定改变
B．光发生反射时，光的传播方向也许偏转90°
C．光发生折射时，一定随着着反射
D．光发生折射时，光的传播方向也许偏转90°
2．一束光从空气射入某种透明液体，入射角40°，在界面上光的一部分被反射，另一部分被折射，则反射光线与折射光线的夹角是( )
A．小于40° B．在40°与50°之间
C．大于140° D．在100°与140°与间
3．光线从空气射向玻璃砖，当入射光线与玻璃砖表面成30°角时，折射光线与反射光线恰好垂直，则此玻璃砖的折射率为( )
A． B． C． D．
4．一束光由空气入射入某介质，入射角为60°，其折射光线恰好与反射光线垂直，则光在该介质中的传播速度为( )
A． B．
C． D．
5．如图12－1所示，一束复色可见光射到置于空气中的平板玻璃上，穿过玻璃后从下表面射出，变为a、b两束平行单色光，则( )
图12－1
A．玻璃对a光的折射率较大
B．a光在玻璃中传播的速度较大
C．b光的频率较大
D．b光的波长较长
6．光在两种介质的交界面发生全反射时( )
A．入射光线一定在光密介质中 B．入射角一定大于临界角
C．界面相称于一个平面镜 D．仍有一部分光线进入另一种介质中
7．在医学上，光导纤维可以制成内窥镜，用来检查人体内的胃、肠、气管等器官的内部。内窥镜有两组光导纤维，一组用来把光输送到人体内部，另一组用来进行观测。光在光导纤维中传输运用了光的( )
A．直线传播 B．干涉 C．衍射 D．全反射
8．光导纤维的内部结构由内芯和外套组成，它们的材料不同，光在内芯中传播，则( )
A．内芯的折射率比外套大，光在内芯与外套的界面上发生全反射
B．内芯的折射率比外套小，光在内芯与外套的界面上发生全反射
C．内芯的折射率比外套小，光在内芯与外套的界面上发生折射
D．内芯和外套的折射率相同，外套的材料韧性较强，起保护作用
9．光线从空气射向折射率的玻璃表面，入射角为q1，求：
(1)当q1＝45°时，折射角多大?
(2)当q1多大时，反射光线和折射光线刚好垂直?
10．为了测定水的折射率，某同学将一个高32cm，底面直径24cm的圆筒内注满水，如图12－2所示，这时从P点恰能看到筒底的A点。把水倒掉后仍放在原处，这时再从P点观测只能看到B点，B点和C点的距离为18cm。由以上数据计算水的折射率应为多少?
图12－2
如图所示，玻璃棱镜的截面为等腰三角形，顶角a为30°。一束光线垂直于ab面射入棱镜，又从ac面射出。出射光线与入射光线之间的夹角为30°。则此棱镜材料的折射率是（ ）
A． B． C． D．
答案：D
1．用三块厚度相同的平板玻璃围成图12－8所示形状的等边三角形ABC。一束单色光由AC面入射，该光线由AB面射出时，以下说法中对的的是( )
图12－8
A．射出的光线向底边BC偏折
B．射出的光线向顶角A偏折
C．射出的光线与入射光线方向相同
D．射出的光线也许在屏上形成彩色光
2．如图12－9，ABCD表达折射率为n的透明长方体，一单色细光束以角度θ 入射至AB面上的P点，AP＝AD/2。若要此光束进入长方体后能直接射至AD面上，角θ 的最小值为＿＿；若要此光束直接射至AD面上且能在AD面上全反射，角θ 的范围应是＿＿。
图12－9
3．一束白光以较大的入射角入射到三棱镜的一个侧面，从另一个侧面射出，在屏上形成从红到紫的彩色光带，当入射角逐渐减小时，在屏上
A．红光最先消失 B．紫光最先消失
C．红光紫光同时消失 D．红光紫光都不消失
专题十五《测定玻璃的折射率》
实验目的
