7．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，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。

6.棱镜、光的色散

(1)白光通过三棱镜，要发生色散，从红到紫的方向是：

①同一介质对不同色光的折射率逐渐增大。

②在同一介质中不同色光的传播速度逐渐减小。

③光的频率逐渐增大。

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④在真空中的波长逐渐减小。

⑤光子的能量逐渐增大。

⑥从同种介质射向真空时发生全反射的临界角C减小。

⑦以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角增大。

以上各种色光的性质比较在定性分析时非常重要，一定要牢记。

(2)棱镜对光的偏折作用

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一般所说的棱镜都是用光密介质制作的。入射光线经三棱镜两次折射后，射出方向与入射方向相比，向底边偏折。(若棱镜的折射率比棱镜外介质小则结论相反。)

作图时尽量利用对称性(把棱镜中的光线画成与底边平行)。

由于各种色光的折射率不同，因此一束白光经三棱镜折射后发生色散现象(红光偏折最小，紫光偏折最大。)

在同一介质中，七色光与下面几个物理量的对应关系如表所示。

色光	红橙黄绿蓝靛紫
折射率	小大
偏向角	小大
频率	小小
速度	大小

(3)全反射棱镜

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横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。选择适当的入射点，可以使入射光线经过全反射棱镜的作用在射出后偏转90^o(左图)或180^o(右图)。要特别注意两种用法中光线在哪个表面发生全反射。

注意：着重理解两点：

其一，光的频率(颜色)由光源决定，与介质无关；光的传播速度由介质决定；光的波长由光源和介质共同确定。

其二，同一介质中，频率越大的光折射率越大．再应用等知识，就能准确而迅速地判断有关色光在介质中的传播速度、波长、入射线与折射线偏折程度等问题．

5.全反射和临界角

(1)当光线从光密介质射到光疏介质的界面上时，若入射角______临界角，则折射光线消失，只产生________的现象叫全反射．

产生全反射的条件是：

①________________________；

⑵____________________．两条件必须同时存在，才发生全反射。

(2)临界角：折射角等于__________时的入射角叫临界角．显然，临界角是一种特殊的入射角．当光线从某介质射入真空(或空气)时，其临界角的正弦值为___________．

注意：发生反射时，不一定发生折射，如：全反射时无折射；发生折射时，却一定存在反射。

4.折射率

(1)光由真空射人某种介质发生折射时，入射角的正弦跟折射角的正弦之比，叫做这种介质的折射率，即公式：n=sini/sinγ，折射率总大于1．即n＞1．

　说明：折射率是反映介质光学性质的物理量，它的大小由________决定，同时光的频率越高，折射率______。而与入射角、折射角的大小无关．

(2)与光速的关系　

介质的折射率等于光在真空中的速度与在该介质中的速度之比，即_________

说明：①由n=c/v可知，任何介质的折射率都___________ 1.

②由和，当光由真空(或空气)射入某种介质时，入射角_______折射角；当光由介质射入真空(或空气)时，入射角小于折射角．

③两种介质相比较，折射率较大的介质叫______介质，折射率较小的介质叫_________介质．

(3)分析光的折射时，一般需作出光路图，以便应用折射规律及光路图中提供的几何关系来解答．

在实际应用中，常见方法是：①三角形边角关系法；②近似法，即利用小角度时，θ≈tanθ≈sinθ的近似关系求解．

3．光的折射

(1)．折射现象：光从___________进入____________，传播方向发生改变的现象．

(2)．折射定律：折射光线、入射光线跟法线在同一平面内，折射光线、入射光线分居法线两侧，入射角的正弦跟折射角的正弦成_________．

(3)．在折射现象中光路是_______的．

2.光的反射定律

(1)光传播到两种介质的交界面上时，改变原来的传播方向而又返回到__________传播的现象即为光的反射现象。

(2)光的反射定律

①反射光线和入射光线、界面的法线在_________,反射光线和入射光线分别位于______________。

②__________等于___________

(3)在反射现象中，光路是________的。在有些问题中利用光路可逆，巧妙地把物点看成像点，或者把像点看成物点，对解决有些问题有很大的帮助。

1．光的直线传播

(1)在同一种_____________中，光是沿直线传播的，小孔成像、影的形成都是光直线传播的例证。如果介质分布不均匀，光在传播过程中就会发生弯折，海市蜃楼现象就是例证。

(2)光的传播过程也是__________传递的过程。

(3)光的传播速度

①光在真空中的传播速度为

②在其它介质中的速度，式中n为介质的折射率，n>1，故v<c。

(4)光年：光在真空中一年时间内传播的距离称之为1光年。注意光年是____单位而不是_______单位。

光年=C·t= C=3.0×10⁸m/s×365×24×3600s=9.46×10¹⁵m.

7.某同学在做“互成角度的两个力的合成”的实验时，利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置O点以及两只弹簧测力计拉力的大小，如图实－2－7(a)所示.

图实－2－7

(1)试在图(a)中作出无实验误差情况下F₁和F₂的合力图示，并用F表示此力.

(2)有关此实验，下列叙述正确的是　　.

A.两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大

B.橡皮筋的拉力是合力，两弹簧测力计的拉力是分力

C.两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置O.这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的效果相同

D.若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变，只需调整另一只弹簧测力计拉力的大小即可

(3)图(b)所示是甲和乙两位同学在做以上实验时得到的结果，其中哪一个比较符合实验事实？(力F′是用一只弹簧测力计拉时的图示)

答：　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.

(4)在以上比较符合实验事实的一位同学中，造成误差的主要原因是：(至少写出两种况)

答：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 .

解析：(1)如图所示.

(2)两弹簧测力计的拉力与橡皮条的拉力的合力为零，它们

之间不是合力与分力的关系，B错误；结点位置不变，合力

不变，当一只弹簧测力计的拉力大小改

变时，另一弹簧测力计的拉力的大小和方向必须都改变，故D错误；正确的选项只有A、C.

(3)用平行四边形定则求出的合力可以与橡皮条拉力的方向有偏差，但用一只弹簧测力计拉结点的拉力与橡皮条拉力一定在同一直线上，故甲符合实验事实.

(4)①F₁的方向比真实方向偏左；②F₂的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左；③作图时两虚线不分别与F₁线和F₂线平行.

答案：(1)见解析　(2)AC　(3)甲　(4)见解析

()

6.将橡皮筋的一端固定在A点，另一端拴上两根细绳，每根细绳分别连着一个量程为5 N、最小刻度为0.1 N的弹簧测力计，沿着不同的方向拉弹簧测力计.当橡皮筋的活动端拉到O点时，两根细绳相互垂直，如图实－2－6所示，这时弹簧测力计的示数可从图中读出.

图实－2－6

(1)由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为　　 N和　　 N.

(2)在图实－2－6所示的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力.

解析：两弹簧测力计的读数分别为4.00 N和2.50 N，作出合力如下图所示.

答案：(1)4.00　2.50　(2)见解析图