第四讲 光的折射（一）讲义----2022-2023学年华东师大版科学八年级下册

第四讲 光的折射（一） 思维导图 知识梳理 一、光的折射定律 光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变，这种现象就叫作光的折射。 对于两种媒质来说，光在其中速度较大的叫光疏媒质，速度较小的叫作光密媒质。如水和玻璃相比较，水中的光速约是真空中光速的，玻璃中的光速约是真空中光速的。两种物质相对来说水是光疏媒质，玻璃是光密媒质。 光的折射定律可表述为： 1.折射光线、入射光线和法线在同一平面内，即“三线平面”； 2.折射光线、入射光线分居法线两侧，即“法线居中”； 3.光从光疏媒质斜射到光密媒质中，折射角小于入射角；光从光密媒质斜射到光疏媒质中，折射角大于入射角。 （1）当光从一种介质垂直射入另一种介质时，传播方向不改变。 （2）光在折射时，光路是可逆的。 二、折射率 当光由第一媒质（折射率）射入第二媒质（折射率）时，在平滑界面上，部分光由第一媒质进入第二媒质后即发生折射。 入射角的正弦和折射角的正弦的比值，对折射率一定的两种媒质来说是一个常数，即： 此定律是几何光学的基本实验定律，适用于均匀的各向同性的媒质。 其中为第二种媒质对第一种媒质相对折射率。对于同一媒质来说，这个常数是一定的，对于不同媒质来说是不同的，它跟媒质有关，是反映媒质光学性质的物理量。 光从真空斜射入某种媒质的折射率，叫作这种媒质的绝对折射率，它等于光在真空中的速度跟光在这种媒质里的速度之比。即：（其中、分别为真空中和某种媒质的光速） 因为光在真空中的速度最大，所以媒质的绝对折射率都大于1。所以 平行玻璃板：光斜射到平行厚玻璃板的上表面时，会发生折射，因为光是从空气射到玻璃，折射角小于入射角，折射光线靠拢法线，进入到玻璃的光线对于玻璃的下表面来说是入射光线，当它在玻璃的下表面发生折射时，光是从玻璃射向空气，因此折射角大于入射角，折射光线偏离法线。又从光路的可逆性得知：，这就是说从玻璃下表面射出的光线，它的传播方向不变，但发生了一段侧移d，不难看出，玻璃板越厚，侧移越大，如图2。发光点S放在玻璃板前，在玻璃板的另一侧可以看到它的虚像，从图中可知，它的像离我们近了。 三、全反射现象 光从光密媒质射入光疏媒质时，折射角大于入射角。以光从玻璃中射出空气为例，一部分光线从直边折射到空气中，一部分光线反射回玻璃。逐渐增大光线的入射角，折射光线离法线将会越来越远，而且折射光线越来越弱，反射光线越来越强。当入射角增大到某一角度时，折射光线消失，只剩下反射光线，光全部反射回玻璃中，这种现象叫作全反射。 还可以从能量的观点来研究这个问题。上图是光线从玻璃射入空气中，折射光线和反射光线的能量分配随入射角变化的情况。从图中可以看到，当入射角等于42°时，折射角等于90°，实际上折射光线的能量为零，也就是说，此时已不存在沿界面的折射光线，入射光线的能量全部反射回玻璃。 利用光的折射定律，可以求出各种媒质对空气（或真空）的临界角。如果用C表示临界角，表示媒质的折射率，那么，由于空气对该媒质的折射率等于，所以，由此可得。 因此，已知媒质的折射率，利用上式就可以求出这种媒质对空气（或真空）的临界角。 因此发生全反射的条件是：①光从光密媒质射向光疏媒质； ②入射角等于或大于临界角。 水对空气的临界角是49°，各种玻璃对空气的临界角是30°~42°。 全反射棱镜：是一种特殊的棱镜，横截面是等腰直角三角形，应用范围很广泛。当光线垂直射到它的一条直角边时，进入棱镜的光线会在它的斜边发生全反射，当光线从另一条直角边射出时，出射光线跟入射光线垂直，如图4，由于全反射棱镜能够把入射光线的能量全部反射出去，并且使光线方向改变了90°，所以精密的光学仪器中都用它来代替平面。 几种典型的使用方法如图所示： 光导纤维：实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几到一百左右，由内芯和外套两层组成。内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。 四、光的色散 三棱镜：用玻璃制成的、横截面为三角形的光学器件，叫作三棱镜，简称棱镜，如图6，它是利用光的折射工作的。一条光线从棱镜的一个侧面射入，根据光的折射规律，光线从它的另一个侧面射出来的时候，方向发生了明显的改变，图中∠A是棱镜的顶角，BC是它的底面，通过棱镜的光线向它的底面偏折。图中是棱镜成物体的像的情况，物体通过棱镜成虚像，像是向着棱镜的顶角偏移的。 不同的单色光通过棱镜时偏折的程度是不同的。红光的偏折程度最小，紫光的偏折程度最大，所以通过棱镜的折射，太阳光可以分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等七种单色光。 五、透镜 1.透镜分为凸透镜和凹透镜 凸透镜：中间厚、边缘薄的透镜称为凸透镜。 凹透镜：中间薄、边缘厚的透镜称为凹透镜。 2.透镜的主光轴和光心 光轴：过光心的直线叫透镜的光轴，其中有一条特殊的既过光心又过透镜两球面球心的直线叫主