光
基 础 知 识
一、光的折射 知识讲解
（1）折射现象：光传播到两种介质的分界面上，一部分光进入另一种介质
中，并且改变了原来的传播方向，这种现象叫做光的折射.
如图所示,AO 为入射光线,O 为入射点,OB 为反射光线,OC 为折射光线. ①入射角:入射光线与法线间的夹角θ1叫做入射角. ②折射角:折射光线与法线间的夹角θ2叫做折射角. (2)折射定律
a.内容:折射光线与入射光线,法线处在同一平面内,折射光线与入射光线分别位于法线的两侧;入射角的正弦与折射角的正弦成正比.
b.表达式:
1
2
sin sin θθ =n 12式中n 12是比例常数. (3)折射率
①定义:把光从真空射入某种介质发生折射时,入射角的正弦与折射角的正弦之比,叫做这种介质的绝对折射率,简称折射率.
②定义式:n=
sin 1
sin 2
θθ,式中n 是折射率. 说明:①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n=
c
v
.因为c>v,所以n>1.任何介质的折射率都大于1. ②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入射光的频率决定,与入射角,折射角的大小无关.
③在折射现象中光路是可逆的. 活学活用
1.两束平行的细激光束,垂直于半圆柱透镜的平面射到半圆柱透镜上,如图所示.已知其中一条沿直线穿过透镜,它的入射点为O,另一条光线的入射点为A,穿过透镜后两条光线相交于P 点.已知透镜截面
的圆半径为R,OA ,OP 3R 2
R
=
=.求透镜材料的折射率.
解析:由题意作出光路图OB 为法线,由数学知识知∠BOP=30°,过B 点向OP 作垂线，垂足为C ，则
OC
=
，所以1/2R tan BPC ∠==，∠BPC=30°,∠NBP=180°-120°=60°.
由光路可逆原理知若光沿PB 入射，则一定沿BA 折射，由折射定律有n=
sin60sin30︒
=︒
答案
知识讲解 1.全反射的概念
当光从光密介质进入光疏介质时,折射角大于入射角.当入射角增大到某一角度时,折射角等于90°,此时,折射光完全消失.入射光全部反射到原来的介质中,这种现象叫做全反射.
2.对全反射现象的理解 (1)全反射条件:
①光线由光密介质射入光疏介质 ②入射角大于临界角 (2)临界角
①定义:光从光密介质射向光疏介质时,折射角等于90°时的入射角,叫做临界角.用字母C 表示.临界角是指光由光密介质射向光疏介质时,发生全反射现象时的最小入射角,是发生全反射的临界状态.当光由光密介质射入光疏介质时:
若入射角i<C,则不发生全反射,既有反射又有折射现象. 若入射角i ≥C,则发生全反射现象. ②临界角的计算:sinC=1n
. (3)全反射应用
光导纤维简称光纤，是非常细的特制玻璃丝，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯和外套的界面上发生全反射.
光导纤维的应用有光纤通信,医学内窥镜等. 活学活用
2.如图所示，一束光线从折射率为1.5的玻璃射向空气,在界面上的入射角为45°,下面四个光路中正确的是()
解析:因为n=1.5,所以临界角θ=arcsin 1
n
=arcsin
2
3
2
2
所以α=45°>θ,故发生全反射，选
项A正确.
答案:A
三、光的色散
知识讲解
1.光的色散
把复色光分解为单色光的现象叫光的色散.
白光通过棱镜后,被分解为红,橙,黄,绿,蓝,靛,紫七种颜色的光.
2.对光的色散的理解
①光的颜色由光的频率决定.组成白光的各种单色光中红光频率最小,紫光频率最大.在不同介质中,光的频率不变.
②不同频率的色光在真空中传播速度相同,为c=3×108 m/s.但在其他介质中速度各不相同,同一种介质中,紫光速度最小,红光速度最大.
③同一介质对不同色光的折射率不同,通常情况下频率越高,在介质中的折射率也越大,所以白光进入某种介质发生折射时,紫光偏折得最厉害,红光偏折最小.
④由于色光在介质中传播时光速发生变化,则波长也发生变化.同一色光在不同介质中,折射率大的光速小,波长短;折射率小的光速大,波长长.不同色光在同一介质中,频率高的折射率大,光速小,波长短;频率低的折射率小,光速大,波长长.
解题技法
一、折射率问题的求解方法
技法讲解
折射率问题的求解方法
（1）由折射定律n=sini
sinr
，其中i为在真空中光线和法线之间的夹角，r为介质中光线与法线的夹角.
（2）光从一种介质进入另一种介质时，介质的折射率和光在该介质中的传播速度的乘积是一常数，即n1v1=n2v2=C.
