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波长与光的折射率和相关例题

2025-12-13 10:07:00课外拾零728

波长、光的折射率与光的传播性质密切相关。光的波长越短,折射率越大,传播方向的变化越快。gjv物理好资源网(原物理ok网)

例题:gjv物理好资源网(原物理ok网)

例1:在某种介质中,一束光以入射角为30°从空气射入水,已知光在水中的折射率为n=3/4,求这束光在水中的波长和在空气中的波长之比。gjv物理好资源网(原物理ok网)

解:根据光的折射定律n = \frac{sin\text{ }i}{sin\text{ }r},其中i为入射角,r为折射角,可得到折射角r = 20°。再根据光在介质中的速度公式v = c/n,其中c为真空中的光速,可得到光在水中的速度v = 4/3 c。gjv物理好资源网(原物理ok网)

又因为波长与光的速度成反比,所以有:\frac{λ_{水}}{λ_{空}} = \frac{v_{空}}{v_{水}} = \frac{c}{v_{水}} = \frac{3}{4}。gjv物理好资源网(原物理ok网)

例2:在某种介质中,一束光以入射角为60°从水中射向空气,已知光在空气中的波长为λ_{空} = 600nm,求这束光在空气中的折射率以及在水中的波长。gjv物理好资源网(原物理ok网)

解:根据光的折射定律n = \frac{sin\text{ }i}{sin\text{ }r},其中i为入射角,r为折射角,可得到折射角r = 45°。再根据光在介质中的速度公式v = c/n和光速公式c = \lambda f,其中f为光在真空中的频率,可得到这束光在空气中的频率f_{空} = \frac{c}{n_{空}\lambda_{空}}。gjv物理好资源网(原物理ok网)

又因为波长与光的频率成反比,所以有:\lambda_{水} = \frac{c}{v_{水}} × \frac{f_{空}}{\lambda_{空}} = \frac{3\lambda_{空}}{4} × \frac{f_{空}}{\lambda_{空}} = 0.75 × 600nm = 450nm。gjv物理好资源网(原物理ok网)

同时,空气中的折射率n_{空} = \frac{\lambda_{空}}{sin\text{ }i} = \frac{600nm}{sin60°} ≈ 1.8。gjv物理好资源网(原物理ok网)

需要注意的是,这些数值可能会因为不同的光线和不同的介质而有所不同。此外,这些公式也只适用于真空中或空气中传播的光线。对于其他介质中的光线传播,需要使用特定的公式和模型进行计算。gjv物理好资源网(原物理ok网)

波长与光的折射率的关系:gjv物理好资源网(原物理ok网)

在真空中,光速c=3.0×10^8m/s,光波长λ与折射率n有如下关系:n = c/λ。这个公式可以用来测量光的波长,进而根据波长和折射率来推算光的性质。gjv物理好资源网(原物理ok网)

例题:gjv物理好资源网(原物理ok网)

某激光器的波长为500nm,当它射出的激光在某透明介质中传播时,折射率为1.5。求:gjv物理好资源网(原物理ok网)

1. 该激光在该透明介质中的传播速度;gjv物理好资源网(原物理ok网)

2. 若激光在该介质中的传播距离为1m,求激光在该介质中传播的时间。gjv物理好资源网(原物理ok网)

解答:gjv物理好资源网(原物理ok网)

1. 由光速公式c=λf,其中f为光在真空中的频率,得频率为v=c/λ=6.0×10^14Hz。由n=c/v,得v=c/n=6.67×10^8m/s。所以该激光在该透明介质中的传播速度为v'=v/n=6.67×10^7m/s。gjv物理好资源网(原物理ok网)

2. 由v=s/t,得t=s/v'=1/(6.67×10^7)=1.5×10^-7s。所以激光在该介质中传播的时间为1.5×10^-7秒。gjv物理好资源网(原物理ok网)

波长、光的折射率是光学中两个非常重要的物理量,它们在光的传播过程中起着不同的作用。gjv物理好资源网(原物理ok网)

波长是描述光波在空间中周期性变化的振幅大小的物理量,以λ表示。波长越长,光波的波动性就越明显。例如,红光的波长比蓝光长,因此红光比蓝光的波动性更明显。gjv物理好资源网(原物理ok网)

光的折射率则是描述光在两种不同的介质之间传播时发生折射的特性。折射率越大,光线的折射程度就越强。通常用n表示光的折射率。gjv物理好资源网(原物理ok网)

当光线从一种介质(例如空气)进入另一种介质(例如水或玻璃)时,由于介质对光的折射率不同,光线会发生偏折。偏折的角度与折射率有关,折射率越大,偏折角度就越大。gjv物理好资源网(原物理ok网)

以下是一些关于波长和光的折射率的常见问题:gjv物理好资源网(原物理ok网)

1. 为什么有些颜色在光谱中的波长更长?gjv物理好资源网(原物理ok网)

答:这是因为光的波长与光的频率有关。在可见光范围内,红光的波长最长,而蓝光的波长最短。这是由于光的波粒二象性决定的。gjv物理好资源网(原物理ok网)

2. 为什么折射率越大,光线偏折角度就越大?gjv物理好资源网(原物理ok网)

答:这是因为折射率越大,介质中的光速就越小,因此光线在介质中传播时就会受到更大的影响,导致偏折角度变大。gjv物理好资源网(原物理ok网)

3. 如何通过测量光的波长和折射率来判断光的性质?gjv物理好资源网(原物理ok网)

答:可以通过测量光的波长和折射率来判断光的性质。如果折射率较大,那么光线可能是偏振光;如果波长较长,那么光线可能是红光或红外光等。gjv物理好资源网(原物理ok网)

4. 为什么有些材料对光的反射率高?gjv物理好资源网(原物理ok网)

答:这是因为材料的折射率很大,光线在材料表面发生反射后仍然有很强的折射效果。这通常发生在金属等高反射材料上。gjv物理好资源网(原物理ok网)

以上问题可以帮助我们更好地理解波长和光的折射率在光学中的重要性。gjv物理好资源网(原物理ok网)