一、光的反射和折射
（一）反射定律
反射光線(xiàn)和入射光線(xiàn)、界面的法線(xiàn)在同一平面內，反射光線(xiàn)和入射光線(xiàn)分別位于法線(xiàn)的兩側，反射角等于入射角。
（二）光的折射
1、定義：光由一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)或在同一種不均勻媒質(zhì)中傳播時(shí)，方向發(fā)生偏折的現象叫做光的折射。
2、圖示：如圖所示，AO為入射光線(xiàn)，O為入射點(diǎn)，OB為反射光線(xiàn)，OC為折射光線(xiàn)。
（1）入射角：入射光線(xiàn)與法線(xiàn)間的夾角i叫做入射角。
（2）折射角：折射光線(xiàn)與法線(xiàn)間的夾角r叫做折射角。
3、折射定律：折射光線(xiàn)位于入射光線(xiàn)與法線(xiàn)所決定的平面內，折射光線(xiàn)和入射光線(xiàn)分別位于法線(xiàn)兩側，入射角的正弦與折射角的正弦成正比。
這就是光的折射定律，也稱(chēng)斯涅爾定律（斯涅爾是荷蘭數學(xué)家）。
4、折射率
（1）光從真空射入某種介質(zhì)時(shí)，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫做這種介質(zhì)的折射率。折射率用n表示。即。
（2）某種介質(zhì)的折射率，等于光在真空中的傳播速度c與光在這種介質(zhì)中的傳播速度v之比。即：。
由于v＜c，所以任何介質(zhì)的折射率都大于1。
5、光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)
（1）概念
① 光疏介質(zhì)：兩種介質(zhì)中折射率較小的介質(zhì)叫做光疏介質(zhì)。
② 光密介質(zhì)：兩種介質(zhì)中折射率較大的介質(zhì)叫做光密介質(zhì)。
（2）理解
① 光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)是相對而言的。只有對給定的兩種介質(zhì)才能談光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)。沒(méi)有絕對的光密或光疏介質(zhì)。
② 光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)的界定是以折射率為依據的，與介質(zhì)的其他屬性（如密度等）無(wú)關(guān)。
③ 當光從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)時(shí)，折射角小于入射角；當光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，折射角大于入射角。
二、全反射和臨界角
1、全反射：當光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，折射角大于入射角。當入射角增大到某一角度時(shí)，折射角等于90°，此時(shí)，折射光完全消失，入射光全部返回原來(lái)的介質(zhì)中，這種現象叫做全反射。
2、臨界角
（1）定義：光從光密介質(zhì)射向光疏媒質(zhì)時(shí)，折射角等于90°時(shí)的入射角，叫做臨界角，用字母C表示。臨界角是指光由光密介質(zhì)射向光疏媒質(zhì)時(shí)，發(fā)生全反射現象時(shí)的最小入射角，是發(fā)生全反射的臨界狀態(tài)，當光由光密媒質(zhì)射入光疏媒質(zhì)時(shí)：
若入射角i＜C，則不發(fā)生全反射，既有反射又有折射現象。
若入射角i≥C，則發(fā)生全反射現象。
（2）臨界角的計算。
3、全反射的應用：光導纖維——光纖通訊
三、棱鏡和光的色散
1、棱鏡
（1）定義：各平面相交的透明體叫做棱鏡。通常把橫截面為三角形的棱鏡叫三棱鏡。
（2）作用：① 改變光的傳播方向；② 分光。
2、通過(guò)棱鏡的光線(xiàn)
（1）棱鏡對光線(xiàn)的偏折規律：如圖所示
①通過(guò)棱鏡的光線(xiàn)要向棱鏡底面偏折；
②棱鏡要改變光的傳播方向，但不改變光束的性質(zhì)。
