高中物理 第13章 光 1 光的反射和折射 新人教版选修3-4A

1、第十三章光,1光的反射和折射,填一填,练一练,1.反射及反射定律(见课本第44页) (1)光的反射:光从一种介质照射到与另一种介质的分界面时,一部分光会返回到第一种介质的现象。 (2)反射定律:反射光线与入射光线、法线处在同一平面内,反射光线与入射光线分别位于法线的两侧;反射角等于入射角,填一填,练一练,2.折射及折射定律(见课本第45页) (1)光的折射与折射定律: 光的折射:光从一种介质斜射到两种介质的分界面时,进入另一种介质的一部分光线传播方向发生改变的现象。 入射角与折射角: 入射角:入射光线与法线的夹角。 折射角:折射光线与法线的夹角。 折射定律:折射光线与入射光线、法线处在同一平面

2、内,折射光线与入射光线分别位于法线的两侧;入射角的正弦与折射角的正弦成正比。 (2)光路可逆:在光的反射和折射现象中,光路都是可逆的,填一填,练一练,3.折射率(见课本第45页) (1)定义:光从真空射入某种介质发生折射时,入射角的正弦与折射角的正弦之比,叫作这种介质的绝对折射率,简称折射率,用符号n表示。 (3)物理意义:是一个与介质有关的常数,反映介质的光学性质。 (4)用光速表示的折射率公式: ,某种介质的折射率,等于光在真空中传播的速度c与光在这种介质中的传播速度v之比。 (5)特点:任何介质的折射率都大于1,填一填,练一练,一束光线从空气射向折射率为1.5的玻璃内,入射角为45,下面

3、光路图中正确的是() 解析:光在两介质的界面上通常同时发生反射和折射,所以选项A错误;由反射定律知反射角为45,根据折射定律n= 得12,故选项B错误,C正确;画光线时必须带箭头,D不是光路图,选项D错误。 答案:C,探究一,探究二,探究三,探究一对光的折射现象的理解 问题导引 有经验的渔民叉鱼时,不是正对着看到的鱼去叉,而是对着所看到鱼的下方叉,如图所示。你知道这是为什么吗,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,名师精讲 1.光的方向:光从一种介质进入另一种介质时,传播方向一般要发生变化,但并非一定要变化,当光垂直界面入射时,光的传播方向就不变化。 2.光的速度:光从一种介质进入另

4、一种介质时,速度一定变化,当光垂直界面入射时,光的传播方向虽然不变,但也属于折射现象,因为光传播的速度发生了变化。 3.入射角与折射角的大小关系:光从一种介质进入另一种介质发生折射时,折射角与入射角的大小关系不要一概而论,要视两种介质的折射率大小关系而定,探究一,探究二,探究三,4.对折射现象的理解 (1)特殊情况:当光垂直于界面入射时,虽然光的传播方向不变,但光速变了,因此也属于折射。 (2)光线的偏折方向:光线从折射率小的介质斜射入折射率大的介质,折射光线向法线偏折,反之将偏离法线。 (3)光路可逆性:光由介质射入空气或真空时,折射角2大于入射角1。根据光路可逆,可认为光由空气或真空以入射

5、角2入射,对应的折射角为1,探究一,探究二,探究三,典例剖析 【例题1】 如图所示,一小孩站在宽6 m的河边,在他正对面的岸边有一距离河面高度为3 m的树,树的正下方河底有一块石头,小孩向河面看去,可同时看到树顶和石头两者的像,并发现两个像重合,若小孩的眼睛离河面高为1.5 m,河水的折射率为 ,试估算河水深度。 点拨:根据题意,正确作出光路图,明确入射角、反射角、折射角间的关系是解答此题的关键,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,变式训练138190074 光线以入射角1从空气射入折射率n= 的透明介质表面,如图所示。 (1)当入射角1=45时,求反射光线与折射光线间的夹角。 (

