折射

折射

光的折射:光從一種透明介質斜射入另一種透明介質時,傳播方向一般會發生變化,這種現象叫光的折射。理解:光的折射與光的反射一樣都是發生在兩種介質的交界處,只是反射光返回原介質中,而折射光則進入到另一種介質中,由於光在在兩種不同的物質里傳播速度不同,故在兩種介質的交界處傳播方向發生變化,這就是光的折射。注意:在兩種介質的交界處,既發生折射,同時也發生反射。反射光光速與入射光相同,折射光光速與入射光不同。例如當一條木棒插在水裡面時,單用肉眼看會以為木棒進入水中時折曲了,這是光進入水裡面時,產生折射,才帶來這種效果

基本信息

概念

折射折射

折射(refraction),又名屈折,是一個光學名詞,指從一種介質進入另一種介質,或者在同一種介質中折射率不同的部分運行時,由於波速的差異,使光的運行方向改變的現象。例如當一條木棒插在水裡面時,單用肉眼看會以為木棒進入水中時折曲了,這是進入裡面時,產生折射,才帶來這種效果。

折射率

折射筷子在水杯中

筷子在水杯中-光發生折射

英文名稱:index of refraction;refractive index

定義:光從真空射入介質發生折射時,光在發生折射時入射角與折射角符合斯涅爾定律(Snell'sLaw)。入射角i與折射角r的正弦之比n叫做介質的“絕對摺射率”,簡稱“折射率”。

公式:n=sini/sinr ,這條公式被稱為斯涅爾公式。

說明:表示在兩種介抽中光速比值的物理量。當光線從空氣穿入緊密的介質(固體、水或任何液體)時,即改變它的進行方向。光線入射角的正弦與折射角的正弦比,或光線通過真空時與通過介質時的速度比,就是折射率。折射率隨介質的性質和密度、光線的波長、溫度而變化。介質的折射率一般都大於1。同一介質對不同波長的光,具有不同的折射率。可見光折射率通常隨著波長的減小而增大,即紅光最小、紫光最大。除特別說明以外,某物體的折射率數值,是指對鈉黃光(D線)說的。折射率的測定是在一定的溫度下(通常是20℃)在折射計中進行。在某些情況下,可以利用折射率的測定觀察聚合反應的進程。在塗料工業中,介質和顏料的折射率的差別,可用以決定塗料的遮蓋力。在塑膠工業中,折射率和溫度的關係,可用以確定透明樹脂的研究凝固溫度。在油脂和香油工業中,從及晶體等中,折射率是一項重要的物理常數。

相對摺射

折射光線入射三稜鏡一角

由荷蘭數學家斯涅爾發現,是在光的折射現象中,確定折射光線方向的定律。當光由第一媒質(折射率n1)射入第二媒質(折射率n2)時,在平滑界面上,部分光由第一媒質進入第二媒質後即發生折射。實驗指出:(1)折射光線位於入射光線和界面法線所決定的平面內;(2)折射線和入射線分別在法線的兩側;(3)入射角i的正弦和折射角i′的正弦的比值,對摺射率一定的兩種媒質來說是一個常數.
淺顯的說,就是光由光速大的介質中進入光速小的介質中時,折射角小於入射角;從光速小的介質進入光速大的介質中時,折射角大於入射角。

此定律是幾何光學的基本實驗定律。它適用於均勻的各向同性的媒質。用來控制光路和用來成象的各種光學儀器,其光路結構原理主要是根據光的折射和反射定律。此定律也可根據光的波動概念導出,所以它也可套用於無線電波和聲波等的折射現象。

折射定律(lawofrefraction)或斯涅爾定律(Snell'sLaw)
光線通過兩介質的界面折射時,確定入射光線與折射光線傳播方向間關係的定律,幾何光學基本定律之一。入射光線與通過入射點的界面法線所構成的平面稱為入射面,入射光線和折射光線與法線的夾角分別稱為入射角和折射角,以θi和θt表示。折射定律為:①折射光線在入射面內。②入射角和折射角的正弦之比為一常數,用n21表示,即
sinθi/sinθt=n21
sinθi/sinθt=v1/v2=n21

