《第15光的传播2学习.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第15光的传播2学习.pptx（38页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、水水空气空气2、折射定律折射光线在入射光线和法线所在的平面上，折射光线和入射光线分居在法线的两侧。入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一常数。入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一常数。图中所示:视深比实深浅AA注意:折射现象中光路可逆 基础知识基础知识第1页/共38页 二二.折射率折射率光光光光从从从从真真真真空空空空射射射射入入入入某某某某种种种种介介介介质质质质发发发发生生生生折折折折射射射射的的的的时时时时候候候候，入入入入射射射射角角角角的的的的正正正正弦弦弦弦sin sin sin sin i i i i，与与与与折折折折射射射射角角角角的的的的正正正正弦弦弦弦sin sin sin si
2、n r r r r之之之之比比比比值值值值n n n n叫叫叫叫做做做做这这这这种种种种介介介介质的折射率。质的折射率。质的折射率。质的折射率。理理理理论论论论研研研研究究究究和和和和实实实实验验验验研研研研究究究究都都都都证证证证明明明明：某某某某种种种种介介介介质质质质的的的的折折折折射射射射率率率率n n n n，等等等等于于于于光光光光在在在在真真真真空空空空中中中中的的的的速速速速度度度度c c c c跟跟跟跟光光光光在在在在这这这这种种种种介介介介质质质质中中中中的的的的速速速速度度度度v v v v之之之之比。比。比。比。由由由由于于于于光光光光在在在在介介介介质质质质中中中中的
3、的的的传传传传播播播播速速速速度度度度总总总总是是是是小小小小于于于于光光光光在在在在真真真真空空空空中中中中的的的的传传传传播速度，所以任何介质的折射率播速度，所以任何介质的折射率播速度，所以任何介质的折射率播速度，所以任何介质的折射率n n n n均大于均大于均大于均大于1 1 1 1。基础知识基础知识两种介质相比较，折射率较大的叫光密介质，折射率较小的叫光疏介质两种介质相比较，折射率较大的叫光密介质，折射率较小的叫光疏介质第2页/共38页光密媒质光密媒质光密媒质光密媒质光疏媒质光疏媒质ii光疏媒质光疏媒质 基础知识基础知识 各种色光性质比较：红光的n最小，最小，在同种介质中（除真空外）v
4、最大，最大，从同种介质射向真空时全反射的临界角C最大，以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小（注意区分偏折角和折射角）。AOEii 应用应用:光从玻璃砖的一面射入将从另一面射出光从玻璃砖的一面射入将从另一面射出AOEB光线发生侧移B B第3页/共38页 基础知识基础知识 【例例1 1】一束光从空气射向折射率一束光从空气射向折射率n=n=的某种玻璃的表面，如图所示的某种玻璃的表面，如图所示,i,i表示入射角表示入射角,则（则（）A A无论入射角无论入射角i i有多大，折射角有多大，折射角r r都不会超过都不会超过45450 0 B B欲使折射角欲使折射角r r30300 0，应以，应以i i
5、45450 0的角度入射的角度入射 C C当入射角当入射角i iarctan arctan 时，反射时，反射光线与折射光线恰好互相垂直光线与折射光线恰好互相垂直 D D以上结论都不正确以上结论都不正确解析：解析：i ir r 因为入射角最大值因为入射角最大值i imaxmax=90=900 0，由折射定律，由折射定律sini/sin=nsini/sin=n，sin=sini/nsin=sini/n=sin90=sin900 0/=/2/2 所以所以maxmax45450 0,A A正确正确 同理可得同理可得B B也正确也正确 当入射角当入射角i iarctan arctan 时，有时，有sin
6、i/cosi=sini/cosi=由折射定律有由折射定律有sini/sin=nsini/sin=n 所以所以cosicosisinsin，则则i ir=90r=900 0,选项选项C C也正确也正确 第4页/共38页 基础知识基础知识【例例2 2】如图所示，一圆柱形容器，底面直径和高度相等，当在如图所示，一圆柱形容器，底面直径和高度相等，当在S S处沿容器边缘的处沿容器边缘的A A点方向点方向观察空筒时，刚好看到筒底圆周上的观察空筒时，刚好看到筒底圆周上的B B点保持观察点位置不变，将筒中注满某种液体，点保持观察点位置不变，将筒中注满某种液体，可看到筒底的中心点，试求这种未知液体的折射率是多大
