第17章 光的傳播

1、 第十七章 光的傳播高考熱點本章高考的熱點：光的直線傳播、光的反射定律、光的折射定律是光傳播的基本規(guī)律。平面鏡成像、棱鏡的色散偏移等光現(xiàn)象是這些基本規(guī)律的應(yīng)用。近幾年高考中對“光的反射和折射”命題頻率最高的是折射率、全反射現(xiàn)象的分析和計算，另外平面鏡成像作圖也在高考題中時有出現(xiàn)。高考試題多是從分析、確定像的位置、性質(zhì)、光線的傳播方向、觀察像或物的范圍等方面，通過畫光路圖、計算等方式來考查學(xué)生對基本規(guī)律的理解和掌握。但近幾年考試要求有所調(diào)整，不要求應(yīng)用公式計算全反射的臨界角，透鏡成像也不再考查。光學(xué)所占分?jǐn)?shù)比例也降為以下。本章高考命題的特點：對該部分的考查以選擇題、作圖題居多，以定性為主，難度不

2、會太大，靈活性會有所加強(qiáng)，會更注重對物理規(guī)律的理解和對物理現(xiàn)象、物理情景的分析能力的考查。有兩點應(yīng)引起重視：一是對實際生活中常見光現(xiàn)象的認(rèn)識，如對海市蜃樓、彩虹、日食、小孔成像的解釋。還有與我們的生活密切相關(guān)的應(yīng)用，如望遠(yuǎn)鏡、光纖。二是光路圖問題，作成像光路圖以及平面鏡成像規(guī)律的應(yīng)用也時經(jīng)常會涉及到的一個考點。知識與方法提要（一）光的直線傳播規(guī)律1光的傳播：光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播。應(yīng)用：（）小孔成像：物體通過小孔而在后面屏上所成的倒立的實像，像的大小隨物與小孔距離、屏與小孔距離而變。（）本影和半影：點光源在物體背后形成的影區(qū)是完全黑暗的，屬于本影區(qū)。如果不是點光源，則在物體背后形成的影區(qū)

3、將有所不同.如圖所示，A區(qū)域中日光燈發(fā)出的光完全射不到，屬于本影區(qū)。B、C、D區(qū)域只能受到部分光線的照射，屬于半影區(qū)。ABCD光源光速 光在真空中的轉(zhuǎn)播速度為c=3.00×108m/s。光在不同介質(zhì)中的傳播速度是不同的。根據(jù)愛因斯坦的相對論光速不可能超過c。近年來（1999-2001年）科學(xué)家們在極低的壓強(qiáng)（10-9Pa）和極低的溫度（10-9K）下，得到一種物質(zhì)的凝聚態(tài)，光在其中的速度降低到17m/s，甚至停止運動。（二）光的反射反射定律平面鏡成像光的反射現(xiàn)象：光從一種介質(zhì)射到它和另一種介質(zhì)的分界面時，一部分光返回到這種介質(zhì)中現(xiàn)象叫做光的反射。反射定律：反射光總是在入射光和法線所決

4、定的平面內(nèi)；反射光和入射光分居在法線兩側(cè)；反射角等于入射角。平面鏡成像的特點：平面鏡成的像是正立等大的虛像，像與物關(guān)于鏡面為對稱。（三）光的折射折射定律光的折射現(xiàn)象：光線從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)，傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象，叫做光的折射現(xiàn)象。折射定律：折射光線在入射光線和法線決定的平面內(nèi)；折射光線、入射光線分居法線兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比。折射率：光從真空射入介質(zhì)，入射角的正弦值與折射角的正弦值之比叫做介質(zhì)的折射率。表示為，實驗表明，介質(zhì)的折射率還可表示為，c為真空中的光速，v為該介質(zhì)中的光速。相比之下，折射率較大的叫光密介質(zhì)，折射率較小的叫光疏介質(zhì)。（四）全反射全反射現(xiàn)象：光照射到

5、兩種介質(zhì)界面上時，光線全部被反射回原介質(zhì)的現(xiàn)象稱為全反射現(xiàn)象。發(fā)生全反射的條件：（1）光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)；（2）入射角大于或等于臨界角。臨界角：折射角等與時的入射角。光線從某種介質(zhì)射向真空或空氣時的臨界角為：Carcsin，應(yīng)用：海市蜃樓、光纖等（五）光的色散棱鏡：光線照射到棱鏡的一個側(cè)面上時，經(jīng)兩個側(cè)面折射后，出射光線向棱鏡的底邊偏折。由于各種色光在同一介質(zhì)中的折射率（傳播速度）不同，各種色光的偏折程度不同。物體經(jīng)棱鏡所成的虛像的位置比物體實際位置向頂角方向偏移。光的色散現(xiàn)象：一束白光通過三棱鏡后形成了一條彩色亮帶，這條亮帶叫光譜。這個現(xiàn)象說明白光實際是由各種單色光組成的復(fù)色光。復(fù)色

