光的折射定律、折射率-高中三年级物理试题练习、期中期末试卷、测验题、复习资料-高中物理试卷-试卷试题下载

北　京　四　中

年　　级：高　三　　科　　目：物　理　　期数：0104

编稿老师：曹树元　　审稿老师：曹树元　　录入：申容

[本周教学内容]：

一、光的折射定律、折射率：

（一）在两种介质的分界面上入射光线、反射光线、折射光线的能量分配。

近法线折射

光中可逆→

远法线折射

（二）经历了1500年才得到完善的定律。

1、历史发展：公元二世纪古希腊天文学家托勒密（100-170）通过实验得到：

（1）三线共面（2）法线居中（3）ri

　　德国物理学家开普勒也做了研究。

　　光从空气进入某种玻璃的入射角折射角间的实验结果：

空气入射角i(^o)	玻璃折射角r(^o)	i/r	sini/sinr
10	6.7	1.50	1.49
12	13.3	1.50	1.49
30	19.6	1.53	1.49
40	25.2	1.59	1.51
50	30.7	1.63	1.50
60	35.1	1.67	1.51
70	38.6	1.81	1.50
80	40.6	1.97	1.51

　　2、折射定律：最终由荷兰科学家斯涅耳（1580-1626年）发现（1621年）。

　　=常数由介质决定

（三）折射率n，描述物质的光学性质，决定于物质本身。

物质的性质：密度，比热，电阻率，介电常数，折射率。

物体的性质：质量

n_真空=1，n_空气=1，

n=（量度式）无单位，

i—在真空气中光线与法线的夹角，

r—在介质中光线与法线的夹角。

记住：

n_水=1.33=, n_玻璃=1.5=.

（四）介质的折射率与光速的关系（n的决定式）

实验研究表明：n=（c光在真空中的速度，v光在介质中的速度）

诱导公式：n₁v₁=n₂v₂=n₃v₃=C

　　　　 nsini₁=n₂sini₂=nsini₃

（五）光密媒质和光疏媒质。（相对性）

玻璃、水、空气的折射率关系为

n_玻璃>n_水>n_空气.