7、？可看到筒底的中心点，试求这种未知液体的折射率是多大？解析：解析：筒内未装液体时，筒内未装液体时，S S点的眼睛能看到点的眼睛能看到B B点以上部分，注点以上部分，注满液体后，由满液体后，由O O点发出的光线经液面折射后刚好进入眼睛，根点发出的光线经液面折射后刚好进入眼睛，根据折射定律知：据折射定律知：n=sini/sin=n=sini/sin=/2=1.58/2=1.58 即这种未知液体的折射率即这种未知液体的折射率n=1n=15858 第5页/共38页空气空气玻璃玻璃三、全反射1.全反射现象光由光由光密光密介质射入介质射入光疏光疏介质，当入射角增大到某一介质，当入射角增大到某一角度时，折射
8、光线完全消失，只剩反射光线，光被角度时，折射光线完全消失，只剩反射光线，光被全部反回。全部反回。2.发生全反射的条件i 基础知识基础知识光线从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角光线从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角 3 3、临界角、临界角:折射角变成折射角变成9090时的入射角叫临界角。时的入射角叫临界角。设介质的折射率为设介质的折射率为n n，光在介质中的传播速度为，光在介质中的传播速度为v v，光在真空中的传播速度为大写，光在真空中的传播速度为大写C C，光从介，光从介质射入真空（或空气）时的临界角为小写质射入真空（或空气）时的临界角为小写c c，那么，那么第6页
9、/共38页 基础知识基础知识【例例3 3】潜水员在折射率为潜水员在折射率为 的透明的海水下的透明的海水下hmhm深处，向上观察水面，能深处，向上观察水面，能看到的天穹和周围的景物都出现在水面上的一个圆形面积为看到的天穹和周围的景物都出现在水面上的一个圆形面积为S S的区域内，关于圆面积的区域内，关于圆面积S S和深和深度度h h的关系正确的是（的关系正确的是（）A A、S S与水深与水深h h成正比成正比 B B、S S与水深与水深h h成反比成反比C C、S S与水深与水深h h的平方成正比的平方成正比 D D、S S与水深与水深h h的平方成反比的平方成反比解析解析:如图如图,由全反射可知
10、临界角由全反射可知临界角所以圆面半径所以圆面半径R R与水深与水深h h相等相等,而而S=2S=2R R2 2=2=2h h2 2,C,C选项正确选项正确【例例4 4】完全透明的水中某深处完全透明的水中某深处,放一点光源在水放一点光源在水面上可见到一个圆形的透光平面面上可见到一个圆形的透光平面,如果透光圆面如果透光圆面的半径匀速增大的半径匀速增大,则光源正在则光源正在A A、加速上升、加速上升 B B、加速下沉、加速下沉 C C、匀速上升、匀速上升 D D、匀速下沉、匀速下沉D 第7页/共38页2、偏折角、偏折角与棱镜材料的折射率有关与棱镜材料的折射率有关，n大则大则大。大。还与还与入射角入射
11、角i有关。有关。i i1、棱镜使光线向底面偏折。结论：(三三)、三棱镜改变光路方向、三棱镜改变光路方向 基础知识基础知识(一)、什么是棱镜？三棱镜-横截面为三角形的棱镜(二)、棱镜 的光学作用：1、改变光的传播方向；2、使光发生色散。四、棱 镜第8页/共38页(四)、光 的 色 散 光光的的色色散散是是指指复复色色光光通通过过折折射射（如如通通过过三三棱棱镜镜）后后，在在光光屏屏上上形形成成彩彩色色光光带带的的现现象象（如如图图）。色色散散的的实实质质是是由由各各种种色色光光在在同同一一介介质质中中传传播播的的速速率率不不同同，或或者者说说是是同同一一种种介介质质对对不不同色光同色光的的折射率
12、折射率不同不同而引起的。而引起的。基础知识基础知识结论结论:(:(同种材料对不同颜色的光）同种材料对不同颜色的光）（a a）折射角：红光最大、紫光最小。）折射角：红光最大、紫光最小。（b b）偏折角：红光最小、紫光最大。）偏折角：红光最小、紫光最大。（c c）折射率：红光最小、紫光最大。）折射率：红光最小、紫光最大。（d d）速）速 度：红光最大、紫光最小。度：红光最大、紫光最小。第9页/共38页第10页/共38页 基础知识基础知识 【例例5 5】发出白光的细线光源发出白光的细线光源abab，长度为，长度为l l0 0，竖直放置，上端，竖直放置，上端a a恰好在水面以恰好在水面以下，如图。现考
