2020-2021学年物理新教材人教版选择性必修第一册学案：第4章 1 光的折射 Word版含解析

1、1光的折射学习目标：1.物理观念理解光的折射定律、折射率的物理意义，知道折射率与光速的关系2.会根据光的折射定律作出光路图，并能用来解释和计算有关问题阅读本节教材，回答第80页“问题”并梳理必要知识点教材第80页问题提示：是在昆虫实际位置的上方一、折射定律1光的反射和光的折射(1)光的反射：光从第1种介质射到第1种介质与第2种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质，这种现象叫作光的反射如图所示(2)光的折射：光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时，一部分光进入第2种介质的现象2折射定律(1)内容：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦

2、与折射角的正弦成正比，即n12.(2)在光的折射现象中，光路是可逆的二、折射率1物理意义反映介质的光学性质的物理量2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，即n.3折射率与光速的关系某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n.4特点任何介质的折射率都大于1.1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)反射定律是确定反射光线位置的规律()(2)一束光从空气进入水中时传播方向一定改变()(3)当光从空气垂直进入水中时，水的折射率为0.()(4)折射率大的介质，密度不一定大()2(多选)关于光

3、的反射与折射，下列说法正确的是()a光发生反射时，光的传播方向不一定改变b光发生反射时，光的传播方向一定改变c光发生折射时，一定伴随着反射现象d光发生反射时，一定伴随着折射现象bc发生反射时，光的传播方向一定发生改变，且可以改变90，a错，b对；发生折射时，一定伴随着反射现象，但有反射现象，不一定有折射现象，c对，d错3若某一介质的折射率较大，那么光在该介质中的速度较_解析由n可知，介质的折射率越大，光在该介质中的速度越小答案小折射定律问题1：看筷子的视深和实深相同吗？问题2：甲、乙两个图中，虚线代表什么？问题3：观察筷子和鱼的折射现象，其原理是什么？提示：1.不相同2.虚线表示光不发生折射时

4、的传播路线3光从水射入空气中，由于介质不同使光路发生偏折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(斜射)，并非一定变化，当光垂直界面入射时，传播方向就不发生变化2.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而定当光从真空斜射入介质时，入射角大于折射角；当光从介质斜射入真空时，入射角小于折射角【例1】(多选)如图所示，虚线表示两种介质的界面及其法线，实线表示一条光线射向界面后发生反射和折射的光线，以下说法正确的是()abo可能是入射光线bao可能是入射光线cco可能是入射光线dob可能是反射光线bd由

5、于反射角等于入射角，入射光线、反射光线关于法线对称，所以ao、ob应是入射光线或反射光线，pq是法线又因为反射光线、折射光线都不与入射光线位于法线同侧，所以ao是入射光线，ob是反射光线，oc是折射光线(1)在反射、折射现象中，光路都是可逆的.(2)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；当光垂直分界面入射时，光的传播方向就不会变化.1如图所示，落山的太阳看上去正好在地平线上，但实际上太阳已处于地平线以下，观察者的视觉误差大小取决于当地大气的状况造成这种现象的原因是什么？解析太阳光线进入大气层发生折射，使传播方向改变，使人感觉太阳的位置比实际位置偏高答案光的折射

6、折射率几种介质的折射率(589.3 nmt20 )介质折射率介质折射率金刚石2.42氯化钠1.54二硫化碳1.63酒精1.36玻璃1.51.8水1.33水晶1.55空气1.000 28分析上表，是不是密度大的物质折射率就大？举例说明提示：不是例如：水的密度比酒精的密度大，但水的折射率却比酒精的折射率小1关于正弦值当光由真空射入某种介质中，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但正弦值之比是一个常数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，说明常数反映着该介质的光学特性3光传播速度介质的折射率n跟光在其中的传播速率v有关，即n，由于光在真空中的传播