测定玻璃的折射率。
实验原理
如图14－22所示，当光线AO以一定入射角i穿过玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO相应的出射光线O′B，从而找到折射光线OO′和折射角r，再根据算出玻璃的折射率。
图14－22
实验器材
一块玻璃砖，白纸，木板，大头针(4枚)，量角器(或圆规、三角板)，刻度尺。
实验环节
1．把白纸铺在木板上。
2．在白纸上画一直线aa′作为界面，过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线。
3．把玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa′重合，再拟定玻璃的另一边bb′。
4．在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2。
5．从玻璃砖bb′一侧透过玻璃砖观测大头针P1、P2，调整视线方向直到P1被P2挡住。再在bb′一侧插上大头针P3、P4，使P3能挡住P1、P2，P4能挡住P1、P2及P3。
6．移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置，过P3、P4作直线O′B交bb′于O′。OO′就是玻璃砖内折射光线的方向。∠AON为入射角，∠O′ON′为折射角。
7．用量角器量出入射角和折射角的度数。查出它们的正弦值，并把这些数据填入登记表格里。
8．用上述方法分别求出入射角是30°、45°和60°时的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，记录在表格里。
9．算出不同入射角时的值，比较一下，看它们是否接近一个常数。求出几次实验测得的的平均值，就是这块玻璃的折射率。
实验关键点
1．轻拿轻放玻璃砖，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的光学面。严禁把玻璃砖当直尺用。
2．实验过程中，玻璃砖在纸面上的位置不可移动。
3．插针P1与P2、P3与P4的间距要适本地大些，以减小拟定光路方向时出现的误差。
4．实验时入射角不能太小(接近零度)，否则会使测量误差加大；也不能太大(接近90°)，否则会不易观测到P1、P2的像。
5．只要画出了入射光线和相应的折射光线，求折射率的方法可以有多种。
(1)用量角器量出入射角i和折射角r，从三角函数表查出它们的正弦值，根据折射定律计算折射率，如图14－23(甲)所示。
(2)以入射点O为圆心，以适当长(如OO′)为半径画圆，和入射光线、折射光线分别交于A、O′，从A、O′向法线做垂线，分别交于M、N，用刻度尺量出AM、O′N的长度，则折射率等于AM/O′N，如图14－23(乙)所示。
(3)从O′点做上表面的垂线，交上表面于M，延长AO与O′M交于N，用刻度尺量出OO′、ON的长度，则折射率等于OO′/ON，如图14－23(丙)所示。
图14－23
思考题
1．用插针法测定玻璃的折射率，哪些针是在放玻璃砖之前就插上的?哪些是放玻璃砖之后插上的?四个针各如何定位?为什么针间距离应当大些?
2．在白纸上记录玻璃砖表面位置的两条直线，哪个是放玻璃砖前画上的?哪个是在放玻璃砖后画上的?假如玻璃砖的两面与两条线发生错位、某条线靠里或靠外，各对测量结果有什么影响?
3．没有量角器，如何从用插针法所得到的图，测量和计算出玻璃的折射率?