13、虑线光源下，如图。现考虑线光源a ba b发出的靠近水面法线（图中的虚线）的细光束经水面折射后所发出的靠近水面法线（图中的虚线）的细光束经水面折射后所成的像，由于水对光有色散作用，若以成的像，由于水对光有色散作用，若以l l1 1表示红光成的像的长度，表示红光成的像的长度，l l2 2表示蓝光成的像的长度，表示蓝光成的像的长度，则则A.A.l l1 1 l l2 2 l l2 2 l l0 0 C.C.l l2 2 l l1 1 l l0 0 D.D.l l2 2 l l1 1 l l0 0【例例6 6】公园里灯光喷泉的水池中有处于公园里灯光喷泉的水池中有处于同一深度若干彩灯同一深度若干彩灯,
14、在晚上观察不同颜色在晚上观察不同颜色彩灯的深度和彩灯的深度和 水面上被照亮的面积水面上被照亮的面积,下列下列说法正确的是说法正确的是A A红灯看起来较浅，红灯照亮的水面面积较小红灯看起来较浅，红灯照亮的水面面积较小 B B红灯看起来较深，红灯照亮的水面面积较小红灯看起来较深，红灯照亮的水面面积较小C C红灯看起来较浅，红灯照亮的水面面积较大红灯看起来较浅，红灯照亮的水面面积较大 D D红灯看起来较深，红灯照亮的水面面积较大红灯看起来较深，红灯照亮的水面面积较大（D ）（D）第11页/共38页方向改变方向改变180180 方向改变方向改变9090(五)、全反射棱镜(1)、横截面是等腰直角三角形的
15、棱镜叫全反射棱镜。(2)、全反射棱镜对光线的控制作用：基础知识基础知识【例例7 7】如图所示如图所示,自行车自行车的尾灯采用了全反射棱镜的尾灯采用了全反射棱镜的原理的原理.它虽然本身不发光它虽然本身不发光,但在夜间骑行时但在夜间骑行时,从后面开从后面开来的汽车发出的强光照到尾来的汽车发出的强光照到尾灯后灯后,会有较强的光被反射回会有较强的光被反射回去去,使汽车司机注意到前面有自行车使汽车司机注意到前面有自行车.尾灯的原理如图所示尾灯的原理如图所示,下面说法中正确的是下面说法中正确的是 A.A.汽车灯光应从左面射过来在尾灯的左表面发生全反射汽车灯光应从左面射过来在尾灯的左表面发生全反射B.B.汽
16、车灯光应从左面射过来在尾灯的右表面发生全反射汽车灯光应从左面射过来在尾灯的右表面发生全反射C.C.汽车灯光应从右面射过来在尾灯的左表面发生全反射汽车灯光应从右面射过来在尾灯的左表面发生全反射D.D.汽车灯光应从右面射过来在尾灯的右表面发生全反射汽车灯光应从右面射过来在尾灯的右表面发生全反射 (C)第12页/共38页 基础知识基础知识所谓玻璃砖一般指横截面为矩形的棱柱。当光线从上表面入射，从下表面射出时，其特点所谓玻璃砖一般指横截面为矩形的棱柱。当光线从上表面入射，从下表面射出时，其特点是：是：射出光线和入射光线平行；射出光线和入射光线平行；各种色光在第一次入射后就发生色散；各种色光在第一次入射
17、后就发生色散；射出光线的侧移和折射率、入射角、玻璃砖的厚度有关射出光线的侧移和折射率、入射角、玻璃砖的厚度有关;可利用玻璃砖测定玻璃的折射率。可利用玻璃砖测定玻璃的折射率。(五)玻璃砖AOEiiB B设玻璃砖厚度为设玻璃砖厚度为d,d,则光线侧移距离则光线侧移距离h h为为:第13页/共38页 基础知识基础知识 【例例8 8】如图所示，两细束平行的单色光如图所示，两细束平行的单色光a a、b b射向同一块玻璃砖的上表面，射向同一块玻璃砖的上表面，最终都从玻璃砖的下表面射出。已知玻璃对单色光最终都从玻璃砖的下表面射出。已知玻璃对单色光a a的折射率较小，那么下列说法中正确的折射率较小，那么下列说
18、法中正确的有的有A.A.进入玻璃砖后两束光仍然是平行的进入玻璃砖后两束光仍然是平行的B.B.从玻璃砖下表面射出后，两束光不再平行从玻璃砖下表面射出后，两束光不再平行C.C.从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离一定减小了从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离一定减小了D.D.从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离可能和射入前相同从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离可能和射入前相同a b解：解：进入时入射角相同，折射率不同，进入时入射角相同，折射率不同，因此折射角不同，两束光在玻璃内不再平行，因此折射角不同，两束光在玻璃内不再平行，但从下表面射出时仍是平行的。射出时两束但从下表面射出时仍是平行
