中学物理光的折射和全反射学习要点

一、全反射

1.全反射现象：光照射到两种介质界面上时，光线全部被反射回原介质的现象。

2.全反射条件：光线从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角。

3.临界角公式：光线从某种介质射向真空(或空气)时的临界角为C，则sinC=1/n=v/c

【例3】一个横截面为半圆形的光学元件，其材料的折射率为n=■，一束平行光以45°的入射角射向其上表面，如图所示。求：在图中标出入射光能从其半圆面上射出的范围。

解析：如图所示，设平行光射入该元件后的折射角为θ，根据折射定律定义：n=■，可得θ=30°，由于所有入射光的入射角都相同，所以射入该元件后所有的折射光线仍然平行。这些光线中，从圆心O射入的光线到达半圆周上的C点时，入射角为00，因此一定有光线射出。从C点向左右两边移动，射到半圆周上的光线的入射角都将逐渐增大。当入射角增大到临界角时，光线发生全反射，不再能够从该元件射出。由sinθ0=■，不难求出临界角为θ0=45°。设光线射到C点左边某一点A时刚好有入射角α=θ0=45°，从图中可以看出ΔAOD中β=60°，所以γ=75°;同理设光线射到C点右边某一点B时刚好有入射角α=θ0=45°，从图中可以看出ΔBOE中的δ=15°。只有以上得到的A、B两点间的圆弧上，才有光线射出。AB弧的度数是90°。

二、棱镜与光的色散

1.棱镜对光的偏折作用

一般所说的棱镜都是用光密介质制作的。入射光线经三棱镜两次折射后，射出方向与入射方向相比，向底边偏折。

由于各种色光的折射率不同，因此一束白光经三棱镜折射后发生色散现象，在光屏上形成七色光带(称光谱)(红光偏折最小，紫光偏折最大。)在同一介质中，七色光与下面几个物理量的对应关系如表所示：

【例4】如图所示，一细束红光和一细束蓝光平行射到同一个三棱镜上，经折射后交于光屏上的同一个点M，若用n1和n2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率，下列说法中正确的是()

A.n1

B.n1

C.n1>n2，a为红光，b为蓝光

D.n1>n2，a为蓝光，b为红光

解：由图可知，b光线经过三棱镜后的偏折较小，因此折射率较小，是红光。

2.全反射棱镜

横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。选择适当的入射点，可以使入射光线经过全反射棱镜的作用在射出后偏转90°(右图1)或180°(右图2)。要特别注意两种用法中光线在哪个表面发生全反射。

【例5】如图所示，自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理。它虽然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车。尾灯的原理如图所示，下面说法中正确的是()

A。汽车灯光应从左面射过来在尾灯的左表面发生全反射

B。汽车灯光应从左面射过来在尾灯的右表面发生全反射

C。汽车灯光应从右面射过来在尾灯的左表面发生全反射

D。汽车灯光应从右面射过来在尾灯的右表面发生全反射

解：利用全反射棱镜使入射光线偏折180°，光线应该从斜边入射，在两个直角边上连续发生两次全反射，所以选C。

3.玻璃砖

所谓玻璃砖一般指横截面为矩形的棱柱。当光线从上表面入射，从下表面射出时，其特点是：

⑴射出光线和入射光线平行;

⑵各种色光在第一次入射后就发生色散;

⑶射出光线的侧移和折射率、入射角、玻璃砖的厚度有关;

⑷可利用玻璃砖测定玻璃的折射率。