6、光在介質(zhì)中由于折射率不同而分解成單色光的現(xiàn)象叫做光的色散。紅光的偏折角度最小，表明棱鏡材料對紅光的折射率比其它色光小，也說明紅光在介質(zhì)中的速度比其它色光大。應(yīng)用：全反射棱鏡重點難點分析（一） 影：光線被擋住所形成的暗區(qū)叫做影。影可分為本影和半影，在本影區(qū)域內(nèi)完全看不到光源的光照射，在半影區(qū)域內(nèi)只能看到部分光源發(fā)出的光如果是點光源，只能形成本影，如果不是點光源，一般會形成本影與半影光的直線傳播可以通過本影和半影的實驗來證實。如圖所示一個點光源，在不透明的物體后面能形成一塊陰暗的區(qū)域。 如圖所示兩個或幾個光源（或一個大的發(fā)光體），在不透明的物體后面能造成本影和半影區(qū)域日食：發(fā)生日食時，太陽、月球、

7、地球在同一條直線上，月球在中間，在地球上月球本影里的人看不到太陽的整個發(fā)光表面，這就是日全食，如a區(qū)在月球半影里的人看不到太陽某一側(cè)的發(fā)光表面，這就是日偏食如b區(qū)，在月球本影延長的空間里的人看不到太陽發(fā)光表面的中部，能看到太陽周圍的發(fā)光環(huán)形面，這就是日環(huán)食，如c區(qū)月食：發(fā)生月食時，太陽、月球、地球同在一條直線上，地球在中間，如圖所示，當(dāng)月球全部進(jìn)入地球本影區(qū)域時形成月全食，如圖a區(qū)；當(dāng)月球有一部分進(jìn)人地球本影區(qū)域時形成月偏食，如圖b區(qū)；但要注意，當(dāng)月球整體在c區(qū)時并不發(fā)生月偏食（二） 關(guān)于平面鏡成像的規(guī)律：平面鏡成像特點：與物等大、正立的虛像，且物與像是關(guān)于鏡面對稱的注意：虛像人眼能夠看到，照

8、相機(jī)也能拍攝加深對虛像的理解，虛像不是由實際光線會聚而成，而是由鏡面反射后的實際光線反向延長線會聚而成的、虛像不能用光屏接到，只能用眼睛直接觀察平面鏡不改變光線性質(zhì)：具體是指：平行光線經(jīng)平面鏡反射后仍為平行光線、會聚光線經(jīng)平面鏡反射后仍為會聚光線、發(fā)散光線經(jīng)平面鏡反射后仍為發(fā)散光線平面鏡成像作圖法：1）反射定律法：從物點作任意兩光線射向平面鏡，由反射定律作其反射光線，此兩條反射光線的反向延長線交點即為虛像點2）對稱法：先標(biāo)出反射面，再找物點關(guān)于鎮(zhèn)面的對稱點即像的位置、由物點任意作兩條入射光線，其反射光線的反向延長線必通過像點，實際“存在”的光線或?qū)嵪裼脤嵕€表示，并不真實“存在”的光線即反向延長

9、線或虛像用虛線表示，實光線方向冠以箭頭通常為了保證準(zhǔn)確、方便，常用第二種方法物點經(jīng)平面鏡所成的像為物點投射到平面鏡上的所有光線經(jīng)平面鏡反射后光線反向延長線的會聚點.因而在用遮光板將由物點射向平面鏡的光線不全部擋住的情況下，物體經(jīng)平面鏡仍能成像.通過平面鏡看虛像的情況就像通過與平面鏡等大的“窗口”看窗外物體一樣.具體觀察范圍為由像點和平面鏡的邊緣連線所限定。如：當(dāng)在物點和平面鏡間加一遮光板后，看到的虛像亮度有何變化？簡答：亮度不變.這是因為物體經(jīng)平面鏡所成的虛像并非光線的實際會聚點，是人們根據(jù)光線沿直線傳播的思維定勢，而認(rèn)為光線是從“鏡中物體”即物體的虛像發(fā)出的，但眼睛實際接收到的光線是物體投射

10、到平面鏡上的反射光的一部分.加遮光板后仍能觀察到物體的虛像，說明由物體投射到平面鏡后反射入眼睛的那部分光線并未被遮住，特別把人眼的瞳孔理想化為點的話，進(jìn)入人眼的光線與加遮光板前沒有任何變化，故所觀察到的虛像亮度不變.（三）對于折射率應(yīng)從下面幾個層次來理解：（）在光的折射現(xiàn)象中，折射角隨著入射角的變化而變化，而兩角的正弦值之比是個常數(shù)（）對于不同的介質(zhì)，此常數(shù)的值是不同的如光從真空進(jìn)入水中，這個常數(shù)為4/3，光從真空進(jìn)入玻璃中，該常數(shù)為3/2顯然，這個常數(shù)能反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)，我們把它定義為介質(zhì)的絕對折射率，簡稱為折射率，用字母n表示（）介質(zhì)的折射率是由介質(zhì)本身性質(zhì)決定的它取決于光在介質(zhì)中傳播的