19、的。射出时两束光之间的距离根据玻璃砖的厚度不同而不同，光之间的距离根据玻璃砖的厚度不同而不同，在厚度从小到大变化时，该距离先减小后增大，有可能和入射前相同（但左右关系一定改在厚度从小到大变化时，该距离先减小后增大，有可能和入射前相同（但左右关系一定改变了）。变了）。AD第14页/共38页 基础知识基础知识(六)光导纤维全反射的一个重要应用就是用于光导纤维（简称光纤）。光纤有内、外两层材料，其中内全反射的一个重要应用就是用于光导纤维（简称光纤）。光纤有内、外两层材料，其中内层是光密介质，外层是光疏介质。光在光纤中传播时，每次射到内、外两层材料的界面，层是光密介质，外层是光疏介质。光在光纤中传播时
20、，每次射到内、外两层材料的界面，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射。这样使从一个端面入射的光，经过多次全反都要求入射角大于临界角，从而发生全反射。这样使从一个端面入射的光，经过多次全反射能够没有损失地全部从另一个端面射出。射能够没有损失地全部从另一个端面射出。光缆光缆 第15页/共38页 基础知识基础知识 【例例9 9】如图所示，一条长度为如图所示，一条长度为L L=5.0m=5.0m的光导纤维用折射率为的光导纤维用折射率为n n=的材料的材料制成。一细束激光由其左端的中心点以制成。一细束激光由其左端的中心点以=45=45的入射角射入光导纤维内，经过一系列全的入射角射入光导纤维内，经过一系
21、列全反射后从右端射出。求：反射后从右端射出。求：该激光在光导纤维中的速度该激光在光导纤维中的速度v v是多大？是多大？该激光在光导纤维中该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少？传输所经历的时间是多少？解：解：由由n=c/vn=c/v可得可得v v=2.110=2.1108 8m/s m/s 由由n=n=sinsin/sin/sinr r可得光线从左端面射入后的折射角为可得光线从左端面射入后的折射角为30300 0,射到侧面时的入射角为射到侧面时的入射角为60600 0,大于大于临界角临界角45450 0,因此发生全反射，同理光线每次在侧面都将发生全反射因此发生全反射，同理光线每次在侧面都将发
22、生全反射,直到光线达到右端面。直到光线达到右端面。由三角关系可以求出光线在光纤中通过的总路程为由三角关系可以求出光线在光纤中通过的总路程为s s=2=2L L/因此该激光在光导纤维中传输所经历的时间是因此该激光在光导纤维中传输所经历的时间是t t=s s/v v=2.710=2.710-8-8s s。第16页/共38页 基础知识基础知识五、各光学元件对光路的控制特征（1 1）光束经）光束经平面镜平面镜反射后，其会聚（或发散）的程度将不发生改变。这正是反射定律中反射后，其会聚（或发散）的程度将不发生改变。这正是反射定律中“反射角等于入射角反射角等于入射角”及平面镜的反射面是及平面镜的反射面是“平
23、面平面”所共同决定的。所共同决定的。（2 2）光束射向）光束射向三棱镜三棱镜，经前、后表面两次折射后，其传播光路变化的特征是：向着底边，经前、后表面两次折射后，其传播光路变化的特征是：向着底边偏折，若光束由复色光组成，由于不同色光偏折的程度不同，将发生所谓的色散现象。偏折，若光束由复色光组成，由于不同色光偏折的程度不同，将发生所谓的色散现象。（3 3）光束射向前、后表面）光束射向前、后表面平行的透明玻璃砖平行的透明玻璃砖，经前、后表面两次折射后，其传播光路变，经前、后表面两次折射后，其传播光路变化的特征是；传播方向不变，只产生一个侧移。化的特征是；传播方向不变，只产生一个侧移。（4 4）光束射
24、向）光束射向透镜透镜，经前、后表面两次折射后，其传播光路变化的特征是：凸透镜使光，经前、后表面两次折射后，其传播光路变化的特征是：凸透镜使光束会聚，凹透镜使光束发散。束会聚，凹透镜使光束发散。第17页/共38页 基础知识基础知识六、各光学镜的成像特征 物点发出的发散光束照射到镜面上并经反射或折射后，如会聚于一点，则该点即为物点物点发出的发散光束照射到镜面上并经反射或折射后，如会聚于一点，则该点即为物点经镜面所成的实像点；如发散，则其反向延长后的会聚点即为物点经镜面所成的虚像点。经镜面所成的实像点；如发散，则其反向延长后的会聚点即为物点经镜面所成的虚像点。因此，判断某光学镜是否能成实（虚）像，关
25、键看发散光束经该光学镜的反射或折射后是因此，判断某光学镜是否能成实（虚）像，关键看发散光束经该光学镜的反射或折射后是否能变为会聚光束（可能仍为发散光束）。否能变为会聚光束（可能仍为发散光束）。（1 1）平面镜的反射不能改变物点发出的发散光束的发散程度，所以只能在异侧成等等大）平面镜的反射不能改变物点发出的发散光束的发散程度，所以只能在异侧成等等大的、正立的虚像。的、正立的虚像。（2 2）凹透镜的折射只能使物点发出的发散光束的发散程度提高，所以只能在同侧成缩小）凹透镜的折射只能使物点发出的发散光束的发散程度提高，所以只能在同侧成缩小的、正立的虚像。的、正立的虚像。（3 3）凸透镜的折射既能使物点
