光學——幾何光學
1、折射率:
(1)空氣,介質,從空氣介質,光速和波長改變,頻率不變,各種色光在空氣中速度都是C
(2)光的色散:紅光的折射率最小
(3)折射率n由() 和( )共同決定
(4)光程:(折射率×路程) (計算時間時可用光程L/C)
例1、一厚度為d、折射率為n的平行玻璃磚,如圖所示,入射角θ已知,點光源S發出的光到玻璃上表面的時間與在玻璃中的時間相等,求L=?
例2、門上有一半徑為r的圓孔,門的厚度為,如圖,問:如果在孔中放一折射率為n的玻璃,視角擴大為原來的多少倍?
2、折射現象的拓展問題:
(1)視深問題:水的折射率為n,若在正上方觀察,則視深的推導:
反過來,在水中觀察岸上的物體,
(2)蒙氣差:看到的星星是虛像,屬於光的折射
早晨看到的太陽也是虛像,屬於光的折射
例3、兩口井,井口大小相同,井深也相同,一口是枯井,一口是水井。井底各有一青蛙,哪個青蛙覺得井口大?哪個能看到更多的星星?
看物體的大小取決於物體對眼睛的張角
例4、頻率不同的兩束單色光1和2 以相同的入射角從同一點射入一厚玻璃板後,其光路如圖所示,下列說法正確的是( )
A、單色光1的波長小於單色光2的波長
B、在玻璃中單色光1的傳播速度大於單色光2 的傳播速度
C、單色光1通過玻璃板所需的時間小於單色光2通過玻璃板所需的時間
D、單色光1從玻璃到空氣的全反射臨界角小於單色光2從玻璃到空氣的全反射臨界角
例5、如圖一入射光線以入射角θ從空氣射入玻璃磚,玻璃的折射率為n,厚度為d,求側移距離
例6、明代學者方以智在《陽燧倒影》中記載:「凡寶石面凸,則光成一條,有數稜則必有一面五色」,表明白光通過多稜晶體折射會發生色散現象。如圖所示,一束複色光通過三稜鏡後分解成兩束單色光a、b,下列說法正確的是( D )
A、若增大入射角i,則b光先消失
B、在該三稜鏡中a光波長小於b光
C、a光能發生偏振現象,b光不能發生
D、若a、b光分別照射同一光電管都能發生光電效應,則a光的遏止電壓低
3、全反射:
(1)條件: 光密 光疏
入射角≥臨界角C
(2)光從空氣射入介質,當反射光線與折射光線垂直時,有,當,證明反射光線與折射光線垂直。
(3)應用:光導纖維
4、從紅光到紫光各物理量的比較:
(1)空氣,介質,從空氣介質,光速和波長改變,頻率不變,各種色光在空氣中速度都是C
(2)從紅光……紫光
①折射率n:
②介質中的v:
③頻率:
④波長:
⑤臨界角C:
例7、如圖所示,一直光導纖維,AB之間距離為s,使一光脈衝信號從光導纖維中間入射,射入後在光導纖維與空氣的界面上恰好發生全反射,由A點傳輸到B點所用時間為t,求光導纖維所用材料的折射率
n=
例8、如圖,一個三稜鏡的截面為等腰直角△ABC,為直角.此截面所在平面內的光線沿平行於BC邊的方向射到AB邊,進入稜鏡後直接射到AC邊上,並剛好能發生全反射,
該稜鏡材料的折射率為( )
A、 B、 C、 D、
例9、水中的汽泡為什麼看起來特別明亮?
例10、光導纖維的結構如圖,其內芯和外套材料不同,光在內芯中傳播。以下說法正確的是( )
A、芯的折射率比外套大,光傳播時在內芯與外套的界面上發生全反射
B、芯的折射率比外套小,光傳播時在內芯與外套的界面上發生全反射
C、芯的折射率比外套小,光傳播時在內芯與外套的界面上發生折射
D、芯的折射率與外套的相同,外套的材料有韌性,可以起保護作用