1光的反射、折射、全反射光的反射、折射、全反射【学习目标学习目标】 1通过实例分析掌握光的反射定律与光的折射定律2理解折射率的定义及其与光速的关系3学会用光的折射、反射定律来处理有关问题 4知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念5能判定是否发生全反射，并能分析解决有关问题6了解全反射棱镜和光导纤维 7明确测定玻璃砖的折射率的原理8知道测定玻璃砖的折射率的操作步骤9会进行实验数据的处理和误差分析【要点梳理要点梳理】 要点一、光的反射和折射要点一、光的反射和折射1 1光的反射现象和折射现象光的反射现象和折射现象如图所示，当光线入射AO到两种介质的分界面上时，一部分光被反射回原来的介质，即反射光 线OB，这种现象叫做光的反射另一部分光进入第二种介质，并改变了原来的传播方向，即光线 OC，这种现象叫做光的折射现象，光线OC称为折射光线折射光线与法线的夹角称为折射角（2） 2 2反射定律反射定律 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 3 3折射定律折射定律 （1）内容：折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧入射角的正弦跟折射角的正弦成正比即12sin sin 常数如图所示2也可以用sin sininr的数学公式表达，n为比例常数这就是光的折射定律（2）对折射定律的理解：注意光线偏折的方向：如果光线从折射率（1n）小的介质射向折射率（2n）大的介质，折射光线向法线偏折，入射角大于折射角，并且随着入射角的增大（减小）折射角也会增大（减小） ；如 果光线从折射率大的介质射向折射率小的介质，折射光线偏离法线，入射角小于折射角，并且随着入 射角的增大（减小）折射角也会增大（减小） 折射光路是可逆的，如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的人射光线发生折射，定律中的公式就变为12sin1 sinn ，式中1、2分别为此时的入射角和折射角4 4折射率折射率公式中的公式中的n（1）定义实验表明，光线在不同的介质界面发生折射时相同入射角的情况下折射角不同这意味着定 律中的n值是与介质有关的，表格中的数据，是在光线从真空中射向介质时所测得的n值，可以看到 不同介质的n值不同，表明n值与介质的光学性质有关，人们把这种性质称为介质的折射率实际运用中我们把光从真空斜射人某种介质发生折射时，入射角1的正弦跟折射角2的正弦之比。 ，叫做这种介质的折射率：12sin sinn （2）对折射率的理解折射率与光速的关系：某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中传播速度v之比，即cnv，单色光在折射率较大的介质中光速较小折射率n是反映介质光学性质的物理量，它的大小由介质本身及人射光的频率决定，与入射角、折射角的大小无关， “折射率与sini成正比，跟sinr成反比”的说法和“折射率n跟光速”成反比的 说法是错误的5 5视深问题视深问题（1）视深是人眼看透明物质内部某物点时像点离界面的距离在中学阶段，一般都是沿着界面的法线方向去观察，在计算时，由于入射角很小，折射角也很小，故有：111222sintan sintan ，这是在视深问题中经常用到的几个关系式3（2）当沿竖直方向看水中的物体时， “视深”是实际深度的1 n倍，n为水的折射率6 6玻璃砖对光的折射玻璃砖对光的折射常见的玻璃砖有半圆形玻璃砖和长方形玻璃砖对于半圆形玻璃砖，若光线从半圆面射入，且其 方向指向圆心，则其光路图如图甲所示对于两个折射面相互平行的长方形玻璃砖，其折射光路如图 乙所示，光线经过两次折射后，出射光线与入射光线的方向平行，但发生了侧移物点通过玻璃砖亦 可以成虚像如图丙所示为其示意图7 7折射成像的画法折射成像的画法应用折射定律，确定物点发出的任意两条入射光线的折射光线，即可找到折射所成的像如图所 示8 8画光路图应注意的问题画光路图应注意的问题 （1）光线实际是从哪个物体发出的；（2）是从光密介质向光疏介质传播的还是从光疏介质射向 光密介质；（3）必要的时候还需要借助光的可逆性原理；（4）注意作图时一定要规范，光线与法线、 光线的反向延长线等应用，实线和虚线区分9 9关于大气层的折射率及光现象关于大气层的折射率及光现象蒙气差蒙气差 地球大气层的密度不均匀，越接近地球，表面密度越大，折射率也越大光由真空进入空气中时，传播方向只有微小的变化，虽然如此，有时仍然不能不考虑空气的折射4效应图示表示来自一个遥远天体的光穿过地球大气层时被折射的情景覆盖着地球表面的大气，越 接近地表越稠密，折射率也越大我们可以把地球表面上的大气看做是由折射率不同的许多水平气层 组成的星光从一个气层进入下一个气层时，要折向法线方向结果，我们看到的这颗星星的位置， 比它的实际位置要高一些这种效应越是接近地平线就越明显我们看到的靠近地平线的星星的位置，要比它的实际位置高这种效应叫做蒙气差，是天文观测中必须考虑的要点二、全反射要点二、全反射1 1光疏介质和光密介质光疏介质和光密介质 光在各种介质中的传播速度和介质相对真空的折射率都是不相同的两种介质相比较光在其中传 播速度大，而折射率小的介质叫光疏介质；光在其中传播速度小，而折射率大的介质叫光密介质 2 2对光疏介质和光密介质的理解对光疏介质和光密介质的理解（1）光疏介质和光密介质是相对而言的，并没有绝对的意义例如：水晶（1.55n ）对玻璃 （1.5n ）是光密介质，而对金刚石来说（2.427n ） ，就是光疏介质同一种介质到底是光疏介 质还是光密介质，是不确定的（2）光若从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角；反之，光由光疏介质进入光密介质 时，折射角小于入射角（3）光疏和光密是从介质的光学特性来说的，并不是它的密度大小例如，酒精的密度比水小， 