26、发出的发散光束仍然发散，又能使物点发出的发散光束变）凸透镜的折射既能使物点发出的发散光束仍然发散，又能使物点发出的发散光束变为聚光束，所以它既能成虚像，又能成实像。为聚光束，所以它既能成虚像，又能成实像。第18页/共38页 基础知识基础知识七、几何光学中的光路问题 几何光学是借用几何光学是借用“几何几何”知识来研究光的传播问题的，而光的传播路线又是由光的基本传知识来研究光的传播问题的，而光的传播路线又是由光的基本传播规律来确定。所以，对于几何光学问题，只要能够画出光路图，剩下的就只是播规律来确定。所以，对于几何光学问题，只要能够画出光路图，剩下的就只是“几何问题几何问题”了。而几何光学中的光路
27、通常有如下两类：了。而几何光学中的光路通常有如下两类：（1 1）“成像光路成像光路”一般来说画光路应依据光的传播规律，但对成像光路来说，特别是一般来说画光路应依据光的传播规律，但对成像光路来说，特别是对薄透镜的成像光路来说，则是依据三条特殊光线来完成的。这三条特殊光线通常是指：平对薄透镜的成像光路来说，则是依据三条特殊光线来完成的。这三条特殊光线通常是指：平行于主轴的光线经透镜后必过焦点；过焦点的光线经透镜后必平行于主轴；过光心的光线经行于主轴的光线经透镜后必过焦点；过焦点的光线经透镜后必平行于主轴；过光心的光线经透镜后传播方向不变。透镜后传播方向不变。（2 2）“视场光路视场光路”即用光路来
28、确定观察范围。这类光路一般要求画出所谓的即用光路来确定观察范围。这类光路一般要求画出所谓的“边缘光边缘光线线”，而一般的，而一般的“边缘光线边缘光线”往往又要借助于物点与像点的一一对应关系来帮助确定。往往又要借助于物点与像点的一一对应关系来帮助确定。第19页/共38页现象一：星光闪烁与光折射 由于重力的影响，包围地球的大气密度随高度而变化；另外，由于气候的变化，大气层的由于重力的影响，包围地球的大气密度随高度而变化；另外，由于气候的变化，大气层的各处又在时刻不断地变化着，这种大气的物理变化叫做大气的抖动由于大气的抖动便引各处又在时刻不断地变化着，这种大气的物理变化叫做大气的抖动由于大气的抖动便
29、引起了空气折射率的不断变化我们观望某一星星时，星光穿过大气层进入眼睛，于是看到起了空气折射率的不断变化我们观望某一星星时，星光穿过大气层进入眼睛，于是看到了星光之后由于大气的抖动，使空气折射率发生变化，星光传播的路径便发生了改变，了星光之后由于大气的抖动，使空气折射率发生变化，星光传播的路径便发生了改变，这时星光到达另一地点，我们站在原来的地方就看不见它的光了，便形成一次闪烁大气这时星光到达另一地点，我们站在原来的地方就看不见它的光了，便形成一次闪烁大气的抖动是时刻不停的，并与气候密切相关一般大气抖动明显地大气折射率而形成一次闪的抖动是时刻不停的，并与气候密切相关一般大气抖动明显地大气折射率而
30、形成一次闪烁的时间间隔是烁的时间间隔是1 14 4秒，所以，我们观望星空时，看到的星光是闪烁的了秒，所以，我们观望星空时，看到的星光是闪烁的了 规律方法规律方法一.用光的折射解释自然现象 第20页/共38页现象二：蓝天、红日与光散射 光在传播过程中，遇到两种均匀媒质的分界面时，会产生反射和折射现象但当光在光在传播过程中，遇到两种均匀媒质的分界面时，会产生反射和折射现象但当光在不均匀媒介质中传播时，情况就不同了由于一部分光线不能直线前进，就会向四面八方不均匀媒介质中传播时，情况就不同了由于一部分光线不能直线前进，就会向四面八方散射开来，形成光的散射现象地球周围由空气形成的大气层，就是这样一种不均
31、匀媒质散射开来，形成光的散射现象地球周围由空气形成的大气层，就是这样一种不均匀媒质因此，我们看到的天空的颜色，实际上是经大气层散射的光线的颜色科学家的研究表因此，我们看到的天空的颜色，实际上是经大气层散射的光线的颜色科学家的研究表明，大气对不同色光的散射作用不是明，大气对不同色光的散射作用不是“机会均等机会均等”的，波长短的光受一的散射最厉害当的，波长短的光受一的散射最厉害当太阳光受到大气分子散射时，波长较短的蓝光被散射得多一些由于天空中布满了被散射太阳光受到大气分子散射时，波长较短的蓝光被散射得多一些由于天空中布满了被散射的蓝光，地面上的人就看到天空呈现出蔚蓝色空气越是纯净、干燥，这种蔚蓝色