6、2)当tan 1的值等于多少时,反射光线与折射光线间的夹角=90,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,变式训练2一条光线以40的入射角从真空射到平板透明材料上,光的一部分被反射,一部分被折射,折射光线与反射光线的夹角可能是() A.小于40B.在50100之间 C.在100140之间 D.大于140,探究一,探究二,探究三,解析: 由 1得折射角21=40,由反射定律得3=1=40,如图所示,故折射光线与反射光线的夹角=180-3-2=140-2,所以100140,故选项C正确。 答案:C,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,探究二对折射率的理解 问题导引 下表是在探究

7、光由真空射入某种透明介质发生折射时的规律时得到的实验数据,请在表格基础上思考以下问题,探究一,探究二,探究三,1)随着入射角的增大,折射角怎样变化? (2)当入射角与折射角发生变化时,有没有保持不变的量,探究一,探究二,探究三,名师精讲 1.关于正弦值:当光由真空射入某种介质时,入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的,但正弦值的比值是一个常数。 2.关于常数n:入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一个常数,但不同介质具有不同的常数,说明常数反映了该介质的光学特性。 3.折射率与光速的关系:光在介质中的传播速度v跟介质的折射率n有关,即 。由于光在真空中的传播速度c大于光在任何其他介质中的传

8、播速度v,所以任何介质的折射率n都大于1。 4.决定因素:介质的折射率是反映介质的光学性质的物理量,它的大小由介质本身及光的性质共同决定,不随入射角、折射角的变化而变化,探究一,探究二,探究三,典例剖析 【例题2】 光线以60的入射角从空气射入玻璃中,折射光线与反射光线恰好垂直。(真空中的光速c=3.0108 m/s) (1)画出折射光路图。 (2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的传播速度。 (3)当入射角变为45时,折射角的正弦值是多大? (4)当入射角增大或减小时,玻璃的折射率是否变化,探究一,探究二,探究三,解析:(1)由题意知入射角1=60,反射角=60,折射角2=180-60-90=3

9、0,光路图如图所示,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,变式训练3 如图所示,一束激光垂直于AC面照射到等边玻璃三棱镜的AB面上。已知AB面的反射光线与折射光线的夹角为90。光在真空中的传播速度为c。求: (1)玻璃的折射率; (2)激光在玻璃中传播的速度,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,探究三测定玻璃的折射率 问题导引 做实验用的玻璃砖是梯形的,我们通常用两个相互平行的面来测定玻璃的折射率,想一想是否可以用相邻的两个不平行的面来测定玻璃的折射率呢,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,名师精讲 1.实验步骤 (1)如图所示,将白纸

10、用图钉钉在平木板上。 (2)在白纸上画出一条直线aa作为界面(线),过aa上的一点O画出界面的法线NN,并画一条线段AO作为入射光线。 (3)把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的长边跟aa对齐,画出玻璃砖的另一边bb,探究一,探究二,探究三,4)在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线方向直到P2的像挡住P1的像,再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3及P1、P2的像,记下P3、P4的位置。 (5)移去大头针和玻璃砖,过P3、P4所在处作直线OB与bb交于O,直线OB就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的

11、传播方向。 (6)连接OO,入射角1=AON,折射角2=OON,用量角器量出入射角和折射角。 (7)用上述方法测出入射角1分别为30、45、60时的折射角2,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,3)单位圆法:在不使用量角器的情况下,可以用画单位圆法。 以入射点O为圆心,以一定长度R为半径画圆,交入射光线OA于E点,交折射光线OO于E点,过E作NN的垂线EH,过E作NN的垂线EH,如图所示,探究一,探究二,探究三,3.注意事项 (1)实验时,尽可能将大头针竖直插在纸上,且大头针之间及大头针与光线转折点之间的距离要稍大一些。 (2)入射角1应适当大一些,以减小测量角度的误差,但入射角不

