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一、全反射
1.全反射現(xiàn)象:光照射到兩種介質(zhì)界面上時,光線全部被反射回原介質(zhì)的現(xiàn)象。
2.全反射條件:光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì),且入射角大于或等于臨界角。
3.臨界角公式:光線從某種介質(zhì)射向真空(或空氣)時的臨界角為C,則sinC=1/n=v/c
【例3】一個橫截面為半圓形的光學元件,其材料的折射率為n=■,一束平行光以45°的入射角射向其上表面,如圖所示。求:在圖中標出入射光能從其半圓面上射出的范圍。
解析:如圖所示,設平行光射入該元件后的折射角為θ,根據(jù)折射定律定義:n=■,可得θ=30°,由于所有入射光的入射角都相同,所以射入該元件后所有的折射光線仍然平行。這些光線中,從圓心O射入的光線到達半圓周上的C點時,入射角為00,因此一定有光線射出。從C點向左右兩邊移動,射到半圓周上的光線的入射角都將逐漸增大。當入射角增大到臨界角時,光線發(fā)生全反射,不再能夠從該元件射出。由sinθ0=■,不難求出臨界角為θ0=45°。設光線射到C點左邊某一點A時剛好有入射角α=θ0=45°,從圖中可以看出ΔAOD中β=60°,所以γ=75°;同理設光線射到C點右邊某一點B時剛好有入射角α=θ0=45°,從圖中可以看出ΔBOE中的δ=15°。只有以上得到的A、B兩點間的圓弧上,才有光線射出。AB弧的度數(shù)是90°。
二、棱鏡與光的色散
1.棱鏡對光的偏折作用
一般所說的棱鏡都是用光密介質(zhì)制作的。入射光線經(jīng)三棱鏡兩次折射后,射出方向與入射方向相比,向底邊偏折。
由于各種色光的折射率不同,因此一束白光經(jīng)三棱鏡折射后發(fā)生色散現(xiàn)象,在光屏上形成七色光帶(稱光譜)(紅光偏折較小,紫光偏折較大。)在同一介質(zhì)中,七色光與下面幾個物理量的對應關系如表所示:
■
【例4】如圖所示,一細束紅光和一細束藍光平行射到同一個三棱鏡上,經(jīng)折射后交于光屏上的同一個點M,若用n1和n2分別表示三棱鏡對紅光和藍光的折射率,下列說法中正確的是( )
A.n1
B.n1
C.n1>n2,a為紅光,b為藍光
D.n1>n2,a為藍光,b為紅光
解:由圖可知,b光線經(jīng)過三棱鏡后的偏折較小,因此折射率較小,是紅光。
2.全反射棱鏡
橫截面是等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡。選擇適當?shù)娜肷潼c,可以使入射光線經(jīng)過全反射棱鏡的作用在射出后偏轉(zhuǎn)90°(右圖1)或180°(右圖2)。要特別注意兩種用法中光線在哪個表面發(fā)生全反射。
【例5】如圖所示,自行車的尾燈采用了全反射棱鏡的原理。它雖然本身不發(fā)光,但在夜間騎行時,從后面開來的汽車發(fā)出的強光照到尾燈后,會有較強的光被反射回去,使汽車司機注意到前面有自行車。尾燈的原理如圖所示,下面說法中正確的是( )
A。汽車燈光應從左面射過來在尾燈的左表面發(fā)生全反射
B。汽車燈光應從左面射過來在尾燈的右表面發(fā)生全反射
C。汽車燈光應從右面射過來在尾燈的左表面發(fā)生全反射
D。汽車燈光應從右面射過來在尾燈的右表面發(fā)生全反射
解:利用全反射棱鏡使入射光線偏折180°,光線應該從斜邊入射,在兩個直角邊上連續(xù)發(fā)生兩次全反射,所以選C。
3.玻璃磚
所謂玻璃磚一般指橫截面為矩形的棱柱。當光線從上表面入射,從下表面射出時,其特點是:
、派涑龉饩和入射光線平行;
、聘鞣N色光在先進次入射后就發(fā)生色散;
、巧涑龉饩的側(cè)移和折射率、入射角、玻璃磚的厚度有關;
、瓤衫貌AТu測定玻璃的折射率。
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