11、速度（）由于不同頻率的色光在同一種介質(zhì)中傳播速度不同，紅光的傳播速度最大，折射率最小，紫光的傳播速度最小，折射率最大只有掌握了折射率的內(nèi)涵，才能理解光的折射現(xiàn)象，不僅能掌握折射定律，而且為研究全反射現(xiàn)象打下良好的基礎(chǔ)（四）幾何光學(xué)器件對光路控制作用對比表 幾點說明： 用平面鏡控制反射光線去向的相關(guān)題型： 1）給出入射光線方向與反射光線去向，要求找鏡位； 2）鏡旋轉(zhuǎn)反射光線改變 光線通過平行透明板的側(cè)移距的相關(guān)因素： 表達(dá)式： 說明d與玻璃板厚度z，玻璃材料折射率n和入射角i有關(guān)系。 （五）不同色光光路與成像差異的對比： 范例（一） 光的直線傳播有關(guān)問題：例1.：一人自街上路

12、燈的正下方經(jīng)過，看到自己頭部的影子正好在自己的腳下，如果人以不變的速度朝前走，試證明他頭部的影子相對于地面的運動是勻速直線運動解：先根據(jù)光的直線傳播和幾何知識，確定某時刻人頭影的位置，再應(yīng)用運動學(xué)知識推導(dǎo)出其位移或速度的表達(dá)式即可得證設(shè)燈高為H，人高為h，如圖所示、人以速度V經(jīng)一段時間到達(dá)位置A處由光的直線傳播可知：人頭的影應(yīng)在圖示B處，由三角形相似得： 即： 人頭的影的速度  因為H、h、V都確定，故V也是確定的，即人頭的影的運動是勻速直線運動說明：本題根據(jù)光的直線傳播原理，畫出人的影子長，再利用相似三角形成比例得知人的運動與其影子的運動之間的關(guān)系。lSAhxvt例：如圖所示，在A

13、點有一個小球，緊靠小球的左方有一個點光源S?，F(xiàn)將小球從A點正對著豎直墻平拋出去，打到豎直墻之前，小球在點光源照射下的影子在墻上的運動是 A.勻速直線運動 B.自由落體運動C.變加速直線運動 D.勻減速直線運動解：小球拋出后做平拋運動，時間t后水平位移是vt，豎直位移是，根據(jù)相似形知識可以由比例求得，因此影子在墻上的運動是勻速運動。說明：本題和上一題解題方法相同，只是利用了平拋運動有關(guān)知識，即水平方向勻速，豎直方向自由落體來解決問題。（二）會區(qū)分影和小孔成像。影是光照到不透明物體時，在物體后面留下的陰影，它呈現(xiàn)的是不透明物體的輪廓。小孔成像是物體發(fā)出的光通過小孔而在后面的屏上成的像，它呈現(xiàn)的是發(fā)

14、光體的輪廓。它們都是光的直線傳播原理的應(yīng)用例： 某夏天中午晴天，若發(fā)生了日偏食，在樹蔭下，可看見地面有一個個亮斑，這些亮斑是太陽光透過濃密的樹葉之間的縫隙照射到地面上形成的，這些亮斑的形狀是：A、不規(guī)則的圖形        B、規(guī)則的圓形圖形C、規(guī)則的月牙形        D、以上都有可能解：亮斑是由小孔成像所致，小孔成像是因光的直線傳播產(chǎn)生的，其所成像相對物而言是倒立的與物形狀相似的實像，其形狀與小孔的形狀無關(guān)，故選（C）說明：本題關(guān)鍵理解題目中的“光透

15、過濃密的樹葉之間的縫隙”，意味著是光通過小孔成像。而小孔成像成的是發(fā)光物體的像。再則，是發(fā)生了日偏食的某天，因此發(fā)光體的形狀是月牙兒形。（三）光的反射平面鏡成像例： 如圖所示，激光液面控制儀的原理是：固定的一束激光AO以入射角i照射到液面上，反射光OB射到水平的光屏上，屏上用光電容將光訊號轉(zhuǎn)變成電訊號，電訊號輸入控制系統(tǒng)用以控制液面高度，如果發(fā)現(xiàn)光點B在屏上向右移動了的距離到，由上可知液面_（填“升高”或“降低”）了。 解： 作出兩次的反射光路圖如下圖所示，由幾何圖形可知：液面下降，又由幾何關(guān)系可得：，液面下降的高度 答案：降低了說明：本題關(guān)鍵抓住對于兩次入射面，入射光線不變，即入射角不變，因