式中n21稱為第二介質對第一介質的相對摺射率
最早定量研究折射現象的是公元2世紀希臘人C.托勒密,他測定了光從空氣向水中折射時入射角與折射角的對應關係,雖然實驗結果並不精確,但他是第一個通過實驗定量研究折射規律的人。1621年,荷蘭數學家W.斯涅耳通過實驗精確確定了入射角與折射角的餘割之比為一常數的規律,即
cscθi/cscθt=常數
故折射定律又稱斯涅耳定律。1637年,法國R.笛卡兒《折光學》一書中首次公布了具有現代形式正弦之比的規律。與光的反射定律一樣,最初由實驗確定的折射定律可根據費馬原理惠更斯原理或光的電磁理論證明之。
上述光的折射定律只適用於由各向同性介質構成的靜止界面。

全反射

折射全反射圖解

光由光密(即光在其中傳播速度較小的)媒質射到光疏(即光在其中傳播速度較大的)媒質的界面時,全部被反射回原媒質內的現象。

當光射到兩種介質界面,只產生反射而不產生折射的現象.當光由光密介質射向光疏介質時,折射角將大於入射角.當入射角增大到某一數值時,折射角將達到90°,這時在光疏介質中將不出現折射光線,只要入射角大於上述數值時,均不再存在折射現象,這就是全反射.所以產生全反射的條件是:①光必須由光密介質射向光疏介質.②入射角必須大於臨界角.
臨界角是折射角為90度時對應的入射角(只有光線從光密介質進入光疏介質且入射角大於臨界角時,才會發生全反射)

光的折射

折射光的折射

光的折射規律:光從空氣斜射入水或其他介質中時,折射光線與入射光線、法線在同一平面上,折射光線和入射光線分居法線兩側;折射角小於入射角;入射角增大時,折射角也隨著增大;當光線垂直射向介質表面時,傳播方向不變,在折射中光路可逆。
理解:折射規律分三點:(1)三線一面(2)兩線分居(3)兩角關係分三種情況:①入射光線垂直界面入射時,折射角等於入射角等於0°;②光從空氣斜射入水等介質中時,折射角小於入射角;③光從水等介質斜射入空氣中時,折射角大於入射角。

折射的套用

折射放大鏡(凸透鏡)

人們利用折射原理髮明了透鏡透鏡有凸透鏡凹透鏡,細分又有雙凸、平凸、凹凸、雙凹、平凹、凸凹六種。

中央部分比邊緣部分厚的叫凸透鏡,中央部分比邊緣部分薄的叫凹透鏡,凸透鏡具有會聚光線的作用,所以也叫“會聚透鏡”、“正透鏡”(可用於近視老花鏡),凹透鏡具有發散光線的作用,所以也叫“發散透鏡”、“負透鏡”(可用於近視眼鏡)。

透鏡是組成顯微鏡光學系統的最基本的光學元件,物鏡、目鏡及聚光鏡等部件均由單個和多個透鏡組成。

如,放大鏡望遠鏡顯微鏡

人們還將用光的全反射原理套用在了現代通訊,發明了光纖

光纖上載的不是電信號,而是光信號,這樣使得信號傳輸距離比在電纜上增加許多,節省了成本,擴大了頻寬

光纖分為兩層,內層與外層密度不一樣,為形成全反射創造條件;這樣,當光以一定角度入射時,根據全反射原理,可產生全反射,於是,光在光纖中前進所消耗的能量非常小,所以,光信號在光纖中經過很長一段距離才需要用一個中繼器加強強度。