12、宜太大。 (3)在操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁面,更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。 (4)在实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。 (5)玻璃砖应选用宽度较大的,宜在5 cm以上。若宽度太小,则测量误差较大,探究一,探究二,探究三,4.实验误差 (1)入射光线和出射光线画得不够精确。因此,要求插大头针时两大头针间距应稍大。 (2)入射角、折射角测量不精确。为减小测角时的相对误差,入射角要稍大些,但不宜太大,入射角太大时,反射光较强,折射光会相对较弱,探究一,探究二,探究三,典例剖析 【例题3】 在“测定玻璃的折射率”实验中,主要步骤如下: (1)如图,在放置好平行玻璃砖的白纸上竖直插上

13、大头针P1、P2确定入射光线,然后在另一侧透过玻璃砖观察,插上大头针P3,使它挡住P2、P1的像,接着插上第四枚大头针P4,使它挡住; (2)撤去玻璃砖,在实验记录图(如图)中补画出完整的光路图; (3)根据正确的光路图进行测量和计算,求得该玻璃砖的折射率n=(保留一位小数,探究一,探究二,探究三,解析:(1)第四枚大头针P4要挡住P3及P2、P1的像; (2)光路如图所示; (3)根据正确的光路图进行测量可得入射角1=45,折射角2=30,得该玻璃砖的折射率 答案:(1)P3及P2、P1的像(2)光路图见解析(3)1.4,探究一,探究二,探究三,变式训练438190075某同学设计了一个测量

14、液体折射率的仪器,如图所示。 在一个圆形木盘上过其圆心O作两条相互垂直的直径BC、EF,在半径OA上垂直圆盘面插下两枚大头针P1、P2并保持P1、P2的位置不变,每次测量时,让圆盘的BFC部分竖直浸入液体中,而且总使得液面与直径BC相平,EF为界面的法线,而后在图中右上方区域观察P1、P2的像,并在圆周上插上大头针P3,使P3正好挡住P1、P2。同学们通过计算,预先在圆周EC部分刻好了折射率的值。这样只要根据P3所插的位置,就可直接读出液体折射率的值,探究一,探究二,探究三,1)若AOF=30,OP3与OC的夹角为30,则P3处所对应的折射率的值为。 (2)图中P3、P4两位置哪一处所对应的折

15、射率值大?。 (3)作AO的延长线交圆周于K,K处所对应的折射率的值应为。 解析:(1)此时OP3与OE之间的夹角为入射角,1=60,2=30,则 (2)P4对应的入射角大,折射角相同,所以对应的折射率大。 (3)当在K位置时,入射角与折射角相等,所以折射率等于1。 答案:(1) (2)P4(3)1,1 2 3 4 5,1 2 3 4 5,2.关于光的折射,下列说法中错误的是() A.折射光线一定在法线和入射光线所确定的平面内 B.入射光线和法线与折射光线不一定在一个平面内 C.入射角总大于折射角 D.光线从空气斜射入玻璃时,入射角大于折射角 解析:根据折射定律,入射光线、折射光线和法线一定在

16、同一平面内,选项B错误;入射角不一定总大于折射角,选项C错误。 答案:BC,1 2 3 4 5,3.一束光线与水面方向成30角,从空气射入水中,其反射光线和折射光线恰好垂直,则反射角和折射角分别为() A.30,30B.60,60 C.60,30D.30,60 解析: 画光路图如图所示,入射角与反射角相等,故入射角为60,反射角也为60,故选项A、D错误;由几何知识,折射角为30,故选项B错误,C正确。 答案:C,1 2 3 4 5,4.某同学用“插针法”做测定玻璃折射率实验时,他的方法和操作步骤都正确无误,但他处理实验记录时,发现玻璃砖的两个光学面aa和bb不平行,如图,则() A.P1P2与P3P4两条直线平行 B.P1P2与P3P4两条直线不平行 C.他测出的折射率偏大 D.他测出的折射率不受影响,1 2 3 4 5,解析:光线由aa进入玻璃砖时,由折射定律得 ,光线由bb射出玻璃砖时,由折射定律得 。若aabb,则有1=,进而有=2,出射光线OB与入射光线AO平行。若