16、此兩次的反射光平行，故過B作OB的平行線與入射光的交點即第二次的入射點，從而就找到了第二次的液面。例：（2002年春季，24）一個點光源S位于平面鏡前，如圖所示，設(shè)光源不動，平面鏡以速率v沿OS方向向光源平移，鏡面與OS方向之間的夾角為30°.則光源的像S將A.以速率0.5v沿SS連線向S運動B.以速率v沿SS連線向S運動C.以速率v沿SS連線向S運動D.以速率2v沿SS連線向S運動解：由于物、像關(guān)于鏡面對稱，所以無論平面鏡靠近光源或遠(yuǎn)離光源運動，物、像連線始終和平面鏡垂直，所以像S只能沿SS連線運動.另外，平面鏡沿SS向S靠近的速度v=vsin30°=0.5v，所以像沿S

17、S向平面鏡靠近的速度v=v=0.5v，所以像S向S靠近的速度v1=v+v=v.可見選項B正確.說明：本題主要考查平面鏡成像規(guī)律.當(dāng)平面鏡和光源之間發(fā)生相對運動時，正確認(rèn)識像點運動的動態(tài)圖景，是解決此類問題的關(guān)鍵.另外，此題也可以通過鏡、像移動的位移關(guān)系確定其速度關(guān)系。（四）光速的有關(guān)問題例：打雷時先看到閃光，3S后聽到雷聲，打雷的地點距地有多遠(yuǎn)？解：我們看見閃電的時候，聲音剛好發(fā)出來，然后經(jīng)過3S到達(dá)地面，所以已知聲音速度和傳播時間就可以求出聲音傳播的路程，也就是打雷地與我們的距離。由vst得Sv×t340m/s×3s1020m答：打雷的地點距地有1020m。說明：閃電和雷

18、聲是同時發(fā)出來的，由于光的傳播速度很快，所以傳播所用的時間很短，我們認(rèn)為，我們看見閃電的時候，聲音剛好發(fā)出來。例：如圖是用旋轉(zhuǎn)齒輪法測定光速的示意圖，所用齒輪的齒數(shù)n=720，齒輪到反射鏡間的距離l=8.64km，入射光從某一齒隙通過，當(dāng)齒輪迅速旋轉(zhuǎn)時，第一次看不到反射光的轉(zhuǎn)速為f12.6s-1，則測得的光速為多少？ 解： 光在齒輪和反射鏡間往返一次所需時間為齒輪勻速轉(zhuǎn)過一個齒的寬度的時間為而，故有：說明：了解本題也介紹了一種測光速的方法（五）目域和視場問題。SS。目域圖通過平面鏡觀察物體，平面鏡大小限定了觀察到虛像的范圍，由成像規(guī)律可確定與被觀察到的像對應(yīng)的實物范圍視場，如圖（）；因為只有實

19、際光線進(jìn)入人眼才能觀察到像，所以物體成像后光線繼續(xù)傳播的范圍即觀察像的目域，如圖（）。EE。AB圖例：如圖所示，AB表示一平面鏡，PP2是水平放置的米尺（有刻度的一面朝著平面鏡），M、N是屏，三者互相平行.屏MN上的ab表示一條豎直的縫（即ab之間是透光的）.某人眼睛緊貼米尺的小孔S（其位置見圖），可通過平面鏡看到米尺的一部分刻度.試在本題的圖上用三角板作圖求出可看到的部位，并在PP2上把這部分涂以標(biāo)志.解：若S為點光源，它發(fā)出的光經(jīng)平面鏡反射后能夠照到米尺上的范圍，由光路可逆性知，即為人眼通過平面鏡和狹縫ab看到的范圍，光路如圖說明：在遇到找“人眼觀察范圍”的題目時，采取“設(shè)人眼為光源，求照

20、亮范圍”的方法，更簡單易行，在今后做題時要大膽使用人眼從平面鏡中看到的實際是屏和刻度尺的像，采取先作出屏和刻度尺的像，再確定范圍的方法亦可得出正確的結(jié)論，但比利用光路可逆性作圖要復(fù)雜得多。例：在地質(zhì)考察中發(fā)現(xiàn)一個溶洞，洞內(nèi)有一塊立于水中的礁石，如下圖.為了能在洞外對礁石進(jìn)行觀察，必須用燈光對它照明.若利用水面反射來照明，則燈應(yīng)放在什么位置才有可能照亮全部礁石？解：根據(jù)光路可逆原理，只要在洞外能觀察到AB完整像的范圍內(nèi)打燈光，就能照亮全部礁石.而能觀察到完整像的范圍應(yīng)當(dāng)是像AB和溶洞及其倒影組成的相關(guān)光錐內(nèi)，即下圖中的陰影部分.值得指出的是這里不是以“鏡”為界，而是以“屏障”為界構(gòu)成光錐.說明：