典例剖析
例1如图所示，a,b两束不同的单色光平行地从空气射入水中，发生折射，α>β，则下述结论正确的是（）
A.水对光束a的折射率较大
B.水中光束b的速度较小
C.光束a的频率较大
D.若从水中射向空气，发生全反射光束a的临界角较光束b的临界角大
解析：平行的单色光束a,b射到水面上，入射角i相同，由n=sini
sinr
,α>β，所以n a<n b，故A错误；
由n=c
v
，得v a>v b，故B正确；由于同一介质中，频率高的色光传播速度小，所以光束a的频率较光束b
的频率小，故C错误；若光束从水中射向空气，由sinC=1
n
，光束a的临界角较光束b的临界角大，故D
正确.
答案：BD
二、光的折射和全反射问题的解题技巧
技法讲解
光的折射和全反射问题的解题技巧
（1）依据已知条件正确画出光路图.
（2）正确找出入射角和对应的折射角（或反射角）.
（3）应用折射定律列式.
（4）分析全反射的临界条件，若满足全反射，用全反射临界角公式列式计算.
（5）注意利用平面几何知识分析有关的线、角关系.
典例剖析
例2如图所示，用折射率为n的透明介质做成内外半径分别为a和b的空心球.当一束平行光射向此球壳，经球壳外、内表面两次折射，而能进入空心球壳的入射平行光束的横截面积是多大？
解析：根据对称性可知所求光束的截面应是一个圆面，要求出这个圆的半径关键在于正确作出符合题意的光路图，如图所示，设入射光线AB 为所求光束的临界光线，作出其折射光线，入射角为i ，经球壳外表面折射后折射角为r ，折射光线BE 恰好在内表面E 点发生全反射，即∠BEO ′=C ，在△OEB 中，
由正弦定理得
,sinr sin(180C)sinC a b b ==︒-又因为sinC=1n
,n=sini/sinr 所以b=a/sini ，由几何关系得R=bsini=sini
a sini=a ，所以所求平行光束的横截面积S=πR 2=πa 2
答案：πa 2
三、光的色散的动态分析 技法讲解
光的色散的动态分析
各色光的顺序、折射率、在同种介质中的比较：
光的颜色 红橙黄绿蓝靛紫
偏向角 小→大 折射率
小→大 在同种介质中的光速v=c/n 大→小 在同种介质中的临界角
大→小
典例剖析
例3如图所示，白光垂直于正三棱镜AB 边进入三棱镜后射到BC 边，并在BC 边上发生全反射，若保持白光入射点位置不变，而将白光在纸所在的平面
内缓慢逆时针转动.则最先从BC 边射出的光是（）
A.红光
B.紫光
C.白光
D.无法判断 解析：
如图所示，光从光密介质射入光疏介质的界面上时，若入射角大于或等于全反射临界角C ，则发生全反射，小于临界角则发生折射.根据sinC=
1
n
及n 红<n 紫，有C 红>C 紫，而白光逆时针转动以后在玻璃中各入射角大于临界角变到小于各自临界角时，红光最先小于临界角，因而最先从BC 边折射出来，而紫光最后
折射出来.正确答案为 A.
答案：A
一、玻璃砖和三棱镜对光路的控制：
1、 玻璃砖：对于两平行的玻璃砖，其出射光线和入射光线平行，且光线发生了侧移。
2、 三棱镜：通过玻璃棱镜光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折，虚像向顶角偏移。
颜色 红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫 频率 低 高 折射率 小 大
速度 大 小 波长 大 小 临界角
大 小
比较项目两种现象 单缝衍射
双缝干涉 不同
点
条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等 条纹间距 各相邻条纹间距不等 各相邻条纹等间距 亮度
中央条纹最亮，两边变暗
清晰条纹，亮度基本相等。
相同点 干涉衍射都是波特有的现象，属 于波的叠加，都有明暗条纹
提醒：
1、 干涉举例：
杨氏双缝干涉、薄膜干涉（下过雨后路上积水上的油膜、眼镜上的增透膜、照相机镜头上镀膜、牛顿环）
应用：检查工件平整度。
2、衍射：小孔衍射、单缝衍射、圆屏衍射（泊松亮斑）
3、产生干涉条件：光的频率相同
产生明显衍射条件：障碍物的尺寸比波长小或和波长差不多。
4、杨氏双缝干涉公式；λd
L x =
∆ 注意：衍射现象总能发生，明显衍射需要条件
七、体现波动性：干涉、衍射、偏振（证明光是横波）
体现粒子性：光电效应、康普顿效应
注意：大量光子体现波动性，个别光子体现粒子性
频率越大，粒子性越显著；频率越小，波动性越显著。
八、光具有波粒二象性，是一种电磁波，且为横波。