32、就越深、的蓝光，地面上的人就看到天空呈现出蔚蓝色空气越是纯净、干燥，这种蔚蓝色就越深、越艳如果天空十分纯净，没有大气和其他微粒的散射作用，我们将看不到这种璀璨的蓝越艳如果天空十分纯净，没有大气和其他微粒的散射作用，我们将看不到这种璀璨的蓝色色 规律方法规律方法第21页/共38页比如在比如在2 2万米以上的高空，空气气体分子特别稀薄，散射作用已完全消失，天空也会变万米以上的高空，空气气体分子特别稀薄，散射作用已完全消失，天空也会变得暗淡得暗淡同同样样道道理理，旭旭日日初初升升或或日日落落西西山山时时，直直接接从从太太阳阳射射来来的的光光所所穿穿过过的的大大气气层层厚厚度度，比比正正午午时时直直接
33、接由由太太阳阳射射击击来来的的光光所所穿穿过过的的大大气气层层厚厚度度要要厚厚得得多多太太阳阳光光在在大大气气层层中中传传播播的的距距离离越越长长，被被散散射射掉掉的的短短波波长长的的蓝蓝光光就就越越多多，长长波波长长的的红红光光的的比比例例也也显显著著增增多多最最后后到到达达地地面面的的太太阳阳光光，它它的的红红色色万万分分也也相相对对增增加加，因因此此，才才会会出出现现满满天天红红霞霞和和血血红红夕夕阳阳实际上，发光的太阳表面的颜色却始终没有变化实际上，发光的太阳表面的颜色却始终没有变化 规律方法规律方法第22页/共38页现象三：光在大气中的折射 光在到达密度不同的两层大气的分界面时，会发
34、生光的折射气象学告诉我们，空光在到达密度不同的两层大气的分界面时，会发生光的折射气象学告诉我们，空气的密度的大小主要受气压和气温两个条件的影响气压指得是单位面积空气柱的重量气的密度的大小主要受气压和气温两个条件的影响气压指得是单位面积空气柱的重量大气层包围在地球表面，因此在大气层的低层气压较高，越向上气压越低气压高则大气层包围在地球表面，因此在大气层的低层气压较高，越向上气压越低气压高则空气密度大，气压低则空气密度小因此，正常情况下，总是贴近地面的空气密度最大，空气密度大，气压低则空气密度小因此，正常情况下，总是贴近地面的空气密度最大，越向上空气密度越小温度对空气密度的影响和气压则刚好相反气温
35、越高，空气的体越向上空气密度越小温度对空气密度的影响和气压则刚好相反气温越高，空气的体积越膨胀，空气的密度越小；温度越低，空气收缩，则空气的密度变大一般越接近地积越膨胀，空气的密度越小；温度越低，空气收缩，则空气的密度变大一般越接近地面温度越高（逆温层是个例外）面温度越高（逆温层是个例外）规律方法规律方法第23页/共38页根根根根据据据据实实实实测测测测所所所所得得得得，在在在在大大大大多多多多数数数数情情情情况况况况下下下下，温温温温度度度度的的的的上上上上下下下下差差差差别别别别不不不不是是是是太太太太大大大大，而而而而气气气气压压压压上上上上下下下下的的的的差差差差别别别别却却却却很很很
36、很显显显显著著著著，因因因因此此此此气气气气压压压压对对对对空空空空气气气气密密密密度度度度的的的的垂垂垂垂直直直直分分分分布布布布所所所所产产产产生生生生的的的的影影影影响响响响远远远远比比比比气气气气温温温温的的的的影影影影响响响响大大大大，这这这这就就就就使使使使得得得得空空空空气气气气密密密密度度度度经经经经常常常常是是是是越越越越向向向向上上上上越越越越小小小小的的的的（当当当当然然然然减减减减小小小小的的的的情情情情况况况况并并并并不不不不是是是是一一一一成成成成不不不不变的）变的）变的）变的）由于地球上空气的密度随高度的变化，折射率随密度减小由于地球上空气的密度随高度的变化，折射
37、率随密度减小由于地球上空气的密度随高度的变化，折射率随密度减小由于地球上空气的密度随高度的变化，折射率随密度减小而正比例地减小，因此光在大气中传播时，通过一层层密而正比例地减小，因此光在大气中传播时，通过一层层密而正比例地减小，因此光在大气中传播时，通过一层层密而正比例地减小，因此光在大气中传播时，通过一层层密度不同的大气，在各层的分界面处会发生折射，使光线不度不同的大气，在各层的分界面处会发生折射，使光线不度不同的大气，在各层的分界面处会发生折射，使光线不度不同的大气，在各层的分界面处会发生折射，使光线不沿直线传播而是变弯曲，这样当太阳和其他星体的光线进沿直线传播而是变弯曲，这样当太阳和其他
38、星体的光线进沿直线传播而是变弯曲，这样当太阳和其他星体的光线进沿直线传播而是变弯曲，这样当太阳和其他星体的光线进入大气以后，光线就会拐弯，这种现象称天文折射，这使入大气以后，光线就会拐弯，这种现象称天文折射，这使入大气以后，光线就会拐弯，这种现象称天文折射，这使入大气以后，光线就会拐弯，这种现象称天文折射，这使在地面观测得的天体视位置在地面观测得的天体视位置在地面观测得的天体视位置在地面观测得的天体视位置SSSS比实际位置比实际位置比实际位置比实际位置S S S S高高高高 规律方法规律方法第24页/共38页【例例1010】酷酷热热的的夏夏天天，在在平平坦坦的的柏柏油油公公路路上上，你你会会看