21、（1）由反射定律知道，物點到平面鏡的入射光束經(jīng)鏡面反射后的出射光束是發(fā)散光束，形成虛像.物與像關(guān)于鏡面對稱，物體通過平面鏡成等大的、正立的虛像.利用平面鏡成像特點，可以先用對稱性找到虛像，然后再補(bǔ)畫必要的入射光線和反射光線.（2）平面鏡成的像有一定的觀察范圍，點光源S發(fā)出的光線經(jīng)平面鏡反射形成虛像S，S對人眼來說是一個新的點光源.但這個“點光源”與真正的點光源是有區(qū)別的，真正的點光源發(fā)出的光在空間任何范圍都能接收到而S“發(fā)出”的光僅在反射光范圍內(nèi)才能接收到.好像是房間中的“光源”，S發(fā)出的光只能通過平面鏡這個“窗口”射出，人眼只能通過平面鏡這個“窗口”才能看到房間中的“點光源”S.在確定觀察范

22、圍時，應(yīng)先確定反射光線的邊界線.（六）、折射與全反射折射定律的各種表達(dá)形式： (1為入、折射角中的較大者。)折射光路也是可逆的。各種色光性質(zhì)比較，紅光的折射率n最小，頻率最小，在同種介質(zhì)中（除真空外）傳播速度v最大，波長最大，從同種介質(zhì)射向真空時發(fā)生全反射的臨界角C最大，以相同入射角在介質(zhì)間發(fā)生折射時的偏折角（即出射光線與入射光線的夾角）最小，（注意區(qū)分偏折角和折射角）。例10：某三棱鏡的橫截面是一直角三角形，如圖所示，A=90°，B=30°，C=60°，棱鏡材料的折射率為n，底面BC涂黑，入射光沿平行于底面BC面，經(jīng)AB面和AC面折射后出射求（1）出射光線與入射

23、光線延長線間的夾角；（2）為使上述入射光線能從AC面出射，折射率n的最大值為多少？解：（1）因為入射光平行于BC面，i=60°由幾何關(guān)系可得：a+=90°（2）要使有光線從AC面射出，應(yīng)有sinr1：即：說明：考綱中要求考生掌握“全反射和臨界角”，是B檔要求，但不要求進(jìn)行臨界角的計算本題第一問主要考查折射定律和運用數(shù)學(xué)手段處理物理問題的能力，要正確作出光路圖和弄清幾何關(guān)系；第二問是考查全反射和臨界角的概念及綜合分析的能力，本題是討論折射角90°，既應(yīng)用了全反射臨界角的概念，又避開了臨界角的計算例11：如圖所示，一條長度為L=5.0m的光導(dǎo)纖維用折射率為n=的材料制

24、成。一細(xì)束激光由其左端的中心點以= 45°的入射角射入光導(dǎo)纖維內(nèi)，經(jīng)過一系列全反射后從右端射出。求：該激光在光導(dǎo)纖維中的速度v是多大？該激光在光導(dǎo)纖維中傳輸所經(jīng)歷的時間是多少？解：由n=c/v可得v=2.1×108m/s由n=sin/sinr可得光線從左端面射入后的折射角為30°，射到側(cè)面時的入射角為60°，大于臨界角45°，因此發(fā)生全反射，同理光線每次在側(cè)面都將發(fā)生全反射，直到光線達(dá)到右端面。由三角關(guān)系可以求出光線在光纖中通過的總路程為s=2L/，因此該激光在光導(dǎo)纖維中傳輸所經(jīng)歷的時間是：t=s/v=2.7×10-8s。例1：如圖示

25、，平行玻璃板的厚度為d，折射率為n，光線AO以入射角i射到平行玻璃板的一個界面上（1）畫出光路圖，（2）證明出射光線與入射光線平行，（3）計算出射光線相對入射光線的側(cè)移量解：（）作圖如圖所示（）證明略（3）計算側(cè)移量的大?。河蓭缀侮P(guān)系可得：=OO·sin（ir）說明：通過本題明確兩個重要結(jié)論（）光線經(jīng)過平行玻璃板后出射光和入射光線是平行的（）了解出射光線相對于入射光線的側(cè)移量，即兩平行光線間的距離（七）光的色散1棱鏡對光的偏折作用：一般所說的棱鏡都是用光密介質(zhì)制作的。入射光線經(jīng)三棱鏡兩次折射后，射出方向與入射方向相比，向底邊偏折。（若棱鏡的折射率比棱鏡外介質(zhì)小則結(jié)論相反。）色散：由于

