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折射率

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高中物理光學有兩大部分構成,一部分是幾何光學,另一部分是物理光學。前者研究的是光的傳播,后者研究的是光的本性。

在高中物理的幾何光學部分,折射率是最重要的一個概念(沒有之一)。

折射率的定義

光從真空射入介質發生折射時,入射角α的正弦值與折射角β正弦值的比值(sinα/sinβ)為一固定數值,叫做該介質的“絕對折射率”,簡稱“折射率”。

折射率我們用符號n來表示。

即n=sinα/sinβ;其中α是光從真空射入介質發生折射時的入射角,β為折射角。

需要注意的是,α永遠大于β,因此折射率n永遠大于1;

折射率的另外兩個公式

咱們高中物理考題中涉及到的折射率三個公式,第一個公式是其上述定義式:

n=sinα/sinβ

除此之外,折射率還有兩個常考公式,分別如下:

(1)n=c/v;

c指的是光在真空中的速度,v指的是光在該介質中的速度。

(2)n=1/sinC;

C指的是該介質的臨界角。

測定玻璃磚折射率的實驗

測定玻璃磚折射率的光路圖如圖所示。

折射率測定實驗圖

具體的操作步驟見教材內容。

從B點用肉眼觀測P4,讓P4將P1、P2、P3全部擋住,即形成A-O-O’-B的光路圖。

我們需要測定入射角與折射角,帶入定義式即可求解折射率n;

另外的一種求解折射率數值方法

如下圖所示,以O1為圓心,做一個適當的圓,與光線相較于P1與Q。過P1與Q做與玻璃磚平行的線,與法線相較于N和N'兩點。

連接P1N與QN',從幾何關系,不難看出,n=sinα/sinβ=P1N/QN';這種方法不用量角度,也不用查表計算,精度也能夠保證。

折射率

紅光和紫光的折射率比較

嚴格來說,是同一種物質中,紅光傳播的折射率和紫光傳播的折射率。

光的折射率與頻率正相關,別問為什么,記住吧。紫光的頻率大,折射率也更大。

兩者的不同,就猶如有人很胖,有人很瘦一樣,都是人啊。

其實也正是因為其折射率不同,我們才能分辨出來這兩種光,考慮下初中物理中講到的透鏡的色散。

全反射

什么是全反射?全反射是一種沒有折射的反射現象。

全反射現象:在光的折射部分,我們講到過:光由光密介質進入光疏介質時,會發生折射現象。

當入射角θ增加到某種情形時,折射線向表面進行偏折。當入射角達到一定值時,折射角就增大到了90°,此時我們就說光線全部反射了,沒有產生折射光線。

發生全反射的前提條件

發生全反射的前提條件是什么?

發生全反射必須滿足兩點:

其一是,光由光密介質進入光疏介質;

其二是,入射角大于臨界角。

折射率大物質更容易發生全反射

折射率大的物質,同等條件下光偏折能力更強,更容易發送全反射。

同學們要是不理解,可以夸張的分析下。思路如下:

如果物質的折射率為1,這就說明什么?說明光不會發生偏折,沿著直線前進;即該物質就等同于真空了。

顯然這種情況下,那么永遠不會發生全反射現象;具體全反射發生的條件,請見本文前面部分的說明。

高中物理考點答疑

學生物理學習問題與王尚老師答疑

學生學習問題1:折射率有單位嗎?

王尚老師:折射率沒有單位。

從折射率概念來看,入射角α的正弦值與折射角β正弦值的比值(n=sinα/sinβ)為一固定數值,沒有單位。

學生學習問題2:折射率為什么永遠大于1?

王尚老師:這是大自然界的規律。我們也可以做很多實驗,都會發現這樣的結論:

光從真空射入到任何一種可透光介質時,入射角都大于折射角。

結合折射率公式(n=sinα/sinβ)可知,α>β,根據數學運算可知,折射率在數值上,是永遠大于1的。

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作者:王尚,北京物理教師。文字校核:齊思源、崔強。本文權屬高中物理網所有。

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