39、看到到在在一一定定距距离离之之外外，地地面面显显得得格格外外明明亮亮，仿仿佛佛是是一一片片水水面面，似似乎乎还还能能看看到到远远处处车车、人人的的倒倒影影，但但当当你你靠靠近近“水水面面”时时，它它也随你的靠近而后退，对此现象正确的解释是：也随你的靠近而后退，对此现象正确的解释是：A A与海市唇楼的原理相似，都是由于光的全反射造成的；与海市唇楼的原理相似，都是由于光的全反射造成的；B B“水面水面”不存在，是由于酷热难耐，人产生的幻觉；不存在，是由于酷热难耐，人产生的幻觉；C C太阳辐射到地面，使地表空气温度升高，折射率大，发生全反射；太阳辐射到地面，使地表空气温度升高，折射率大，发生全反射；
40、D D太阳辐射到地面，使地表空气温度升高，折射率小，发生全反射。太阳辐射到地面，使地表空气温度升高，折射率小，发生全反射。规律方法规律方法（AD）第25页/共38页 规律方法规律方法【例例1111】假设地球表面不存在气层，那么人们观察到日出时刻与实际存在大气层的情况相假设地球表面不存在气层，那么人们观察到日出时刻与实际存在大气层的情况相比（比（）A A、将提前、将提前 B B、将延后、将延后 C C、在某些地区将提前，在另一些地区将延后、在某些地区将提前，在另一些地区将延后 D D、不变、不变 解答：解答：由几何光学知识可知，有大气层时，由于地表大气层由几何光学知识可知，有大气层时，由于地表大
41、气层不均匀，太阳光线经大气折射后向下弯曲，如图所示不均匀，太阳光线经大气折射后向下弯曲，如图所示.地球上观察者看到日出的太阳要比实地球上观察者看到日出的太阳要比实际位置高，也就是当太阳还在地平线际位置高，也就是当太阳还在地平线以下时就可以看到太阳的像；而没有大气层时，太阳光线沿直线传播，当太阳在地平线以以下时就可以看到太阳的像；而没有大气层时，太阳光线沿直线传播，当太阳在地平线以下时是看不到太阳的。故有大气层时可提前看到日出。下时是看不到太阳的。故有大气层时可提前看到日出。第26页/共38页【例例1212】目前，一种用于摧毁人造卫星或空间站的激光武器正在研制中。如图所示，某空间站位于地平线上方
42、，现准备用一束激光射向该空间站，则他应把激光器（）A沿视线对着空间站瞄高一些 B沿视线对着空间站瞄低 一些 C沿视线对准空间站直接瞄准 D条件不足，无法判别 规律方法规律方法C第27页/共38页A A从从a a点射出的是红光。从点射出的是红光。从b b点射出的是紫光点射出的是紫光B B从从a a点射出的是紫光，从点射出的是紫光，从b b点射出的是红光点射出的是红光C C从从a a点和点和b b点射出的都是红光，从点射出的都是红光，从a a、b b中点射出的是紫光中点射出的是紫光D D从从a a点和点和b b点射出的都是紫光，点射出的都是紫光，从从a a、b b中点射出的是红光中点射出的是红光【
43、例例1313】如如图图所所示示，在在水水中中有有一一厚厚度度不不计计的的薄薄玻玻璃璃片片做做成成的的中中空空三三棱棱镜镜，里里面面是是空空气气一一束束光光A A从从三三棱棱镜镜左左边边射射入入，从从三三棱棱镜镜右右边边射射出出时时发发出出色色散散，散散出出的的可可见见光光分分布布在在a a点点和和b b点点之间，则之间，则（）规律方法规律方法(B)二.光的色散问题的分析第28页/共38页 规律方法规律方法【例例1414】abcabc为全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形，如图为全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形，如图23-323-3所示。一束白光垂所示。一束白光垂直入射到直入射到acac
44、面上，在面上，在abab面上发生全反射，若光线入射点面上发生全反射，若光线入射点O O的位置不变，改变光线的入射方的位置不变，改变光线的入射方向（不考虑向（不考虑bcbc面反射的光线）（面反射的光线）（）A A、使入射光线按图所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出、使入射光线按图所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出abab面，则红光将首先射面，则红光将首先射出。出。B B、使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出、使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出abab面，则紫光将首先射面，则紫光将首先射出出C C、使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，红光将首先射
