4．棱镜

(1)棱镜对光的偏折作用

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。)

(2)全反射棱镜

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(右图1)或180^o(右图2)。要特别注意两种用法中光线在哪个表面发生全反射。

3．边作图边计算

有关光的折射和全反射，在解题时要把计算和作图有机地结合起来，根据数据计算反射角、折射角，算一步画一步，画一步在根据需要算一步。作图要依据计算结果，力求准确。

2．各种色光性质比较

可见光中，红光的折射率n最小，频率ν最小，在同种介质中(除真空外)传播速度v最大，波长λ最大，从同种介质射向真空时发生全反射的临界角C最大，以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小(注意区分偏折角和折射角)。

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。

目的要求

复习折射定律和全反射现象。

知识要点

1．光的折射

(1)折射定律：折射定律的各种表达形式：

　(θ₁为入、折射角中的较大者。)

(2)折射光路也是可逆的。

(3)全反射。

3．光路图作法

(1)根据平面镜成像的特点，在作光路图时，可以先画像，后补光路图。

(2)充分利用光路可逆：在平面镜的计算和作图中要充分利用光路可逆。(眼睛在某点A通过平面镜所能看到的范围和在A点放一个点光源，该电光源发出的光经平面镜反射后照亮的范围是完全相同的。)

(3)利用边缘光线作图确定范围

例题分析

例1：如图所示，画出人眼在S处通过平面镜可看到障碍物后地面的范围。

解：先根据对称性作出人眼的像点S^/，再根据光路可逆，设想S处有一个点光源，它能通过平面镜照亮的范围就是人眼能通过平面镜看到的范围。图中画出了两条边缘光线。

例2：如图所示，用作图法确定人在镜前通过平面镜可看到AB完整像的范围。

解：先根据对称性作出AB的像A^/B^/，分别作出A点、B点发出的光经平面镜反射后能射到的范围，再找到它们的公共区域(交集)。就是能看到完整像的范围。

2．平面镜成像

像的特点：平面镜成的像是正立等大的虚像，像与物关于镜面为对称。

目的要求

复习光的反射定律和平面镜成像。

知识要点

1．反射定律。

2.光速　

光在真空中的转播速度为c=3.00×10⁸m/s。

⑴光在不同介质中的传播速度是不同的。根据爱因斯坦的相对论光速不可能超过c。

⑵近年来(1999-2001年)科学家们在极低的压强(10^-9Pa)和极低的温度(10^-9K)下，得到一种物质的凝聚态，光在其中的速度降低到17m/s，甚至停止运动。

⑶也有报道称在实验中测得的光速达到1011m/s，引起物理学界的争论。

例题分析

例：如图所示，在A点有一个小球，紧靠小球的左方有一个点光源S。现将小球从A点正对着竖直墙平抛出去，打到竖直墙之前，小球在点光源照射下的影子在墙上的运动是　　

A.匀速直线运动　　　 　　B.自由落体运动

C.变加速直线运动　　 　　D.匀减速直线运动

解：小球抛出后做平抛运动，时间t后水平位移是vt，竖直位移是h=　 gt²，根据相似形知识可以由比例求得，因此影子在墙上的运动是匀速运动。

目的要求

复习光在媒质中的传播和光速。

知识要点

1.光在同一种均匀介质中是沿直线传播的。

前提条件是在同一种介质，而且是均匀介质。否则，可能发生偏折。如光从空气斜射入水中(不是同一种介质)；“海市蜃楼”现象(介质不均匀)。

当障碍物或孔的尺寸和波长可以相比或者比波长小时，将发生明显的衍射现象，光线将可能偏离原来的传播方向。

解光的直线传播方面的计算题(包括日食、月食、本影、半影问题)关键是画好示意图，利用数学中的相似形等几何知识计算。

§1.几何光学