但酒精和水相比酒精是光密介质（4）光疏介质和光密介质的比较光疏介质和光密介质的比较表光的速度折射率光疏介质大小光密介质小大要点诠释：要点诠释：光疏介质、光密介质是对确定的两种介质而言的任何两种透明介质都可以通过比较 光在其中速度的大小或折射率的大小来判定谁是光疏介质或光密介质 3 3全反射全反射（1）全反射现象光由光密介质射向光疏介质时，折射角大于入射角当入射角增人，反射光增强，折射光减弱，继续增大入射角，当折射角达到90时，折射光全部消失，入射光全部被反射回原介质，当入射角再 增大时入射光仍被界面全部反射回原介质，这种现象叫全反射（2）对全反射的理解全反射是光的折射的特殊现象，全反射现象还可以从能量变化角度加以理解当光线从光密介 质射入光疏介质，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，发生了全反射发生全反射的条件：光线从光密介质射向光疏介质；入射角大于或等于临界角全反射遵循的规律： 光由光密介质进入光疏介质发生全反射时，仍然遵守反射定律有关计算仍依据反射定律进行 4 4临界角临界角（1）临界角的定义：折射角为90时的入射角称为全反射临界角，简称临界角，用C表示要点诠释：要点诠释：光从光密介质射向光疏介质时，只要入射角大于或等于临界角C，一定会发生全 反射现象一般情况下，光由一种介质到达另一种介质时，光既有反射又有折射，即光的能量有一部分反5射回原介质中：而另，一部分则进入其他介质中发生全反射时，光的能量全部反射回原介质中（2）临界角C的表示式：由折射定律知，光由某介质射向真空（或空气）时，若刚好发生全反 射，则 sin901 sinsinnCC所以1sinCn，即1arcsinCn5 5应用全反射解决实际问题的基本方法应用全反射解决实际问题的基本方法（1）确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质（2）若光由光密介质进入光疏介质时，则根据1sinCn确定临界角，看是否发生全反射（3）根据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路” （4）运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理，运算及变换进行动态分析或定 量计算6 6应用全反射解释自然现象应用全反射解释自然现象（1）对“海市蜃楼”的解释：由于光在空气中的折射和全反射，会在空中出现“海市蜃楼” 在海面平静的日子，站在海滨， 有时可以看到远处的空中出现了高楼耸立、街道棋布、山峦重叠等景象这种景象的出现是有原因 的当大气层比较平静时，空气的密度随温度的升高而减小，对光的折射率也随之减小，海面上空的 空气温度比空中低，空气的折射率下层比上层大我们可以粗略地把空中的大气分成许多水平的空气 层，如图所示，下层的折射率较大远处的景物发出的光线射向空中时，不断被折射，射向折射率较 低的上一层的入射角越来越大，当光线的入射角大到临界角时，就会发生全反射现象光线就会从高 空的空气层中通过空气的折射逐渐返回折射率较低的下一层在地面附近的观察者就可以观察到由空 中射来的光线形成的虚像这就是海市蜃楼的景象如图所示（2）对沙漠上、柏油路上的蜃景的解释：在沙漠里也会看到蜃景，太阳照到沙地上，接近沙面的热空气层比上层空气的密度小，折射率也 小从远处物体射向地面的光线，进入折射率小的热空气层时被折射，入射角逐渐增大，也可能发生 全反射人们逆着反射光线看去，就会看到远处物体的倒景（如图） ，仿佛是从水面反射出来的一 样沙漠里的行人常被这种景象所迷惑，以为前方有水源而奔向前去，但总是可望而不可即在炎热夏天的柏油马路上，有时也能看到上述现象贴近热路面附近的空气层同热沙面附近的空 气层一样，比上层空气的折射率小从远处物体射向路面的光线，也可能发生全反射，从远处看去， 路面显得格外明亮光滑，就像用水淋过一样6（3）水或玻璃中的气泡为何特别明亮？由图可知，也是光线在气泡的表面发生全反射的结果 7 7光纤通信光纤通信 全反射现象在通信中有、重要的作用，光导纤维之所以能传光、传像，就是利用了光的全反射现象，光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1 m 100 m、如图所示，它是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，光由一端进入，在两 层的界面上经多次全反射，从另一端射出光导纤维可以远距离传播光，光信号又可以转换成电信号， 进而变为声音、图像如果把许多（上万根）此导纤维合成一束，并使两端的纤维按严格相同的次序 排列，就可以以传输图像要点三、测定玻璃砖的折射率要点三、测定玻璃砖的折射率1 1实验目的实验目的（1）明确光通过玻璃时的入射角、折射角 （2）掌握测定玻璃折射率的方法 2 2实验原理实验原理7如图所示abcd为两面平行的玻璃砖入射角为1和折射角为2，据12sin sinn 计算出玻璃的折射率 3 3实验器材实验器材 白纸，图钉，大头针，直尺，铅笔，量角器，平木板，长方形玻璃砖 4 4实验步骤及调整安装实验步骤及调整安装 （1）把白纸用图钉钉在木板上（2）如图所示，在白纸上画一条直线aa作为界面，画一条线段AO作为入射光线，并通过O点画出界面aa的法线NN（3）把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边跟aa对齐，并画出玻璃砖的另一个长边bb（4）在AO线段上竖直的插上两枚大头针12PP、（5）在玻璃砖的bb一侧竖直地插上大头针34PP、，调整眼睛视线，使3P能同时挡住1P和2P的像，使4P能挡住P、本身和1P和2P的像（6）记下34PP、的位置，移去玻璃砖和大头针，过34PP、引直线O B与bb交于O，连接OO，OO就是玻璃砖内的折射光线的路径，入射角1AON ，折射角2O ON