新教材鲁科版选择性必修第一册-4.1-光的折射-课件(48张)

1、第4章光的折射和全反射第1节光 的 折 射 必备知识素养奠基一、探究折射角与入射角的关系1.光的折射:光从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向会_,这种现象叫作光的折射。2.各光线的位置:折射光线、入射光线和法线在_(选填“同一”或“不同”)平面内,折射光线和入射光线分别位于_两侧。二、光的折射定律1.折射定律:(1)内容:入射角的_与折射角的_之比是一个常数,这个关系称为光的折射定律,也叫_。(2)表达式: =n。改变同一法线正弦正弦斯涅耳定律2.介质的折射率:光从真空射入某种介质发生折射时,入射角i的正弦与折射角r的正弦的_。也称为_。3.光路可逆:与_现象一样,在折射现象中,光路也是可逆

2、的。比值n绝对折射率反射三、折射率【思考】 光从空气斜射入不同介质中时,光的偏折程度相同吗?提示:从空气斜射入不同介质中时,光的偏折程度一般不同。1.折射率的意义:不同介质的折射率不同,介质的折射率反映了光在介质中的_程度。2.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_,即n= 。3.绝对折射率和相对折射率:(1)相对折射率:设光由介质1进入介质2,这时的折射率叫作介质2对介质1的相对折射率,通常用n21表示,则 =n21。(2)相对折射率与绝对折射率的关系:n21= ,其中n1和n2分别是介质1和介质2的绝对折射率。(3)折射率的另一种表达

3、式:n1sini=n2sinr。偏折之比关键能力素养形成一折射定律的含义对折射定律内容的认识:(1)“同面内”:“折射光线、入射光线和法线在同一平面内”,这句话大体上说明了三线的空间位置:折射光线在入射光线与法线决定的平面内,即三线共面。(2)“线两旁”:“折射光线和入射光线分别位于法线两侧”,这句话把折射光线的位置又作了进一步的确定,使得折射光线的“自由度”越来越小。(3)“正比律”:“入射角的正弦与折射角的正弦之比是一个常数,即 =n”,折射角r随入射角i的变化而变化,入射角i的正弦与折射角r的正弦之比是定值。当入射光线的位置、方向确定下来时,折射光线的位置、方向就确定了。(4)“正弦值”

4、: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,但入射角与折射角的正弦值的比值是一个常数。【思考讨论】如图所示,放在杯底的硬币,当向杯中注水后,看上去好像硬币与杯底一起升高了,你能说出其中的道理吗?(物理观念)提示:这是由于硬币M上一点发出的两条光线MA、MB分别在水面发生了折射,两条折射光线的反向延长线相交在M点。所以,眼睛所看到的是硬币的虚像,它离水面的距离比真实硬币离水面的距离更近一些。【典例示范】一个正方体容器的截面ABCD如图所示,容器棱长为L,容器中装满某种液体时,点光源P发出的条光线从D点以45的入射角射入液体,恰好照到容器底部中心点E。世纪金榜导学号(1

5、)求该液体的折射率;(2)若液面下降到容器深度一半的FG位置,求该光线照射到容器底部的位置。【解题探究】(1)光的折射定律的内容是什么?提示:n= 。(2)光的折射率和什么有关?提示:光的折射率与介质有关。不同介质的折射率一般不同。【解析】(1)由几何关系可知,折射角的正弦值:sinr=折射率:n=(2)若液面下降到容器深度一半的FG位置,则光路如图。则折射角仍为r,由相似三角形关系可知GE= EC,则光线照射到容器底部的位置距离E点 L。答案:(1) (2) L【素养训练】1.单色光线由某种介质射向该介质与空气的交界面,当入射角为30时,折射光线与反射光线刚好垂直,则该介质对该种色光的折射率

6、为()A.2B. C.1.5D. 【解析】选D。当入射角i=30时,折射光线与反射光线恰好垂直,则折射角r=90-30=60,该介质对该种色光的折射率为n= ,故选项D正确,A、B、C错误。2.如图所示,一条光线通过一个在水中的球形空气泡,下列哪一条表示出射光线的路径() A.光线1B.光线2C.光线3D.光线4【解析】选A。光先从水进入空气泡中,由折射定律可知折射角应大于入射角;然后又从空气射入水中,折射角应小于入射角。所以选A。3.(2016江苏高考)人造树脂是常用的眼镜镜片材料。如图所示,光线射在一人造树脂立方体上,经折射后,射在桌面上的P点。已知光线的入射角为30,OA=5 cm,AB