26、各種色光的折射率不同，因此一束白光經(jīng)三棱鏡折射后發(fā)生色散現(xiàn)象（紅光偏折最小，紫光偏折最大。）偏折角從小到大的順序是：紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫從紅到紫的順序（1）同一介質(zhì)對不同色光的折射率逐漸增大（2）在同一介質(zhì)中不同色光的傳播速度逐漸減?。?）光的頻率逐漸增大（4）在真空中的波長逐漸減小例1：已知水對紅光的折射率為4/3，紅光在水中的波長與綠光在真空中的波長相等，求紅光與綠光在真空中的波長比和在水中的頻率比解：設(shè)光從真空射入水中，在真空中的入射角為i，在水中的折在介質(zhì)中的速率），和光的波長、頻率關(guān)系公式v=f，由于同一種光波長，為光在介質(zhì)中的波長）abM說明：折射定律是對同一種光來說的，要求兩種

27、不同頻率的光的波長比和頻率比，就需要對折射定律進(jìn)行擴(kuò)展，對之賦予新的含義例1：如圖所示，一細(xì)束紅光和一細(xì)束藍(lán)光平行射到同一個三棱鏡上，經(jīng)折射后交于光屏上的同一個點M，若用n1和n2分別表示三棱鏡對紅光和藍(lán)光的折射率，下列說法中正確的是 An1<n2，a為紅光，b為藍(lán)光 Bn1<n2，a為藍(lán)光，b為紅光Cn1>n2，a為紅光，b為藍(lán)光 Dn1>n2，a為藍(lán)光，b為紅光 解：由圖可知，b光線經(jīng)過三棱鏡后的偏折角較小，因此折射率較小，是紅光。說明：弄清楚偏折角的含義，即出射光線相對于入射光線偏轉(zhuǎn)的角度熟記色散現(xiàn)象。例1（2001年高考理綜卷）如圖所示，兩塊同樣的玻璃直角三棱鏡

28、ABC，兩者的AC面是平行放置的，在它們之間是均勻的未知透明介質(zhì)。一單色細(xì)光束O垂直于AB面入射，在圖示的出射光線中A1、2、3（彼此平行）中的任一條都有可能B4、5、6（彼此平行）中的任一條都有可能C7、8、9（彼此平行）中的任一條都有可能D只能是4、6中的某一條解：光線由左邊三棱鏡AB面射入棱鏡，不改變方向；接著將穿過兩三棱鏡間的未知透明介質(zhì)進(jìn)入右邊的三棱鏡，由于透明介質(zhì)的兩表面是平行的，因此它的光學(xué)特性相當(dāng)于一塊兩面平行的玻璃磚，能使光線發(fā)生平行側(cè)移，只是因為它兩邊的介質(zhì)不是真空，而是折射率未知的玻璃，因此是否側(cè)移以及側(cè)移的方向無法確定（若未知介質(zhì)的折射率n與玻璃折射率相等，不側(cè)移；若n

29、>時，向上側(cè)移；若n<時，向下側(cè)移），但至少可以確定方向沒變，仍然與棱鏡的AB面垂直。這樣光線由右邊三棱鏡AB面射出棱鏡時，不改變方向，應(yīng)為4、5、6中的任意一條。選項B正確。說明：平時碰到的兩面平行的玻璃磚往往是清清楚楚畫出來的，是“有形”的，其折射率大于周圍介質(zhì)的折射率，這時光線的側(cè)移方向也是我們熟悉的。而該題中，未知介質(zhì)形成的兩面平行的“玻璃磚”并未勾勒出來，倒是其兩側(cè)的介質(zhì)（三棱鏡）被清楚地勾勒出來了，而且前者的折射率未必大于后者。這就在一定程度上掩蓋了兩面平行“玻璃磚”的特征。因此我們不僅要熟悉光學(xué)元件的光學(xué)特征，而且要會靈活地運用，將新的情景轉(zhuǎn)化為我們熟知的模型。（八）

30、實驗：測量介質(zhì)的折射率用插針法測透明介質(zhì)的折射率，方法簡單易行，測量結(jié)果準(zhǔn)確關(guān)鍵是做好光路圖，確定入射光線和在介質(zhì)中折射光線在進(jìn)行計算測量入射角和折射角時，可以直接用量角器，也可以將入射角和折射角的正弦值轉(zhuǎn)化成直角三角形中的邊長比，用邊長比的形式表示折射率。例1：某同學(xué)的設(shè)計：測量一厚度均勻的圓柱形玻璃的折射率先在一張白紙上作出一與圓形玻璃同半徑的圓，圓心為O，將圓形玻璃平放在白紙上，使其邊界與所畫的圓重合通過玻璃觀察到如圖所示的P、P、P、P四個大頭針恰好在同一直線上，求該圓柱形玻璃的折射率解：P、P的連線與圓交于A點，P3、P4的連線與圓交于B點，兩線延長相交于O點，連接OO，交圓于C點O