7、速率c大于光在任何介质中的传播速率v，所以任何介质的折射率n都大于1.因此，光从真空斜射入任何介质时，入射角均大于折射角；而光由介质斜射入真空时，入射角均小于折射角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，它的大小只能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【例2】如图所示，光线以入射角1，从空气射向折射率为n的玻璃表面(1)当入射角145时，反射光线与折射光线间的夹角为多大？(2)当入射角1为多少时，反射光线与折射光线垂直？思路点拨：本题主要考查反射角、入射角和折射角的概念，首先应弄清反射角、折射角和入射角的含义，然后根据光路图，利用几何知识解题解析(1)由折射

8、定律有n，解得sin 2，则230，由反射定律得1145，由几何关系可知反射光线与折射光线间的夹角为105.(2)当反射光线与折射光线垂直时，1290则ntan 1故1arctan54.74.答案(1)105(2)54.74处理光的折射问题的一般思路(1)根据题意画出正确的光路图(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、折射角均是光线与法线的夹角(3)利用折射定律、折射率公式列式求解2(多选)如图所示，一单色光由介质射入介质，在界面mn上发生偏折下列说法正确的是()a该光在介质中传播的速度大b该光在介质中传播的速度大c该光在介质中和介质中传播的速度之比为1d该光在介质中和介质中

9、传播的速度之比为1bd由题图知该光在介质中的折射角较大，则介质的折射率大于介质的折射率，根据折射率与光速的关系可知光在介质中传播的速度大；介质相对介质的折射率为n，则该光在介质中和介质中传播的速度之比为1.选项b、d正确测量玻璃的折射率1实验原理如图所示，abcd为一个两面平行的玻璃砖，入射角为1，折射角为2，根据n计算出玻璃的折射率2实验器材白纸，图钉，大头针，直尺，铅笔，量角器，平木板，长方形玻璃砖3实验步骤(1)在白纸上画出一条直线aa作为界面，过aa上的一点o1画出界面的法线nn，并画一条线段ao1作为入射光线，如图所示(2)把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边与aa对齐用直尺或三

10、角板轻靠在玻璃砖的另一长边，按住直尺或三角板不动将玻璃砖取下，画出直线bb代表玻璃砖的另一边(3)在直线ao1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挡住p1的像再在观察的这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以及p1、p2的像，记下p3、p4的位置过p3、p4作一条线段交bb于o2.(4)连接o1o2，直线o1o2就代表了沿ao1方向入射的光线在玻璃砖中的传播路径，入射角1ao1n，折射角2o2o1n.4实验注意事项(1)所用玻璃砖要尽可能厚(2)尽可能将大头针竖直插在纸上，且p1与p2之间、p3与p4之间

11、距离要稍大一些(3)在实验过程中，玻璃砖与白纸的位置都不能改变(4)操作时不能用手触摸玻璃砖光洁的光学面，更不能用玻璃砖代替直尺画线，以免划伤玻璃砖表面(5)实验时入射角不能太小(接近零度)，否则会使测量误差增大；也不能太大(接近90)，否则不易观察到p1、p2的像5实验数据处理(1)平均值法计算出入射角不同时，入射角的正弦与折射角的正弦的比值，最后求出在几次实验中所测的平均值，即为玻璃砖的折射率(2)图像法根据n，有sin 2sin 1.在多次改变入射角、测量相对应的入射角和折射角并计算正弦值的基础上，以sin 1的值为横坐标，sin 2的值为纵坐标，建立直角坐标系，如图所示描点画线得到一条

12、过原点的直线，求解图线的斜率，设斜率为k，则k，故玻璃砖折射率n.6实验误差分析(1)误差来源本实验误差的主要来源是测量光在玻璃中的折射角2的误差(2)减小误差的方法选用宽度较大的玻璃砖，玻璃砖宽度宜在5 cm以上，若宽度太小则测量误差较大入射角宜在1575范围内取值在纸上画aa、bb两条线时，应尽量准确地与玻璃砖的两个平行的折射面重合，这样，两交点o1、o2才能与光线的实际入射点较好地相符，否则将使画出的玻璃中的光路与实际情况偏离严重名师点睛：插针的作用是找出玻璃砖内的光路，其关键是确定入射点和出射点，而入射点和出射点是利用插针后确定的直线与界面相交而得到的，故实验的关键是插准大头针，画准玻