a.平行光束通過(guò)棱鏡后仍為平行光束；
b.發(fā)散光束通過(guò)棱鏡后仍為發(fā)散光束；
c.會(huì )聚光束通過(guò)棱鏡后仍為會(huì )聚光束。
③出射光線(xiàn)和入射光線(xiàn)之間的夾角稱(chēng)為偏向角。
（2）棱鏡成像（如圖）
隔著(zhù)棱鏡看物體的像是正立的虛像，像的位置向棱鏡頂角方向偏移。
3、全反射棱鏡
（1）定義：橫截面為等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡。
（2）全反射棱鏡對光路的控制如圖所示：
（3）全反射棱鏡的優(yōu)點(diǎn)：
全反射棱鏡和平面鏡在改變光路方面，效果是相同的，相比之下，全反射棱鏡成像更清晰，光能損失更少。
4、光的色散
（1）光的色散：把復色光分解為單色光的現象叫光的色散。
白光通過(guò)棱鏡后，被分解為紅、橙、黃、綠、藍、靛和紫七種顏色（如圖）。
（2）正確理解光的色散：
①光的顏色由光的頻率決定。組成白光的各種單色光中，紅光頻率最小，紫光頻率最大。在不同介質(zhì)中，光的頻率不變。
②不同頻率的色光在真空中傳播速度相同。為c=3×108m/s。但在其他介質(zhì)中速度各不相同，同一種介質(zhì)中，紫光速度最小，紅光速度最大。
③同一介質(zhì)對不同色光的折射率不同，通常情況下頻率越高，在介質(zhì)中的折射率也越大，所以白 光進(jìn)入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，紫光偏折得最厲害，紅光偏折最小。
④由于色光在介質(zhì)中傳播時(shí)光速發(fā)生變化，則波長(cháng)也發(fā)生變化。同一色光在不同介質(zhì)中，折射率大的光速小，波長(cháng)短；折射率小的光速大，波長(cháng)長(cháng)。不同色光在同一介質(zhì)中，頻率高的折射率大，光速小，波長(cháng)短；頻率小的折射率小，光速大，波長(cháng)大。
例1、在折射率為n，厚度為d的玻璃板上方的空氣中有一點(diǎn)光源S，從S發(fā)出的光線(xiàn)SA以入射角θ射到玻璃板上表面，經(jīng)過(guò)玻璃板后從下表面射出，如圖所示，若沿此光線(xiàn)傳播的光從光源到玻璃板上表面的傳播時(shí)間與在玻璃板中的傳播時(shí)間相等，點(diǎn)光源S到玻璃板上表面的垂直距離應是多少？
解析：設點(diǎn)光源S到玻璃板上表面的垂直距離為L，光線(xiàn)在玻璃中的折射角為r，則光線(xiàn)從S到玻璃板上表面的傳播距離為，光線(xiàn)從S到玻璃板上表面的傳播時(shí)間為；光線(xiàn)在玻璃中的傳播距離為，光線(xiàn)在玻璃中的傳播時(shí)間為，根據題意，得
①
由折射定律得。
因為，
所以，，代入①式得
。
例2、從桌面上有一倒立的玻璃圓錐，其頂點(diǎn)恰好與桌面接觸，圓錐的軸（圖中虛線(xiàn)）與桌面垂直，過(guò)軸線(xiàn)的截面為等邊三角形，如圖所示，有一半徑為r的圓柱形平行光束垂直入射到圓錐的底面上，光束的中心軸與圓錐的軸重合。已知玻璃的折射率為1.5 ，則光束在桌面上形成的光斑半徑為（ ）
A. r B. 1.5r C. 2r D. 2.5r
解析：如圖所示，光線(xiàn)射到A或B時(shí)，入射角大于臨界角，發(fā)生全反射，而后由幾何關(guān)系得到第二次到達界面的時(shí)候垂直打出。O點(diǎn)為?ABC的重心，設EC=x，則由幾何關(guān)系得到：。解得光斑半徑x=2r
答案：C
例3、如圖所示，AB為一直光導纖維，AB之間距離為s，使一光脈沖信號從光導纖維中間入射，射入后在光導纖維與空氣的界面上恰好發(fā)生全反射，由A點(diǎn)傳輸到B點(diǎn)所用時(shí)間為t，求光導纖維所用材料的折射率n。
解析：光信號由A點(diǎn)進(jìn)入光導纖維后，沿AO方向照射到O點(diǎn)，此時(shí)入射角α恰好等于臨界角。光在此介質(zhì)中的速度為v，而沿水平方向的分速度為vsinα，沿水平方向傳播的距離為s。
解：設介質(zhì)的折射率為n，則有
，
由以上的三式解得，所以。
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