高二物理几何光学-讲义（学生版）.pdf

几何光学

抛砖引玉

射水鱼在水中能准确射中水面上不远处的小昆虫。水中的鱼看到小昆虫在什么位置？是在昆虫实际

位置的上方还是下方？

本讲概述

学习目标

1.熟练地利用光的反射定律和折射定律分析光路问题

2.掌握测量折射率实验的原理、步骤、注意事项和误差分析

知识结构

1

一、【必备知识】光路问题

1.核心知识

1．光的折射问题分析方法

⑴根据题意画出正确的光路图；

⑵利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角均以法线为标准；

⑶利用折射定律、折射率公式求解；

⑷光路是可逆的．

2．全反射问题分析方法

⑴画出恰好发生全反射的光路；

⑵利用几何知识分析线、角关系，找出临界角；

⑶以刚好发生全反射的光线为比较对象来判断光路是否发生全反射，从而画出其它光线的光路图

2.即学即练

类型一：几何光学中的折射计算（单纯折射定律）

1.在阳光照射下，充满雾气的瀑布上方常常会出现美丽的彩虹．彩虹是太阳光射入球形水珠经折射、

内反射，再折射后形成的．光的折射发生在两种不同介质的上，不同的单色光在同种均匀介

质中不同．

2.光线以某一入射角从空气射入折射率为的玻璃中，已知折射角为，则入射角等于（）

A.B.C.D.

3.以往，已知材料的折射率都为正值（）．现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射

率可以为负值（），成为负折射率材料．位于空气中的这类材料，入射角与折射角依然满足

，但是折射线与入射线位于法线的同一侧（此时折射角取负值）．若该材料对电磁波的折

射率，则从空气中一点光源发射的光线射向这种材料的光路图是（）

A.B.

2

C.D.

4.井口大小和深度相同的两口井，一口是枯井，一口是水井（水面在井口之下），两井底部各有一只

青蛙（）

A.水井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星

B.枯井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星

C.水井中的青蛙觉得井口小些，晴天的夜晚，枯井中的青蛙能看到更多的星星

D.两只青蛙觉得井口一样大，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星

5.如图所示，巡查员站立于一空的贮液池边，检查池角处出液口的安全情况，已知池宽为，照明灯到

池底的距离为．若保持照明光束方向不变，向贮液池中注入某种液体，当液面高为时，池底的

光斑距离出液口为．

（1）求当液面高为时，池底的光斑到出液口的距离．

（2）控制出液口缓慢地排出液体，使液面以的速率匀速下降，求池底的光斑移动的速率．

6.如图，一圆筒形均匀透明介质，为外圆的直径，外圆半径是内圆半径的倍，内圆半径为

．在介质横截面内，从点光源处向介质内发射一与内圆相切的光线，光线到达外圆边界

时发生反射和折射，其折射光线与反射光线垂直，最终有光线又返回点，已知光在真空中的速度为

，求：

（1）介质材料的折射率．

3

（2）第一次返回点的光线在介质中传播的时间．

7.一半圆柱形透明物体横截面如图所示，地面镀银，表示半圆截