45、出、使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，红光将首先射出abab面面D D、使入射光按图中所示的逆时针方向、使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，紫光将首先射出逐渐偏转，紫光将首先射出abab面面第29页/共38页 规律方法规律方法解答：白光是由红到紫七种色光组成，同一种介质对它们的折射率，从红光到紫光逐渐增白光是由红到紫七种色光组成，同一种介质对它们的折射率，从红光到紫光逐渐增大。从同一介质射向空气发生全反射的临界角不同。大。从同一介质射向空气发生全反射的临界角不同。由公式由公式 ，n n越小，越小，C C越大。红光折射率最小，则临界角最大。越大。红光折射率最小，则临界角最大。光垂直入射
46、光垂直入射acac面面,在在abab面发生全反射面发生全反射,则临界角则临界角c c45450 0,紫光折射率最大紫光折射率最大,则临界角最小则临界角最小.当当入射光沿顺时针方向偏转时，通过入射光沿顺时针方向偏转时，通过acac面折射后，射到面折射后，射到abab面的入射角减小，首先小到红光临面的入射角减小，首先小到红光临界角以下，红光先射出界角以下，红光先射出abab面当入射光沿逆时针方向偏转时，通过面当入射光沿逆时针方向偏转时，通过acac面折射后，射到面折射后，射到abab面的入射角增大，面的入射角增大，不可能有光从不可能有光从abab面射出。面射出。第30页/共38页题 我国南宋时的程
47、大昌在其所著的演繁露中叙述道：“凡风雨初霁（霁，雨后转晴），或露之未希（希，干），其余点缀于草木之末，日光入之，五色俱足，闪烁不定，是乃日之光品著色于水，而非雨露有所五色也。”这段文字记叙的是光的何种现象？A反射；B色散；C干涉；D衍射；规律方法规律方法(B)第31页/共38页 规律方法规律方法三、折射定律的应用【例例1515】如图所示，一圆柱形容器的底部有一凹面镜，其主轴与圆柱形容器的轴线重合，如图所示，一圆柱形容器的底部有一凹面镜，其主轴与圆柱形容器的轴线重合，一点光源一点光源S S射向凹面镜的光线，经凹面镜反射平行于主轴，当往容器中注入水后，水面在射向凹面镜的光线，经凹面镜反射平行于主轴
48、，当往容器中注入水后，水面在点光源与凹面镜之间，要使点光源点光源与凹面镜之间，要使点光源S S射向凹面镜的光线，以凹镜反射后互相平行，则点光射向凹面镜的光线，以凹镜反射后互相平行，则点光源就沿主轴源就沿主轴A A适当提高；适当提高；B B适当降低；适当降低；C C不动不动 ；D D无法确定移动方向；无法确定移动方向；解析：解析：点光源射向水面的光线要发生一次折点光源射向水面的光线要发生一次折射，再射到凹面镜上发生反射，反射的光线射，再射到凹面镜上发生反射，反射的光线互相平行由光路可逆，设光线平行于主轴互相平行由光路可逆，设光线平行于主轴射向凹面镜，在凹面镜反射后射向水面，在射向凹面镜，在凹面镜
49、反射后射向水面，在水面上发生折射，由图可知，水面上发生折射，由图可知，S/S/在在S S的下方，说明了点光源的下方，说明了点光源S S应适当降低应适当降低第32页/共38页 规律方法规律方法1.边作图边计算有关光的折射和全反射，在解题时首先要判断是否发生全反射，在确定未发生全反射的条有关光的折射和全反射，在解题时首先要判断是否发生全反射，在确定未发生全反射的条件下，再根据折射定律确定入射角或折射角要把计算和作图有机地结合起来，根据数据件下，再根据折射定律确定入射角或折射角要把计算和作图有机地结合起来，根据数据计算反射角、折射角，算一步画一步，画一步在根据需要算一步。作图要依据计算结果，计算反射
50、角、折射角，算一步画一步，画一步在根据需要算一步。作图要依据计算结果，力求准确。力求准确。A AB BC CD D【例例1616】直角三棱镜的顶角直角三棱镜的顶角=15=150 0,棱镜材料的折射率棱镜材料的折射率n n=1.5=1.5，一细束单色光如图所示垂，一细束单色光如图所示垂直于左侧面射入，试用作图法求出该入射光第一次从棱镜中射出的光线。直于左侧面射入，试用作图法求出该入射光第一次从棱镜中射出的光线。解：解：由由n n=1.5=1.5知临界角大于知临界角大于30300 0小于小于45450 0，边画边算可知该光线在射到，边画边算可知该光线在射到A A、B B、C C、D D各点时的入射