水对玻璃而言是光疏媒质，对空气则是光密媒质。

（六）测折射率的方法：

1、插针法

2、折射直进

3、反射、折射

二、全反射

（一）全反射现象：

光全部反回到原介质中传播的现象叫全反射现象。

（二）发生全反射的条件：

1、光密媒质和光疏媒质

对于两种媒质来说，光在其中传播速度较小（大）的绝对折射率较大（小）的媒质叫光密（疏）媒质。

2、临界角C：折射角等于90⁰时的入射角叫做临界角。

3、发生全反射的条件：

（1）光从光密媒质进入光疏媒质。

（2）入射角大于临界角。

*入射角等于临界角时也发生了全反射，但也有极弱的光向界面折射，通常不讨论临界情况，而发生全反射的条件写为(i>C)。

三、棱镜

1、光具：通过其作用可以改变光线（的传播方向或速度）的性质。

2、棱镜：用透明的材料制成的多面体，叫棱镜（广义）

（一）三棱镜及其分类：主截面：过顶点垂直于底面的截面。

1、定义：用透明材料制成的截面为三角形的棱镜叫三棱镜，简称棱镜（狭义）。

2、分类：等边、等腰、等腰直角。

（二）三棱镜对光线的作用：

α为顶角；

θ为偏折（向）角；

（不是折射角）

AB、AC为侧面，BC为底面

1、光线通过棱镜时，向底面偏折；

2、偏折角 θ=（∠₁-∠₂）+（∠₄-∠₃）

　　　　　 ∠₂+∠₃=α

θ=∠₁+∠₄-α,

若∠₁不变n↗∠₂↙∠₃↗∠₄↗θ↗，偏折角与入射角，顶角和棱镜材料的折射率有关。对同一个棱镜，同一束光来说，n越大，偏折角越大。

3、棱镜成像：

通过三棱镜观察物体时，其虚像（对实物来说）向顶角偏移。

说明：（1）顶角和底面均相对于入射光线而言，如右图，顶角为C。

（2）现在讨论的三棱镜其材料的折射率是大于周围空间材料的折射率。

若用有机玻璃制成三棱空气浸入水中形成的三棱镜，上述讨论的规律结论就都反了。

（三）全反射三棱镜

倒立的虚像

平面镜镀水银吸收10%的能量，而三棱镜吸收的很少。

（四）复色光和单色光、色散

1、单色光：一种颜色的光，单一频率（小频带）

2、复色光：由多种单色光组成。

演示：光的色散，红光偏折射角小，紫光偏折角大。

3、色散：把复色分解为单色光叫光的色散。

4、光谱：不同的光按规律排列而成的图。

　　　　分光镜中主要元件是三棱镜。

（五）为什么会产生色散？

n_水=1.33=为平均值，实际n_紫>n_红，v_紫<v_红。

n=为决定式（不加说明时视为单色光不考虑色散）

近处投影未发散开，不能得到光谱。

在真空中，任何光的折射率和光速均相同，在其他介质中紫光的折射率大，光速小。

[例题分析]：

例1，光在某介质中的传播速度是2.122×10⁸m/s，当光线以30⁰入射角，由该介质射入空气时，折射角为______。

利用光路可逆，=n(1), n=(2).

答案：45⁰。

例2、已知：光线从空气射入甲媒质i=45⁰, r=30⁰,

　　　　　光线从空气射入乙媒质i'=60⁰, r'=30⁰。

求：v_甲：v_乙=_____。

解：∵ n=, ∴v=,

∴,

n_甲=，

n_乙=，

∴。

例3，一束宽度为10cm的平行光束，以60⁰的入射角从空气射入折射率为的媒质中，界面光滑平整，求反射光束和折射光束的宽度。

解：O₁D=10cm,

　　O₁O₂=20cm,

d=10cm

d'=17.3m

例4、已知水的折射率是1.33, (), 某种玻璃的折射率是1.5, ()，则光在水中和在这种玻璃中传播的速度之比是______。

。

答案：9:8

例5，光线由空气射入某种介质，折射光线与反射光线恰好垂直。已知入射角是53^o，则这种介质可能是______。

答案：水

例6，如图所示，三棱镜的顶角A为60⁰，入射光线与出射光线如图所示，求玻璃的折射率。

解：=n,

=n，则α=β, (90⁰-α)+ (180⁰-β)+60⁰=180⁰

n=,α=β=30⁰。

答案：。

例7，在折射率为n，厚度为d的玻璃平板上方的空气中，有一点光源S，从S发出的光线SA以角度θ入射到玻璃板上表面，经过玻璃板后从下表面射出，如图所示，若沿此光线传播的光从光源到玻璃板上表面的传播时间与玻璃板中的传播时间相等，点光源S到玻璃上表面的垂直距离h应是多少？

解：(1), n=(2),

=cosθ(3),　 =cosr(4),

=n(5),

解得h=.

例7，光线从空气射入n=的介质中，反射光线恰垂于折射光线，则入射角约是_______。

解：作图是解几何光学题目的重要方法。

由图可知，

i+r=90⁰,

=n,

tgi=, i=60⁰.

答案：60⁰。

例8，如图，光从某角度射入，改变入射光线的方向可使光斑落于角点，水槽装满水，宽为d，高为h，测得光线的入射角i，

则n_水=______。

sinr=.=n.

答案：n_水=

例9，玻璃等边三棱镜n=1.5（对周围来说指空气）有两条光线垂直入射。（如图）

画光路图。

很少的反射光线。

不画。

例10，画出与全反射棱镜底边平行的入射光线AO通过棱镜的光路图。n=。

出射光线平行于bc。

例11，白光平行光束。

例11，白光平行光束

　　运用n=时，不考虑光的色散。

n_玻紫=，

n_紫>n_红，

v_紫<v_红。

若玻璃体为等边三棱镜，入射光线应为平行光线。

例12，光线通过棱镜时，偏折角度θ跟棱镜材料的折射率有关，在下图中光线对棱镜的侧面AB的入射角以及棱镜的顶角A的大小保持不变，试定性地讨论：棱镜材料的折射率越大，偏折角充也越大。

解：光线通过棱镜发生偏折的角度为θ，则θ=(i₁-r₂)+(r₁+i₂)它表示光线通过棱镜向底面偏折的角度等于光线分别在两个侧面发生的向底面偏折的角度之和，在AB侧面，折射率n越大，从空气进入棱镜的光线向法线方向的偏折越大，即偏折角i₁-r₂越大；在AC侧面，n越大从棱镜射入空气的光线远离法线方向的偏折越大，即r₂-i₂越大，因此当入射角i₁以及棱镜的顶角A保持不变时，折射率n越大，偏折角度也越大。