31、O是兩光線的對稱軸，連接A、 C（或B、 C），過A點作法線，即得到在空氣中的入射角i和在玻璃中的折射角r，如圖或過圓心O點分別做AO的垂線垂足為D，AC的垂線垂足為E，說明：本實驗原理同測平行玻璃磚的折射率是一樣的，同樣的方法，要會在不同的模型中加以運用。從而達(dá)到舉一反三的目的。（九）與天體的觀察與運動結(jié)合起來的有關(guān)問題太陽光CABO例1：一個在地球赤道平面中運行的人造衛(wèi)星，赤道上某地的居民，在日落后2小時恰好在頭頂?shù)恼戏接^察到這顆衛(wèi)星，假若地球半徑為6400Km，求這顆衛(wèi)星距地面的高度h。解：依題意畫出示意圖如圖，將太陽光看作平行光射向地球，C點處的人恰要看到日落時，小時后CB處，轉(zhuǎn)過。

32、此時，這顆星A反射的太陽光正在頭頂正上方，即ABO在一直線上。故：說明：本題關(guān)鍵理解題目意思，并能根據(jù)題目意思畫出幾何關(guān)系圖。如“日落時”（即太陽光恰切過地平線），“日落小時后”（即轉(zhuǎn)過了角時）。另外這一類型題常常還可以和萬有引力知識結(jié)合起來加以應(yīng)用。訓(xùn)練和測試題一、本題共15小題；在每小題給出的四個選項中，有的小題只有一個選項正確，有的小題有多個選項正確。1觀察者看到太陽剛從地平線升起時，下列敘述正確的是（）A太陽的實際位置位于地平線的上方B太陽的實際位置位于地平線的下方C假如地球沒有大氣層，人們將提前看到日出D假如地球沒有大氣層，人們將延后看到日出紅光在水中的波長和綠光在真空中的波長相等，

33、已知水對紅光的折射率為，紅光和綠光在水中的頻率之比是A：B：C：D不能確定如圖所示，自行車的尾燈采用了全反射棱鏡的原理。它雖然本身不發(fā)光，但在夜間騎行時，從后面開來的汽車發(fā)出的強(qiáng)光照到尾燈后，會有較強(qiáng)的光被反射回去，使汽車司機(jī)注意到前面有自行車。尾燈的原理如圖所示，下面說法中正確的是 A汽車燈光應(yīng)從左面射過來在尾燈的左表面發(fā)生全反射B汽車燈光應(yīng)從左面射過來在尾燈的右表面發(fā)生全反射C汽車燈光應(yīng)從右面射過來在尾燈的左表面發(fā)生全反射12D汽車燈光應(yīng)從右面射過來在尾燈的右表面發(fā)生全反射 如圖所示，用透明材料做成一長方體形的光學(xué)器材，要求從上表面射入的光線可能從右側(cè)面射出，那么所選的材料的折射率應(yīng)滿足

34、A.折射率必須大于 B.折射率必須小于C.折射率可取大于1的任意值 D.無論折射率是多大都不可能 （2004年江蘇，9）如圖所示，只含黃光和紫光的復(fù)色光束PO，沿半徑方向射入空氣中的玻璃半圓柱后，被分成兩光束OA和OB沿如圖所示方向射出.則A.OA為黃光，OB為紫光B.OA為紫光，OB為黃光C.OA為黃光，OB為復(fù)色光D.OA為紫光，OB為復(fù)色光如圖在xoy平面內(nèi)人的眼睛E位于坐標(biāo)（3，0）點，平面鏡平行x軸放于圖中位置，鏡面兩端點坐標(biāo)為（0，3）和（2，3），點光源S從原點O沿x軸正向運動，眼睛E從平面鏡中可看到S在鏡中的像的時間內(nèi)，S恰在以下哪個區(qū)域內(nèi)運動O300A、3到7之間 B、2 到

35、5之間 C、0 到3之間 D、5到9 之間。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 x32 1 0 1 2 3 4 5 6Y321E如圖在空氣與某介質(zhì)的的界面上反射和折射現(xiàn)象同時存在，入射光、反射光和折射光相交于O點則這種介質(zhì)的折射率可能為 則正確的可能是：A、 B、 C、 D、關(guān)于日食和月食，下列說法正確的是；A位于月球本影中的人，能看到月全食。位于月球半影中的人，能看到日偏食。C月球處于地球的半影內(nèi)，出現(xiàn)月偏食。D月球處于地球的本影內(nèi)，出現(xiàn)月全食。一強(qiáng)點光源放在厚的玻璃板下表面上，在玻璃板的下面可以看到點光源的周圍有一圓形暗圈，若玻璃板的折射率為n=1.5，則暗圈的直徑約為A36cm 30c

