第四章 光 知识清单 -2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

第四章 光及其应用 1 光的反射和折射 一、反射定律和折射定律 1.光的反射 (1)反射现象:光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时,一部分光会返回到第1种介质的现象. (2)反射定律:反射光线与入射光线、法线处在同一平面内,反射光线与入射光线分别位于法线的两侧;反射角等于入射角. (3)在光的反射现象中,光路是可逆的. 2.光的折射 (1)折射现象:光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时,一部分光会进入第2种介质的现象. (2)折射定律(如图所示) 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,即=n12(式中n12是比例常数). (3)光的折射中入射角与折射角的大小关系:当光从折射率小的介质斜射入折射率大的介质时,入射角大于折射角,当光从折射率大的介质斜射入折射率小的介质时,入射角小于折射角. (4)在光的折射现象中,光路是可逆的. (5)光的传播方向:当光从一种介质垂直进入另一种介质时,传播方向不变;斜射时,传播方向改变. (6)光的传播速度:光从一种介质进入另一种介质时,传播速度一定发生变化.当光垂直界面入射时,光的传播方向虽然不变,但光传播的速度发生变化. (7)反射定律和折射定律应用的步骤 ①根据题意画出光路图. ②利用几何关系确定光路图中的边、角关系,要注意入射角、反射角、折射角均是光线与法线的夹角. ③利用反射定律、折射定律及几何规律列方程求解. 二、折射率 1.(1)定义: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.即n=. 1为真空中的光线与法线的夹角,不一定为入射角;而 2为介质中的光线与法线的夹角,也不一定为折射角. (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和光的频率共同决定,与入射角、折射角的大小无关,与介质的密度没有必然联系.同一种介质中,频率越大的色光折射率越大,传播速度越小. (3)同一种色光,在不同介质中虽然波速、波长不同,但频率不变. 2.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与光在这种介质中的传播速度v之比,即n=. 3.(1)光在介质中的传播速度v跟介质的折射率n有关,由于光在真空中的传播速度c大于光在任何其他介质中的传播速度v(c>v),所以任何介质的折射率n都大于1. (2)某种介质的折射率越大,光在该介质中的传播速度越小. 2 全反射 一、全反射 1.光疏介质和光密介质 (1)光疏介质:折射率较小的介质. (2)光密介质:折射率较大的介质. (3)光疏介质与光密介质是相对的. 2.全反射现象 (1)全反射:光从光密介质射入光疏介质时,同时发生折射和反射.若入射角增大到某一角度,折射光线完全消失,只剩下反射光线的现象. (2)临界角:刚好发生全反射,即折射角等于90 时的入射角.用字母C表示,光从介质射入空气(真空)时,发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是sin C=. (3)全反射发生的条件 ①光从光密介质射入光疏介质. ②入射角等于或大于临界角. (4)全反射遵循的规律:①发生全反射时,光全部返回原介质,入射光与反射光遵循光的反射定律. ②全反射的临界角C和折射率n的关系:sin C=. (5)从能量角度来理解全反射:当光从光密介质射入光疏介质时,随着入射角增大,折射角也增大.同时折射光线强度减弱,能量减小,反射光线强度增强,能量增加,当入射角达到临界角时,折射光线强度减弱到零,反射光线的能量等于入射光线的能量. (6)不同色光的临界角:由于不同颜色(频率不同)的光在同一介质中的折射率不同.频率越大的光,折射率也越大,所以不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时,频率越大的光的临界角越小,越易发生全反射. 二、全反射棱镜 1.形状:截面为等腰直角三角形的棱镜. 2.全反射棱镜的特点 (1)当光垂直于它的一个界面射入后,都会在其内部发生全反射,与平面镜相比,它的反射率很高. (2)反射面不必涂敷任何反光物质,反射时失真小. 3.全反射棱镜改变光路的几种情况 方式一 方式二 方式三 光路图 入射面 AB AC AB 全反射面 AC AB、BC AC 光线方向改变角度 90 180 0 (发生侧移) 三、光导纤维 1.构造及传播原理 (1)原理:利用了光的全反射. (2)构造:光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝,直径只有几微米到一百微米,如图所示,它是由内芯和外套两层组成的,内芯的折射率大于外套的折射率,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射. (3)传播原理:光由一端进入,在两层的界面上经过多次全反射,从另一端射出,光导纤维可以远距离传播光信号,光信号又可以转换成电信号,进而变为声音、图像. (4)光纤通