专题十五 《测定玻璃的折射率》
1．某同学做测定玻璃折射率实验时，用他测得的多组入射角i与折射角r作出sini－sinr图象，如图14－41所示。下列判断中哪些是对的的( )
图14－41
A．他做实验时，研究的是光从空气射入玻璃的折射现象
B．玻璃的折射率为0.67
C．玻璃的折射率为1.5
D．玻璃全反射临界角的正弦值为0.67
2．如图14－42所示，测定玻璃折射率的实验中，假如所用的玻璃砖ABCD的上表面AB和下表面CD不严格平行(AD略大于BC)，下列说法中对的的是( )
图14－42
A．用此玻璃砖做实验，画出的折射光线c和相应的入射光线a不再平行，因此对实验结果产生系统误差
B．用此玻璃砖做实验，画出的折射光线c和相应的入射光线a不再平行，但不会对实验结果产生影响
C．射出光线c相对于入射光线a有顺时针方向的微小偏转
D．射出光线c相对于入射光线a有逆时针方向的微小偏转
3．运用插针法可以测量半圆柱形玻璃砖的折射率。实验方法如下：在白纸上做一直线MN，并做出它的一条垂线AB，将半圆柱形玻璃砖(底面的圆心为O)放在白纸上，使它的直边与直线MN对齐，把半圆的边沿描在纸上。在垂线AB上插两个大头针P1和P2，然后在半圆柱形玻璃砖的右侧插上适量的大头针，可以拟定通过玻璃砖后的光路，从而求出玻璃的折射率。实验室中提供的器材除了半圆柱形玻璃砖、木板和大头针外，尚有量角器等。
(1)某学生用上述方法测量玻璃的折射率，在他画出的垂线AB上插P1、P2两枚大头针，但在半圆柱形玻璃砖右侧的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过玻璃砖同时看到P1、P2的像，因素是______，他应当采用的措施是______。
(2)为了拟定光线P1P2通过玻璃砖后的光路，在玻璃砖的右侧，最少应插______枚大头针。
(3)请在图14－43半圆柱形玻璃砖的右侧估计所插大头针的也许位置，并用“×”表达，做出光路图。为了计算折射率，应当测量的量(在光路图上标出)有：______，计算折射率的公式是______。
图14－43
专题十五 《测定玻璃的折射率》
1．ACD 2．BC 3．(1)发生了全反射，将玻璃砖稍向上移；(2)1枚；(3)略
如图所示，用激光控制液面高度仪器的原理是：一束激光AO以固定的入射角i照射到液面上，反射光OB射到水平放置的光屏上，屏上用光电管将光信号转化为电信号，电信号输入控制系统就可以控制液面的高度。假如光屏上的光点在屏上由B点向右移动了△s的距离到B＇点，则可以鉴定（ ）
A、液面上升，上升的距离为(△s/2)tani
B、液面下降，下降的距离为(△s/2)tani
C、液面上升，上升的距离为(△s/2)coti
D、液面下降，下降的距离为(△s/2)coti
如图所示,激光液面控制仪的原理是:固定的一束激光AO以入射角i照射到水平液面上,反射光OB射到水平放置的光屏上,屏上用光电管将光讯号转换为电讯号,电讯号输入控制系统来控制液面的高度.若发现光点在屏上向右移动了Δs距离,射到B′点,则液面的高度变化是( )
A.液面减少 B.液面升高
C.液面减少 D.液面升高
大气中空气层的密度是随着高度的增长而减小的。从大气外射来一束阳光，如图5所示的四个图中，能粗略表达这束阳光射到地面的途径的是： （ B ）
8．如图10所示，真空中有一个半径为R，质量分布均匀的玻璃球，频率为的细激光束在真空中沿直线BC传播，由玻璃球表面的C点经折射进入小球，并在玻璃球表面的D点又经折射进入真空中。已知∠COD＝120º，玻璃球对该激光的折射率为，则下列说法中对的的是： （ ）
A．激光束的入射角α＝60º
B．光在穿过玻璃球的过程中频率逐渐变低
C．此激光束在玻璃球中穿越的时间为R/c（其中c为真空中的光速）
D．改变入射角α的大小，细激光束不也许在球的内表面发生全反射
9．如图16所示，截面为ABC的玻璃直角三棱镜放置在空气中，宽度均为d的紫、红两束光垂直照射三棱镜的一个直角边AB，在三棱镜的另一侧放置一平行于AB边的光屏，屏的距离远近可调，在屏上出现紫、红两条光带，也许是： （ ）
A．紫色光带在上，红色光带在下，紫色光带较宽
B．紫色光带在下，红色光带在上，紫色光带较宽
C．红色光带在上，紫色光带在下，红色光带较宽
D．红色光带在下，紫色光带在上，红色光带较宽
展开阅读全文
浙ICP备2021020529号-1 | 浙B2-20240490 
