知识清单：第三章光及其应用（原卷版） (1).docxVIP

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主题3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1所示)

图1

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eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n12(式中n12是比例常数).

(3)在光的折射现象中，光路是可逆的.

二、折射率

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＝eq\f(sinθ1,sinθ2).

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＝eq\f(c,v).

(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，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.

3.理解

由于c＞v，故任何介质的折射率n都大于(填“大于”“小于”或“等于”)1.

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(填“大”或“小”)的介质.

(2)光密介质：折射率较大(填“大”或“小”)的介质.

(3)光疏介质与光密介质是相对(填“相对”或“绝对”)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sinC＝eq\f(1,n).

(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.

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.

三、光导纤维

1.原理：利用了光的全反射.

2.构造：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.

3.光纤通信的优点是容量大、衰减小、抗干扰性强等.

4.光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥镜等.

5.构造及传播原理

(1)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1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

图1

(2)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.

6.光导纤维的折射率

设光导纤维的折射率为n，当入射角为θ1时，进入光导纤维的光线传到侧面恰好发生全反射，则有：sinC＝eq\f(1,n)，n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，C＋θ2＝90°，由以上各式可得：sinθ1＝eq\r(n2－1).

由图2可知：当θ1增大时，θ2增大，由光导纤维射向空气的光线的入射角θ减小，当θ1＝90°时，若θ＝C，则所有进入光导纤维中的光线都能发生全反射，即解得n＝eq\r(2).

图2

以上是光从光导纤维射向真空时得到的折射率，由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此折射率要比eq\r(2)大些.

四、解决全反射问题的思路

(1)确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质.

(2)若光由介质进入空气(真空)时，则根据sinC＝eq\f(1,n)确定临界角，看是否发生全反射.

(3)根据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路”.

(4)运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理、运算及变换并进行动态分析或定量计算.

3光的干涉

一、杨氏干涉实验

1.1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象，人们开始认识到光具有波动性.

2.双缝干涉实验

(1)实验过程：让一束单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，它们的频率