透鏡簡介

透鏡及分類
透鏡:透明物質製成(一般是玻璃),至少有一個表面是球面的一部分,且透鏡厚度遠比其球面半徑小的多。
分類:凸透鏡:邊緣薄,中央厚
凹透鏡:邊緣厚,中央薄
主光軸,光心、焦點、焦距
主光軸:通過兩個球心的直線
光心:主光軸上有個特殊的點,通過它的光線傳播方向不變。(透鏡中心可認為是光心)
焦點:凸透鏡能使跟主軸平行的光線會聚在主光軸上的一點,這點叫透鏡的焦點,用“F”表示
虛焦點:跟主光軸平行的光線經凹透鏡後變得發散,發散光線的反向延長線相交在主光軸上一點,這一點不是實際光線的會聚點,所以叫虛焦點。
焦距:焦點到光心的距離叫焦距,用“f”表示
每個透鏡都有兩個焦點、焦距和一個光心。
透鏡對光的作用
凸透鏡成像規律
物距(u)
像距(v)
成像大小
像的虛實
像物位置
套用
u>2f
f<v<2f
縮小
實像
透鏡兩側
照相機
u=2f
v=2f
等大
實像
透鏡兩側

f<u<2f
v>2f
放大
實像
透鏡兩側
幻燈機
u=f
不成像
u<f
v>u
放大
虛像
透鏡同側
放大鏡
凸透鏡成像規律:虛像物體同側;實像物體異側;物遠實像小而近物近實像大而遠。
為了使幕上的像“正立”(朝上),幻燈片要倒著插。
照相機的鏡頭相當於一個凸透鏡,暗箱中的膠片相當於光屏,我們調節調焦環,並非調焦距,而是調鏡頭到膠片的距離,物離鏡頭越遠,膠片就應靠近鏡頭
介質對光的折射率:[絕對摺射率]
n=sini/sinr
它表示光在介質中傳播時,介質對光的一種特徵。
介質對介質的折射率:[相對摺射率]
光從介質1射入介質2發生折射時,入射角θ1與折射角θ2的正弦之比n21叫做介質2相對介質1的折射率,即“相對摺射率”。因此,“絕對摺射率”可以看作介質相對真空的折射率。
n'=sinθ1/sinθ2=n2/n1
它是表示在兩種(各向同性)介質中光速比值的物理量。

折射題型

1、下列事例中屬於光的反射現象的是()
A、在平靜的湖邊看到樹的倒影B、白天濃密樹蔭下有許多小圓形光斑
C、夜晚,路燈下看到自己的影子D、圓形玻璃缸中的金魚,看上去變大了
2.目前光污染越來越嚴重,白亮污染是普遍的一類光污染,建築物的玻璃幕牆、釉面磚牆、磨光大理石和各種塗料都能造成白亮污染,形成白亮污染的主要原因是由於()
A、光的反射B、光的折射C、光有能量D、光沿著直線傳播
3.人站在直立的平面鏡前,要看到自己的全身像,鏡長最少應是人身高的()
A、1/3B、1/2C、1/4D、一樣高
4.為了使和水平方向成50°角的陽光豎直射入井裡,那么平面鏡的反射面和水平面應成_____度角放置。
5.有一種液面微變監視器,基本結構原理如圖所示,光束髮射器始終以一定角度向被監視的液面發射一束細光:光束經液面反射,其反射光被水平放置的平面光電轉換接收器接收,再通過顯示器顯示出來。若反射到光電轉換接收器的光點由S1移向S2(圖中從左向右依次為S2、S1、S3),則表明被監視的液面_____,若接收器上接收到的光點由S2移到S3,則說明被監視的液面(選填“上升”或“下降”)。
6.研究平面鏡成像特點的實驗情況如圖所示,燭焰在平面鏡中所成的像是_____像(實/虛),放在“燭焰”上的手指_____被燒痛(會/不會)。
7.如圖所示,電視遙控器對著天棚也能遙控電視機。圖中從A點發出的光(紅外線)經天棚MN反射後射入電視機B,試畫出其光路圖。
8.如圖所示為一個反射式路燈,S為燈泡位置,圖中已畫山燈泡射出的兩條最邊緣的出射光線。MN是一個可以調節傾斜程度的平面鏡。請在圖中畫出燈S照亮路面的範圍(保留作圖中必要的輔助線).請提出一種能夠增大燈照亮範圍的方法:______。
答案:
1.A2、A3、D4、70
5.上升,下降
6.虛,不會
7.注意作出A或B的像
8.注意作出S的像

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