高三物理全反射 光的色散知识精讲 人教版

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1、高三物理全反射光的色散知识精讲人教版一.本周教学内容：第三节全反射第四节光的色散二.知识要点：1.知道全反射、临界角的概念。2.理解发生全反射的条件，并能解释和计算相关问题。3.知道棱镜对单色光的偏折作用。4.知道光的色散现象及发生色散的原因，知道棱镜材料对不同色光的折射率不同。三.重点、难点解析：1.光从光密介质射向光疏介质时，当入射角增大到某一角度，折射光线完全消失，只剩下反射光线的现象叫全反射。从能量角度看，光在两种介质界面上发生反射和折射时，不计介质的吸收，入射光能量会分配成反射和折射两部分，其中反射光线能量随入射角的增大而增强。折

2、射光线能量随入射角的增大而减弱，当发生全反射时，折射光能量等于零。入射光能量完全转化为反射光的能量。全反射现象是自然界中常见的现象，如水中的气泡看起来特别明亮，大气中的海市蜃楼等都是全反射现象。全反射现象在生产实践中也有着广泛的应用，如“光纤通信”就是利用了光的全反射现象。2.全反射发生的充要条件是：①光从光密介质射向光疏介质；②入射角等于或大于临界角。（临界角指折射角等于90°时的入射角。当光由介质射向空气或真空时，临界角c的正弦sinc＝。）3.在处理穿越不同介质的光路问题时。要注意判断是否会发生全反射。在确定未发生全反射的条件下，才能

3、应用折射定律处理问题。4.光线从棱镜的一个侧面射入。经另一个侧面射出，由于两次折射，出射光线向棱镜的底边偏折。在保持入射角i和棱镜顶角A不变的条件下，棱镜材料的折射率越大，偏折角越大，如下图所示。5.白光通过棱镜会发生色散，在光屏上形成一条彩色的光带，红光在最上端，紫光在最下端，如下图所示。色散现象表明：（1）白光是复色光；（2）同—介质对不同色光有不同的折射率。由n＝可知，不同色光在介质中传播速度不同．红光偏折最小，折射率最小，故红光传播速度最大，紫光偏折最大，故紫光速度最小。6.横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。在光学仪器中。常

4、用全反射棱镜来改变光路的传播方向。【典型例题】[例1]已知水的折射率为，在水面下方放一个强点光源s，则在水面上方可以看到一个圆形的透光面。要求用较简单的方法测出强光源在水中的实际深度。请说明你的方法。并计算出结果。解：置于水中的强光源发出的光从水中射向空气时。当入射角大于或等于临界角时，光线就不能射出水面。所以，由强光源发出的光会在其正上方的水面上形成一圆形透光面。测出此透光面的直径，即可根据全反射知识计算出强光源在水中的实际深度。如下图所示，设水面上透光面的半径为R．点光源距水面为H，则，又sinc==。解得H＝。说明：如果发现水面上的圆

5、形透光面的半径在逐渐增大，则该点光源在上浮还是下沉？如果圆形透光面的半径随时间均匀增大。点光源在做什么性质的运动？请读者思考。[例2]如下图所示是长为L，折射率为n的玻璃纤维置于空气中。若从A端面入射的光在其中恰好能发生全反射，并经多次反射后从B端射出。设光在空气中的传播速度为C。求光由A端到B端所用的时间。解：光纤传播光时必须使光在玻璃纤维内部传播，即在玻璃纤维与外层介质之间的分界面处发生全反射。全反射临界角为C，，。经过多次反射的路程总和乘以临界角的正弦等于光纤轴线长度。路程总和等于轴线长L除以临界角的正弦。光由A端传播到B端的时间等于

6、总路程除以光速v。，式中c为真空中光速。∴光由A端传播到B端的时间为。[例3]如下图所示。ABC为等腰三棱镜，顶角A的角度为，一条光线由AB边入射，棱镜中的折射光线与底边BC平行。出射光线与入射光线之间的偏折角为，求玻璃的折射率。解：做出两次折射的法线l1、l2，得∠γ、∠θ、∠σ、∠φ。EF∥BC，∠B＝∠C，∠B+∠θ+＝∠C+∠σ+∴∠θ＝∠σ，由光路可逆，得∠γ＝∠φ，∠1+∠θ=∠2+∠σ，∴∠1=∠2，∠β=∠1+∠2，∠β=2∠1=2∠2∠γ=∠1+∠θ，∠γ=∠β+∠θ，∠A+∠EDF＝π，∠θ+∠σ+∠D=π，∠α=2∠θ

7、，∠γ=（∠α+∠β）。[例4]abc为一全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形，如下图所示，一束白光垂直入射到ac面上。在ab上发生全反射，若光线在ac面上入射点位置不变，改变入射光的方向（不考虑自bc面反射的光线），已知红光的临界角大于紫光，那么（）A.使入射光按顺时针方向逐渐偏转，若有色光从ab面射出，则红光将先射出B.使入射光按顺时针方向逐渐偏转，若有色光从ab面射出，则紫光将先射出C.使入射光按逆时针方向逐渐偏转，若有色光从ab面射出，则紫光将先射出D.使入射光按逆时针方向逐渐偏转，若有色光从ab面射出，则红光将先射出答案：A解：

8、ac面上的入射光顺时针转动时，ab面上的入射光的入射角从45°减小，红光与紫光都是由全反射（无透射）到有透射。红光的折射率小，临界角大，在相同入射角的情况下，红光的全反射先消失，