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折射率

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高中物理光学有两大部分构成,一部分是几何光学,另一部分是物理光学。前者研究的是光的传播,后者研究的是光的本性。

在高中物理的几何光学部分,折射率是最重要的一个概念(没有之一)。

折射率的定义

光从真空射入介质发生折射时,入射角α的正弦值与折射角β正弦值的比值(sinα/sinβ)为一固定数值,叫做该介质的“绝对折射率”,简称“折射率”。

折射率我们用符号n来表示。

即n=sinα/sinβ;其中α是光从真空射入介质发生折射时的入射角,β为折射角。

需要注意的是,α永远大于β,因此折射率n永远大于1;

折射率的另外两个公式

咱们高中物理考题中涉及到的折射率三个公式,第一个公式是其上述定义式:

n=sinα/sinβ

除此之外,折射率还有两个常考公式,分别如下:

(1)n=c/v;

c指的是光在真空中的速度,v指的是光在该介质中的速度。

(2)n=1/sinC;

C指的是该介质的临界角。

测定玻璃砖折射率的实验

测定玻璃砖折射率的光路图如图所示。

折射率测定实验图

具体的操作步骤见教材内容。

从B点用肉眼观测P4,让P4将P1、P2、P3全部挡住,即形成A-O-O’-B的光路图。

我们需要测定入射角与折射角,带入定义式即可求解折射率n;

另外的一种求解折射率数值方法

如下图所示,以O1为圆心,做一个适当的圆,与光线相较于P1与Q。过P1与Q做与玻璃砖平行的线,与法线相较于N和N'两点。

连接P1N与QN',从几何关系,不难看出,n=sinα/sinβ=P1N/QN';这种方法不用量角度,也不用查表计算,精度也能够保证。

折射率

红光和紫光的折射率比较

严格来说,是同一种物质中,红光传播的折射率和紫光传播的折射率。

光的折射率与频率正相关,别问为什么,记住吧。紫光的频率大,折射率也更大。

两者的不同,就犹如有人很胖,有人很瘦一样,都是人啊。

其实也正是因为其折射率不同,我们才能分辨出来这两种光,考虑下初中物理中讲到的透镜的色散。

全反射

什么是全反射?全反射是一种没有折射的反射现象。

全反射现象:在光的折射部分,我们讲到过:光由光密介质进入光疏介质时,会发生折射现象。

当入射角θ增加到某种情形时,折射线向表面进行偏折。当入射角达到一定值时,折射角就增大到了90°,此时我们就说光线全部反射了,没有产生折射光线。

发生全反射的前提条件

发生全反射的前提条件是什么?

发生全反射必须满足两点:

其一是,光由光密介质进入光疏介质;

其二是,入射角大于临界角。

折射率大物质更容易发生全反射

折射率大的物质,同等条件下光偏折能力更强,更容易发送全反射。

同学们要是不理解,可以夸张的分析下。思路如下:

如果物质的折射率为1,这就说明什么?说明光不会发生偏折,沿着直线前进;即该物质就等同于真空了。

显然这种情况下,那么永远不会发生全反射现象;具体全反射发生的条件,请见本文前面部分的说明。

高中物理考点答疑

学生物理学习问题与王尚老师答疑

学生学习问题1:折射率有单位吗?

王尚老师:折射率没有单位。

从折射率概念来看,入射角α的正弦值与折射角β正弦值的比值(n=sinα/sinβ)为一固定数值,没有单位。

学生学习问题2:折射率为什么永远大于1?

王尚老师:这是大自然界的规律。我们也可以做很多实验,都会发现这样的结论:

光从真空射入到任何一种可透光介质时,入射角都大于折射角。

结合折射率公式(n=sinα/sinβ)可知,α>β,根据数学运算可知,折射率在数值上,是永远大于1的。

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关于作者

作者:王尚,北京物理教师。文字校核:齐思源、崔强。本文权属高中物理网所有。

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