36、m 18cm D15cm水中的空氣泡看上去比較亮，對這一現(xiàn)象有以下幾種不同的解釋，正確的是：A空氣泡對光線有匯聚作用，所以比較亮。B空氣泡對光線有發(fā)散作用，所以比較亮。C從水中到達(dá)空氣泡的界面處的光一部分發(fā)生了全反射，因而較亮。D從空氣泡到達(dá)水中的界面處的光一部分發(fā)生了全反射，因而較亮。11如圖所示是邁克爾遜用轉(zhuǎn)動八面鏡法測光速的實驗示意 圖，圖中S為發(fā)光點，T是望遠(yuǎn)鏡，平面鏡O與凹面鏡B構(gòu)成了反射系統(tǒng)八面鏡距反射系統(tǒng)的距離為ABL（L可長達(dá)幾十千米），且遠(yuǎn)大于OB以及S和T到八面鏡的距離現(xiàn)使八面鏡轉(zhuǎn)動起來，并緩慢增大其轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)動頻率達(dá)到并可認(rèn)為是勻速轉(zhuǎn)動時，恰能在望遠(yuǎn)鏡中第一次看見發(fā)光點S

37、，由此邁克爾遜測出光速c根據(jù)題中所測量的物理量得到光速c的表達(dá)式正確的是（ ）ABCD 12點光源S通過帶有圓孔的擋板N，照射到屏M上，形成直徑為d的亮圓如果在擋板靠近光屏一側(cè)放上一塊厚玻璃磚，如圖所示，這時點光源通過圓孔和玻璃，在屏上形成直徑為D的亮圓則直徑D和d的大小關(guān)系為（ ）AdDBdD CdD D無法確定13光導(dǎo)纖維是由“纖芯”和“包層”兩個同心圓柱體組成的， 中心部分是纖芯，纖芯以外的部分稱為包層。光從一端進(jìn)入，另一端傳出。下列說法正確的是（ ）A纖芯的折射率小于包層的折射率B增大光從端面入射的入射角，在端面處可能發(fā)生全反射C不同頻率的可見光從同一根光導(dǎo)纖維的一端傳輸?shù)搅硪欢怂玫?/p>

38、時間相同D若紅光以如圖所示角度入射時，恰能在纖芯和包層分界面上發(fā)生全反射，則改用紫光以同樣角度入射時，將會從另一端射出14在用兩面平行的玻璃磚測定玻璃的折射率的實驗中，其光路圖如圖，對此實驗中的一些具體問題，下列的各種說法中正確的是 （ ）A為了減少作圖誤差，P3和P4的距離應(yīng)適當(dāng)取大些B為了減少測量誤差，P1和P2的連線與玻璃磚界面的夾角越大越好C若P1、P2距離太大，通過玻璃磚會看不到它們的像D若P1、P2連線與法線夾角太大，有可能在bb/界面發(fā)生全反射 15如圖所示，圖（甲）為一塊透明的光學(xué)材料的剖面圖，在其上建立直角坐標(biāo)系xoy，設(shè)該光學(xué)材料的折射率沿y軸正方向均勻減小。現(xiàn)有一束單色光

39、a從原點O處以某一入射角由空氣射入該材料內(nèi)部，則單色光a在該材料內(nèi)部可能的傳播途徑是圖（乙）中的（ ）二、填空題： 16空氣中一束光線以450角入射到一冰塊上，光線在冰內(nèi)以300角折射。一?；覊m被嵌在冰表面下2cm深處，從正入射方向看去時，灰塵的視深度為。17如圖一根豎直插入水中的桿AB在水中部分長1.0m，露出水面部分長0.3m，已知水的折射率為，則當(dāng)陽光與水面成370時，桿AB在水下的影長為m18空氣中，波長是6000埃的光，頻率是_，在折射率為2.4的金剛石中，波長是_，頻率是_19用如圖所示的裝置可以測量棱鏡的折射率ABC表示待測直角棱鏡的橫 截面，棱鏡的另外兩個銳角也是已知的緊貼直角邊AC的是一塊平面鏡，一光線SO射到棱鏡的AB面上，適當(dāng)調(diào)整SO的方向，使從AB面的出射的光線與SO重合在這種情況下僅需要測出_就可以算出棱鏡的折射率寫出計算折射率的表達(dá)式n_式中表示量的符號的意義是_三、計算題（要求寫出必要的文字說明、主要方程式和重要演算步驟，有數(shù)值計算的要明確寫出數(shù)值和單位。）20半徑為R的半圓柱形玻璃磚的橫截