7、=20 cm,BP=12 cm,求该人造树脂材料的折射率n。【解析】设折射角为,由折射定律,sin30=nsin由几何关系知sin= ,且OP= 代入数据解得n=1.5答案:1.5【补偿训练】一束单色光由空气射入玻璃,这束光的()A.速度变慢,波长变短B.速度不变,波长变短C.频率增高,波长变长D.频率不变,波长变长【解析】选A。玻璃的折射率n= 1,所以光经空气射入玻璃速度减小。波长、波速和频率三者的关系是v=f,光经空气进入玻璃,频率f不变,波长变短。所以A正确。二折射率的特点对折射率特点的认识:(1)折射率大小不仅反映了介质的折射本领,也反映了光在介质中传播速度的大小。不同介质具有不同的

8、折射率,说明折射率反映了该介质的光学特性。(2)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。(3)介质的折射率n跟光在其中的传播速度v有关,即n= 。由于光在真空中的传播速度c大于光在任何介质中的传播速度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。【思考讨论】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?(物理观念)提示:从鱼身上反射的光线由水中进入空气时,在水面上发生折射,折射角大

9、于入射角,折射光线进入人眼,人眼会逆着折射光线的方向看去,就会觉得鱼变浅了,眼睛看到的是鱼的虚像,在鱼的上方,所以叉鱼时要瞄准像的下方,如图所示。【典例示范】如图所示,一个截面为矩形的水池,池底有一垂直于池壁的线形发光体,长度l=3 m,当池中未装水时，一高h=1.5 m的人站在距池边s1=2 m的A点，只能看到发光体的左端点。当将水池加满水时，人需移动到距池边s2=3 m的B点时，才只能看到发光体的左端点。已知发光体的右端紧靠站人一方的池边,人站的位置与发光体在同一竖直面内,不计人眼到头顶的距离。求:世纪金榜导学号(1)水池中水的折射率 ;(2)人站在B点时看到的左端点的像到发光体的距离。【

10、审题关键】序号信息提取可求入射角的正弦值可求折射角的正弦值折射率n= 【解析】(1)光路如图所示:当水池中装满水,光从发光体的左端点发出的光射到站在B处的人的眼睛中时,对应的入射角的正弦值为sini= 对应的折射角的正弦值为sinr= 故水池中水的折射率n= 解得:n= (2)设水池深度为H, 当人站在A点时, 解得:H=2.25 m设左端点的像到水面的距离为x,则有: 解得:x=1.5 m则左端点的像到发光体的距离为H-x=0.75 m。答案:(1) (2)0.75 m【规律方法】利用光路图解决光的折射问题的步骤(1)根据题意画出正确的光路图。首先要找到入射的界面,同时准确地作出法线,再根据

11、折射定律和入射光线画出折射光线,找到入射角和折射角,要注意入射角、折射角是入射光线、折射光线与法线的夹角。(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系,与折射定律n= 中的各量准确对应。(3)利用折射定律n= 、折射率与光速的关系n= 列方程,结合数学三角函数的知识进行运算。【素养训练】1.(多选)如图所示,一束复色光由空气射向一块两面平行的玻璃砖,经折射后分为两束单色光a和b,下列判断正确的是()A.a光的频率小于b光的频率B.在玻璃砖中a光的波长小于b光的波长C.若单色光a是蓝光,则b可能是紫光D.单色光a和b从下表面射出时一定平行【解析】选B、D。复色光进入玻璃砖时两光的入射角i相等,设折

12、射角分别为ra、rb,由图知,ranb,则fafb,故A错误;在玻璃砖中v= 、v=f,则在玻璃砖中波长= ,得afb,所以若单色光a是蓝光,则b不可能是紫光,故C错误;由光路可逆原理可知,离开玻璃砖时与进入玻璃砖时光线平行,故D正确。2.(多选)井口大小和深度相同的两口井,一口是枯井,一口是水井(水面在井口之下),两井底部中心处各有一只青蛙,则()A.枯井中的青蛙觉得井口大些B.水井中的青蛙觉得井口大些C.晴天的夜晚,枯井中的青蛙能看到更多的星星D.晴天的夜晚,水井中的青蛙能看到更多的星星【解析】选A、D。作出光路图(如图所示)可知,枯井中的青蛙觉得井口大些,A符合题意,B不符合题意;晴天的