13、璃砖边界线，而与所选玻璃砖两边是否平行无关如用半圆形、圆形或三角形玻璃砖，均可测出其折射率，光路如图所示nnn(a) (b)(c)【例3】用圆弧状玻璃砖做测量玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针p1、p2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使p1的像被p2挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针p3和p4，使p3挡住p1和p2的像，p4挡住p3以及p1和p2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中o为两圆弧所在圆的圆心，图中已画出经过p1、p2点的入射光线(1)在图上补画出完整的光路(2)为了测出玻璃砖的折射率，需要测量入射角i和

14、折射角r，请在图中的ab分界面上画出这两个角(3)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角i和折射角r的正弦值，画出了如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n_.甲乙思路点拨：插针法的目的在于确定光路，由四个针的位置可以分别确定进入玻璃砖前和射出玻璃砖后的光路，从而确定光线进入和射出玻璃砖的位置，并画出玻璃砖中的光路解析(1)p3、p4的连线与cd的交点即为光线从玻璃砖中射出的位置，p1、p2的连线与ab的交点即为光线进入玻璃砖的位置，连接这两点即可作出玻璃砖中的光路，如图所示(2)连接o点与光线在ab上的入射点所得直线即为法线，作出入射角和折射角如图中i、r所示(3)图乙

15、中图线的斜率kn，由图乙可知斜率为1.5，即该玻璃砖的折射率为1.5.答案(1)见解析图(2)见解析图(3)1.53(多选)某同学用“插针法”做测量玻璃折射率实验时，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，如图所示，则()aao与ob两条直线平行bao与ob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bd光线由aa进入玻璃砖时，由折射定律得n.光线从bb射出玻璃砖时，由折射定律得n，若aabb，则r，进而i，出射光线ob与入射光线ao平行；若aa与bb不平行，则有r，进而i，出射光线ob与入射光线ao不平行，故选项b正确，a错误；

16、用“插针法”测玻璃折射率时，只要实验方法正确，光路准确无误，结论必定正确，它不受玻璃的形状影响，故选项d正确，c错误1物理观念：光的反射、折射、折射率、折射定理2科学思维：平面几何知识的应用3科学探究：探究折射角和入射角间的关系.1(多选)关于折射率，下列说法正确的是()a某种介质的折射率等于光在介质中传播速度v和光在真空中的传播速度c的比值b折射角和入射角的大小决定着折射率的大小c两种介质相比较，折射率小的介质折光性较差d任何介质的折射率都大于1cd某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度c与光在介质中传播速度v的比值，a不对；折射率与折射角和入射角的大小无关，b不对；折射率是衡量材料光学性

17、能的重要指标，c、d对2(多选)如图所示，光在真空和某介质的界面mn上发生折射，由图可知()a光是从真空射入介质的b光是由介质射入真空的c介质的折射率为d反射光线与折射光线的夹角为90bcd根据题图可知，入射角为30，折射角为60，反射光线与折射光线垂直，光是从介质射入真空的，折射率n，只有b、c、d正确3假设地球表面不存在大气层，那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比将_(选填“提前”或“延后”)解析假如地球周围没有大气层，太阳光将沿直线传播，如图所示在地球上b点的人们将在太阳到达a点时看到日出；而地球表面有大气层，由于空气的折射率大于1，并且离地球表面越近，大气层越密，折射率越大，太阳光将沿如图所示ab曲线射入在b处的人眼中，使在b处的人看到了日出但b处的人认为光是沿直线传播，则认为太阳位于地平线上的a点，而此时太阳还在地平线下，日出的时间提前了，所以无大气层时日出的时间将延后答案延后4在利用插针法测量玻璃折射率的实验中：(1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa和bb后，不小心碰了玻璃砖使它向aa方向平移了少许，如图所示则他测出的折射率将_(选填“偏大”“偏小”或“不变”)(2)乙同学在画界面时，不小心将两界面aa、bb间距画得比玻璃宽度大些，如图所示，则他测得