13、夜晚,水井中的青蛙能看到更多的星星,C不符合题意,D符合题意。3.如图所示,一根竖直插入水中的杆AB,在水中部分长1.0 m,露出水面部分长0.3 m,已知水的折射率为 ,则当阳光与水平面成37角时,杆AB在水下的影长为多少?(sin37=0.6,cos37=0.8)【解析】光路如图所示 由题意可得入射角为53由折射定律 =n, ,则r=37,由几何关系得影长s=0.3 mtan53+1 mtan37=1.15 m答案:1.15 m【拓展例题】考查内容:折射率的计算 【典例】如图,置于空气中的一不透明容器内盛满某种透明液体。容器底部靠近器壁处有一竖直放置的6.0 cm长的线光源。靠近线光源一侧

14、的液面上盖有一遮光板,另一侧有一水平放置的与液面等高的望远镜,用来观察线光源。开始时通过望远镜不能看到线光源的任何一部分。将线光源沿容器底向望远镜一侧平移至某处时,通过望远镜刚好可以看到线光源底端,再将线光源沿同一方向移动8.0 cm,刚好可以看到其顶端,求此液体的折射率n。【解析】若线光源底端在A点时,望远镜刚好可看到线光源的底端,则有:AOO=其中为此液体到空气的全反射临界角,由折射定律得:sin= 同理,线光源顶端在B1点时,望远镜刚好可看到线光源的顶端,则B1OO=由图中几何关系得:sin= 解得:n= =1.25答案:1.25【课堂回眸】课堂检测素养达标1.(多选)关于光的折射和折射

15、率,下列说法正确的是()A.折射光与入射光的传播方向总是不同的B.发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同C.根据n= 可知,介质的折射率与入射角的正弦成正比D.介质的折射率总是大于1【解析】选B、D。发生折射现象是由于光在不同介质中传播速度不同,当光线垂直入射到介质分界面上时,折射光与入射光方向相同,故A不符合题意,B符合题意;折射率由介质决定,与入射角无关,C不符合题意;介质折射率n= ,又光在介质中的速度小于光在空气(真空)中的速度,所以介质折射率总大于1,D符合题意。2.(多选)如图所示,实线为空气和水的分界面,一束绿光从水中的A点沿AO1方向(O1点在分界面上,图中O1点和入射光线

16、都未画出)射向空气中,折射后通过空气中的B点(图中折射光线也未画出)。图中O点为A、B连线与分界面的交点。下列说法正确的是()A.O1点在O点的左侧B.绿光从水中射入空气中时,速度变小C.若绿光沿AO方向射向空气中,则折射光线有可能 通过B点正下方的C点D.若沿AO1方向射向空气中的是一束紫光,则折射光线也有可能通过B点【解析】选A、C。当光由水中射入空气中时入射角小于折射角,画出大致光路图如图所示,可见O1点在O点的左侧,故A正确。光在真空中速度最大,当绿光从水中射入空气中时,速度变大,故B错误。若绿光沿AO方向射向空气中,则入射角变大,折射角也变大,折射光线有可能通过B点正下方的C点,选项

17、C正确;若沿AO1方向射向空气中的是一束紫光,因紫光的折射率大于绿光,可知折射光线通过B点下方,选项D错误。3.经研究发现:空气的折射率大于1,并且离地球表面越近,大气层的密度越大,折射率越大,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时的情况相比()A.将提前B.将延后C.某些区域提前,在另一些区域延后D.不变【解析】选B。若地球表面不存在大气层,太阳光将在真空中沿直线传播,由于地球是圆形的,所以只有太阳升到某一位置时才能观察到;而正因为地球表面上有大气层,太阳光射入大气层时会发生折射现象,能够提前观察到;所以如果地球表面不存在大气层,那么观察到的日出时刻与实际存在大气层时的情况相比将延后。故选B。4.(2018全国卷)如图,某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“”(图中O点),然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上,小标记位于AC边上。D位于AB边上,过D点作AC边的垂线交AC于F。该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察,恰好可以看到小标记的像;过O点作AB边的垂线交直线DF于E;DE=2 cm,EF=1 cm。求三棱镜的折射率。(不考虑光线在三棱镜中的反射)【解析】作出光路如图所示据折射定律n= ,由于DE=2 cm,FDA=30因此EH=1 cm,则据